도금하드

[이경인444]

경질 양극 산화피막 (Hard anodizing)

1. 경질 양극산화피막 (Hard anodizing)의 개요

알루미늄 금속의 표면상에 전기화학적 전해 ( Electrolytic) 방법을 이용하여 산화알루미늄 (AL₂0₃)

의 층을 형성시켜 알루미늄 표면의 경도, 내식성, 내마모성, 전기적, 절연성 등 기능적인 특성을 극대화하여 주는 방법입니다.

2. 경질 양극산화피막의 목적

 경질 양극산화피막은 기능성 피막처리로써 원래의 알루미늄 금속 표면에에 경질 양극산화 피막 처리를 행하여 그기능성이나 특성을 증가시키는데 목적이 있으며, 알루미늄이 가지고 있는 연성을 보강함과 동시에 금속이 가지고 잇는 취악한 결합을 보완하여 공업화 하는데 그 목적이 있습니다.

* Hard Anodizing Prosess

수산법	황산법
크롬산법	황산 + 크롬산법
유기산법	기타 수십여가지

3. 경질 양극산화피막의 특성 및 기능성

AL 금속시료	피막의 두께 ( ㎛ )
	Min	Max
A2024	15	50
A5052	15	150
A6061	15	120
A6063	15	150
A7072	15	200
A7075	15	200

 3-1 경질 양극산화피막의 두께 ( Thickness of Film )

경질 양극산화피막의 두께 증가율은 알루미늄 금속의 합금성분에 의하여 달라질 수 잇으며, 양극산화피막 처리후 두께 증가에 의한 부가치수는 합금 종류에 의하여 다소 차이가 발생하지만 A6061 시료를 기준으로 두께의 실제 부가치수는 전체 피막두께의 1/2～1/3에 달하지만 치수조절은 조건에 따라 ±1/100내 조절이 가능합니다.

참고) 1. 100㎛의 피막이 증가도니 경우, 실제 피막의 두께 부가치수는 약 40～65㎛

      2. 물론 경질 양극산화 또한 두께 조절이 가능하고 재료에 따라 200㎛ 까지도 올라갑니다.

      3. 공업용 두께 40㎛ 정도를 표준작업하고 있습니다.

3-2 경질 양극산화피막의 경도                         *하중량 (  Hardness Loading : 50g)

AL 금속시료	피막두께 (㎛)	표면경도 (Hv)		중심경도 (Hv)
		Min	Max	Min	Max
A2024	30	250	350	400	450
A5052	50	400	450	550	600
A6061	50	450	500	600	650
A6063	50	450	500	600	650
A7072	50	300	350	450	500
A7075

* 양극 산화피막의 경도는 AL 금속의 합금성분에 의하여 달라질수 있습니다.

3-3 경질 양극산화피막의 내마모성

시료구분	표면경도 (Hv)	마모량 (mg)	시험조건
AL 6061	80	388	하중량 1,000g 20K 회전
SK-4농	835	18.6
경질크롬도금	940	45.6
경지양극피막	450	13

3-4 경질양극산화피막의 내식성

AL 금속시료	피막의 두께 (㎛)	시험결과 ( Hour)
A6061	25	5,280
A5052	50	8,640
A2024	25	2,160
A7075	50	4,080

3-5 경질 양극산화피막의 내열성

시료구분	온도영역(℃)	열팽창계수
AL 금속6061, 5052	20～100	23.50×10ⁿ
경질양극산화피막	20～100	6.87×10ⁿ
평행	20～500	8.33×10ⁿ

                                                                              n-6

3-6 경질 양극산화피막의 전기적 절연성

AL 금속시료	피막두께(㎛)	절연 파괴 전압(Volt)
A 6061		Min	Max
	50	900	1,200
	75	1,500	1,800
	100	1,500	2,000

3-7 경질 양극산화피막의 색상

경질 양극산화피막은 자연발색피막으로 발색되는 색상은 자연광선에 의해서 파괴되거나 탈색이 되지않고 반영구적으로 보존이 됩니다. 자연발색으로 이루어지는 색상은 다음과 같은 여러 색상으로 구분이 됩니다.

 •합금의 성분과 합금의 종류에 의해서 색상이 달라질수 있습니다.

 예를들어 202는 노란색 쪽으로 발색되고 6061은 진한 밤색쪽으로 발색됩니다.

3-8 경질 양극산화피막의 착색성

 경질 양극산화피막은 자연발색 피막이므로 착색 처리를 별도로 행하여 사용할 필요는 없지만 특수한 경우에는 착색처리를 하여 사용하기도 합니다. 자연발색 피막은 색조가 어두운 내광도가 없는 색조이기 때문에 밝은쪽의

색상착색은 불가능하고 흑색계통의 착색은 가능합니다. 이를 보완하기 위해 반경질 처리후 칼라 착색을 하시면 경도와 칼라링을 얻으실수 있습니다.

 3-9 마스킹 ( Masking ) 처리

  알루미늄 금속을 사용하여 가공된 정밀기계 부품의 경우나 전기 전도성을 위해 정밀 칫수로 가공된 부품에 대한 양극산화피막처리를 행하였을 경우 피막의 두께증가에 따른 정밀치수상에 변화를 고려하지 않을수가 없다. 정밀칫수상의 문제점을 해결하기 위해서는 반드시 마스킹 처리가 필요함에 특별한 마스킹 공법을 통하여 원하는 정밀 부분에 대한 Masking 처리를 완벽하게 해결해야 한다.

4. 경질 양극산화 피막에 적합한 알루미늄 금속 재료

 -A 2024                -A 5052                -A 5083

 -A 6061                -A 6063

 -A 7072                -A 7075

***주조용 합금재료 AC4CD외( 중금속을 함유한 저합금 소재)

***기타 알루미늄 합금을 통한 특수 합금소재

알루미늄 합금소재의 경우 양극산화 피막과의 관계는 매우 중요하며, 소재금속의 합금성분에 따라서 위에서 기술한 기능성과 특성이 달라질수 있으므로 소재금속에 따라서 기계적인 특성, 가공성, 경질, 양극산화피막 처리후 물리적 특성등을 감안하여 선택하는 것이 매우 중요하다.

5. 경질 양극산화피막의 적용

 경질 양극산화피막의 적용범위는 그 형태가 매우 다양하고 광범위하다고 볼 수 있습니다. 그이유는 알루미늄 금속을 사용하여 가공된 모든 제품이라면 반드시 알루미늄 금속이 가지고 있는, 기능성이나 특성이 원래의 AL금속 특성보다 우수하여야 하기 때문입니다.

※양극산화피막 (ANODIZING)- 양극산화에는 티타늄, 마그네슘, 알루미늄 등이 있습니다.

(AL상의) 양극산화피막  (ANODIZING)

1.1 목적

 AL은 원래 대단히 활성(活性)적인 금속으로 공기속에 노출되면 금속표면이 즉시 산화물 (사연직 산화피막)로 덮이게 되어 순수한 금속면이 생기지 않는데 이로인해 AL상의 도금 및 다른 금속을 코팅 시키기 어렵게 한다. 또한 자연 산화피막은 피막두께의 한계로 공업적 이용 가치가 적으므로 자연의 산화피막을 전기적, 인공적인 방법으로 더욱더 두껍게 해서 두께가 10㎛이상 되는 산화물을 만들어 사용한다.

1.2 특성

 -일반적으로 AL의 양극처리가 대부분을 차지하므로 AL의 양극산화로 일컫는다.

 -양극산화피막은 일반도금 방법과 반대로 AL소지 제품을 전해액 중에서 양극으로 (이때 발생기산소에 의한 산화피막형성), 음극은 납등 불활성 재료를 사용.

 -피막의 조성 :AL₂O₃, 무정형(無定型)

 -소지금속인 AL의 순도가 좋을수록 미려하고 광택이 있는 피막가능

 -양극산화피막에 사용되는 전해액은 여러 가지이나 국내에서는 주로 수산과 황산을 사용

 -피막은 전기저항이 크고 경도가 높으며 (내마모성) 내식성이 뛰어나며, 염색처리가 가능해 외관장색성도

뛰어나다.

 -피막층은 다공질(多孔質)층과 BARRIER층의 2중 구조로 되어있다.

1.3 생성기구

 화학반응

a AL→AL+³+3e-

b AL+³(금속제품)→(영동)→(BARRIER 층 표면)

c AL+³ ＋3O-²→AlO(OH) : 용액중에서 용해

위 반응중 a,b는 전기화학 반응이며 d는 순수자연 반응이다.

피막생성

 AL표면에 강한 진장을 주어서 그 힘에 의해서 AL이온을 끌어내어 산소와 결합시켜 산화알루미늄을 만든다.

피막성장

 생성원인AL산화피막은 양호한 전열제(산화피막을 통한 이온 및 전자 통과닌이)이나 매우 강한 진장력을 가하면, 이 산화피막속을 알루미늄이온이 이동할수 있게 되어 산화피막이 더욱 두꺼워 진다.

다공질화 (多孔質化)

이렇게 생긴 구멍에 산소이온이 AL내부로 확산해 들어가고 반면에 AL이온은 외부로 나오게 되어 산화물이 계속 생기며 산화피막이 두꺼워 진다. 양극산화피막은 전해액중에 AL을 양극으로 해시 전해시에 처음생긴AL₂O₃의 얇은 층인 활성층과 다공질이 있는 영역의 다공층으로 이루어져 있다.

1.4 제조설비 및 재료

1.4.1 재료

-표면청정 : 탈지제, 에칭제, 산세액, 화학연마액, 전해연마액, 무광택처리액

-양극산화 : 황산, 수산, 크롬산

-후처리 : 각종 염료, 봉공처리제, 특수첨가제

1.4.2 사용설비

 -표면청정 : 탈지조, 수세조, 에칭조. 산세조, 화학연마조, 전해연마조, 무광택처리조, 정류기, HEATER,AIR- BLOWER, 배기설비

 -피막시설 : 피막조, 냉동기, 정류기, 온도계, HEATER,AIR- BLOWER, 배기설비

 -후처리시설 : 염색조, 봉공조, 수세조, 건조기, 온도계, HEATER,AIR- BLOWER, 배기설비

1.5 기타

1.5.1 양극산화피막의 봉공처리 ( SEALING)

 - 양극산화피막은 형성초기에는 대단히 활성으로 그대로 방치해두면 공기속의 GAS등을 흡착하여 결국은 불활성 ( 오염상태) 로 된다. 따라서 안정된 산화피막을 이루기 위해 봉공처리를 한다 ( 니켈 또는 코발트)

 -양극산화피막의 구멍은 수화봉공에 의한 채적 팽창으로 거의 막히게 되어 불활성으로 된다.

 - 봉공 처리후의 주요 특성 변화로서는?

 부식매체에 대한 내식성의 향상, 오염방지능력의 강화, 염색 및 착색된 피막의 안정성, 내광 (내후)성 향상, 봉공처리의 양호여부가 내식성을 크게 좌우한다.

 -봉공처리후의 내식성은?

 양극산화 피막은 전해 그대로의 피막에서는 충분한 내식성을 얻을수 없으며 봉공처리를 하므로서 비로소 우수한 내식성을 나타낸다.  AL 합금의 균질성도 내식성에 영향을 미치며 순AL-Mn계, AL-Mg계의 합금의 피막은 내식성이 좋고 AL-Cu계합금 피막에서는 별로 좋지 못하다. 실용환경 에서는 피막에 전면 부식이나 국부적인 부식이 발생하고 있는데 일반적으로 피막은 회산에 대해시는 강하나 알칼리에 대해서는 약간 약하지만 대기환경, 해수, 물, 식품류, 약품류에 대해서는 꽤 강한 내식성을 나타낸다.

참고 )

알루미늄 가공품에 다른 금속이 결합또는 접합되어 있다면 공정중에 열을 발생하면서 피막성장에 방해가 됩닙다. 예)철, 스테인레스, 구리· 양극산화는 세라믹의 부도체화 되기 때문에 도전성피막을 원하신다면 접점부위만 마스킹처리(테이프나 실리콘류)후 양극산화를 실시하여 마스킹을 벗겨낸후 크로메이트처리합니다. 저전류해결 개발된 첨가제를 사용하여 저전류의 두께편차 해결 2024, 7075 합금성분을 이해하여 이에 맞는 액조성과 정류기의 파형을 이용

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