스크랩 전해연마 (Electrolytic Polishing)

[김창규]

▷ 전해연마 (Electrolytic Polishing)

          

◎ 전해연마 (Electrolytic Polishing)

    연마의 종류

        A>. 전해연마란 양극(anode) 용해 현상을 이용해서 금속표면을 거울면과 같이 만드는 것으로 

        평활화(leveling or smoothing)와 광택화(brightening)가 동시에 일어나도록 하는 연마의 

        한 종류이다. 이 두가지 효과는 각각 별도로 일어나는 현상일 수도 있지만 연마한다는 

        의미에서 볼때, 동시에 두가지 효과를 얻을 수 있도록 해야한다.

        원리는 특정한 전해액 중에서 연마하고자 하는 제품을 양극으로 연결하고 연마에 적합한 

        조건하에서 특수한 양극합금 또는 금속의 용출이 일어나게 하여, 양극 표면의 돌출부를 

        선택적으로 용해시킴으로서 제품의 표면을 평활화 및 광택화하는 것이다. 또 전해연마시에는 

        금속표면에 얇은 산화막인 부동태 피막이 형성되므로 부식저항성을 크게 증가시키는 효과를 

        얻을수 있다.

        전해연마 용액에는 NaNO3, H2SO4+H3PO4등을 비롯한 여러형태의 용액이 사용되나 반도체

        process에 악영향을 미치기 때문에 세정공정이 상당히 중요하다.

        B>. 화학연마란 HNO3+Hcl등의 약품을 이용하여 금속표면을 연마한다. 연마용액 중에 Na와

        P등의 반도체 process에 유해 물질을 함유하지 않으나 전해연마에 비해 연마능력이 작은 

        것이 난점이다.

        C>. 전해복합연마란 전해연마+기계연마의 기능을 동시에 행하는 형태이다. 기계연마 jig내에

        음극 전극을 두고 연마대상물을 양극으로 하여 기계연마와 전해연마를 동시에 행하는 형태로서 

        용접부 등 결함이 있는 면을 비롯한 광범위한 분야에 적용 가능하다.

        D>. 기계연마란 연마재 및 연마 jig를 이용하여 표면을 평활하게 행하는 형태로서 기존부터 

        여러 방식의 연마법이 사용되고 있으나, 표면용력 및 가공변질층 등이 존재 함으로 반도체 

        제조용 process gas line에서 사용하기에는 많은 문제점을 가지고 있다.

   전해연마의 효과

         1. 표면 평활화

          - 표면의 미소 돌출부위를 선택적으로 용해, 일반 가공부품 대비 표면거칠기 50~80%정도

             향상시키는 효과 발생.

          - 기존의 치수 공차를 유지하면서 표면거칠기 향상을 원할 경우 유용한 가공 방법임.

          - 평탄화 된 표면에 불순물 입자의 유입을 억제시켜 오염을 방지함.

         2. 부식 저항성 향상

          - 전해연마는 강한 보호막을 생성하는 공정으로 탁월한 부식 저항성을 지니게 한다.

          - 전해연마에 의해 처리된 표면에는 산화크롬을 다량 함유하는 보호막이 생성되어 부식저항성을

             증가시킨다.

          - 베이비층(baby layer)이라 불리는 비결정질층은 기계가공에 의하여 결정구조 파괴 및 변형에

             의해 생성되는데 부식의 핵이되는 부식 유발성 물질을 다량 함유하고 있다. 전해연마는

             변형층에 포함된 부식 유발성 물질을 제거하기 때문에 내부식성의 향상을 가져오게 한다.

         3. 수소의 제거

          - 스테인레스강의 수소제거에 가장 유효하고 유일한 방법이며 표면뿐 아니라 금속 내부의 수소도

             제거 가능하다. 금속표면에 수소 존재시 금속의 피로파괴와 박테리아의 성장을 유도한다.

         4. 표면 광택 향상

          - 전해연마 후 표면에는 다크롬층(chrome rich layer)이 남게 되며 크롬도금과 유사한 효과를

             보이며 표면광택 향상 효과를 볼수있다.

          - 다크롬층은 균질의 구성 성분으로 분리되거나 벗겨지지 않는다. 

   전해연마의 원리

         전해연마는 특별히 제조된 전해액 속에 연마하고자 하는 금속 재료를 양극(anode)으로 하고

         이에 대응하는 전도체를 음극(cathode)으로 하여 직류(DC) 전류를 흘려줄 경우, 금속표면의

         요철부위가 우선적으로 용해되어 표면이 평활해질 뿐만 아니라 크롬(Cr)농축에 의한 광택 및

         내식성이 뛰어난 산화크롬 피막을 얻을 수 있는 전기화학적 연마법이다.

         전해연마는 쉽게 용해되지 않는 조건에서 전류를 통하여 강제적으로 조금씩 용해 시켜야하며,

         이와 같은 조건을 형성할 경우 양극(제품)표면에 산화피막층, 고농도 금속을 함유한 고점도의

         점액층이 생성된다. 전해연마가 진행되면 양극표면 부근은 전해액의 음이온에 의해 부식이

         진행되어 양극으로 부터 용해된 금속이온을 다량 함유한 점도가높은 점성층으로 쌓이게 된다.

         이 점성층은 금속이온으로 포화되어 있어 다시 금속이 용해되기 어렵고 점도가 높기 때문에

         점성층이 녹아 나오기 어렵게 되어 높은 전위로 유지된 제품 표면에는 얇은 산화물층이

         형성된다. 또한 이때 이온화 경향이 큰 철(Fe)성분이 우선적으로 빠져 나감으로써 표면에 

         크롬성분이 농축되어 부식방지 및 크롬도금과 같은 광택을 얻을 수 있는것이다.

전해세정
알카리 세정액 속에서 전기 분해를 통해 제품의 불순물을 제거하는 표면처리 방법으로 모재의
손상을 최소화 하면서 제품 표면의 불순물, patrcle을 효과적으로 제거하여 반도체 제조공정에
적합한 최적의 표면 상태를 유지 시키기 위한 처리임.
부동태처리
스테인레스 제품을 부동태 처리용 산 처리제에 침지시켜 인위적으로 강하고 견고한 산화피막을
형성해 줌으로서 금속내의 산소 침투를 방지하고 전기화학적으로 안정된 금속으로 만들기 위한
처리방법.
재생처리
장시간 사용으로 오염된 부품을 약품세척, buff연마 및 전해연마를 하여 재 사용이 가능하도록
하는 처리임.
정밀세정
반도체, LCD, 유기EL, 첨단화학품, 고청정제약품 등의 제조공정에서 사용되는 각종장비 및 부품
표면에 피막형태, 파티컬형태, 흡착가스형태, 금속원자 및 이온형태, 흡착유기분자형태 등으로 장비
및 부품 재질에 따라 전해연마, 전해세정 및 화학세정 등 각종 연마 세정기술을 체계적이고 복합적
으로 오염물질을 제거하는 세정방법이다.
산세처리
스테인레스스틸은 단조, 열간압연, 열처리등에 따른 열적가공을 받은 상태에따라 표면에 산화물층
즉 여러가지 스케일이 생긴다. 이러한 스케일을 장기간의 방치로 금속표면에 발생한 산화피막이나
수산화물을 산으로 제거하는 화학적 방법으로 표면 처리하는 기법이며, 효과로는
스케일 제거, 부동태화처리 효과로인한 내식성 향상, Cr결핍층 제거로인한 내식성 복원, 녹 제거 및
산화방지, 불순물 제거에의한 고순도 생산품 유지, 설비의 수명연장으로 인한 효율증대, 결함과
보수의 최소화 효과가 있다.