KR101242497B1 - 다이캐스팅 알루미늄 표면의 착색방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이캐스팅 알루미늄 표면의 착색방법에 관한 것으로, 구체적으로는 다이캐스팅공법으로 성형된 알루미늄합금 표면에 착색하는 방법에 있어서, 아노다이징 공법을 이용하더라도 염료의 변색이나 들뜸 현상을 방지함과 동시에 높은 해상도의 착색율을 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명은,
알루미늄 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 표면 이물질 제거공정,
상기 알루미늄 표면에 제1미세홈을 형성시키는 1차미세홈 형성공정,
상기 알루미늄을 금속염 용액에 침전시킨 상태에서 통전시켜 그 표면에 산화피막층을 형성시키고 상기 산화피막층에 제2미세홈이 형성되도록 하는 산화처리 및 2차미세홈 형성공정,
상기 금속염이 상기 제2미세홈과 제1미세홈에 유입되어 일부구간까지 충진되는 1차봉공 공정,
염료를 상기 제1, 2미세홀의 잔여공간에 충진시키는 착색공정을 포함한다.

Description

다이캐스팅 알루미늄 표면의 착색방법{The coloring method of aluminum die casting}

본 발명은 다이캐스팅 공법으로 성형된 알루미늄합금의 표면 착색방법에 관한 것으로, 특히 아노다이징 공법을 이용하더라도 착색 후 염료의 변색등이 방지됨과 동시에 높은 해상도의 착색효과를 얻을 수 있는 기술에 관한 것이다.

일반적으로 알루미늄제품 표면의 표면착색방법 중에는 아노다이징을 이용한 착색방식이 있다.

아노다이징(anodizing)은 기본적으로 알루미늄을 산화시켜 부식과 마모에 대한 저항력을 높이기 위한 공법으로,

전해액에 담겨진 알루미늄을 +극으로 한 상태에서 통전시키면 양극에서 발생되는 산소에 의해 알루미늄 표면이 산화되어 미세 홈이 형성된 산화피막층이 형성되도록 하는 방식이다.

아노다이징을 이용한 착색방식은 이렇게 표면에 미세홈을 갖는 산화피막층 구조를 이용해 착색하는 방식으로, 산화처리된 알루미늄을 염료에 침전시키면 염료가 산화피막층의 각 미세홈으로 유입됨에 따라 알루미늄 표면전체에 걸쳐 착색되는 효과를 갖는다.

하지만 이러한 아노다이징을 이용한 착색방법은 알루미늄의 순도가 아주 높으면 큰 문제가 없지만, 다이캐스팅 공법으로 성형된 알루미늄합금은 상대적으로 착색에 어려움이 따른다.

그 이유는 다이캐스팅 성형과정에서 알루미늄성형품의 유동성 확보를 위해 금속 또는 비금속 성분이 첨가되므로 산화피막층의 미세홈 내부에 해당 첨가성분들이 존재하게 된다.

따라서 이 상태에서 염료가 각 미세홈에 수용될 경우 첨가성분과의 접촉에 의해 염료가 들뜨거나 변색되어 전체적으로 알루미늄 표면에 얼룩이 형성되고 광택도의 편차도 심해 제품성이 저하되는 문제점이 발생 된다.

최근에는 착색 후 금속염이나 필름을 이용해 미세홈 입구를 강제로 막아 염료의 들뜸 현상을 방지하는 방법이 제안되어 있기는 하다.

하지만 이러한 방법은 염료가 외부로 들뜨는 현상은 막을 수 있으나 착색과정에서 염료와 불순물 간의 직접적인 접촉은 막을 수 없으므로 염료의 변색 현상 등은 개선할 수 없는 단점이 있다.

대한민국공개특허공보 제10-2005-0102348호(2005.10.26)

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로,

다이캐스팅공법으로 성형된 알루미늄합금 표면에 착색하는 방법에 있어서, 아노다이징 공법을 이용하더라도 염료의 변색이나 들뜸 현상을 방지함과 동시에 높은 해상도의 착색율을 얻을 수 있는 다이캐스팅 알루미늄 표면의 착색방법을 제공하고자 한다.

이를 위해 제안된 본 발명은,

다이캐스팅 공법을 통해 성형된 알루미늄 표면의 착색방법에 있어서,

알루미늄 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 표면 이물질 제거공정, 상기 알루미늄 표면에 제1미세홈을 형성시키는 1차미세홈 형성공정, 상기 알루미늄을 금속염 용액에 침전시킨 상태에서 통전시켜 그 표면에 산화피막층을 형성시키고 상기 산화피막층에 제2미세홈이 형성되도록 하는 산화처리 및 2차미세홈 형성공정, 상기 금속염이 상기 제2미세홈과 제1미세홈에 유입되어 일부구간까지 충진되는 1차봉공 공정, 염료를 상기 제1, 2미세홀의 잔여공간에 충진시키는 착색공정을 포함한다.

그리고 상기 착색공정 이후에 실시되고 상기 제1, 2미세홀의 입구를 차단하는 실링공정을 더 포함할 수 있다.

또한 상기 실링공정은 필름 형태의 실링층이 상기 제1, 2미세홀 입구를 덮는 형태로 이루어질 수 있다.

그리고 상기 봉공 공정과 상기 착색공정 사이에 실시되고 상기 금속염이 상기 제1, 2미세홀의 일부구간에 충진된 상태에서 소정의 시간동안 상기 알루미늄이 상기 금속염 용액에 침전된 상태가 유지되도록 하고 그 과정에서 상기 금속염 용액의 금속염이 상기 제1, 2미세홀에 추가적으로 충진되는 2차봉공공정을 더 포함할 수 있다.

이러한 여러 실시예를 갖는 본 발명은,

기본적으로 산화처리에 의한 2차미세홀 형성공정 이전에 1차미세홀 형성공정을 실시함으로써 기존에 비해 많은 양의 미세홀이 형성됨으로 그만큼 착색공정에서 염료의 분포밀도가 높아지기 때문에 높은 해상도로 착색되는 장점을 갖는다.

그리고 산화처리 및 2차미세홀 형성과정에서 금속염 용액에 의해 알루미늄의 산화과정과 2차미세홀 형성과정 및 1차봉공 공정이 동시에 이루어짐으로 전체공정이 간소해지는 장점도 갖는다.

또한 1차봉공 과정에서 금속염이 제1, 2미세홀에 일부구간 까지만 채워진 상태에서 착색 공정이 이루어짐으로 제1, 2미세홀 내부에서 알루미늄에 포함된 이물질과 염료간의 직접적인 접촉이 차단되므로 염료의 변색이나 들뜸 현상이 방지되는 효과도 갖는다.

더불어 이 상태에서 착색공정 후 실링공정을 추가적으로 실시함에 따라 제1, 2미세홀에 존재하는 염료의 외부 유출을 막을 수 있는 장점도 갖는다.

그리고 1차봉공 공정 후 일정시간 동안 알루미늄이 금속염 용액에 침전된 상태가 유지되도록 하여 2차봉공이 자연스럽게 이루어짐으로써 봉공효율이 향상되는 효과를 갖는다.

도1은 전체 공정흐름을 나타낸 공정순서도

이하 도면에 도시된 실시예를 바탕으로 본 발명의 구체적인 구성 및 효과를 설명하도록 한다.

본 발명 다이캐스팅 알루미늄의 표면 착색방법은 [도 1]에 도시된 바와 같이 크게 이물질 제거공정(100)과 1차미세홈 형성공정(200), 산화처리 및 2차미세홈 형성공정(300), 1차봉공 공정(400), 착색공정(600)를 포함하여 구성된다.

먼저 이물질 제거공정(100)은 후술하는 산화처리과정을 진행하기 전에 다이캐스팅 성형과정에서 알루미늄 표면에 형성된 각종 이물질을 제거하는 과정으로, 다시 탈지단계(110)와 표면연마단계(120), 디스머트단계(130), 초음파 세정단계(140), 에칭단계(150)를 포함하여 구성된다.

그 중 탈지단계(110)는 다이캐스팅 성형 과정에서 금형 내에 유입되어 알루미늄 표면에 묻어 있는 된 각종 유지분을 제거하는 단계로, 알루미늄을 40~50℃의 세정수에 60~180초 동안 침전시키는 등의 방법으로 진행된다.

이 과정에서 거품 및 유막생성여부를 확인하여 유지분의 제거상태를 체크하는 것이 바람직하다.

그리고 표면연마 단계(120)는 다이캐스팅 형성된 알루미늄의 표면 광택도를 높이기 위한 과정으로 인산 종류의 약품을 사용하여 알루미늄 표면을 깍아내는 방식으로 이루어지며, 이때 사용되는 연마약품은 60~60%의 비중을 가지고 약 90~110℃의 온도를 가진 상태에서 약 30~120초 동안 접촉시키는 방식으로 진행된다.

이때 적정 광택도를 얻기 위해서는 해당 광택도에 맞는 연마약품의 비중 및 온도를 유지 및 확인 해야 한다.

그리고 이후 진행하는 디스머트 단계(130)는 표면연마 단계(120) 과정에서 사용된 후 알루미늄 표면에 존재하는 인산 종류의 연마약품을 제거하는 과정으로, 질산용액을 이용해 알루미늄 표면을 세정하는 방식으로 진행된다.

이때 질산용액은 20~30%의 비중을 가지고 상온을 유지하며 약 60~180초 동안 알루미늄 표면에 접촉되는 방식으로 사용된다.

이러한 디스머트 단계는 진행과정에서 알루미늄의 표면 상태를 확인하여 과도한 산처리에 의한 표면 훼손 등을 체크해야 한다.

이후 진행하는 초음파 세정단계(140)는 질산처리된 알루미늄을 세정제 안에 침전시킨 상태에서 초음파 진동에 의해 표면의 이물질이 분리 및 분해되도록 하는 방식으로 진행된다.

이때 사용되는 세정제는 약 5~20%의 비중을 가지고 40~50℃의 온도를 유지한 상태이고 알루미늄의 침전 및 초음파 발생유지 시간은 약 60~180초 동안 진행된다.

이러한 초음파 세정단계(140)는 세정과정에서 세정제의 농도와 온도 및 알루미늄 표면 상태를 체크해야 한다.

그리고 이후 실시되는 에칭단계(150)는 표면연마 단계(120)와 디스머트 단계(130) 에서 사용된 산 성분으로는 제거되지 않은 성분을 제거하기 위한 과정으로 수산화나트륨 등의 알칼리성 성분으로 알루미늄 표면을 닦아내 산성분으로는 제거되지 않고 알칼리성에 의해 제거 가능한 성분을 제거하게 된다.

이물질 제거공정(100)을 구성하는 위 과정들은 반드시 모두 진행되어야 하는 것은 아니고 필요에 따라 선택적으로 취합하여 진행할 수도 있다.

그리고 알루미늄의 크기나 형상 등에 따라 각 세정제 및 약품의 농도와 온도 및 처리 시간도 다양하게 변형될 수 있다.

이러한 이물질 제거공정(100)을 통해 알루미늄 표면의 이물질이 적정수준으로 제거되면 1차미세홈 형성공정(200)을 실시한다.

1차미세홈 형성공정(200)은 후술하는 착색공정(600) 중 염료가 알루미늄 표면에 침투될 수 있는 제1미세홈을 형성시키는 과정으로, 황산 등의 산성약품을 알루미늄 표면에 접촉시키면 해당 표면에 미세한 깊이와 직경을 갖는 제1미세홈이 형성된 상태가 된다.

이때 사용되는 산성약품은 10~25%이 비중을 갖고 약 20~23℃의 온도를 유지하며 10~15분 동안 알루미늄 표면과 접촉된다.

이러한 1차미세홈 형성공정(200)을 통해 알루미늄 표면에 제1미세홈이 형성되면 산화처리 및 2차미세홈 형성공정(300)을 실시한다.

산화처리 및 2차미세홈 형성공정(300)은 아노다이징 공정을 이용해 알루미늄 표면에 산화피막층을 형성시키고 이 과정에서 산화피막층에 제2미세홈이 형성되는 과정이다.

좀더 구체적으로 설명하면 구리 주석 등의 금속염을 포함하는 금속염 용액 내에 알루미늄을 침전시킨 상태에서 알루미늄을 +극으로 하고 통전시키면 양극에서 발생되는 산소에 의해 알루미늄 표면이 산화되어 산화피막층이 형성된다.

그리고 이러한 산화피막층은 형성과정에서 표면에 무수히 많은 제2미세홈이 형성되는데, 위에서 설명한 것처럼 1차미세홈 형성공정(200)을 거치면서 알루미늄 표면에는 제1미세홈이 형성된 상태이므로, 제2미세홈이 추가적으로 형성됨에 따라 기존처럼 아노다이징만을 한 경우에 비해 미세홈의 분포 밀도가 굉장히 높은 상태가 된다.

이러한 산화처리 및 2차미세홈 형성공정(300)이 진행되면서 1차봉공 공정(400)도 함께 진행되는데,

1차봉공 공정(400)은 금속염 용액에 포함된 금속염이 제1, 2미세홀 내부로 유입되는 과정으로, 알루미늄의 산화처리 과정에서 표면에 산화피막층이 형성되면 부도체 상태가 되므로 금속염이 산화피막층으로 이동되어 부착된다.

이때 금속염 용액의 온도는 약 20~25℃을 유지하는데 이렇게 금속성 용액의 온도가 낮고 산화피막층이 부도체 상태이기는 하지만 +전극에 연결되어 있는 상태이므로 적은 양의 금속염만이 제1, 2미세홀로 유입된다.

이로 인해 제1, 2미세홀로 유입된 금속염은 제1, 2미세홀의 바닥에서부터 일부구간 까지만 충진된 상태가 되는데, 이렇게 금속염이 일부 채워짐에 따라 즉 1차봉공 상태가 된다.

이 후 필요에 따라 2차봉공 공정(500)을 더 실시할 수 있는데, 이는 1차봉공이 완료된 상태에서 알루미늄을 금속염 용액으로부터 빼내지 않고 1차봉공상태를 일정시간 추가적으로 유지시키면 금속염이 조금씩 추가적으로 제1, 2미세홀 내부에 충진된다.

물론 2차봉공 공정(500)을 1차봉공 과정에서 금속염의 충진 상태에 따라 생략될 수 있다.

그 후 착색공정(600)을 실시하는데, 착색공정은 알루미늄 표면의 실질적인 착색 과정으로, 금속염 용액으로부터 빼낸 알루미늄을 염료에 침전시키면 염료가 각 제1, 2미세홀 내부로 침투되는 방식으로 진행된다.

이때 1차 및 2차봉공공정 과정에서 제1, 2미세홀 내부에는 이미 금속염이 충진되어 있는 상태이므로 유입된 염료는 금속염 위쪽 잔류공간에 충진된다.

이렇게 염료의 충진 전에 금속염에 의한 봉공이 이루어짐으로 제1, 2미세홀 내부에서 순 알루미늄이 노출되는 것을 방지하게 된다.

그리고 본 발명에서는 1차미세홈 형성공정(200)에 의한 제1미세홀과 아노다이징에 의한 제2미세홀이 함께 형성되기 때문에 기존에 비해 미세홀의 분포 밀도가 굉장히 높고 이러한 제1, 2미세홀에 염료가 충진됨에 따라 그만큼 염료의 분포밀도도 높아져, 결국 해상도가 높은 착색이 이루어지게 되는 것이다.

그 후 실링공정(700)을 거치는데, 실링공정(700)은 제1, 2미세홀의 입구를 막아 염료의 외부유출을 완전히 차단시키는 과정으로, 필름 형태이거나 금속염 형태의 실링층이 제1,2미세홀 입구를 덮는 형태로 위치된다.

이러한 씨링층은 0.5~1.5%의 비중을 가지고 80~90℃의 온도를 유지 한 상태에서 약 5~20분동안 알루미늄 표면에 접촉된 상태가 유지되도록 한다.

그리고 이후 마지막으로 각 염료와 실링층 등을 건조시키는 건조공정(800)을 실시하는데 70~80℃의 온도로 약 10~30분 동안 건조과정을 진행한다.

이처럼 본 발명은 기존에 비해 미세홀의 분포밀도를 증가시키고 아노다이징 과정에서 착색 전 미세홀의 봉공이 진행됨에 따라 염료와 이물질 간 직접적이 접촉이 방지되기 때문에 착색의 불량 현상이 방지됨을 특징으로 한다.

100 : 이물질 제거공정 110 : 탈지단계
120 : 표면연마 단계 130 : 디스머트 단계
140 : 초음파 세정단계 150 : 에칭단계
200 : 1차미세홈 형성공정 300 : 산화처리 및 2차미세홈 형성공정
400 : 1차봉공 공정 500 : 2차봉공 공정
600 : 착색공정 700 : 실링공정
800 : 건조공정

Claims (4)

1. 다이캐스팅 공법을 통해 성형된 알루미늄 표면의 착색방법에 있어서,
   상기 알루미늄 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 표면 이물질 제거공정,
   상기 알루미늄 표면에 제1미세홈을 형성시키는 1차미세홈 형성공정,
   상기 알루미늄을 금속염 용액에 침전시킨 상태에서 통전시켜 그 표면에 산화피막층을 형성시키고 상기 산화피막층에 제2미세홈이 형성되도록 하는 산화처리 및 2차미세홈 형성공정,
   상기 금속염이 상기 제2미세홈과 제1미세홈에 유입되어 일부구간까지 충진되는 1차봉공 공정,
   상기 1차봉공 공정 후 상기 금속염이 상기 제1, 2미세홀의 일부구간에 충진된 상태에서 소정의 시간 동안 상기 알루미늄이 상기 금속염 용액에 침전된 상태가 유지되도록 하고 그 과정에서 상기 금속염 용액의 금속염이 상기 제1, 2미세홈에 추가적으로 충진되는 2차봉공 공정,
   상기 2차봉공 공정 후 염료를 상기 제1, 2미세홀의 잔여공간에 충진시키는 착색공정
   을 포함하는 다이캐스팅 알루미늄의 표면 착색방법.
   
2. 제1항에서,
   상기 착색공정 이후에 실시되고 상기 제1, 2미세홀의 입구를 차단하는 실링공정
   을 더 포함하는 다이캐스팅 알루미늄의 표면 착색방법.
   
3. 제2항에서,
   상기 실링공정은 필름 형태의 실링층이 상기 제1, 2미세홀 입구를 덮는 형태로이루어지는
   다이캐스팅 알루미늄의 표면 착색 방법.
   
4. 삭제

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