KR101339954B1 - Anode oxidation tunic treatment apparatus using plasma eletrolytic oxidation and ultrasonic - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전해액을 수용하는 전해조와, 상기 전해액에 침지되는 금속모재의 일면이 상기 전해조의 바닥면과 마주보도록 고정하는 홀더와, 상기 전해조 내에 상기 금속모재와 이격 배치되는 불활성 금속과, 상기 금속모재와 상기 불활성 금속에 전압을 인가하는 전원부, 및 상기 금속모재의 타면에 초음파를 인가하는 초음파장치를 포함하는 산화피막 형성장치를 개시한다.The present invention provides an electrolytic cell containing an electrolyte, a holder for fixing one surface of the metal base material immersed in the electrolyte facing the bottom surface of the electrolytic cell, an inert metal spaced apart from the metal base material in the electrolytic cell, and the metal base material And a power supply unit for applying a voltage to the inert metal, and an ultrasonic device for applying ultrasonic waves to the other surface of the metal base material.

Description

플라즈마 전해 산화법과 초음파를 이용한 산화피막 형성장치{ANODE OXIDATION TUNIC TREATMENT APPARATUS USING PLASMA ELETROLYTIC OXIDATION AND ULTRASONIC}ANODE OXIDATION TUNIC TREATMENT APPARATUS USING PLASMA ELETROLYTIC OXIDATION AND ULTRASONIC}

본 발명은 산화피막 형성장치로서, 더욱 자세하게는 플라즈마 전해 산화법과 초음파를 이용하여 금속모재에 균일한 두께의 산화막을 형성할 수 있는 산화피막 형성장치에 관한 것이다.The present invention relates to an oxide film forming apparatus, and more particularly, to an oxide film forming apparatus capable of forming an oxide film having a uniform thickness on a metal base material by using plasma electrolytic oxidation and ultrasonic waves.

일반적으로 금속은 내식성이 낮고, 공기, 물, 화학약품과 접촉하면 부식되기 쉽다. 금속의 특성을 강화시키는 방법으로는 화학용액 속에서 피막을 만드는 화성처리, 전기화학적으로 보호성의 피막을 생성시키는 양극산화처리, 도금, 및 플라즈마 전해 산화 등이 있다. In general, metals have low corrosion resistance and are prone to corrosion when in contact with air, water and chemicals. Methods of enhancing the properties of metals include chemical conversion to form a coating in a chemical solution, anodization to produce an electrochemically protective coating, plating, and plasma electrolytic oxidation.

위의 코팅법 중 최근에 광범위하게 사용하고 있는 방법은 플라즈마 전해 산화이다. 플라즈마 전해산화(Plasma Electrolytic Oxidation, PEO)란 전해액(Electrolyte)속에 산화시킬 금속을 양극(anode)으로 하고 상대적으로 전기화학적 안정성이 높은 금속을 음극(cathode)으로 하여 전원을 인가하면 극성(polarity)에 따라 금속 표면에서 전기화학적 반응이 발생하며 양극 금속 표면을 산화시키는 방법이다.Recently, a widely used method of the above coating method is plasma electrolytic oxidation. Plasma Electrolytic Oxidation (PEO) means that the metal to be oxidized in the electrolyte is used as the anode, and the relatively high electrochemical stability is used as the cathode. Therefore, the electrochemical reaction occurs on the metal surface and oxidizes the anode metal surface.

플라즈마 전해산화는 일반적인 양극산화 처리보다 더욱 높은 전압(약 600V)을 인가하여 순간적으로 전기가 통하게 되는데, 순간통전(discharge)을 통해 플라즈마 혹은 아크를 발생시켜 산화 반응을 일으킨다. 이러한 산화 반응에 의해 양극산화와는 다른 강한 내구성을 갖는 산화피막이 생성되게 된다. 전해액의 종류에 따라 조금씩 차이가 있으나, 일반적으로 20~90㎛의 두께를 갖는 얇은 산화피막이 형성된다. 플라즈마 전해 산화는 기존의 양극산화(Anodizing)에 비해 약알칼리 전해질을 사용함에도 강한 산화피막을 생성하는 환경친화적인 장점이 있다. Plasma electrolytic oxidation is applied instantaneously by applying a higher voltage (about 600V) than the general anodization treatment, and instantaneous discharge (discharge) to generate a plasma or arc to cause an oxidation reaction. By this oxidation reaction, an oxide film having a strong durability different from anodization is produced. Although slightly different depending on the type of electrolyte, a thin oxide film having a thickness of 20 to 90 μm is generally formed. Plasma electrolytic oxidation has an environmentally friendly advantage of generating a strong oxide film even when using weak alkali electrolytes compared to conventional anodizing.

그러나, 산화피막의 표면이 거칠고, 표면층 내부에 기공들이 형성되기 때문에 피막의 내구성 및 내부식성 등 여러 특성이 약화되는 문제가 있으며, 산화피막의 표면이 거칠고 두께도 균일하지 않은 문제가 있다.However, since the surface of the oxide film is rough, and pores are formed in the surface layer, various characteristics such as durability and corrosion resistance of the film are weakened, and the surface of the oxide film is rough and its thickness is not uniform.

또한, 플라즈마 전해산화 과정에서 산화피막층의 성장은 사용하는 전해질의 종류, 전해질의 온도, 양극과 음극 간에 걸린 전압 등에 영향을 받게 되며, 특히 플라즈마가 시편 표면 위에서 산화막이 형성될 때, 국부적으로 전해질의 농도가 달라지기 때문에 산화피막의 성장이 느리며 두께도 균일하지 않은 문제가 있다.In addition, the growth of the oxide layer during the plasma electrolytic oxidation is affected by the type of electrolyte used, the temperature of the electrolyte, the voltage applied between the anode and the cathode, and especially when the plasma is formed on the surface of the specimen. Since the concentration is different, there is a problem that the growth of the oxide film is slow and the thickness is not uniform.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 플라즈마 전해 산화법과 초음파를 이용하여 표면이 매끄럽고 두께가 균일한 산화피막을 형성하는 장치를 제공한다.The present invention is to solve the above problems, and provides an apparatus for forming an oxide film having a smooth surface and uniform thickness by using plasma electrolytic oxidation and ultrasonic waves.

본 발명의 일 특징에 따른 산화피막 형성장치는, 전해액을 수용하는 전해조와, 상기 전해액에 침지되는 금속모재의 일면이 상기 전해조의 바닥면과 마주보도록 고정하는 홀더와, 상기 전해조 내에 상기 금속모재와 이격 배치되는 불활성 금속과, 상기 금속모재와 상기 불활성 금속에 전압을 인가하는 전원부, 및 상기 금속모재의 타면에 초음파를 인가하는 초음파장치를 포함한다.An oxide film forming apparatus according to one aspect of the present invention, an electrolytic cell containing an electrolyte, a holder for fixing one surface of the metal base material immersed in the electrolyte facing the bottom surface of the electrolytic cell, and the metal base material in the electrolytic cell and And an inert metal spaced apart from each other, a power supply unit for applying a voltage to the metal base material and the inert metal, and an ultrasonic device for applying ultrasonic waves to the other surface of the metal base material.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 산화피막 형성장치는, 전해액을 수용하는 전해조와, 상기 전해액에 침지되는 금속모재의 일면이 상기 전해조의 측면과 마주보도록 고정하는 홀더와, 상기 전해조 내에 상기 금속모재와 이격 배치되는 불활성 금속과, 상기 금속모재와 상기 불활성 금속에 전압을 인가하는 전원부, 및 상기 금속모재의 타면에 초음파를 인가하는 초음파장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an oxide film forming apparatus comprising: an electrolytic cell accommodating an electrolyte solution, a holder for fixing one side of a metal base material immersed in the electrolytic solution so as to face a side surface of the electrolytic cell, and the metal base material in the electrolytic cell; And an inert metal spaced apart from each other, a power supply unit for applying a voltage to the metal base material and the inert metal, and an ultrasonic device for applying ultrasonic waves to the other surface of the metal base material.

본 발명에 따르면, 표면이 매끄럽고 균일한 두께로 형성된 산화피막을 얻을 수 있다. According to the present invention, an oxide film having a smooth surface and a uniform thickness can be obtained.

또한, 금속모재의 표면이 전체적으로 균일하게 초음파 에너지를 인가 받아 산화 반응이 촉진되므로 짧은 시간에 원하는 두께의 산화피막을 얻을 수 있다.In addition, since the surface of the metal base material is uniformly applied with ultrasonic energy, the oxidation reaction is accelerated, so that an oxide film having a desired thickness can be obtained in a short time.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 산화피막 형성장치의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 산화피막 형성장치의 변형예이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 산화피막 형성장치의 또 다른 변형예이고,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 산화피막 형성장치의 개략도이고,
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 산화피막 형성장치의 변형예이다.1 is a schematic diagram of an oxide film forming apparatus according to a first embodiment of the present invention,
2 is a modification of the oxide film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention,
3 is another modified example of the oxide film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention,
4 is a schematic view of an oxide film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention,
5 is a modification of the oxide film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it may be directly connected to or connected to that other component, but it may be understood that other components may be present in between. Should be. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a component, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

이제 본 발명의 특징을 도면을 참고하여 상세하게 설명하고, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기도 한다.
The features of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings, wherein like or corresponding components are designated by the same reference numerals, and redundant description thereof will be omitted.

본 발명의 제1실시예에 따른 산화피막 형성장치는, 전해액(110)을 수용하는 전해조(10)와, 상기 전해액(110)에 침지되는 금속모재(30)의 일면이 상기 전해조의 바닥면(10a)과 마주보도록 고정하는 홀더(20)와, 상기 전해조(10) 내에 상기 금속모재(30)와 이격 배치되는 불활성 금속(40)와, 상기 금속모재(30)와 상기 불활성 금속(40)에 전압을 인가하는 전원부(50), 및 상기 금속모재(30)의 타면에 초음파를 인가하는 초음파장치(60)를 포함한다.In the oxide film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention, one surface of the electrolytic cell 10 accommodating the electrolyte solution 110 and the metal base material 30 immersed in the electrolyte solution 110 has a bottom surface of the electrolytic cell ( A holder 20 fixed to face 10a), an inert metal 40 spaced apart from the metal base material 30 in the electrolytic cell 10, and the metal base material 30 and the inert metal 40. The power supply unit 50 for applying a voltage, and the ultrasonic device 60 for applying ultrasonic waves to the other surface of the metal base material 30.

전해조(10)는 전해액(110)이 수용되는 용기로 상부는 개방되고 측면은 투명한 것이 바람직하다. 전해조(10)의 크기는 실시 형태 및 금속모재(30)의 크기에 따라 가변적이며 형상에 제한이 없다.The electrolytic cell 10 is a container in which the electrolyte solution 110 is accommodated, the top of which is open and the side is preferably transparent. The size of the electrolytic cell 10 is variable according to the embodiment and the size of the metal base material 30 and is not limited in shape.

전해조(10)에 수용되는 전해액(110)은 일반적인 플라즈마 전해 산화법에 사용되는 모든 전해액(110)이 선택될 수 있으며, 금속모재(30)의 종류에 따라 가변적일 수 있다. 전해액(110)은 별도의 공급장치(14)를 통해 전해조(10)에 충진되고, 공정이 종료되면 별도의 배수장치(15)를 통해 전해조(10)에서 배출된다.The electrolyte 110 accommodated in the electrolytic cell 10 may be selected all the electrolyte 110 used in the general plasma electrolytic oxidation method, and may vary depending on the type of the metal base material 30. The electrolyte 110 is filled in the electrolytic cell 10 through a separate supply device 14, and discharged from the electrolytic cell 10 through a separate drainage device 15 when the process is completed.

전해액(110)은 상온으로 유지되는 것이 바람직하다. 전해액(110)의 온도가 25℃를 초과하는 경우 양극산화피막이 연질화되고 평탄한 피막을 형성하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 전해액(110)의 적정 온도를 유지하기 위하여 전해조(10)에는 히터와 같은 온도 유지장치(미도시)가 추가로 장착되고, 온도센서(13)가 전해조(10) 내측벽에 장착될 수 있다.The electrolyte 110 is preferably maintained at room temperature. If the temperature of the electrolyte 110 exceeds 25 ℃ there is a problem that the anodized film is softened and difficult to form a flat film. Therefore, in order to maintain the proper temperature of the electrolyte 110, the electrolytic cell 10 may be additionally equipped with a temperature maintaining device (not shown) such as a heater, and the temperature sensor 13 may be mounted on the inner wall of the electrolytic cell 10. have.

전해액(110)에는 필요에 따라 금속염 등의 분말이 더 포함될 수 있다. 이러한 금속염은 전해액(110)과 합성 반응을 일으켜 복합 산화피막을 형성하는 역할을 수행한다. 구체적으로 분말의 종류는 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 인(P), 황(S), 칼륨(K), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 등이 선택될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 원하는 복합 피막의 종류에 따라 가변적일 수 있다.The electrolyte 110 may further include a powder such as a metal salt as necessary. Such metal salts react with the electrolyte 110 to form a composite oxide film. Specifically, the kind of powder may be selected from sodium (Na), magnesium (Mg), silicon (Si), phosphorus (P), sulfur (S), potassium (K), niobium (Nb), and molybdenum (Mo). However, the present invention is not limited thereto and may be variable according to the type of the desired composite film.

또한, 전해액(110)의 항온을 유지하기 위한 순환 모듈(11)을 추가로 설치할 수 있다. 이러한 순환 모듈(11)은 전해액(110) 내에 복합 산화피막을 형성하기 위하여 금속염 등의 분말이 분산된 경우 침전을 방지하는 부수적인 효과도 갖는다. 미설명된 도면부호(12)는 순환모터이다.In addition, a circulation module 11 for maintaining a constant temperature of the electrolyte 110 may be further installed. The circulation module 11 also has a side effect of preventing precipitation when powders such as metal salts are dispersed to form a composite oxide film in the electrolyte 110. Unexplained reference numeral 12 is a circulating motor.

금속모재(30)는 산화가 가능한 모든 금속이 다양한 형상으로 선택될 수 있으며, 구체적으로는 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈(Ta), 하프뮴(Hf), 니오븀(Nb) 등으로 이루어지는 금속 또는 이들의 화합물 중에서 선택된 어느 하나 이상이 선택될 수 있다. 이하에서는 금속모재(30)의 형상을 묘사하지 않는 한 금속판으로 설명한다.The metal base material 30 may be selected in various shapes of all metals that can be oxidized. Specifically, aluminum (Al), magnesium (Mg), zinc (Zn), titanium (Ti), tantalum (Ta), and hafnium Any one or more selected from metals or compounds thereof consisting of (Hf), niobium (Nb) and the like can be selected. Hereinafter, the metal plate will be described unless the shape of the metal base material 30 is described.

본 발명의 실시예에 따른 금속모재(30)는 홀더(20)에 고정되어 전해조의 바닥면(10a)과 평행하게 배치된다. 여기서 바닥면과 평행하게 배치됨은 반드시 평행을 유지하여야 하는 것은 아니며 도 1과 같이 금속모재(30)의 일면(31a)이 전해조의 바닥면(10a)과 마주보는 정도를 말한다.Metal base material 30 according to an embodiment of the present invention is fixed to the holder 20 is disposed in parallel with the bottom surface 10a of the electrolytic cell. The parallel to the bottom surface does not necessarily have to be parallel, and as shown in FIG. 1, the one surface 31a of the metal base material 30 faces the bottom surface 10a of the electrolytic cell.

홀더(20)는 일반적인 고정수단이 모두 적용 가능하다. 예를 들면, 로봇암(robot arm)에 의해 금속모재(30)를 전해액(110)에 침지 및 고정시키는 구성을 가질 수도 있으며, 또는 거치대와 같이 전해조(10) 내부에 장착되어 금속모재(30)가 안착되는 구성을 가질 수도 있다. 이외에도 금속모재(30)를 전해액(110)에 침지 및 고정하는 모든 구성이 적용될 수 있다.Holder 20 is applicable to all the usual fixing means. For example, the robot arm may have a configuration in which the metal base material 30 is immersed and fixed in the electrolyte solution 110, or mounted inside the electrolytic cell 10, such as a holder, to the metal base material 30. It may have a configuration that is seated. In addition to this, any configuration for immersing and fixing the metal base material 30 in the electrolyte solution 110 may be applied.

또한, 상기 홀더(20)는 고정한 금속모재(30)를 회전시키도록 구성될 수 있다. 구체적으로는 모터(21) 등에 의해 홀더(20)를 중심축(P1)을 기준으로 회전시켜 금속모재(30)가 전해액(110)에 침지된 상태에서 회전되도록 구성할 수 있다. 홀더(20)는 절연 코팅을 하여 전해질과 초음파에 영향을 받지 않도록 구성하는 것이 바람직하다.In addition, the holder 20 may be configured to rotate the fixed metal base material 30. Specifically, by rotating the holder 20 relative to the central axis (P1) by the motor 21 or the like can be configured to rotate in a state where the metal base material 30 is immersed in the electrolyte (110). Holder 20 is preferably configured to be insulated coating so as not to be affected by the electrolyte and the ultrasonic wave.

불활성 금속(40)은 백금(pt), 스테인리스 스틸(stainless steel), 티타늄(ti)과 같이 전기화학적으로 안정한 금속이 선택되며, 불활성 금속(40)은 금속모재(30)와 수직이 되도록 배치되어 초음파의 진행을 방해하지 않는 것이 좋다.The inert metal 40 is selected from electrochemically stable metals such as platinum (pt), stainless steel, and titanium (ti), and the inert metal 40 is disposed to be perpendicular to the metal base material 30. It is better not to disturb the progress of the ultrasound.

전원부(50)는 도선에 의해 금속모재(30)와 불활성 금속(40)에 전기적으로 연결되어 전압을 인가한다. 구체적으로는 전원부(50)의 도선이 홀더(20)와 전기적으로 연결되거나 홀더(20)의 내부를 관통하여 금속모재(30)와 연결됨으로써 전기적으로 연결될 수 있다.The power supply unit 50 is electrically connected to the metal base material 30 and the inert metal 40 by a conductive wire to apply a voltage. Specifically, the conductive wire of the power supply unit 50 may be electrically connected to the holder 20 or may be electrically connected to the metal base material 30 through the inside of the holder 20.

전원부의 전압은 플라즈마 전해 산화가 가능하도록 300 내지 600V의 전압을 인가하는 것이 바람직하다. 300V 이하의 전압이 인가되는 경우 산화피막의 형성이 더딘 문제가 있으며, 전압이 600V 이상인 경우에는 산화피막의 형성은 빨라지나 표면거칠기가 증가하고 균일한 두께의 피막이 형성되기 어려운 문제가 있다.The voltage of the power supply unit is preferably applied to a voltage of 300 to 600V to enable plasma electrolytic oxidation. If a voltage of 300V or less is applied, there is a problem that the formation of the oxide film is slow. If the voltage is 600V or more, the formation of the oxide film is faster, but the surface roughness is increased, and a film having a uniform thickness is difficult to form.

초음파장치(60)는 전해조(10) 내부에 배치되거나 또는 전해조(10) 외부에 배치될 수 있다. 전해조(10) 외부에 배치된 경우, 초음파가 출사되는 방출노즐(60a)은 전해액(110)에 침지되어 있는 것이 금속모재(30)에 초음파 에너지를 전달하는데 효과적이다.The ultrasonic apparatus 60 may be disposed inside the electrolytic cell 10 or may be disposed outside the electrolytic cell 10. When disposed outside the electrolytic cell 10, the discharge nozzle 60a from which the ultrasonic waves are emitted is immersed in the electrolyte 110, which is effective for transferring ultrasonic energy to the metal base material 30.

초음파장치(60)에서 인가되는 초음파는 주파수가 20KHz 내지 100KHz 인 것이 바람직하고, 출력은 50W 내지 500W인 것이 바람직하다. 주파수가 20KHz 이하이거나 출력이 50W이하인 경우에는 충분한 에너지를 갖지 못하여 전해질을 교반시키는 역할만을 수행할 뿐 균일한 피막을 형성할 수 있는 충분한 에너지를 전달하지 못하는 문제가 있으며, 주파수가 100KHz 이상이거나 출력이 500W 이상인 경우에는 산화 피막이 균일하게 형성되지 않는 문제가 있다.The ultrasonic wave applied by the ultrasonic device 60 preferably has a frequency of 20 KHz to 100 KHz, and preferably outputs 50 W to 500 W. If the frequency is less than 20KHz or the output is less than 50W, it does not have enough energy and only serves to stir the electrolyte, but does not deliver enough energy to form a uniform film. In the case of 500 W or more, there is a problem that the oxide film is not formed uniformly.

초음파장치(60)에서 인가되는 초음파는 전해질을 매질로 하여 이동할 때 팽창과 압축을 반복하게 되며 이 과정에서 버블(bubble)이 생성되어 성장하다가 임계 크기가 되면 붕괴되는 과정을 반복하게 된다. 이때, 버블에 축적된 에너지는 매우 짧은 시간에 방출되어 금속모재(30)의 표면에 산화피막을 형성하는데 충분한 열에너지를 공급하게 된다.The ultrasonic waves applied by the ultrasonic apparatus 60 repeat the expansion and compression when moving the electrolyte as a medium. In this process, bubbles are generated and grow, and when the critical size reaches a critical size, the ultrasonic waves are repeated. At this time, the energy accumulated in the bubble is released in a very short time to supply sufficient thermal energy to form an oxide film on the surface of the metal base material (30).

일반적인 플라즈마 전해 산화방법에 따른 열에너지만으로는 금속모재(30)의 국부적인 부분에만 열에너지가 인가되고 전해액(110)의 농도도 일정하지 않아 금속모재(30)의 전체 표면적에 산화피막이 균일하게 형성되지 못하나, 본 발명에 따르면 플라즈마 에너지에 초음파 에너지가 더해져 표면 전체에 고르게 열에너지를 전달되어 빠른 시간에 산화피막이 형성되며, 초음파에 의해 전해질이 교반되어 균일한 전해질 농도가 유지되어 균일하고 매끄러운 산화피막이 형성된다. 또한 초음파 에너지에 의하여 금속모재의 표면에 발생하는 기공들이 제거된다.Thermal energy is applied only to a local part of the metal base material 30 using only thermal energy according to the general plasma electrolytic oxidation method, and the concentration of the electrolyte 110 is not constant. Therefore, the oxide film may not be uniformly formed on the entire surface area of the metal base material 30. According to the present invention, the ultrasonic energy is added to the plasma energy to uniformly transfer thermal energy to the entire surface to form an oxide film in a short time, and the electrolyte is stirred by ultrasonic waves to maintain a uniform electrolyte concentration to form a uniform and smooth oxide film. In addition, pores generated on the surface of the metal base material are removed by the ultrasonic energy.

이때, 산화피막의 거친 표면부위 중에서 돌출된 부위보다 움푹 패인 홈 부위가 상대적으로 많은 에너지를 흡수하게 된다. 따라서 홈 부위의 산화피막이 돌출된 부위보다 상대적으로 빠르게 산화피막이 형성되게 되어 산화피막의 표면은 평탄하게 형성될 수 있다.At this time, the recessed groove portion of the rough surface portion of the oxide film absorbs more energy. Therefore, the oxide film is formed relatively faster than the portion where the oxide film of the groove portion protrudes, so that the surface of the oxide film can be formed flat.

따라서, 본 발명에 따르면 금속모재(30)의 전체 표면에 균일한 에너지가 가해지고 전해질의 농도가 균일해져 산화피막의 표면은 평탄하면서도 매끄러운 표면을 가질 수 있다.Therefore, according to the present invention, uniform energy is applied to the entire surface of the metal base material 30 and the concentration of the electrolyte is uniform, so that the surface of the oxide film can have a flat and smooth surface.

또한, 상술한 바와 같이 홀더(20)에 의해 금속모재(30)가 회전하는 경우에는 초음파가 금속모재(30)의 전면과 후면에 모두 직접적으로 열에너지를 전달할 수 있다. 따라서 금속모재(30)의 전면과 후면에 동일한 두께의 산화피막을 얻을 수 있다.In addition, as described above, when the metal base material 30 is rotated by the holder 20, ultrasonic waves may directly transfer thermal energy to both the front and rear surfaces of the metal base material 30. Therefore, an oxide film having the same thickness can be obtained on the front and rear surfaces of the metal base material 30.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 산화피막 형성장치의 변형예이고, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 산화피막 형성장치의 또 다른 변형예이다.2 is a modified example of the oxide film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention, Figure 3 is another modified example of the oxide film forming apparatus according to the first embodiment of the present invention.

본 발명은 도 2와 같이 불활성 금속(41)이 전해조 바닥면(10a)에 배치되고 복수 개의 초음파 노즐(61)이 배치되어 금속모재(31)의 크기가 큰 경우에도 표면 전체에 초음파의 에너지가 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 금속모재(31)는 상술한 바와 같이 모터(21)에 의해 중심축을 기준으로 회전되므로 금속모재(31)의 크기가 큰 경우에도 양면에 고르게 산화피막이 형성될 수 있는 장점이 있다.In the present invention, the inert metal 41 is disposed on the electrolytic cell bottom surface 10a and the plurality of ultrasonic nozzles 61 are disposed as shown in FIG. It can be configured to be delivered. In addition, since the metal base material 31 is rotated about the central axis by the motor 21 as described above, even when the size of the metal base material 31 is large, an oxide film may be evenly formed on both surfaces.

또한, 도 3과 같이 금속모재(32)가 원기둥 형상을 갖는 경우에도 전면적에 고르게 산화피막이 형성될 수 있다. 이외에도 다양한 형상의 금속모재(30)가 모두 적용될 수 있다.
In addition, even when the metal base material 32 has a cylindrical shape as shown in FIG. 3, an oxide film may be formed evenly over the entire surface. In addition, all of the metal base material 30 of various shapes may be applied.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 산화피막 형성장치의 개략도이고, 도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 산화피막 형성장치의 변형예이다.4 is a schematic diagram of an oxide film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a modification of an oxide film forming apparatus according to a second embodiment of the present invention.

본 발명의 제2실시예에 따른 산화피막 형성장치는, 전해액(110)을 수용하는 전해조(10)와, 상기 전해액(110)에 침지되는 금속모재(31)의 일면이 상기 전해조(10)의 측면과 마주보도록 고정하는 홀더(20)와, 상기 전해조(10) 내에 상기 금속모재(31)와 이격 배치되는 불활성 금속(40)과, 상기 금속모재(31)와 상기 불활성 금속(40)에 전압을 인가하는 전원부(50), 및 상기 금속모재(31)의 타면에 초음파를 인가하는 초음파장치(61)를 포함한다.In the oxide film forming apparatus according to the second embodiment of the present invention, an electrolytic cell 10 accommodating an electrolyte 110 and a surface of the metal base material 31 immersed in the electrolytic solution 110 may be formed of the electrolytic cell 10. A holder 20 fixed to face the side surface, an inert metal 40 spaced apart from the metal base material 31 in the electrolytic cell 10, and a voltage applied to the metal base material 31 and the inert metal 40. The power supply unit 50 for applying a, and the ultrasonic device 61 for applying ultrasonic waves to the other surface of the metal base material 31.

여기서 전해조(10), 전해액(110), 전원부(50)의 구성은 상술한 바와 동일하므로 더 이상의 자세한 설명은 생략하며, 나머지 구성에 대하여 자세하게 설명한다.Here, since the configuration of the electrolytic cell 10, the electrolyte 110, and the power supply unit 50 is the same as described above, a detailed description thereof will be omitted and the rest of the configuration will be described in detail.

본 발명의 홀더(20)는 금속모재(31)를 전해조 측면과 마주보고 전해조 바닥면(10a)과 수직하게 배치되도록 고정하며, 홀더(20)는 모터(21)에 연결되어 중심축(P2)을 기준으로 금속모재(31)를 회전시킨다.Holder 20 of the present invention is fixed to the metal base material 31 facing the electrolytic cell side to be disposed perpendicular to the electrolytic cell bottom surface (10a), holder 20 is connected to the motor 21, the central axis (P2) Rotate the metal base material 31 on the basis of.

초음파 장치(61)는 전해조(10) 측벽에 형성되어 금속모재(31)의 일면에 초음파를 인가한다. 이때, 초음파 장치는 도 5와 같이 금속모재(31)의 전면에 초음파를 인가하도록 전해조(10) 측벽으로 다수개가 배치될 수 있다. 초음파 장치(61)가 전해조 측벽으로 다수개가 배치되어 있는 경우 별도로 금속모재를 회전시키지 않아도 균일한 산화피막을 형성할 수 있다. 도시되지는 않았지만 초음파 장치(61)는 전해조 측벽을 따라 띠 형상으로 배치될 수도 있다.The ultrasonic device 61 is formed on the side wall of the electrolytic cell 10 to apply ultrasonic waves to one surface of the metal base material 31. In this case, as shown in FIG. 5, a plurality of ultrasonic devices may be disposed on the sidewalls of the electrolytic cell 10 to apply ultrasonic waves to the front surface of the metal base material 31. When a plurality of ultrasonic devices 61 are arranged on the side walls of the electrolytic cell, a uniform oxide film may be formed without rotating the metal base material separately. Although not shown, the ultrasound apparatus 61 may be disposed in a band shape along the side wall of the electrolytic cell.

불활성 금속(41)은 금속모재(31)에 초음파가 인가되는 것을 방해하지 않도록 전해조 바닥면에 형성된다.
The inert metal 41 is formed on the bottom surface of the electrolytic cell so as not to prevent the ultrasonic wave from being applied to the metal base material 31.

본 발명의 실시예에 따른 산화피막 형성방법은 전해액(110)이 담긴 전해조(10)에 금속모재(30)와 불활성 금속(40)을 침지하는 제1단계, 및 상기 금속모재(30)와 불활성 금속(40)에 전압을 인가하면서, 상기 금속모재(30)에 초음파를 인가하는 제2단계를 포함한다.An oxide film forming method according to an embodiment of the present invention is the first step of immersing the metal base material 30 and the inert metal 40 in the electrolytic cell 10 containing the electrolyte 110, and the metal base material 30 and inert A second step of applying an ultrasonic wave to the metal base material 30 while applying a voltage to the metal 40.

먼저 전해조(10)에 전해액(110)을 충전하고 금속모재(30)와 불활성 금속(40)을 침지한다. 이때 금속모재(30)는 상하좌우 0 ~ 180°, 회전각 0 ~ 360°로 금속모재(30)의 크기에 따라 조절한다. 바람직하게는 초음파의 진행방향과 금속모재(30)의 전면이 수직이 되도록 배치하는 것이 좋다.First, the electrolyte 110 is filled in the electrolytic cell 10 and the metal base material 30 and the inert metal 40 are immersed. At this time, the metal base material 30 is adjusted according to the size of the metal base material 30 to 0 ~ 180 °, the rotation angle 0 ~ 360 ° up and down. Preferably, the direction of the ultrasonic wave and the front surface of the metal base material 30 may be disposed perpendicularly.

금속모재(30)와 불활성 금속(40)이 전원부(50)와 전기적으로 연결되면, 전압을 인가하는 동시에 초음파를 인가하여 초음파에 의해 형성된 버블이 금속모재(30)에 에너지를 전달하도록 하여 균일한 피막이 형성되도록 제어한다. 이때, 초음파가 금속모재(30)의 양면에 고르게 조사되도록 회전시키는 것이 좋다.When the metal base material 30 and the inert metal 40 are electrically connected to the power supply unit 50, the ultrasonic wave is applied at the same time as the voltage is applied to the bubble formed by the ultrasonic waves to transfer energy to the metal base material 30. The film is controlled to be formed. At this time, it is good to rotate so that the ultrasonic waves are evenly irradiated on both sides of the metal base material (30).

이후, 원하는 두께로 피막이 형성된 경우 전압 및 초음파를 차단하고 금속모재(30)를 꺼내어 공정을 완료하게 된다.
Subsequently, when the film is formed to a desired thickness, the voltage and ultrasonic waves are cut off and the metal base material 30 is taken out to complete the process.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

10: 전해조 20: 홀더
30: 금속모재 40: 불활성 금속
50: 전압원 60: 초음파장치10: electrolyzer 20: holder
30: base metal 40: inert metal
50: voltage source 60: ultrasonic device

Claims (14)

전해액을 수용하는 전해조;
상기 전해액에 침지되는 금속모재의 일면이 상기 전해조의 바닥면 또는 측면과 마주보도록 고정하는 홀더;
상기 전해조 내에 상기 금속모재와 이격 배치되는 불활성 금속;
상기 금속모재와 상기 불활성 금속에 전압을 인가하는 전원부; 및
상기 금속모재에 초음파를 인가하는 초음파장치;를 포함하고,
상기 초음파장치에서 발생되는 초음파는 상기 금속모재의 타면을 향해 분사되어 상기 금속모재에 열에너지를 전달하고, 상기 홀더는 상기 금속모재를 중심축을 기준으로 회전시키는 산화피막 형성장치.An electrolytic cell containing an electrolyte solution;
A holder for fixing one surface of the metal base material immersed in the electrolyte to face the bottom surface or the side of the electrolytic cell;
An inert metal spaced apart from the metal base material in the electrolytic cell;
A power supply unit applying voltage to the metal base material and the inert metal; And
And, an ultrasonic apparatus for applying ultrasonic waves to the metal base material.
Ultrasonic waves generated by the ultrasonic device is sprayed toward the other surface of the metal base material to transfer thermal energy to the metal base material, the holder is an oxide film forming apparatus for rotating the metal base material relative to the central axis. 제1항에 있어서, 상기 불활성 금속은 상기 전해조 바닥면과 수직하게 배치된 산화피막 형성장치.The apparatus of claim 1, wherein the inert metal is disposed perpendicular to the bottom surface of the electrolyzer. 제1항에 있어서, 상기 불활성 금속은 상기 전해조 바닥면 측에 배치된 산화피막 형성장치.The oxide film forming apparatus according to claim 1, wherein the inert metal is disposed on the bottom surface of the electrolytic cell. 제1항에 있어서,
상기 초음파장치에서 발생되는 초음파의 주파수는 20KHz 내지 100KHz이고, 출력은 50W 내지 500W인 산화피막 형성장치.The method of claim 1,
The frequency of the ultrasonic wave generated in the ultrasonic apparatus is 20KHz to 100KHz, the output of the oxide film forming apparatus is 50W to 500W. 제1항에 있어서, 상기 초음파장치는 10W 이상의 출력을 갖는 산화피막 형성장치.The oxide film forming apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic apparatus has an output of 10 W or more. 제1항에 있어서, 상기 초음파장치의 방출노즐은 상기 전해액에 침지되어 있는 산화피막 형성장치. The oxide film forming apparatus according to claim 1, wherein the discharge nozzle of the ultrasonic apparatus is immersed in the electrolyte. 제1항에 있어서, 상기 금속모재는 Al, Mg, Zn, Ti, Ta, Hf, Nb 등으로 이루어지는 금속 또는 이들의 화합물 중에서 선택된 어느 하나 이상인 산화피막 형성장치.The oxide film forming apparatus according to claim 1, wherein the metal base material is any one or more selected from metals or compounds thereof consisting of Al, Mg, Zn, Ti, Ta, Hf, Nb, and the like. 전해액이 담긴 전해조에 금속모재와 불활성 금속을 침지하는 제1단계; 및
상기 금속모재와 불활성 금속에 전압을 인가하면서, 상기 금속모재를 향해 초음파를 인가하는 제2단계;를 포함하고,
상기 제2단계는, 상기 초음파를 상기 금속모재를 향해 인가하여 열에너지를 전달하면서 금속모재를 전해조 내에서 회전시키는 산화피막 형성방법.A first step of immersing the metal base material and the inert metal in the electrolytic cell containing the electrolyte solution; And
And applying a ultrasonic wave toward the metal base material while applying a voltage to the metal base material and the inert metal.
The second step, the oxide film forming method for rotating the metal base material in the electrolytic cell while applying the ultrasonic wave toward the metal base material to transfer the heat energy. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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KR100927196B1 (en) * 2009-08-25 2009-11-18 주식회사 세미유 Plasma electrolysing oxcidation device for mg alloys goods

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