KR101695456B1

KR101695456B1 - Anodic aluminum oxidation apparatus using rotating electrode

Info

Publication number: KR101695456B1
Application number: KR1020130155617A
Authority: KR
Inventors: 김병희; 서영호; 양희철; 박용민
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2017-01-13
Also published as: KR20140004612A

Abstract

본 발명은 음극의 대전극과 일정한 속도로 회전하는 양극의 알루미늄 재질의 피처리물을 전해액 내에서 전압을 인가하여 금속을 전기화학적으로 산화시킴으로써 표면에 나노 구조물을 형성시키는 양극산화 장치에 관한 것으로, 알루미늄 소재의 튜브형 피처리물을 전해액에서 양극산화하여 상기 피처리물의 표면에 산화피막을 형성시키는 알루미늄의 양극산화 장치에 관한 것으로, 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물과, 음극에 위치한 대전극과, 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하는 전원공급부와, 내부에 전해액이 충진되고, 상기 금속 및 대전극이 침지되는 수조와, 상기 수조에 담긴 전해액의 온도조절을 위해 상기 수조의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비되는 냉각부와, 상기 피처리물을 회전시키는 회전부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an anodizing apparatus for forming a nanostructure on a surface by electrochemically oxidizing a metal by applying a voltage in an electrolytic solution to a workpiece made of an aluminum material having an anode rotating at a constant speed and a counter electrode of a cathode, An object of the present invention is to provide an anodizing apparatus for aluminum that anodically oxidizes a tubular object to be processed of an aluminum material in an electrolytic solution to form an oxide film on the surface of the object to be processed. A power supply part for applying a constant voltage between the anode and the cathode, a water tank filled with an electrolyte and immersed in the metal and the counter electrode, and a cooling part for cooling the outside of the water tank to control the temperature of the electrolytic solution contained in the water tank. A cooling section provided so as to circulate the medium, and a rotating section for rotating the article to be processed It shall be.

Description

회전형 양극산화 장치{Anodic aluminum oxidation apparatus using rotating electrode}[0001] The present invention relates to an anodic oxidation apparatus,

본 발명은 원통형 금속의 표면에 나노 구조물을 형성하기 위한 양극산화 장치 에 관한 것으로, 음극의 대전극과 일정한 속도로 회전하는 양극의 알루미늄 재질의 피처리물을 전해액 내에서 전압을 인가하여 금속을 전기화학적으로 산화시킴으로써 표면에 나노 구조물을 형성시키는 양극산화 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an anodizing apparatus for forming a nanostructure on a surface of a cylindrical metal, and more particularly, to an anode oxidation apparatus for forming a nanostructure on a surface of a cylindrical metal, The present invention relates to an anodizing apparatus for forming a nanostructure on a surface by chemical oxidation.

일반적으로, 양극산화는 금속의 표면처리 기술의 하나로 금속 표면에 산화막을 형성하여 부식을 예방하거나 금속 표면을 채색하기 위해 널리 사용되어 왔으나, 최근에는 나노점, 나노선, 나노튜브, 나노막대 등과 같은 나노 구조체를 직접 형성시키거나, 나노 구조체 형성을 위한 형틀로 제조하는 방법으로 크게 활용되고 있다. In general, anodic oxidation is one of the surface treatment techniques for metal, which has been widely used for preventing corrosion or for coloring metal surfaces by forming an oxide film on the metal surface. Recently, however, anodic oxidation has been widely used as a nano-point, a nanowire, a nanotube, And it is widely used as a method of directly forming a nanostructure or making a mold for forming a nanostructure.

알루미늄 양극산화막은 제조가 용이하고 전해액 취급이 비교적 안전하며, 나노 포어와 포어 간격의 제어가 쉬워 나노기술 연구에 많이 활용되고 있다. 양극산화 장치는 기본적으로 4가지로 구성되며 이는 산화시키고자하는 금속, 전류를 흐르게 하기 위한 대전극, 산화되는 금속과 대전극 사이에 일정 전압을 인가하는 전압장치, 이온 전도의 매체 역할을 하는 전해액으로 구성된다. 따라서 4가지 구성 요소를 변화시키거나 일정하게 유지함으로써 금속 표면에 다양한 구조체를 만들 수 있게 된다. 금속 양극 재료로는 Al, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W 및 이들의 합금으로, 열처리, 전해연마 또는 화학연마의 전처리를 통해 균일한 조직과 평탄한 표면을 만들어서 사용한다. 이중 알루미늄 양극산화 막은 제조가 용이하고 전해질 취급이 용이하며, 나노 구조물의 두께와 제어가 쉬워 나노기술연구가 많이 활용되고 있다. 이에 따라 알루미늄 양극산화를 통해 나노 구조물을 만드는 많은 연구가 진행되고 있으며, 이는 다음과 같다.Aluminum anodic oxide films are easy to manufacture, are relatively safe to handle electrolytes, and are easy to control the distance between the nanopore and the pore, which is widely used in nanotechnology research. The anodizing apparatus is basically composed of four kinds, which are a metal to be oxidized, a counter electrode for flowing current, a voltage device for applying a constant voltage between the oxidized metal and the counter electrode, an electrolyte . Thus, it is possible to make various structures on the metal surface by changing or keeping the four components constant. Aluminum, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb, W and their alloys are used as the metal cathode material, and they are prepared by using heat treatment, electrolytic polishing or chemical polishing. Dual anodized aluminum films are easy to manufacture, easy to handle, and easy to control the thickness and control of nanostructures. Thus, a lot of research is being carried out to make nanostructures through aluminum anodization, which is as follows.

도 1 내지 도 2는 종래에 수행되고 있는 양극산화 방식을 도시하고 있다. 상기와 같은 방식들로 인해 평면의 금속 표면에 나노 구조물을 형성할 수 있으며, 실린더 모양의 안팎 표면에 나노 구조물을 만들 수 있다. 대전극의 위치 및 크기에 따라 산화되는 금속 표면에 나노 구조물의 형성이 달라진다. 이는 대전극과 금속 표면이 모두 고정되어 있기 때문에 전기장의 흐름에 변화가 없고 대전극과의 위치에 따라 나노 구조물의 형상이 다르게 나타나게 된다. FIGS. 1 and 2 illustrate an anodic oxidation method that has been performed conventionally. The above-described methods can form nanostructures on a planar metal surface, and can make nanostructures on the inside and outside surfaces of a cylinder shape. Depending on the position and size of the counter electrode, the formation of nanostructures on the oxidized metal surface is different. Since the counter electrode and the metal surface are both fixed, there is no change in the flow of the electric field, and the shape of the nanostructure is different depending on the position with respect to the counter electrode.

도 3은 Planar Aluminum에서 Pin-Plate로 4인치 웨이퍼 표면에 나노 구조물을 형성한 모습을 보여주고 있다. 4인치 웨이퍼에 알루미늄 양극산화로 만들어진 나노 구조물의 단면 사진을 보면 중간 부분은 865±63nm이며 가장자리 부분은 550±30nm로 나타나며 전기장이 웨이퍼 중심부에 집중되어 중심부를 기준으로 표면에 색 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 나노 구조물의 형상에 따른 흡수되는 파장의 차로 인해 색변화가 일어나는 것이다. 이처럼 대전극과 산화되는 금속이 서로 고정되어 있기 때문에 전기장의 형상에 따라 국부적으로 크기가 다른 나노 구조물이 형성되게 된다. 표면적이 작을 때는 반응면적이 작기 때문에 국부적으로 크기가 다른 나노 구조물이 형성되게 된다. 표면적이 작을 때는 반응면적이 작기 때문에 열도 적게 발생하며 전기장도 표면에 따른 차이가 작아지지만 금속의 표면적이 넓어질수록 반응면적이 넓어지고 반응이 진행될 때 금속의 표면에서는 더 많은 반응열이 발생하여 이로 인해 전해액 내부의 온도를 상승시켜 표면에 따른 나노 구조물의 직경과 간격이 균일하지 못하게 형성된다. 따라서, 금속 표면의 위치에 상관없이 균일한 나노 구조물을 형성시키기 위해 연구가 시급히 이루어져야 할 것이다. 문제점이 있었다.Figure 3 shows the formation of nanostructures on a 4-inch wafer surface with a pin-plate in Planar Aluminum. Cross-sectional photographs of the nanostructures made of aluminum anodic oxidation on a 4-inch wafer reveal that the middle part is 865 ± 63 nm and the edge part is 550 ± 30 nm. The electric field is concentrated in the center of the wafer, . This is due to the color difference due to the difference in the absorbed wavelength depending on the shape of the nanostructure. Since the counter electrode and the metal to be oxidized are fixed to each other, nanostructures having different sizes are formed depending on the shape of the electric field. When the surface area is small, nanostructures having different sizes are formed locally because the reaction area is small. When the surface area is small, the reaction area is small, so the heat is small and the electric field is small according to the surface. However, as the surface area of the metal becomes wider, the reaction area becomes wider. When the reaction proceeds, more heat is generated on the surface of the metal. The temperature inside the electrolyte is increased, so that the diameter and spacing of the nanostructures along the surface are not uniform. Therefore, research is urgently needed to form a uniform nanostructure regardless of the position of the metal surface. There was a problem.

상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 튜브형의 알루미늄 금속재료의 내외부 표면에 용이하게 산화피막층을 형성할 수 있으며, 특히 넓은 표면적을 갖더라도 산화피막층이 균일하면서도 신속하게 형성될 수 있는 회전형 양극산화 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming an oxide film layer, the method comprising: forming an oxide film layer on the inner and outer surfaces of a tubular aluminum metal material, An anodizing apparatus is provided.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄의 양극산화 장치는 알루미늄 소재의 튜브형 피처리물을 전해액에서 양극산화하여 상기 피처리물의 표면에 산화피막을 형성시키기 위한 것으로, 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물과, 음극에 위치한 대전극과, 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하는 전원공급부와, 내부에 전해액이 충진되고, 상기 금속 및 대전극이 침지되는 수조와, 상기 수조에 담긴 전해액의 온도조절을 위해 상기 수조의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비되는 냉각부와, 상기 피처리물을 회전시키는 회전부와, 상기 피처리물 또는 대전극을 수평방향으로 이동시켜 피처리물과 대전극의 간격을 조절하는 간격조절부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided an anodizing apparatus for anodizing aluminum, which is used for forming an oxide film on the surface of an object to be treated by anodizing the object to be processed in the form of an aluminum tube, A power supply part for applying a constant voltage between the positive electrode and the negative electrode; a water tank filled with an electrolytic solution and immersed in the metal and the counter electrode; A cooling part provided so as to circulate the cooling medium to the outside of the water tank for controlling the temperature of the electrolytic solution; a rotating part for rotating the object to be processed; and a rotating part for moving the object to be processed or the counter electrode in the horizontal direction, And an interval adjusting unit for adjusting the interval of the poles.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 튜브형의 알루미늄 금속재료의 내외부 표면에 산화피막층을 용이하게 형성할 수 있으며, 특히 넓은 표면적을 갖더라도 산화피막층이 균일하면서도 신속하게 형성될 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, an oxide film layer can be easily formed on the inner and outer surfaces of a tubular aluminum metal material, and an oxide film layer can be formed uniformly and rapidly even when having a large surface area.

또한, 본 발명에서는 금속재료의 회전을 통해 고전압에서도 산화반응을 통해 일어나는 발열반응을 충분히 상쇄시킬 수 있을 만큼의 순환이 이뤄지기 때문에 고전압을 이용하여 빠른 시간에 나노 구조물을 만들 수 있는 장점이 있다. In addition, in the present invention, since the circulation is performed to sufficiently cancel the exothermic reaction caused by the oxidation reaction even at a high voltage through the rotation of the metal material, there is an advantage that a nanostructure can be formed at a high speed using a high voltage.

따라서, 다양한 크기의 산화피막층을 빠른 시간 내에 대면적으로 성형 복제가 가능하여 디스플레이를 비롯한 다양한 분야에서의 적용 및 발전 가능성이 매우 높다.Accordingly, it is possible to replicate an oxide layer of various sizes in a large area in a short period of time, so that it is very likely to be applied and developed in various fields including display.

도 1 내지 도 2는 종래에 수행되고 있는 양극산화 방식을 도시한 개략도,
도 3은 Planar Aluminum에서 Pin-Plate로 4인치 웨이퍼 표면에 나노 구조물을 형성한 모습을 보인 도면,
도 4는 본 발명에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이다.FIGS. 1 and 2 are schematic views showing an anodizing method which is conventionally performed,
3 is a view showing a planar aluminum formed by forming a nanostructure on a 4-inch wafer surface using a pin-plate,
4 is a conceptual diagram of a rotary anodizing apparatus according to the present invention,
5 is a conceptual diagram of a rotary anodizing apparatus according to another embodiment of the present invention,
6 is a conceptual diagram of a rotary anodizing apparatus according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치는 음극의 대전극과 일정한 속도로 회전하는 양극의 알루미늄 재질의 피처리물을 전해액 내에서 전압을 인가하여 금속을 전기화학적으로 산화시킴으로써 표면에 나노 구조물을 형성하는 것으로, 그 일 실시예를 도 4 내지 도 6에 나타내 보였다. The rotating anodizing apparatus according to the present invention forms a nanostructure on a surface by electrochemically oxidizing a metal by applying a voltage in an electrolytic solution to an object made of aluminum having an anode rotating at a constant speed and a counter electrode of a cathode And one embodiment thereof is shown in Figs. 4 to 6. Fig.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치의 구성 및 작용을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the configuration and operation of a rotary anodizing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이며, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 회전형 양극 산화장치의 개념도이다.FIG. 4 is a conceptual diagram of a rotary anodizing apparatus according to the present invention, FIG. 5 is a conceptual diagram of a rotary anodizing apparatus according to another embodiment of the present invention, FIG. 6 is a perspective view of a rotary type anodizing apparatus according to another embodiment of the present invention, And Fig.

도시된 바와 같은 본 발명은 알루미늄재질의 원통형 피처리물(110)의 표면에 양극산화 방식으로 나노 구조물을 형성하기 위한 것으로, 특히 성형을 위한 몰드의 표면상에 균일성이 확보된 나노구조물을 형성하기 위한 것입니다. 이를 위해, 본 발명은 일정한 속도로 회전하는 피처리물(110)과 대전극(120)을 전해액(10) 내에서 전압을 인가하여 금속재질의 피처리물(110)을 전기화학적으로 산화시킴으로써 피처리물(110)의 표면에 나노 구조물을 형성합니다.The present invention as shown is for forming a nanostructure on the surface of a cylindrical object 110 made of aluminum by anodic oxidation, and more particularly, to a method for forming a nanostructure having uniformity on the surface of a mold for molding Is to do. The object to be treated 110 is electrochemically oxidized by applying a voltage in the electrolytic solution 10 to the object to be processed 110 and the counter electrode 120 rotating at a constant speed, Form a nanostructure on the surface of the treated material (110).

본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치는 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물(110)과, 음극에 위치한 대전극(120)과, 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하는 전원공급부(130)와, 내부에 전해액(10)이 충진되고, 상기 피처리물(110) 및 대전극(120)이 침지되는 수조(140)와, 상기 수조(140)에 담긴 전해액(10)의 온도조절을 위해 상기 수조(140)의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비되는 냉각부(150)와, 상기 피처리물(110)을 회전시키는 회전부(160)를 포함한다.The rotating type anodization apparatus according to the present invention includes a tube-shaped object 110 disposed at the anode, a counter electrode 120 disposed at the cathode, a power supply unit 130 applying a constant voltage between the anode and the cathode, A water tank 140 in which the electrolyte 10 is filled and the object 110 and the counter electrode 120 are immersed in the water tank 140 and the temperature of the electrolyte 10 contained in the water tank 140 A cooling unit 150 arranged to circulate the cooling medium to the outside of the water tub 140 and a rotation unit 160 rotating the object to be processed 110.

피처리물(110)은 원통형의 구조를 취하며, 알루미늄 재질로 구비된다고 명시하였지만, 이 밖에도 원주형, 육면체 등 볼륨을 갖는 다양한 형태의 금속재질의 피처리물이 해당될 수 있다. 상기와 같은 피처리물(110)은 양극에 위치한다.The material to be processed 110 has a cylindrical structure and is made of an aluminum material. However, the material to be processed may have various types of metallic materials having a volume such as a columnar shape or a hexahedral shape. The object 110 as described above is located on the anode.

대전극(120)은 상기 양극에 대한 상대전극인 음극에 위치하며, 전원공급부(130)는 상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하여 산화피막이 진행되도록 한다. 수조(140)는 내부에 전해액(10)이 충진되고, 상기 피처리물(110) 및 대전극(120)이 침지되어, 상기 피처리물(110)의 양극과 대전극(120)의 음극에 전압이 가해지면 수조에 충진된 전해액(10)의 작용으로 피처리물(110)의 표면에 산화피막형성이 진행되는 것이다. 냉각부(150)는 상기와 같은 산화피막형성과정이 진행되면서 상기 수조(140)에 담긴 전해액(10)의 온도가 높아질 때 전해액(10)의 온도조절을 위해 상기 수조(140)의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비된다.The counter electrode 120 is located on the cathode which is a counter electrode to the anode, and the power supply unit 130 applies a constant voltage between the anode and the cathode to advance the oxide film. The water tank 140 is filled with the electrolyte 10 and the object 110 and the counter electrode 120 are immersed so that the anode of the object to be processed 110 and the cathode of the counter electrode 120 When the voltage is applied, the formation of the oxide film on the surface of the object 110 proceeds due to the action of the electrolytic solution 10 filled in the water tank. The cooling unit 150 may cool the outer surface of the water tank 140 to adjust the temperature of the electrolyte solution 10 when the temperature of the electrolyte solution 10 contained in the water tank 140 is increased, So that the medium is circulated.

상기 회전부(160)는 상기 피처리물(110)을 일정한 속도로 회전시키는 구동수단으로서, 일례로 상기 회전부(160)는 전원을 공급받아 회전하는 모터를 포함할 수 있다. 상기와 같은 구조로 이루어진 본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치는 상기 음극에 위치한 대전극(120)은 고정된 상태이고, 산화되는 튜브형태의 피처리물(110)은 일정한 속도로 회전하게 된다. 산화되는 피처리물(110)을 고정했을 때 대전극(120)과 마주하는 금속면과 그에 반대되는 금속면에서 전기장의 차이로 인해 나노 구조물의 형성이 다르게 나타나며 이를 해결하기 위해 피처리물(110)을 회전시켜 산화되는 금속면을 회전하였다. 회전으로 인해 피처리물(110)의 전면부에서 동일한 전기장이 인가됨으로써 양극산화 반응시 균일한 나노 구조물이 형성되게 된다.The rotation unit 160 may be a driving unit that rotates the object 110 at a constant speed. For example, the rotation unit 160 may include a motor that is rotated by receiving power. In the rotary anodizing apparatus according to the present invention having the above structure, the counter electrode 120 located at the cathode is fixed, and the to-be-processed object 110 in the form of an oxidized tube rotates at a constant speed. When the object 110 to be oxidized is fixed, the formation of nanostructures is different due to the difference in electric field between the metal surface facing the counter electrode 120 and the metal surface opposite thereto. To solve this problem, ) Was rotated to rotate the oxidized metal surface. The same electric field is applied to the front surface of the object 110 due to rotation, so that a uniform nanostructure is formed during the anodic oxidation reaction.

또한, 상기 회전부(160)의 작용으로 피처리물(110)이 회전하게되면서 산화 반응이 일어나면서 발생하는 열을 순환시켜 온도 상승을 억제하여 균일한 온도를 유지하는 교반기 역할을 기대할 수 있다. In addition, it can be expected that the object to be processed 110 is rotated by the action of the rotating unit 160, and the heat generated by the oxidation reaction is circulated to suppress the temperature rise and maintain the uniform temperature.

기존의 경우, 성형을 위한 기존의 몰드 제작용 양극산화공정은 4인치 내의 극히 제한적인 공간에서 이루어져 왔지만, 본 발명에서는 4인치 이상의 확보된 공간에서 공정이 이루어질 수 있다. 이때 피처리물(110)의 모든 표면에 대하여 균일성이 확보된 다공성의 나노구조물을 제작하기 위해서는 균일한 전기장의 분포 및 균일한 온도분포가 필요로 하며, 이를 위해 모터 등의 회전부(160)를 이용한 회전방식을 적용하였다. 실제 공정에 있어서 전기장과 온도분포의 균일성은 양극산화 공정이 완료된 피처리물(110)이 성형을 위한 몰드로써 가치를 갖는지를 좌우하는 중요한 역할을 한다.Conventionally, the conventional anodizing process for forming molds has been performed in a very limited space within 4 inches, but in the present invention, the process can be performed in a space of 4 inches or more. In order to produce a porous nano structure having uniformity for all the surfaces of the object 110, a uniform electric field distribution and a uniform temperature distribution are required. For this purpose, The rotation method used was applied. The uniformity of the electric field and the temperature distribution in the actual process plays an important role in determining whether the object 110 having completed the anodizing process has a value as a mold for molding.

즉, 회전부(160)를 이용한 피처리물(110)의 회전을 통해 고정된 대전극(120)과 피처리물(110) 표면 사이의 거리를 단계적으로 균일화 시켜 피처리물(110) 표면에 대한 전기장 분포를 전체적으로 균일화 시킨다. That is, the distance between the counter electrode 120 and the surface of the object 110 to be fixed through the rotation of the object 110 using the rotation unit 160 is stepwise equalized, Thereby uniformizing the electric field distribution as a whole.

또, 피처리물(110)의 회전에 의해 전해액(10)의 교반 효과를 유도하여 수조(140)의 아랫부분과 윗부분의 온도차를 제거하여 수조(140) 내부의 전해액(10) 온도 균일성을 유지시킨다. 피처리물(110)의 회전은 균일성이 확보된 다공성 나노구조물을 제작하기 위한 필수 조건이다.The temperature difference between the lower part and the upper part of the water tank 140 is removed by inducing the stirring effect of the electrolytic solution 10 by the rotation of the object 110 so that the temperature uniformity of the electrolyte 10 in the water tank 140 . The rotation of the object 110 is an essential condition for producing a porous nanostructure having uniformity.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 냉각부(150)는 상기 냉각매체를 순환시키는 칠러(152)가 장착될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 냉각부(150)는 상기 수조(140)의 하단에 배치되는 쿨링플레이트(153)를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the cooling unit 150 may be equipped with a chiller 152 for circulating the cooling medium. According to another aspect of the present invention, the cooling unit 150 may include a cooling plate 153 disposed at the lower end of the water tub 140.

알루미늄 양극산화 반응을 이용하여 피처리물(110)의 표면에 균일한 나노 구조물을 형성하기 위해서는 반응이 일어나는 전 면적에 대해 균일한 전압과 전기장 및 온도가 요구된다. 이에 본 발명에서는 이를 충족하기 위해 전해액(10)의 온도를 조절하기 위해 순환식 냉각구조로 디자인된 냉각부(150)를 포함하되, 상기 냉각부(150)는 냉각매체를 순환시키기 위한 칠러(152)를 포함할 수 있으며, 양극산화공정이 이루어지면서 발생하는 열을 최소화하기 위하여 수조(140)의 저면에 배치되어, 상기 수조가 탑재되는 쿨링 플레이트(153)를 포함할 수도 있다. 이와 같이 구성된 시스템에 의해 일정한 전압 하에서 금속재질의 피처리물(110) 표면의 산화반응이 전 면적에서 균일하게 일어나며 일정한 온도를 유지하므로 반응 면적이 증가하여도 균일한 나노 구조물을 형성할 수 있다.In order to form a uniform nanostructure on the surface of the object 110 using an aluminum anodizing reaction, a uniform voltage, an electric field, and a temperature are required for the entire area where the reaction takes place. The present invention includes a cooling unit 150 designed to have a circulating cooling structure to adjust the temperature of the electrolyte solution 10 in order to satisfy the requirement. The cooling unit 150 includes a chiller 152 for circulating the cooling medium And may include a cooling plate 153 disposed on the bottom surface of the water tank 140 for minimizing the heat generated when the anodization process is performed and on which the water tank is mounted. According to the system configured as described above, the oxidation reaction of the surface of the workpiece 110 made of metal under a constant voltage occurs uniformly over the entire surface, and the uniform temperature can be maintained, so that a uniform nanostructure can be formed even if the reaction area is increased.

또한, 본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기 피처리물(110) 또는 대전극(120)을 수평방향으로 이동시켜 피처리물(110)과 대전극(120)의 간격을 조절하는 간격조절부(170)를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, an interval adjusting unit (not shown) for adjusting the interval between the object to be processed 110 and the counter electrode 120 by horizontally moving the object 110 or the counter electrode 120 170).

상기 간격조절부(170)는 상기 피처리물(110) 또는 대전극(120)의 하부에 연결되고, 상기 피처리물(110)을 좌우로 움직이거나, 대전극(120) 또는 둘다 이동시켜 상기 피처리물(110)과 대전극(120)의 간격을 조절하여 산화피막 형성속도 및 강도를 조절할 수 있다. 상기 간격조절부(170)는 상기 피처리물(110) 또는 대전극(120)을 흔들리지 않도록 수평방향으로 이동하는 범위에서 공지의 다양한 직선이송수단이 적용될 수 있다.The gap adjusting unit 170 is connected to the lower part of the object 110 or the counter electrode 120 and moves the object 110 to the left or right or the counter electrode 120 or both, The speed and intensity of the formation of the oxide film can be controlled by adjusting the distance between the object 110 and the counter electrode 120. Various known linear transferring means may be applied to the gap adjusting unit 170 in a range of moving in the horizontal direction so as not to shake the object 110 or the counter electrode 120.

본 발명에 따른 회전형 양극산화 장치를 이용한 양극 산화 방법은 알루미늄 소재의 튜브형 피처리물을 전해액에서 양극산화하여 상기 피처리물의 표면에 산화피막을 형성시키는 것으로, 음극에 위치한 대전극이 일측에 고정되고, 양극에 위치한 튜브형태의 피처리물이 제자리에서 회전하면서 양극산화가 진행되도록 한다.The anodic oxidation method using the rotary anodizing apparatus according to the present invention is characterized in that an anodic oxide film is formed on the surface of the object to be processed by anodizing the object to be processed in the tubular form of aluminum material in the electrolyte, And the tubular object located at the anode rotates in place to allow anodization to proceed.

상기와 같이 음극에 위치한 대전극은 고정되고, 산화되는 튜브형태의 피처리물은 일정한 속도로 회전할 경우, 산화되는 피처리물을 고정했을 때 대전극과 마주하는 금속면과 그에 반대되는 금속면에서 전기장의 차이로 인해 나노 구조물의 형성이 다르게 나타나는 문제점이 해결될 수 있다. 즉, 피처리물의 회전으로 인해 피처리물의 전면부에서 동일한 전기장이 인가됨으로써 양극산화 반응시 균일한 나노 구조물이 형성되게 된다.As described above, the counter electrode located at the cathode is fixed, and when the object to be oxidized is rotated at a constant speed, when the object to be oxidized is fixed, the metal surface facing the counter electrode and the metal surface The problem that the formation of nanostructures is different due to the difference in electric field can be solved. That is, due to the rotation of the object to be treated, the same electric field is applied to the front surface of the object to be processed, so that a uniform nano structure is formed during the anodic oxidation reaction.

본 발명은 알루미늄 양극산화를 이용하여 튜브 형태의 금속 피구조물(110)의 표면에 균일한 나노 구조물을 만들기 위하여 반응이 일어나는 알루미늄재질의 피구조물(110)에 일정한 속도의 회전을 인가하여 피구조물(110) 표면에 발생하는 산화반응이 대전극(120)의 위치에 상관없이 표면 전체에 골고루 전기장이 형성되어 피구조물(110) 표면에 균일한 나노 구조물을 단일 공정을 통해 만들 수 있는 장점을 가지고 있다. 또한, 피구조물(110) 표면의 회전으로 산화피막과정에서 발생하는 열을 전해액(10)의 회전으로 인해 빠르게 확산을 진행시켜 표면 위치에 따른 국부적인 열 증가 현상을 줄일 수 있다. 이는 기존에 균일성 확보를 위해 저전압에서 오랜시간 양극산화 공정을 하거나, 나노 홀간 거리를 조절 또는 증가시키기 위해 고전압을 인가 시 피구조물(110) 표면에서 발생하는 발열반응을 줄이기 위해 교반 장치를 추가로 사용하여 장비의 복잡성을 야기하는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 본 발명에서는 금속재료인 피구조물(110)의 회전을 통해 고전압에서도 산화반응을 통해 일어나는 발열반응을 충분히 상쇄시킬 수 있을 만큼의 교반이 이뤄지기 때문에 고전압을 이용하여 빠른 시간에 나노 구조물을 만들 수 있으며, 산화되는 피구조물(110)의 면적이 증가함에도 균일한 나노 구조물을 만들 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to an aluminum anodizing method in which aluminum is subjected to a reaction at a constant speed to generate a uniform nanostructure on the surface of a tube-shaped metallic structure 110 using aluminum anodization, 110 has an advantage in that an electric field is uniformly formed on the entire surface irrespective of the position of the counter electrode 120 and a uniform nanostructure can be formed on the surface of the structure 110 through a single process . Also, the heat generated during the oxidation process due to the rotation of the surface of the structure 110 can be rapidly diffused due to the rotation of the electrolyte solution 10, thereby reducing local heat increase due to the surface position. In order to maintain the uniformity, an agitation device is added to reduce an exothermic reaction occurring at the surface of the structure 110 when a high voltage is applied to adjust an anodic distance or to increase an inter-nano distance, It is possible to solve the problem that causes the complexity of the equipment. That is, in the present invention, stirring is performed to sufficiently cancel the exothermic reaction caused by the oxidation reaction even at a high voltage through rotation of the structure 110, which is a metallic material, so that the nanostructure can be quickly formed And it is advantageous to make a uniform nanostructure even though the area of the structure 110 to be oxidized is increased.

본 발명은 기존 알루미늄 양극산화 방식을 이용하여 기존에 금속판 표면에 나노 구조물을 형성하거나 원통형내, 외부표면에 나노 구조물을 제작하는 방법의 문제점을 보완하여 넓은 면적에 나노 구조물을 제작하여도 균일성을 유지할 수 있도록 금속을 회전시키는 새로운 방식을 제안하였다. 이를 통해 넓은 면적의 금속 표면에 나노 구조물을 제작할 수 있으며, 이를 성형 몰드로 사용하면, 많은 시간 절약과 이를 응용한 대면적의 나노 구조물을 이용한 응용기술로의 시장 진입 및 기술이전 가능성이 높다.The present invention overcomes the problems of conventional methods of forming nanostructures on the surface of a metal sheet or fabricating nanostructures on the inner and outer surfaces of a cylindrical body by using the conventional aluminum anodization method, And proposed a new method of rotating the metal so that it can be held. As a result, nanostructures can be fabricated on a wide area of metal surface, and when used as a molding mold, there is a high possibility of time-saving and application of technology using large-area nanostructures and technology transfer.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation and that those skilled in the art will recognize that various modifications and equivalent arrangements may be made therein. It will be possible. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

110 : 피처리물
120 : 대전극
130 : 전원공급부
140 : 수조
150 : 냉각부
151 : 냉각탱크
152 : 칠러
153 : 쿨링플레이트
160 : 회전부
170 : 간격조절부110:
120:
130: Power supply
140: aquarium
150:
151: cooling tank
152: Chiller
153: Cooling plate
160:
170:

Claims

알루미늄 소재의 튜브형 피처리물을 전해액에서 양극산화하여 상기 피처리물의 표면에 산화피막을 형성시키는 알루미늄의 양극산화 장치에 관한 것으로,
양극에 위치한 튜브형태의 피처리물;
음극에 위치한 대전극;
상기 양극과 음극 사이에 일정한 전압을 인가하는 전원공급부;
내부에 전해액이 충진되고, 상기 피처리물 및 대전극이 침지되는 수조;
상기 수조에 담긴 전해액의 온도조절을 위해 상기 수조의 외부로 냉각매체가 순환하도록 구비되는 냉각부;
상기 피처리물을 회전시키는 회전부;
상기 피처리물 또는 대전극을 수평방향으로 이동시켜 피처리물과 대전극의 간격을 조절하는 간격조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 양극산화 장치.An object of the present invention is to provide an anodizing apparatus for aluminum that anodically oxidizes a tubular object to be processed in an electrolytic solution to form an oxide film on the surface of the object to be processed.
A tube-shaped object to be processed in an anode;
A counter electrode located at the cathode;
A power supply unit applying a constant voltage between the anode and the cathode;
A water tank filled with an electrolytic solution therein and immersed in the object to be treated and a counter electrode;
A cooling unit arranged to circulate the cooling medium to the outside of the water tank for controlling the temperature of the electrolytic solution contained in the water tank;
A rotating part for rotating the object to be processed;
And an interval adjusting unit for adjusting the interval between the object to be processed and the counter electrode by moving the object to be processed or the counter electrode in the horizontal direction.

제 1항에 있어서,
상기 냉각부는 상기 냉각매체를 순환시키는 칠러가 장착된 것을 특징으로 하는 회전형 양극산화 장치.The method according to claim 1,
Wherein the cooling unit is equipped with a chiller for circulating the cooling medium.

제 1항에 있어서,
상기 냉각부는 상기 수조의 하단에 배치되는 쿨링플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전형 양극산화 장치.The method according to claim 1,
Wherein the cooling unit includes a cooling plate disposed at a lower end of the water tank.