KR20160056731A

KR20160056731A - 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물 및 이를 이용한 알루미늄의 화학적 연마 방법

Info

Publication number: KR20160056731A
Application number: KR1020140157421A
Authority: KR
Inventors: 곽현근; 최정주; 오명훈; 우동균; 박종문; 이현호
Original assignee: 금오공과대학교 산학협력단
Priority date: 2014-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-05-20
Also published as: KR101638699B1

Abstract

본 발명은 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물 및 이를 이용한 알루미늄의 화학적 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 잉곳을 성형할 때 제품 표면에서 금속광택이 유실되고 경계가 발생하는 문제를 개선하기 위하여 알루미늄의 표면을 연마함으로써 금속광택을 개선하고, 평균조도를 저하하는 알루미늄의 화학적 연마 방법에 관한 것이다.

Description

알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물 및 이를 이용한 알루미늄의 화학적 연마 방법{Composition for chemically polishing alluminium after deep-drawing process and the process for chemically polishing the surface of alluminium thereby}

본 발명은 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물 및 이를 이용한 알루미늄의 화학적 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 잉곳을 성형할 때 제품 표면에서 금속광택이 유실되고 경계가 발생하는 문제를 개선하기 위하여 알루미늄의 표면을 연마함으로써 금속광택을 개선할 뿐만 아니라 산화 피막을 형성할 수 있는 알루미늄의 화학적 연마 방법에 관한 것이다.

휴대폰, PC 등에 쓰이는 배터리 케이스는 무게를 감소시키기 위하여 강도, 성형성 및 용접성 등이 우수한 알루미늄을 범용으로 사용하여 딥드로잉(deep-drawing) 성형법으로 가공된다.

일반적으로 딥 드로잉(deep drawing)은 펀치와 금형을 사용하여 가공물의 벽을 프레스로 얇게 가공하는 인발 가공에 해당한다. 상기 딥 드로잉은 알루미늄 이외에도 스테인레스 철강 등 다양한 금속 판재를 가공하는데 사용 가능하며, 소총탄환, 탄피, 알루미늄 주전자, 들통 등 다양한 형태의 가공물을 제작하는 공정에서 널리 사용되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1은 건축물의 굴곡 부위에 시공하기 위해 샌드위치 패널을 절곡되도록 가공하고자 할 때 그 샌드위치 패널을 쉽게 절단 및 절곡할 수 있는 샌드위치 패널용 심재와 그 심재를 이용한 샌드위치 패널을 제공하고자 하는 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄판, 석도강판, 아연도강판, 스테인레스판과 같은 금속판 중에서 선택된 어느 하나의 금속판을 드로잉 다이(drawing die)를 이용한 디프 드로잉 가공법(deep drawing)에 의하여 압착하여 그 금속판 상에 다양한 모뿔형의 함몰부 중에서 선택된 어느 한가지 함몰부를 금속판의 아래로만 향하도록 형성하거나, 금속판의 아래와 위로 번갈아 가면서 향하도록 형성하여서 샌드위치 패널용 디프 드로잉 심재(core)에 대하여 개시하고 있다.

또한, 특허문헌 2는 딥 드로잉성이 우수한 연질 열연강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 열간 압연단계에서 높은 r값을 확보하고 윤활압연을 통해 표면부와 내부 r값 편차를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 티타늄(Ti)과 니오븀(Nb) 및 몰리브덴(Mo)을 첨가하여 강 중의 고용원소도 충분히 제어하여 연신율과 r값이 우수한 특성을 얻을 수 있으므로, 가공성과 딥 드로잉성이 우수한 연질 열연강판을 제조할 수 있는 방법에 대하여 개시하고 있다.

상기 딥 드로잉의 기술을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저, 금형에 판재(알루미늄)를 안치시킨 후, 펀치와 스토퍼를 판재의 상면으로 하강시킨다.

상기와 같이 펀치와 스토퍼가 하강하게 되면, 스토퍼가 판재 외측을 고정시키고, 그 내측은 펀치가 하강하여 금형의 중공부로 판재를 가압하게 된다.

따라서, 상기 판재는 중공부의 하측으로 하강하면서 재질이 늘어나게 되며, 이때, 상기 스토퍼가 판재를 완전고정시킨 상태가 아니기 때문에 판재도 중공부 측으로 유도되어 판재가 찢어지거나 주름이 발생하지 않게 된다.

상기한 일련의 작업절차에 의하여 딥 드로잉작업이 완료되면 소정 형상의 딥 캡(deep cap)이 완성된다.그러나, 상기한 종래의 딥 드로잉작업에 의해서 제작된 제품은 펀치에 의해 중공부로 가압되며 재질이 늘어나게 되기 때문에 그 표면이 매우 거칠며 맨홀이 발생하게 된다.

따라서, 이를 보정하기 위하여 별도의 후처리공정이 소요되는 바, 상기한 후처리공정은 제품의 내측면과 표면을 연삭해야 하는 표면처리공정과 거친면을 부드럽게 하고 광택이 판재(알루미늄)의 표면에서 발생할 수 있도록 하는 광택공정을 수행해야 하는 번거로운 문제점이 발생하게 된다.

대한민국 등록특허 제10-0666845호(공개일:2005년09월23일) 대한민국 공개특허 제10-2010-0035824호(공개일:2010년04월07일)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 알루미늄의 표면을 연마함으로써 금속광택을 개선할 뿐만 아니라 산화 피막을 형성할 수 있는 화학적 연마 조성물과 이를 이용한 알루미늄의 표면 처리 방법을 제공하는 데 있다.

이를 위하여, 본 발명은 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 질산(HNO₃) 1 ~ 10 중량부 및 물(H₂O) 10 ~ 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 알루미늄의 화학적 연마용 조성물은 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 황산(H₂SO₄) 5 ~ 10 중량부, 붕산(H₃BO₃) 0.1 ~ 5 중량부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 태양은 알루미늄 합금을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 1단계; 및 상기 알루미늄 성형물을 상기 조성물에 함침한 후 70℃ ~ 110℃에서 화학적으로 연마하는 2단계;를 포함하는 알루미늄의 딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 2단계에서 상기 연마는 3 ~ 5분간 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양은 알루미늄 합금을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 1단계; 및 상기 알루미늄 성형물을 상기 조성물에 함침한 후 85℃ ~ 105℃에서 화학적으로 연마하는 2단계;를 포함하는 알루미늄의 딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마 방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 2단계에서 상기 연마는 2 ~ 5분간 수행될 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 알루미늄 잉곳은 AL8079, 1N30, AL8021, AL3003, AL3004, AL3005, AL3104 및 AL3105 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 알루미늄 잉곳은 AL 3003의 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 태양은 상기 방법으로 연마되고, 평균 표면조도(Ra)가 10 ~ 70 nm 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품을 제공한다.

본 발명의 바람직한 일실시예에 있어서, 상기 알루미늄 제품은 배터리 케이스일 수 있다.

본 발명에 따르면, 딥드로잉 공정 이후에 발생할 수 있는 불균일한 표면을 연마하기 위한 화학적 연마 조성물과 이를 이용한 알루미늄의 화학적 연마 방법을 제공함으로써 금속광택을 개선할 뿐만 아니라 산화 피막을 형성할 수 있어 내식성이 향상된 알루미늄 합금을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1의 표면을 관찰한 저배율 사진이다.
도 2는 비교예 1 내지 비교예 3의 표면을 관찰한 저배율 사진이다.
도 3은 본 발명에 따른 실시예 1의 표면을 관찰한 고배율 사진이다.
도 4는 비교예 1 내지 비교예 3의 표면을 관찰한 고배율 사진이다.

본 명세서에서 "표면조도"는 대상물 표면의 작은 요철(凹凸)의 정도로서, 어떤 면에서 무작위로 발취한 계측값을 평균하여 대표값으로 나타낸 수치를 의미한다.

상술한 바와 같이 딥드로잉 성형에서 다이(die)와 제품 사이에 마찰이 발생하므로, 딥드로잉 성형이 수행된 알루미늄 재료는 광택을 잃고 경계면이 형성되는 원인이 되며, 경계면에서 물결무늬 등이 나타나 불균일한 표면 발생의 원인으로 작용하는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에서는 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물을 제공함으로써, 표면 금속광택을 개선할 뿐만 아니라 불균일한 표면을 균일하게 개선하여 상술한 문제점의 해결을 모색하였다. 이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물은 인산(H₃PO₄), 질산(HNO₃) 및 물(H₂O)을 포함한다. 상기 인산 및 질산은 알루미늄을 산화시켜 표면을 화학적으로 연마시키는 주 반응을 수행한다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물은 황산(H₂SO₄) 및 붕산(H₃BO₃)을 더 포함할 수 있다. 상기 황산은 인산 및 질산이 알루미늄을 연마시키는 반응을 촉진하는 역할을 하며, 붕산은 알루미늄을 2차적으로 연마시키는 역할을 하고, 물은 상기 알루미늄의 화학적 연마용 조성물의 농도를 조절하기 위해 도입된다. 이때 발생하는 주 반응은 하기 반응식 1과 같다.

[반응식 1]

7Al + 7H₃PO₄ + 5HNO₃ → 7AlPO₄ + 2N₂ + NO₂ + 13H₂O

본 발명에 따른 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물은 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 질산(HNO₃) 1 ~ 10 중량부, 및 물(H₂O) 10 ~ 50 중량부를 포함할 수 있고, 바람직하게는 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 질산(HNO₃) 1 ~ 5 중량부 및 물(H₂O) 30 ~ 50 중량부를 포함할 수 있다. 상기 질산은 인산 100 중량부에 대하여 1 중량부 미만으로 포함되는 경우 알루미늄의 연마를 위한 반응이 충분히 수행되기 어려운 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하는 경우 강한 산성으로 인하여 알루미늄을 부식시킬 수 있는 문제점이 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄의 딥드로잉 공정 후처리를 위하여 상기 조성물을 이용한 화학적 연마 방법을 제공하며, 상기 방법은 알루미늄 합금을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 1단계; 및 상기 알루미늄 성형물을 본 발명에 따른 조성물에 함침한 후 70℃ ~ 110℃에서 화학적으로 연마하는 2단계;를 포함한다. 이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 화학적 연마 방법에 있어서, 상기 1단계는 알루미늄 잉곳을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 단계로서, 상기 딥드로잉 성형이란 재료의 직경을 줄이거나, 판재의 주변부를 중앙으로 좁혀서 용기상(예를 들어, 컵 상)으로 가공하는 것을 의미한다.

상기 딥 드로잉 성형 방법으로는 평판을 펀치와 다이(Die)를 사용하여 판 주변부를 안쪽으로 좁혀서 이음매가 없는 중공(中空)상태의 용기로 가공하는 방법, 또는 스피닝(Spinning) 선반을 사용하여 스피닝 이나 롤러를 이용하여 판금을 모형에 압착하여 회전 성형하는 가공방법 등이 있다. 상기 딥드로잉 성형을 수행하여 제조된 딥드로잉된 알루미늄 성형물은 다이(Die)와 알루미늄 잉곳 사이의 마찰로 인하여 광택을 잃고 경계면이 형성될 수 있으며, 상기 경계면은 불균일한 표면 발생의 원인으로 작용할 수 있다. 따라서 후처리 공정을 통해서 표면을 화학적으로 연마함으로써 알루미늄 표면의 광택을 개선하고 표면 조도를 조절할 수 있다.

이때, 상기 알루미늄 잉곳은 AL8079, 1N30, AL8021, AL3003, AL3004, AL3005, AL3104 및 AL3105로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알루미늄 합금을 포함할 수 있고, 바람직하게는 AL 3003의 알루미늄 합금을 포함하는 것이 좋다. 상기 AL 3003은 우수한 형상성 및 높은 강도를 가지는 알루미늄 합금으로, 딥드로잉 성형에 용이하며 우수한 강도를 가짐으로써 PC, 모바일 기기의 배터리 케이스 등으로 가공하여 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 화학적 연마 방법에 있어서, 상기 딥드로잉된 알루미늄 성형물은 평균 표면조도(Ra)가 100 ~ 300 nm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 100 ~ 200 nm일 수 있다. 상기 딥드로잉된 알루미늄 성형물은 딥드로잉 공정을 거치면서 불균일한 표면을 가지고 광택을 잃게 되어 평균 조도값이 100 ~ 300 nm로 상대적으로 높은 수치를 나타내지만, 이후의 화학적 연마를 통해 평균 조도 값이 약 40 ~ 70 nm로 낮아질 수 있다.

본 발명에 따른 화학적 연마 방법에 있어서, 상기 2단계에서는 상기 알루미늄 성형물을 본 발명에 따른 조성물에 함침한 후 70℃ ~ 110℃에서 화학적으로 연마할 수 있고, 바람직하게는 80℃ ~ 100℃에서 화학적으로 연마할 수 있다. 상기 연마가 70℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우 열에너지가 충분히 공급되지 않아 화학적 연마가 원활히 수행되지 않는 문제점이 있고, 110℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우 균일한 표면처리가 수행되기 어려운 문제점이 있다.

상기 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 본 발명에 따른 화학적 연마용 조성물에 함침하면, 딥드로잉된 알루미늄 성형물에 포함된 알루미늄이 상기 화학적 연마용 조성물에 포함된 인산 및 질산과 상기 반응식 1과 같이 반응하여 알루미늄 표면이 화학적으로 연마됨으로써 평균 표면조도값을 낮출 수 있다. 보다 상세하게는, 알루미늄 표면에 형성되어 있는 요철에 있어서 돌출된 부분에서는 알루미늄이 빠르게 산화되고 함몰된 부분에서는 반응이 더디게 진행되어 알루미늄의 표면이 연마될 수 있다.

이때, 상기 연마는 3 ~ 5분간 수행하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 4 ~ 5분간 수행하는 것이 좋다. 상기 연마가 3분 미만으로 수행되는 경우 평균 조도가 충분히 저하되지 않는 문제점이 있고, 5 분을 초과하여 수행하는 경우 일정 조도 이하의 조도 개선이 나타나지 않지만 지속적인 공정 처리가 이루어져 공정 경제성이 저하되는 문제점이 있으며, 전면적 화학 연마가 일어나 두께가 줄어들어 치수안정성에 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물은 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 질산(HNO₃) 1 ~ 10 중량부, 및 물(H₂O) 10 ~ 50 중량부를 포함하고, 황산(H₂SO₄) 5 ~ 10 중량부 및 붕산(H₃BO₃) 0.1 ~ 5 중량부를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 황산(H₂SO₄) 6 ~ 8 중량부 및 붕산(H₃BO₃) 1 ~ 2 중량부를 더 포함할 수 있다.

상기 황산은 인산 100 중량부에 대하여 5 중량부 미만으로 포함되는 경우 황산의 함량이 적어 상기 반응식 1의 반응을 촉진시키기 어려운 문제점이 있고, 10 중량부를 초과하여 포함되는 경우 강한 산성으로 인하여 알루미늄을 부식시킬 수 있는 문제점이 있다.

상기 붕산은 인산 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 미만으로 포함되는 경우 알루미늄 표면의 산화피막을 용해하지 못하는 문제점이 있고, 5 중량부를 초과하여 포함되는 경우 알루미늄의 산화피막을 용해하는 힘이 세져 표면처리가 불균질하게 되는 문제점이 있다.

또한, 본 발명은 알루미늄의 딥드로잉 공정 후처리를 위하여 상기 조성물을 이용한 화학적 연마 방법을 제공하며, 상기 방법은 알루미늄 합금을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 1단계; 및 상기 알루미늄 성형물을 상기의 조성물에 함침한 후 85℃ ~ 105℃에서 화학적으로 연마하는 2단계;를 포함한다. 이하, 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 화학적 연마 방법에 있어서, 상기 1단계는 상기 기재된 화학적 연마 방법과 동일한 조건 및 방법으로 수행될 수 있다.

본 발명에 따른 화학적 연마 방법에 있어서, 상기 2단계에서는 상기 알루미늄 성형물을 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 질산(HNO₃) 1 ~ 10 중량부, 및 물(H₂O) 10 ~ 50 중량부를 포함하고, 황산(H₂SO₄) 5 ~ 10 중량부 및 붕산(H₃BO₃) 0.1 ~ 5 중량부를 더 포함하는 조성물에 함침시켜 85℃ ~ 105℃에서 화학적으로 연마할 수 있다.

상기 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 본 발명에 따른 화학적 연마용 조성물에 함침하면, 딥드로잉된 알루미늄 성형물에 포함된 알루미늄이 상기 화학적 연마용 조성물에 포함된 인산, 질산, 황산 및 붕산과 반응하여 알루미늄 표면이 화학적으로 연마됨으로써 평균 표면조도값을 낮출 수 있다. 보다 상세하게는, 알루미늄 표면에 형성되어 있는 요철에 있어서 돌출된 부분에서는 알루미늄이 빠르게 산화되고 함몰된 부분에서는 반응이 더디게 진행되어 알루미늄의 표면이 연마될 수 있다.

상기 연마는 85℃ ~ 105℃에서 수행되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90℃ ~ 100℃에서 수행되는 것이 좋다. 상기 연마가 85℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우 열에너지가 충분히 공급되지 않아 화학적 연마가 원활히 수행되지 않는 문제점이 있고, 105℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우 균일한 표면처리가 수행되기 어려운 문제점이 있다.

이때, 상기 연마는 2 ~ 5분간 수행하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3 ~ 5 분간 수행하는 것이 좋다. 상기 연마가 2 분 미만으로 수행되는 경우 평균 조도가 충분히 저하되지 않아 표면 조도값이 100 nm 이상을 나타내는 문제점이 있고, 5 분을 초과하여 수행하는 경우 일정 조도 이하의 조도 개선이 나타나지 않지만 지속적인 공정 처리가 이루어져 공정 경제성이 저하되는 문제점이 있으며, 전면적 화학 연마가 일어나 두께가 줄어들어 치수안정성에 문제가 발생할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 방법들으로 연마되고, 평균 표면조도(Ra)가 10 ~ 70 nm 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품을 제공한다. 상기 알루미늄 제품은 본 발명에 따른 화학적 연마용 조성물에 함침되어 화학적으로 연마됨으로써 알루미늄 표면에 형성되어 있는 미세 스크래치들이 제거되어 평균 조도가 10 ~ 70 nm로 낮은 수치를 나타낼 수 있다.

이때, 본 발명에 따른 알루미늄 제품은 표면에 산화피막을 포함할 수 있다. 상기 Al₂O₃ 산화피막은 치밀하고 기지와의 밀착력이 높아 기지에 대해 우수한 보호성을 제공하므로, 양호한 내식성을 갖는다. 상기 산화피막이 형성됨으로써 본 발명에 따른 방법으로 제조된 알루미늄 제품은 우수한 내식성을 나타낼 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄 제품은 배터리 케이스일 수 있다. 본 발명에 따른 알루미늄 제품은 우수한 강도 및 성형성, 용접성을 가지는 알루미늄 잉곳을 이용하여 딥드로잉 성형을 통해 배터리 케이스로 제조될 수 있고, 본 발명에 따른 후처리 공정을 수행함에 따라 미세 스크래치가 제거되어 표면조도가 균일하고, 표면 광택이 우수하며, 산화피막이 형성됨으로써 내식성이 향상될 수 있어 배터리 케이스로 제조되기 용이한 장점이 있다.

이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나, 하기 실시예가 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니며, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것으로 해석되어야 할 것이다.

[ 실시예 ]

실시예 1. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 1

알루미늄 3003합금((주)대경 테크노)을 딥드로잉한 후, 가로 1 cm 및 세로 1 cm 크기의 시편을 채취하였다. 상기 시편을 인산 100 중량부에 대하여, 황산 6.76 중량부, 질산 4.2 중량부, 붕산 1.2 중량부 및 물 38.19 중량부를 포함하는 화학적 연마용 조성물에 함침하여 95℃에서 2분 20초 동안 화학적으로 연마하였다.

실시예 2. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 2

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 3 분 동안 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

실시예 3. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 3

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 5 분 동안 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

실시예 4. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 4

알루미늄 3003합금((주)대경 테크노)을 딥드로잉한 후, 가로 1 cm 및 세로 1 cm 크기의 시편을 채취하였다. 상기 시편을 인산 100 중량부에 대하여, 질산 4.35 중량부 및 물 19.88 중량부를 포함하는 화학적 연마용 조성물에 함침하여 90℃에서 3분 동안 화학적으로 연마하였다.

실시예 5. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 5

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 3 분 40초 동안 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

실시예 6. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 6

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 4 분 20초 동안 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

실시예 7. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조 7

비교예 1. 표면처리 없는 알루미늄 합금

가로 1 cm 및 세로 1 cm 크기의 알루미늄 3003합금((주)대경 테크노)을 사용하였다.

비교예 2. 표면처리 없는 알루미늄 합금

비교예 3. 표면처리 없는 알루미늄 합금

비교예 4. 기계적 연마 1

알루미늄 3003 합금((주)대경 테크노)을 KH바텍 사에 시편 처리를 의뢰하여 SM메탈 공장에서 입도 400 처리 후 600 처리를 통해 버핑하여 기계적 연마를 수행하였다. 이때, 상기 입도는 1 cm² 당 연마롤 매쉬의 개수를 의미한다.

비교예 5. 기계적 연마 2

알루미늄 3003합금((주)대경 테크노)을 KH바텍 사에 시편 처리를 의뢰하여 SM메탈 공장에서 입도 400처리 후 800처리를 통해 버핑하여 기계적 연마를 수행하였다. 이때, 상기 입도는 1 cm² 당 연마롤 매쉬의 개수를 의미한다.

비교예 6. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 1분 동안 가열하여 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

비교예 7. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 1분 40초 동안 가열하여 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

비교예 8. 화학적으로 연마된 알루미늄 합금의 제조

상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 상기 시편을 6분 동안 가열하여 화학적으로 연마한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 화학적으로 연마하였다.

실험예 1. 표면조도의 관찰

본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1 내지 비교예 8의 알루미늄 합금 시편의 표면을 원자현미경(AFM, Atomic force micrometer, Park systems/XE-100)을 이용하여 관찰하였고, 합금 시편의 두께를 측정하였다. 또한, 그 결과를 표 1에 나타내었고, 상기 비교예 6, 7 및 실시예 1 내지 3의 조도값 변화를 하기 도 5에 나타내었다.

시편	Ra(nm)
실시예 1	68
실시예 2	64.686
실시예 3	64
실시예 4	47.682
실시예 5	25.976
실시예 6	20.819
실시예 7	17.172
비교예 1	101.534
비교예 2	192
비교예 3	112
비교예 4	140.958
비교예 5	119.437
비교예 6	125
비교예 7	76.368
비교예 8	64

상기 표 1에 따르면, 화학적으로 연마된 실시예 1 내지 실시예 7의 경우 표면조도가 10 nm ~ 70 nm의 범위에서 나타나는 것을 확인할 수 있고, 표면처리가 되지 않은 비교예 1 내지 비교예 8은 약 100 ~ 200 nm의 표면 조도값을 나타내며, 기계적으로 연마된 비교예 4 및 비교예 5는 약 100 ~ 150 nm의 표면 조도값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

또한, 화학적으로 연마된 비교예 6 및 비교예 7의 경우에는 상기 비교예 1 내지 5에 비해서는 낮은 표면조도값을 나타내지만, 화학적 연마 시간이 1분 또는 1분 40초로 짧아 충분히 연마되지 않아 70 nm이상의 표면 조도값을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 표면처리를 하지 않거나 기계적 연마를 통해 표면처리하는 경우에 비해 낮은 표면 조도값을 가지므로, 본 발명에 따른 화학적 연마방법에 따르면 연마가 보다 효과적으로 수행되는 것을 알 수 있다.

아울러, 하기 도 5에 따르면, 연마시간이 길어질수록 표면 조도값이 저하되는 것을 확인할 수 있었고, 특히 2 내지 5분 동안 화학적 연마를 수행한 실시예 1 내지 3의 경우 70 nm 미만의 표면 조도값을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 이때, 비교예 8에 따르면 6분간 화학적 연마를 실시하는 경우 5분간 화학적 연마를 수행하는 실시예 3과 비교하였을 때, 광택의 정도나 표면 조도에 변화는 없었지만 시편의 두께가 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 실시예의 경우 화학연마로 줄어든 두께변화율은 평균 3% 로 나타났지만, 5분 화학연마 처리한 시편의 두께 변화율은 평균 10%를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 화학적 연마방법을 공업적으로 적용하면, 표면개선의 효과를 나타내면서도 공정시간을 최적화하며 치수 안정성을 조절할 수 있다.

실험예 2. 표면처리된 알루미늄의 관찰

본 발명에 따른 실시예 1 내지 실시예 7 및 비교예 1 내지 비교예 8의 알루미늄 합금 시편의 표면을 광학현미경(OLYMPUS(BX41M-LED))을 이용하여 관찰하였고, 합금 시편의 두께를 측정하였다. 또한, 그 결과를 하기 도 1 내지 도 9 에 나타내었다.

하기 도 1은 표면처리한 실시예 1의 시편을 관찰한 사진이고, 도 2는 표면처리를 하지 않은 비교예 1의 시편을 관찰한 사진으로서, 표면처리 하지 않은 경우 짙은 색으로 표시된 바와 같이 스크래치가 형성되는 것을 확인할 수 있고, 본 발명에 따라 화학적으로 연마하여 표면처리한 경우 표면에 스크래치가 적은 것을 확인할 수 있다.

하기 도 3은 표면처리한 실시예 1의 시편을 고배율로 관찰한 사진이고, 도 2는 표면처리를 하지 않은 비교예 1의 시편을 고배율로 관찰한 사진으로서, 표면처리 하지 않은 시편에서 나타나는 일방향으로 형성되어있는 짙은 색의 스크래치들이 표면처리한 시편에서는 상대적으로 적은 것을 확인할 수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 화학적 연마방법에 따르면 딥드로잉 공정을 통해 형성된 스크래치들이 제거되어 표면조도가 우수한 알루미늄 합금을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

Claims

인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 질산(HNO₃) 1 ~ 10 중량부 및 물(H₂O) 10 ~ 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 알루미늄의 화학적 연마용 조성물은 인산(H₃PO₄) 100 중량부에 대하여, 황산(H₂SO₄) 5 ~ 10 중량부, 붕산(H₃BO₃) 0.1 ~ 5 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄-딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마용 조성물.
알루미늄 합금을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 1단계; 및
상기 알루미늄 성형물을 제 1 항의 조성물에 함침한 후 70℃ ~ 110℃에서 화학적으로 연마하는 2단계;를 포함하는 알루미늄의 딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마 방법.
제 3 항에 있어서, 2단계에서 상기 연마는 3 ~ 5분간 수행하는 것을 특징으로 하는 알루미늄의 화학적 연마 방법.
알루미늄 합금을 딥드로잉(deep drawing) 성형하여 딥드로잉된 알루미늄 성형물을 제조하는 1단계; 및
상기 알루미늄 성형물을 제 2 항의 조성물에 함침한 후 85℃ ~ 105℃에서 화학적으로 연마하는 2단계;를 포함하는 알루미늄의 딥드로잉 공정 후처리를 위한 화학적 연마 방법.
제 5 항에 있어서, 2단계에서 상기 연마는 2 ~ 5분간 수행하는 것을 특징으로 하는 알루미늄의 화학적 연마 방법.
제 3 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 잉곳은 AL8079, 1N30, AL8021, AL3003, AL3004, AL3005, AL3104 및 AL3105로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄의 화학적 연마 방법.
제 3 항 내지 제 6 항 중 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 잉곳은 AL 3003의 알루미늄 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄의 화학적 연마 방법.
제 5 항 내지 제 8 항 중 한 항의 방법으로 연마되고, 평균 표면조도(Ra)가 10 ~ 70 nm 인 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품.
제 9 항에 있어서, 상기 알루미늄 제품은 배터리 케이스인 것을 특징으로 하는 알루미늄 제품.