KR20230126054A - 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물 및 이를 이용한 티타늄의 전해연마 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 티타늄의 전해연마 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 무해하면서 티타늄 산화막 형성 없이 티타늄을 미세 연마할 수 있는 전해연마용 전해질 조성물, 및 이를 이용한 티타늄 전해연마 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물로서 인체에 무해한 아세트산, 에탄올 및 아이소프로필 알콜을 포함하는 약전해질과 세라믹비드 및 모래를 포함하는 조합에 의해, 종래 강전해질보다 표면의 용해도가 낮아 미세하게 오랫동안 표면을 연마할 수 있고, 산화막 형성을 효과적으로 억제함으로써 전해연마 후에도 티타늄 표면의 색이 변하지 않고 티타늄 표면이 원하는 평탄도 및 광택도에 도달할 수 있으며, 전해질 조성물의 각 구성성분들은 입수가 저렴하고 입수가 용이하므로 비용적으로도 경제적이므로, 종래 티타늄 전해연마 방법을 대신하여 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 티타늄의 전해연마 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인체에 무해하면서 티타늄 산화막 형성 없이 티타늄을 미세 연마할 수 있는 전해연마용 전해질 조성물, 및 이를 이용한 티타늄 전해연마 방법에 관한 것이다.
티타늄은 지구상에 존재하는 금속 중에서 알루미늄, 철, 마그네슘에 이어 4번째로 풍부한 원소로서 크롬의 20배, 구리의 60배, 텅스텐의 100배, 몰리브덴의 600배에 상당할 정도로 그 매장량이 풍부하다. 특히 티타늄은 비강도가 높고 내식성이 우수한 장점 때문에 항공우주 산업, 석유화학장치 산업 등에 주로 이용되어 왔으며, 산업의 발전과 더불어 생활수준의 향상으로 환경 및 스포츠·레져, 건축, 토목, 자동차 부품, 생체의료 부품 그리고 악세서리에 이르기까지 그 응용 범위가 점차 확대되고 있다. 하지만 티타늄 소재는 용융점이 높고 고온에서 쉽게 산화하며 내식성이 좋아 가공하기 매우 어려운 문제가 있다.
티타늄 표면의 평탄화 및 광택도를 향상시키기 위해 현재 상용화되고 있는 표면 처리 방법으로는 샌드블라스팅, 산에 의한 에칭, 양극산화 및 레이저를 이용한 방법 등의 다양한 방식이 선택적으로 사용되고 있다. 그러나 상기 표면처리 방식의 경우, 표면처리 함과 동시에 표면이 불안정하여 공기 중에 노출 시 산화막을 형성하며 산화막 중에는 다양한 오염물질이 흡착되어 표면 광택도가 떨어지는 단점이 있다. 또한 상기 표면처리로 인해 생성된 산화막은 티타늄의 계면과의 결합력이 매우 약해 산화막층이 티타늄 표면에서 쉽게 박리되어 표면의 거칠기에 변화를 가져오는 문제점이 존재한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 질산과 황산을 이용한 세척방식이나, 알카리 혼합물을 이용한 세척, 플라즈마 세척 등이 사용되고 있지만, 질산과 황산을 이용한 세척 방식과 알칼리 혼합물을 이용한 세척방식은 표면처리로 인해 생성된 산화막을 제거하기가 어렵고, 플라즈마를 이용한 방식은 산화막 제거 후 공기중에 노출되었을 시 불안정한 산화막을 형성하므로 오염물질이 흡착된 산화막을 제거하기에는 한계가 있는 문제가 존재한다.
이에, 최근에는 전해연마 방법이 고안되었다. 상기 전해연마는 양극 용해 현상을 이용하여 금속표면을 연마하는 방법으로 평활화와 광택화가 동시에 일어나는 연마 방법이다. 특정 전해액에 연마하고자 하는 제품을 양극으로 연결하고 양극 표면의 돌출부를 선택적으로 용해시킴으로서 제품의 표면을 연마한다. 이러한 과정은 제품과 전극의 비접촉에 의한 연마법으로 기계적인 가공이 어려운 복잡한 형상, 고경도 난색재의 연마에 적합한 방법으로 분류되고 있다.
그러나, 종래에 전해연마에 사용되는 전해액이 불화수소산, 인산, 황산 등의 강산을 사용하는 바, 이러한 강산은 인체에 유해하고, 사용 후 처리가 쉽지 않아 환경적인 측면과 경제적 비용 측면에서 문제를 가지고 있다. 또한, 강산 이용시, 티타늄 표면이 양극 산화되어 두꺼운 산화막이 형성되어 표면의 색깔이 변하거나, 30분 이상 연마가 진행되면 과도하게 연마되는 문제가 있다.
따라서, 전해연마시에 인체에 유해하지 않은 약산을 이용하되 산화막 형성을 억제하고 안정적으로 티타늄 표면을 연마할 수 있는 전해질 조성물이 요구되는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 제1 과제는 상기한 바와 같이 종래 기술의 단점 및 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 티타늄의 전해연마용 신규한 전해질 조성물을 제공하는 데 있다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 제2 과제는 상기 전해질 조성물을 이용한 전해연마 방법을 제공하는 데 있다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 제1 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제공한다. 상기 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물은 아세트산, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 에탄올과 아이소프로필 알콜은 2:1의 부피비를 포함할 수 있다.
상기 아세트산은 2M~5M의 농도를 가질 수 있다.
상기 전해질 조성물은 물을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 전해질 조성물은 2M~5M의 농도의 아세트산 100 중량부를 기준으로, 에탄올 125~410 중량부, 아이소프로필 알콜 60~205 중량부를 포함하고, 전해질 조성물 전체를 100 부피%로 할 때, 세라믹비드 30~40 부피% 및 모래 30~40 부피%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 티타늄의 전해연마 방법을 제공한다. 상기 티타늄의 전해연마 방법은 양극, 음극, 및 전해질 조성물이 수용된 전해조를 포함하는 전해연마 장치를 이용한 티타늄의 전해연마 방법에 있어서, 상기 전해질 조성물은 아세트산, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하고, 양극으로서 연마 대상 티타늄 소재를 전해조 내의 전해질 조성물에 접촉시키는 단계(S10); 상기 양극을 제자리에서 회전시키면서, 상기 양극 및 음극에 전압 또는 전류를 인가하여, 상기 티타늄 소재에 대하여 전해연마 및 산화물 피막 생성 억제를 수행하는 단계(S20)를 포함한다.
상기 S20 단계에서 세라믹비드 및 모래와 상기 대상 티타늄 표면간의 마찰을 극대화하기 위하여 추가적으로 전해조를 흔들거나 회전시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 전해질 조성물은 물을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 전해질 조성물은 2M~5M의 농도의 아세트산 100 중량부를 기준으로, 에탄올 125~410 중량부, 아이소프로필 알콜 60~205 중량부를 포함하고, 전해질 조성물 전체를 100 부피%로 할 때, 세라믹비드 30~40 부피% 및 모래 30~40 부피%를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물로서 인체에 무해한 아세트산, 에탄올 및 아이소프로필 알콜을 포함하는 약전해질과 세라믹비드 및 모래를 포함하는 조합에 의해, 종래 강전해질보다 표면의 용해도가 낮아 미세하게 오랫동안 표면을 연마할 수 있고, 산화막 형성을 효과적으로 억제함으로써 전해연마 후에도 티타늄 표면의 색이 변하지 않고 티타늄 표면이 원하는 평탄도 및 광택도에 도달할 수 있다. 또한 상기 전해질 조성물의 구성성분들은 입수가 저렴하고 입수가 용이하므로 비용적으로도 경제적이고, 상기 티타늄 전해연마 방법은 공정이 단순하며 안정적으로 광택도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄 전해연마를 위한 실험 장치의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 과정에서의 티타늄 표면 평탄화 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 제조예에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상을 나타내는 FE-SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 비교예 2에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 비교예 3에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 비교예 4에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 과정에서의 티타늄 표면 평탄화 과정을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 제조예에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상을 나타내는 FE-SEM 이미지이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 비교예 2에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 비교예 3에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 비교예 4에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
본 발명의 일 측면은 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물은 아세트산, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물에 있어서, 상기 아세트산은 강산의 대체재로서 전해연마시 용해 에칭을 수행하는 역할을 하며, 약산성이므로 인체에 무해하고 종래 강전해질보다 표면의 용해도가 낮아 미세하게 표면을 연마할 수 있다. 상기 아세트산은 2M~5M의 농도를 갖는 것이 바람직한데, 상기 농도 내에서 에칭 성능이 최적화되고, 상기 농도를 벗어나는 경우에는 원하는 정도의 에칭이 일어나지 않거나 과도한 에칭이 일어나는 문제가 있다.
상기 에탄올과 아이소프로필 알코올은 티타늄 표면의 과도한 에칭을 피하기 위해 용해 에칭 반응을 완화하는 목적으로 사용된다. 상기 에탄올과 아이소프로필 알콜은 2:1의 부피비를 포함될 수 있으며, 아세트산 100 중량부를 기준으로, 에탄올 125~410 중량부, 아이소프로필 알콜 60~205 중량부를 포함하는 것이 바람직한 바, 상기 함량을 벗어나는 경우에는 에칭 반응 완화의 목적을 효과적으로 수행하지 못하는 문제가 있다.
상기 세라믹비드 및 모래는 티타늄보다 강도가 약하므로 직접적으로 티타늄의 표면을 연마하는 기능은 하지 못하지만, 전해연마 중에 발생하는 티타늄 표면의 산화막 형성을 억제하는 역할을 한다. 본 발명자는 상기 전해질 조성물에 있어서 상기 세라믹비드 및 모래의 티타늄 표면 산화막 형성 억제효과를 알아보기 위하여, 전해질 조성물 내 세라믹 비드 및 모래의 유무에 따른 티타늄 전해연마를 수행한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 동일한 전해액 조성에서 세라믹비드 및 모래를 첨가하지 않은 조성물로 전해연마를 수행하였을 때, 티타늄 표면에 산화막이 형성되어 있음을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 전해질 조성물에서 세라믹비드 및 모래의 첨가에 의해 티타늄의 전해연마 동안 산화막 형성을 억제할 수 있음을 알 수 있다.
상기 세라믹비드 및 모래는 1:1의 부피비로 포함될 수 있으며, 연마하고자 하는 티타늄 표면이 전부 덮일 수 있는 만큼 첨가할 수 있다. 구체적으로는 전해질 조성물 전체를 100 부피%로 할 때, 세라믹비드 30~40 부피% 및 모래 30~40 부피%를 포함하는 것이 바람직한 바, 상기 함량을 벗어나는 경우에는 티타늄의 전해연마 동안 산화막 형성을 억제 기능을 효과적으로 수행하지 못하는 문제가 있다.
상기 전해질 조성물은 물을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 상기 물은 강전해질로서 연마용 전해액에 포함 시 수용액의 전기전도도가 커져 빠른 속도로 표면을 연마할 수는 있으나, 티타늄의 표면이 양극 산화되어 표면의 색깔이 변하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명자는 상기 전해질 조성물에 있어서 물이 티타늄 표면 산화막 형성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 전해질 조성물 내 물의 유무에 따른 티타늄 전해연마를 수행한 결과, 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 세라믹비드 및 모래를 포함함에도 불구하고 물이 포함된 조성물로 전해연마를 수행하였을 때, 티타늄 표면이 양극산화되어 티타늄 표면 색깔이 파란색 또는 갈색으로 변함을 확인하였다. 따라서, 본 발명에 따른 전해질 조성물은 물을 포함하지 않는 것이 바람직함을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 티타늄의 전해연마 방법을 제공한다.
상기 티타늄의 전해연마 방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 양극, 음극, 및 전해질 조성물이 수용된 전해조를 포함하는 전해연마 장치를 이용하여 수행될 수 있으며,
양극에 연마 대상 티타늄 소재를 연결하여 전해조 내의 전해질 조성물에 접촉시키는 단계(S10); 및
상기 양극을 제자리에서 회전시키면서, 상기 양극 및 음극에 전압 또는 전류를 인가하여, 상기 티타늄 소재에 대하여 전해연마 및 산화물 피막 생성 억제를 수행하는 단계(S20)를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 티타늄의 전해연마 방법을 단계별로 상세하게 설명한다.
먼저, S10 단계는 양극에 연마 대상 티타늄 소재를 연결하여 전해조 내의 전해질 조성물에 접촉시키는 단계이다.
이때, 상기 전해질 조성물은 본 발명에 따른 아세트산, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하는 전해질 조성물을 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 전해질 조성물에 대한 설명은 전술한 바와 같으므로, 중복 기재를 피하기 위하여 자세한 설명은 생략한다.
상기 연마 대상 티타늄 소재는 전해연마를 위해 양극에 연결하며, 음극에는 전해연마를 위한 상대 전극을 연결한다. 이때, 상기 음극은 전해질에 용해되지 않는 금속인 것이 바람직하며, 연마 대상 티타늄 소재와 동일한 티타늄을 사용하거나, 다른 금속을 사용할 수 있다.
상기 연마 대상 티타늄 소재는 연마 부분을 전해질 조성물에 접촉시킬 수 있다.
다음으로, S20 단계는 상기 양극을 제자리에서 회전시키면서, 상기 양극 및 음극에 전압 또는 전류를 인가하여, 상기 티타늄 소재에 대하여 전해연마 및 산화물 피막 생성 억제를 수행하는 단계이다.
상기 S20 단계는 전해연마를 수행하는 단계로서, 양극 및 음극에 전압 또는 전류를 인가함으로써 대상 티타늄 소재 표면의 돌출부를 선택적으로 용해시킴으로써 표면을 연마하여 평활화 및 광택화를 동시에 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전해연마 과정에서의 티타늄 표면 평탄화 과정을 나타내는 모식도이다.
전해연마가 진행되면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 양극으로부터 용해된 금속이온을 다량 함유한 고점도 액체층(점성층)이 양극을 둘러싼다. 금속이온으로 포화된 점성층에서는, 더 이상 금속이 용해되지 않고, 높은 양극 전위를 형성하므로, 산소와 활발히 결합하여, 산화물 피막을 형성한다. 이때, 용해된 금속이온은 금속 표면의 오목한 부분에 주로 축적되며, 오목한 부분에서는 금속이온의 이동과 확산이 적어, 전기가 잘 통하지 않으므로, 금속이 용해되지 않는다. 반면, 금속 표면의 볼록 부분에서는, 금속 이온층이 얇게 형성되므로, 전류가 집중되어, 금속 표면을 쉽게 용해시켜, 전체적으로 금속 표면이 평활하게 된다.
인가된 전압과 전해질 종류에 따라 산화물 피막의 두께가 달라지게 되는데 이 코팅층의 두께에 따라 다양한 색상의 구현이 가능하다. 이러한 색상 구현을 막기 위하여 티타늄 표면의 산화막 형성을 억제하는 것이 필수적인데, 이러한 산화막 형성 억제를 위해 양극이 제자리에서 회전함으로써, 양극과 연결된 대상 티타늄 표면과 접촉하는 본 발명에 따른 전해질 조성물 내에 포함된 세라믹비드 및 모래가 상기 대상 티타늄 표면과 마찰을 일으켜 산화막 형성을 억제할 수 있다. 또한, 상기 세라믹비드 및 모래와 상기 대상 티타늄 표면간의 마찰을 극대화하기 위하여 추가적으로 전해조를 흔들거나 회전시키는 단계를 수행할 수 있다.
상기 전압은 20 내지 60 V로 인가할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전압을 인가하는 시간은 2 내지 4시간일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 티타늄이 원하는 정도로 평탄화 및 광택도가 향상될 때까지 수행할 수 있다.
본 발명에 따르면, 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물로서 인체에 무해한 아세트산, 에탄올 및 아이소프로필 알콜을 포함하는 약전해질과 세라믹비드 및 모래를 포함하는 조합에 의해, 종래 강전해질보다 표면의 용해도가 낮아 미세하게 오랫동안 표면을 연마할 수 있고, 산화막 형성을 효과적으로 억제함으로써 전해연마 후에도 티타늄 표면의 색이 변하지 않고 티타늄 표면이 원하는 평탄도 및 광택도에 도달할 수 있다. 또한 상기 전해질 조성물의 구성성분들은 입수가 저렴하고 입수가 용이하므로 비용적으로도 경제적이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 제조예(example) 및 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 제조예 및 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 제조예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<제조예 1 : 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물의 제조>
24 mL의 에탄올(C2H5OH, DAEJUNG 99.9%)과 12 mL의 아이소프로필 알코올(C3H8O, DAEJUNG 99.5%)이 혼합된 용매에 5M의 아세트산(CH3COOH, DAEJUNG 99.7%) 14.3 mL를 주입하여 총 50 mL의 전해질 용액을 제조하였다. 상기 전해질 용액에 세라믹비드 50 mL와 모래 50 mL를 혼합하여 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제조하였다.
<비교예 1>
제조예 1에 있어서, 세라믹비드 및 모래를 포함하지 않는 것을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제조하였다.
<비교예 2>
제조예 1에 있어서, 탈이온수(D.I) 71.4 mL, 5M의 아세트산 28.6 mL를 혼합하여 총 100 mL의 전해질 용액을 제조하고, 전해질 용액에 세라믹비드 100 mL와 모래 100 mL를 혼합하여 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제조하였다.
<비교예 3>
제조예 1에 있어서, 탈이온수(D.I) 42.5 mL, 3M의 아세트산 17 mL 및 에탄올 41.5 mL를 혼합하여 총 100 mL의 전해질 용액을 제조하고, 전해질 용액에 세라믹비드 100 mL와 모래 100 mL를 혼합하여 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제조하였다.
<비교예 4>
제조예 1에 있어서, 탈이온수(D.I) 20 mL, 에탄올 48 mL, 아이소프로필 알코올 24 mL, 5M의 아세트산 28.6 mL를 혼합하여 전해질 용액을 제조하고, 전해질 용액에 세라믹비드 100 mL와 모래 100 mL를 혼합하여 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물을 제조하였다.
상기 제조예 및 비교예의 전해질 조성물의 조성을 하기 표 1에 정리하였다.
| 제조예 1 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | |
| 3M 아세트산 | - | - | - | 17 mL | - |
| 5M 아세트산 | 14.3 mL | 14.3 mL | 28.6 mL | - | 28.6 mL |
| 에탄올 | 24 mL | 24 mL | - | 41.5 mL | 48 mL |
| 아이소프로필 알코올 | 12 mL | 12 mL | - | - | 24 mL |
| 탈이온수 | - | - | 71.4 ml | 42.5 ml | 20 ml |
| 세라믹비드 | 50 mL | - | 100 mL | 100 mL | 100 mL |
| 모래 | 50 mL | - | 100 mL | 100 mL | 100 mL |
<실험예 : 전해질 조성물에 따른 티타늄 전해 연마 특성>
도 1과 같은 전해조에 제조예 1 및 비교예 1 내지 4의 전해질 조성물을 넣은 후, 평탄화 및 광택화 대상인 티타늄 소재의 막대(6 mm×20 mm)와 전해질에 용해되지 않은 티타늄 플레이트로 이루어진 상대 전극을 전해질 조성물이 담긴 반응기에 넣었다. 이후, 티타늄 소재를 양극부에 연결하고, 상기 상대전극을 음극부에 연결한 다음 인가전압을 20 V로 인가하여 전해연마를 실시하였다. 이때, 반응기를 흔들며, 실온에서 티타늄 소재를 제자리에서 200 rpm으로 회전시켜 전해연마시 형성되는 티타늄 표면의 산화막 형성을 억제하고자 하였다.
반응시간에 따른 전해연마된 티타늄 표면을 분석하여 도 3 내지 도 8에 나타내었다.
도 3은 본 발명의 일 제조예에 따른 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타내고, 도 4는 FE-SEM 이미지이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 아세트산, 에탄올, 아이소프로필알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하는 전해질 조성물을 사용하여 티타늄의 전해연마를 진행한 경우, 시간이 흐름에 따라 표면의 굴곡 높낮이가 줄어들어 표면이 평탄화되었으며, 티타늄 산화물 피막의 형성을 억제하여 않아 변색 없이 티타늄이 평탄화 및 광택도가 향상됨을 확인하였다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따른, 세라믹비드 및 모래를 포함하지 않는 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 전해질 조성물에 세라믹비드 및 모래를 포함하지 않는 경우에는 전해연마 1시간 후에는 티타늄의 평탄화가 진행되어 매끄러워졌으나, 2시간 이상 반응시 산화물 피막 형성으로 인해 티타늄 표면 색깔이 누렇게 변하는 것으로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 전해질 조성물에 산화물 피막 형성 억제를 위한 세라믹비드와 모래가 필수적으로 필요함을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 비교예 2에 따른, 알콜 대신 탈이온수를 포함하는 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 전해질 조성물에 약산과 탈이온수를 포함하는 전해질 조성물을 사용하는 경우, 전해연마 1시간 후 티타늄 표면에 산화 피막이 형성되어 티타늄이 푸른 색을 나타냄을 확인하였다. 이는 비록 세라믹비드 및 모래를 포함한다고 하더라도, 탈이온수가 에탄올 및 아이소프로필알콜보다 산화막 형성을 억제능력이 낮으므로 산화막이 검출된 것으로 사료된다.
도 7은 본 발명의 비교예 3에 따른, 에탄올, 탈이온수 및 약산을 포함하는 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 전해질 조성물에 약산과 탈이온수를 포함하는 전해질 조성물을 사용하는 경우, 비록 에탄올을 추가적으로 포함한다고 하더라도 전해연마 1시간 후 티타늄 표면에 산화 피막이 형성되어 티타늄이 푸른 색을 나타냄을 확인하였다. 이는 비록 세라믹비드 및 모래를 포함하고, 에탄올을 포함한다고 하더라도, 탈이온수가 에탄올 및 아이소프로필알콜보다 산화막 형성을 억제능력이 낮으므로 산화막이 검출된 것으로 사료된다.
도 8은 본 발명의 비교예 4에 따른, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 탈이온수 및 약산을 포함하는 전해질 조성물을 사용한 전해연마 과정에서, 전해 시간에 따른 티타늄 표면 형상 이미지를 나타낸다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 에탄올, 아이소프로필 알콜, 약산, 세라믹비드 및 모래를 포함하는 전해질 조성물에 탈이온수를 더 포함하는 전해질 조성물을 사용하는 경우, 비록 에탄올 및 아이소프로필 알콜을 포함하고, 세라믹비드 및 모래가 포함되어 있더라도 전해연마 30분 후 티타늄 표면에 산화 피막이 형성되어 티타늄이 갈색을 나타냄을 확인하였다. 이는 비록 세라믹비드 및 모래를 포함하고, 에탄올 및 아이소프로필 알콜을 포함한다고 하더라도, 탈이온수가 에탄올 및 아이소프로필알콜보다 산화막 형성을 억제능력이 낮으므로 산화막이 검출된 것으로 사료된다. 따라서, 본 발명에 따른 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물에 있어서, 탈이온수는 포함되지 않는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 전해조
20 : 티타늄 소재
30 : 상대 전극
40 : 세라믹비드 및 모래 혼합물
50 : 전해질
20 : 티타늄 소재
30 : 상대 전극
40 : 세라믹비드 및 모래 혼합물
50 : 전해질
Claims (9)
- 아세트산, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하는 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 에탄올과 아이소프로필 알콜은 2:1의 부피비를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 아세트산은 2M~5M의 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 물을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 2M~5M의 농도의 아세트산 100 중량부를 기준으로, 에탄올 125~410 중량부, 아이소프로필 알콜 60~205 중량부를 포함하고, 전해질 조성물 전체를 100 부피%로 할 때, 세라믹비드 30~40 부피% 및 모래 30~40 부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는 티타늄의 전해연마용 전해질 조성물. - 양극, 음극, 및 전해질 조성물이 수용된 전해조를 포함하는 전해연마 장치를 이용한 티타늄의 전해연마 방법에 있어서,
상기 전해질 조성물은 아세트산, 에탄올, 아이소프로필 알콜, 세라믹비드 및 모래를 포함하고,
양극으로서 연마 대상 티타늄 소재를 전해조 내의 전해질 조성물에 접촉시키는 단계(S10);
상기 양극을 제자리에서 회전시키면서, 상기 양극 및 음극에 전압 또는 전류를 인가하여, 상기 티타늄 소재에 대하여 전해연마 및 산화물 피막 생성 억제를 수행하는 단계(S20)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 티타늄의 전해연마 방법. - 제6항에 있어서,
상기 S20 단계에서 세라믹비드 및 모래와 상기 대상 티타늄 표면간의 마찰을 극대화하기 위하여 추가적으로 전해조를 흔들거나 회전시키는 단계를 수행하는 것을 특징으로 하는, 티타늄의 전해연마 방법. - 제6항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 물을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 티타늄의 전해연마 방법. - 제6항에 있어서,
상기 전해질 조성물은 2M~5M의 농도의 아세트산 100 중량부를 기준으로, 에탄올 125~410 중량부, 아이소프로필 알콜 60~205 중량부를 포함하고, 전해질 조성물 전체를 100 부피%로 할 때, 세라믹비드 30~40 부피% 및 모래 30~40 부피%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 티타늄의 전해연마 방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR101719606B1 (ko) | 2009-11-23 | 2017-03-24 | 메트콘, 엘엘씨 | 전해질 용액 및 전해 연마 방법 |
-
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