KR900006615B1

KR900006615B1 - 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리방법 및 장치

Info

Publication number: KR900006615B1
Application number: KR1019880010944A
Authority: KR
Inventors: 한성호; 장도연; 정용수; 차수섭
Original assignee: 한국기계연구소; 김훈철
Priority date: 1988-08-27
Filing date: 1988-08-27
Publication date: 1990-09-13
Also published as: KR900003420A

Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리방법 및 장치

제1도는 본 발명의 장치의 일부절개 전체사시도.

제2도는 본 발명의 장치의 종단면도.

제3도는 본 발명의 장치의 측단면도.

제4도는 본 발명의 장치의 요부발췌 사시도.

제5도는 본 발명의 장치의 지지판 분해사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전해액조 2 : 지지대

3 : 분배실 4 : 격벽

4' : 분배공 4" : 공기분출공

5 : 혼합실 6 : 토출공

7 : 상부벽 8 : 단부

9 : 공급구 10 : 연결관

11 : 공기공급지관 13 : 관체

14 : 냉각코일 17 : 음극

17' : 음극걸이 18 :고정대

19 : 피복체 19' : 구멍

20 : 지지판 20a : 고정부

20b : 결합부 20a',20b' :삽입구

20" : 틈새 21 : 고무패킹

22 : 죄임나사 23 : 양극

23 ' :양극걸이이다

본 발명은 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리에 관한 것으로, 특히 알루미늄 합금제의 관체의 내표면에 경질피막을 균일하게 형성시키기에 적합한 고경도 양극산화 피막처리방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 알루미늄 및 알루미늄 합금의 경질 피막처리는 전해액에 의한 피막의 용해작용을 억제하기위한 저온법으로 MHC법이 공지된 바 있으며, 이는 황산 15%의 전해액에 전류밀도 2.5A/dm2, 온도 0℃에 의하여 알루미늄 합금의 경질 피막처리를 시행하는 것이며, 또 다른 방법으로는 전해액에 첨가제를 첨가한 방법으로 황산 12%에 0.02-0.05M의 타우린(Taurine)을 첨가하고 전류밀도 4A/dm², 온도 2℃ 상태의샌포드(SANPORD) 법, 황산 12-15%에 디카본산(Dicarboxylic acid) 약간을 첨가하고 전류필도 4A/dm²,온도 10℃ 이하의 일경총연법(日輕總硏法) 황산욕에 리그닌(Liplin)을 함유한 전해액법(영국특허.GB2084610) 등이 있다.

또한, 교반에 의하여 전해시 발생되는 줄(Joule)열을 감소시키는 교반법이 있으며, 이 방법에는 전류밀도 3-50A/dm²에서 젯트(Jet) 분사에 의한 전해액 유동법인 도미나가법(富水法), 초음파를 이용하여 열을 효과적으로 확산시키는 이시바시법(石橋法),2-30μm의 기포발생으로 연속냉각하는 도미나법(富田法) 등과,황산 30%,3-10A/dm²,3℃의 전해액에서 전류파형을 이용하는 방법이 있으며, 이 방법에는 전류밀도 3-5A/dm²온도 20-25℃에서 전류회복 현상을 이용하는 요고야마법(橫山法)과, 부하(Duty) 95%로 전류밀도4-6A/dm²상온의 전해액에서 정부의 반전전류를 이용한 전류잔전법인 오구보법(大久保法)과 또한 유기산혼합법 등이 있다.

그러나 이러한 방법은 액온 변화에 마라 피막물성의 변화나 전해액 조절 및 그 수명에 문제점이 있어서 알루미늄 합금재에 균일하고 고속으로 경질피막을 형성시키기에 어려운 점 등이 있으며, 더우기 피막하고자하는 피처리물의 형상이 알루미늄 합금재의 관체인 경우에 종래와 같은 방법으로는 관체 내부의 온도분포가 불균일하여 피막두께 및 피막경도의 균일성에 많은 영향을 미치게 되어 균일한 피막처리를 할 수 없는 단점이 있었다,

따라서, 본 발명의 목적은 전해액에 의한 피막의 용해작용을 억제시키며, 피트(Pit)나 버닝(Bunhng)이 잘 일어나지 않는 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리 방법과 이를 수행하는 장치를 제공하는데있는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 버닝 등에 직접 영향을 미치는 +전극과 피처리물과의 접촉면적을 넓힘으로서 피막불량에 대처할 수 있는 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리방법과 이를 수행하는 장치를제공하는데 있는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 전해액의 온도변화에 민감하지 않아서 균일한 피막두께 및 고경도의 경질피막을 형성시킬 수 있는 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리 방법과 이를 수행하는 장치를 게공하는데 있는 것이다.

본 발명자들은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 방법을 알아내게 된 것이며, 동시에 본 발명의 방법을 수행하는 장치를 창안하게 된 것이다.

즉, 저전압 다공질 피막형성액인 황산 전해질은 피막의 용해작용이 심하고 온도가 상승함에 따라 용해작용이 더욱 격렬하여 지기 때문에 본 발명의 방법은 황산전해질에 트리에탄을아민을 첨가하여 피막에 대한 용해작용을 강소시키며 균일한 피막두께를 얻었고, 이에 수산을 첨가하므로서 전해액의 전도도를 향상시키고 전해액의 온도상승 및 번화에 따라 피막물성이 민감치 않음과 동시에 피트 및 버닝을 방지할 수 있었으며, 또한 황산알루미늄을 첨가하여 피트발생방지 및 피막의 균일성을 증가시켰고, 이 첨가제가 첨가된 전해액은 0℃에서 20℃ 사이에서 피막의 용해작용이 적고 경도 450Hv 이상의 경질피막을 형성시킬 수 있다는것을 알아내게 된 것이다.

또한, 상기와 같은 방법을 수행하기 의한 장치로서는 냉각코일이 환설된 전해액조 내부로 저면에 전해액조와 연결되는 공급구와 측면에 공급지관을 갖는 다수개의 지지대를 매설하고, 이에 피복체가 복착원 음극과 양극이 고정된 지지판에 피처리물인 관체의 상단을 고정시켜서 이 관체하단이 상기 지지대에 삽입고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 상기 지지대는 내부에 상기 공급구와 연통되는 분배실과 이 상부로 격벽을 설치하여 이에 분배공과, 상기 공급지관과 연통하는 공기분출공을 형성하고 이 상부로는 상부벽으로 폐쇄되는 혼합실을 형성하여측면부위에 다수개의 토출공을 형성하며, 지지대 상부 내측면으로 상기 관체가 삽입되는 단부를 형성하여서 구성된 것이다.

또한, 상기 음극은 지지판의 양측으로 수설된 양극에 절연체를 개재시켜 고정된 고정대에 결합하고, 음극및 양극은 각각 상단에 음극걸이 및 양극걸이를 형성하여서 구성된 것이다.

한편, 상기 지지판은 상기 양극이 결합되는 고정부와 결합부로 구성하여 상호 대향되는 면에 반원형의 삽입구를 다수개 형성하되 고정부의 삽입구 내측면에 고무패킴을 부착하고, 고정부와 결합부에 상기 관체가삽입되어 죄임나사로 결합할 시 약간의 틈새가 생기도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.

우선, 본 발명의 방법에 대하여 자세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전해액은 황산 : 8-15Vo1.%, 수산 : 5-20g/l, 트리에탄을아민 : 30-809/l, 황산알루미늠 .10-609/l으로 조성된 것이다.

이 전해액은 0℃-20℃의 온도에서 피막의 용해작용이 적고, 경도가 450Hv 이상으로 되는 경질피막을 형성시킬 수 있는 것이다.

이 전해액에 트리에탄을아민을 첨가하므로서 피막에 대한 용해작용을 감소시키고 균일한 피막두께를 형성시킬 수 있게 되며, 또한 수산을 첨가하므로서 전해액의 전도도를 높이고 전해액의 온도상승 및 변화에 따라 피막물성이 민감하게 반응하지 않도록 하고 피트나 버닝을 방수할 수 있게 된다

또한, 황산알루미늄은 피트발생방지 및 피막의 균일성을 증가시킬 수 있게 되는 것이다.

[실시예]

6000계 알루미늄 합금소재(40mmΦ×20mmt×30mmh)를 트리쿨렌에서 초음마를 이용하여 탈지한 후 수산화나트륨 5wt.%에서 약 5분간 엣칭(Etching)하고 질산에서 스머트(Smut)를 제거한 다음, 인산-황산계화학연마액에서 연마한 후에 후술하는 본 발명의 장치에서 전류밀도 1-5A/dm², 온도-5-20℃, 전해시간30분의 전해조건으로 양극산화하였다.

이 양극산화된 알루미늄 합금재를 흐르는 물에 1차 수세하고 증류수로 최종 수세하여 냉풍건조시킨 다음 절단하고 마운팅(Mounting)하여 현미경 및 미소경도계로 5회 측정 후 평균값을 취하여 다음의 표와 같은결과를 얻었다.

[표]

또한, 전류밀도를 번경시키면, 전해시간도 변경시켜야 한다. 즉, 전류밀도 1A/dm²일 때에는 전해시간이1시간 30분이 소요되고, 상기 표에 기재된 바와 같은 전류밀도 3A/dm²일 때에는 30분, 전류밀도 5A/dm²에서는 18분이 소요되어, 따라서 전류밀도를 증가시키면 전해시간이 단축된다.

그리고,5℃ 이하와 만시간 전해(10℃,5A/dm²,18분)에서는 트리에탄을을 첨가한 액과 첨가하지 않은 액을 비교하여 볼매 피막두께는 별차이가 없으나, l0℃ 이상의 전해액의 온도에서는 트리에탄을아민을 첨가하지 않은 액에 비하여 13-42%의 두께가 증가하였고, 피막의 경도는 온도변화(-5-20℃)에 별관계없이 450Hv 이상의 고경도 피막을 얻었다.

다음은 본 발명의 방법을 수행하기 위한 장치를 설명하면 다음과 같다.

전해액조(1) 내부 바닥면 부위에 알루미눔 합금재의 피처리물인 관체(13)를 지지할 수 인도록 부도체이지지대(2)(예컨대,PVC 등)를 다수개 배설하여 아-지지대(2)의 자면예 전해액을 공급하는 공급구(9)를 설치하되 이 각각의 공급구(9)와 전해액조(1)를 연결관(10)으로 순환펌프(10')를 개재시켜서 연결한다.

상기 지지대(2)는 내부에 상기 공급구(9)와 연통되는 분배실(3)을 형성하고 이 상부로 격벽(4)을 설치하고 이어서 혼합실(5)을 설치하며, 상기 격벽(4)에 다수의 분배공(4')을 천설하여 분배실(3)과 혼합실(5)을 연통시키고, 상기 격벽(4)의 대략 중심부위에 공기분출공(4'')을 형성하여 이를 공기공급지관(11)과 접촉시켜서 이를 지지대(2) 외부로 인출시켜서 상기 전해액조(1) 외부로 연장시켜 공기 주공급관(12)에 관접시킨다.

또한, 상기 혼합실(5) 상부에 상부벽(7)과 이 측방으로 외주면부에 인하여 전해액과 공기의 혼합액이 분출하는 토출공(6)을 다수개 천설시킨다.

또한, 상기 지지대(2) 상부의 내주연부에 연하여 단주(8)를 형성하여 31에 피처리물인 관체(13)의 하단부가 삽입고정되도록 한다.

또한, 전해액조(1) 내측면으로 전해액의 온도상승을 대처하는 냉각코일(14)을 환설하여 냉각수 순환펌프(15) 및 냉동기(16)와 연결하여 상기 순환펌프(15)에 의하여 냉동기(16)로부터 공급되는 냉각수가 냉각코일(14)을 순환토록 한다.

한편, 양극산화를 의한 음극(17)(예컨대, 납 또는 알루미늠재)은 쇼트방지를 위하여 다수개의 구멍(19')이 천실된 피복체(예컨대, PVC 파이프 등)(19) 내부에 삽입시키고, 이 음극(17) 상단은 음극걸이(17')를 갖는 고정대(18)에 고정시키며, 피처리물인 관체(13)를 고정시키기 위하여 산화피막이 잘 안되는 지지판(20)(예컨대,2024 알루미늄 합금)을 죄임나사(22)로 분리결합이 가능하게 고정부(20a)와 결합부(20b)로구성하여 상호 대향되는 면에 다수개의 반원형의 관체삽입구(20a')(20b')를 각각 형성하되, 고정부(20a)의 삽입구(20a')에 내측면으로 관체(13)와 전해액이 접촉되는 부의의 산화피막을 방지하기 위한 고무패킹(21)을 부착하고 고징부(20a)와 결합부(20b) 사이는 관체(13)를 결합한 후에 견고한 죄임을 위하여 약간의 틈새(20")가 형성하도록 한다.

또한, 상기 음극(17)과 대응되는 양극(23)은 상기 지지판(20)의 고정부(20a) 양측면에서 수직으로 입실하여 상기(17) 음극이 고정된 고정대(18)에 절연체(24)를 개재시켜 고정하고, 양극(23) 상부는 양극걸이(23')를 형성한다.

한편, 상기 음극걸이 및 양극걸이(17')(23')는 음극부스바(25), 양극부스바(26)에 걸어두도록 구성된 것이다.

미설명 부호 20'는 나사구멍,27은 전해액의 자유표면이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

우선, 피처리물인 관체(13)를 음극 및 양극(17)(23)이 설치된 지지판;20)에 고정을 하되 먼저 피복체(l9)가 부착된 음극(17)을 관체(13)의 중심부에 위치되게 삽입하고, 이 삽입원 관체(13)를 상만이 지지판(20)의 고정부(20a)의 삽입구(20a')에 위치되게 하여 이에 상호 대응하는 결합구(20b)를 상기 고징부(20a)의 삽입구(20a')에 대응하는 결합구(20b)의 삽입구(20b')가 위치되게한 다음 죄임나사(22)로 견고하게 결합시킨다.

이때 관체(13) 결합작업은 수동뿐만 아니라 예컨대, 유압실린더를 장착시켜서 자동적인 방법으로 수행할수가 있는 것이다.

또한, 이때의 결합은 고정부(20a)와 결합부(20b)가 약간의 틈새(20")가 있으므로 결합을 전고하게 할수있다.

다음에 관체(13)가 결합원 지지판(20)을 전해액조(1)의 내부에 설치된 지지대(2)의 만부(8)로 관체(13)하단부가 삽입되게 전해액조(1)의 내부로 하강시킨다. 이때에도 도시는 안되지만, 통상의 유압식이나 치차식으로 자동적으로 승강장치를 장착시켜서 작동시킬 수 있는 것이다.

이어서, 음극 및 양극걸이(17')(23')가 음극 및 양극부스바(25)(26)에 걸리어 통전되면 양극(23)과 접촉된 관체(13)에 양극산화 처리되어 피막이 형성되어 진다.

즉, 피막형성시 전해액에 줄열이 발생하여 전해액의 온도가 소정치 이상으로 상승하면 전해액조(1) 내부에 설치된 냉각코일(14)에 순환펌프(15)로부터 냉동기(16)에 공급되는 냉각수가 순환되어 전해액의 온도를 소정치로 유지하게 되며, 이때의 온도조절은 도시는 안됐지만 통상의 온도조절장치를 부착하면 되는 것이다.

또한, 전해액은 전해액 순환펄프(10')로 관체(13) 내외부의 전해액을 순환시켜주므로 전해액 전체가 온도차 및 농도의 차이없이 소정온도 및 균일한 전해액의 농도를 유지할 수 있게 되고 더우기, 공기공급원(도시되지 않음)으로부터 주공급관(12)을 거쳐 각 공급지관(11)으로 공기를 주입하므로서 전해액은 격렬하게 교반되어 순환되므로서 고전류 밀도하에서 고속으로 양극산화를 처리할 수 있게 되는 것이다. 좀더 자세히 설명하면, 제4도에 나타낸 바와같이 전해액 순환펌프(10')에 의하여 관체(13) 외부의 전해액이 지지대(2) 하부로 공급되어 분배실(3)로 유입되면 이는 격벽(4)의 분배공(4')을 지나 혼합실(5)로 유입되고, 이에 유입원 전해액은 공기공급지관(11)으로부터 공급되어 공기분출공(f)으로 분사되는 공기와 혼합되어 측벽의 다수의 토출공(6)으로 분사되므로 전해액은 격렬하게 교반되어 관체(13)의 내벽을 타고 관체(13) 상부로 이동하면서 이 전해액이 관체(13) 내표면에 산화피막을 형성시켜주게 되는 것이다.

이어서 소정시간이 경과된 후에는 피처리물인 관체(13)를 전술한 방법과 역순으로 전해액조(1)의 지지대(2)에서 탈리시키고 지지판(20)에서 결합부(20b)를 분리하여 고경도로 피막처리된 알루미늄 합금재의 관체(13)를 수세한후에 별도의 냉풍건조장치에서 건조하여 피막처리는 종료하는 것이다.

따라서, 상기와 같이된 본 발명의 장치는 공기와 혼합된 전해액의 격렬한 교반으로 피처리물인 관체(13)의 내표면에 피막두께가 일정하게 되고, 고경도의 경질피막을 얻을수 있을 뿐만 아니라, 음극(17)에 피복체(19)를 부착시키므로서 쇼트를 방지할 수 있고, 피처리물의 장착 및 탈착이 용이하여 생산성의 증가를 가져올 수 있고, 특히 +전극과 피처리물과의 접촉면적을 확장시킨 것이어서 피막후에 생기는 피트나 버닝을 방지할 수 있어 제품의 불량율이 감소되고 고품질의 피막처리를하여 제품의 가치성을 제고시키는 등의 효과를수반하게 되는 것이다.

Claims

황산 8-15Vo1.%, 수산 5-20g/l, 트리에탄을아민 30-80g/l, 황산알루미늠 10-60g/l로 조성된전해액에 전류밀도 1-5A/dm²와 전해액의 온도를 0-20℃로 각각 유지하면서 피처리물인 알루미늠 합금재의 피막처리를 수행하는 알루이늡 합금재의 고경도 양극산화 피막처리 방법.
제1항에 있어서, 상기 피처리물인 알루미늄 합금재의 피막 경도가 적어도 450(HV)이 되도록 피막처리를 수행하는 알루미늡 합금재의 고경도 양극산화 피막처리 방법.
냉각코일(14)이 환설원 전해액조(1) 내부로 저면에 전해액조(1)와 연결되는 공급구(9)와 측면에 공기공급지관(11)을 갖는 다수개의 지지대(2)를 배설하고, 이에 피복체(19)가 복착된 음극(17)과 양극(23)이 고정된 지지판(20)에 처리물인 관체(13) 상단을 고정시켜서 이 관체(13) 하단이 상기 지지대(2)에 삽임고정되도록 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늠 합금재의 고경도 양극산화 피막처리장치
제3항에 있어서, 상기 지지대(2)는 내부에 상기 공급구(9)와 연통되는 분배실(3)과 이 상부로 격벽(4)을 설치하여 이에 분배공(4')과 상기 공급지관(11)과 연통하는 공기분출공(4'')을 형성하고, 이 상부로는상부벽(7)으로 폐쇄되는 혼합실(5)을 형성하여 측면부위에 다수개의 토출공(6)을 형성하며, 지지대(2) 상부내측면으로 상기 관체(13)가 삽입되는 단부(8)를 형성하여서 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처러장치.
제3항에 있어서, 상기 음극(17)은 지지판(20)의 양측으로 수설된 앙극(23)에 절연체(24)를 개재시켜 고정된 고정대(18)에 결합하고, 음극(17), 양극(23)은 각각 상단에 음극걸이(17'), 양극걸이(23')을 형성하여서 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 고경도 양극산학 피막처리장치.
제3항에 있어서, 상기 지지판(20)은 상기 양극(23)이 결합되는 고정부(20a)와 결합부(2b)로 구성하여 상호대향되는 면에 반원형의 삽입구(20a')(20b')를 다수개 형성하되 고정부(20a)의 삽입구(20a') 내측면에 고무패킹(21)을 부착하고 고정부(20a)와 결합부(20b)에 상기 관체(13)가 삽입되어 죄임나사(22)로 결합할시 약간의 틈새(20")가 생기도록 구성된 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금재의 고경도 양극산화 피막처리장치.