▷표면처리기술 요약
표면처리(Surface treatment)라 함은 부품의 금속재료 표면상에 이종 재질을 전기적, 물리적, 화학적 처리방법 등을 통해 보호표면을 생성시킴으로서 소지금속의 방청, 외관미화, 내마모성, 전기절연, 전기전도성 부여 등의 폭넓은 목적을 달성 시키고자 하는 일련의 조작을 말한다.
아노다이징 (Anodizing)
수산법, 직류황산법, 양극산화법이라고도 한다.
아노다이징법은 방법이나 설비가 전기도금과 공통된 점이 많고 일종의 도금기법이며, 알루미늄의 용도와 수요가 점차 확대되어 가고 있는 이 때 중요한 도금기술의 하나이다. 도금하려고 하는 알루미늄물품을 양극으로 하고 통전(通電)하여, 양극에서 발생하는 산소에 의하여 알루미늄 면이 산화되어 산화알루미늄(Al2O3)의 피막이 생긴다. 이 피막은 대단히 경하여, 내식성이 크고, 극히 적은 유공성(有孔性)이 되어 여러 가지 색으로 염색할 수 있기 때문에 내식, 내마모성의 실용성과 더불어 미관상으로 이 처리를 행하는 경우가 많다.
알루미늄의 순도가 높을수록 미려하고 광택 있는 피막을 얻을 수 있다.
석도강판 (Electrolytic tin plate)
석도강판은 냉간압연강판에 주석을 도금한 것으로서, 주스, 커피, 스포츠 및 탄산음료를 포함한 각종 식품 통조림, 페인트관등의 금속용기 및 병마개의 재료로 사용된다.
석도강판은 타 재료에 비해 내식성, 용접성, 도장성, 인쇄성 및 보관성이 우수하고 인체에 무해하기 때문에 다양한 용도로 사용된다.
<석도강판의 특성>
내식성 우수. 가공성이 뛰어남. 도료의 착성이 좋음. 표면광택이 미려함. 선택의 폭이 다양함.
SUSCOP
SUSCOP은 스테인리스 강판위에 동 도금을 한 제품으로서 동판의 우아한 색조와 스테인리스강판의 내구성이 결합되어진 새로운 지붕 및 사이딩(건물외벽) 소재이다.
SUSCOP의 특징 및 적용분야
-. 무게가 가볍다.
내력과 인장강도가 타 소재에 비해 높기 때문에 얇은 두께에서도 우수한 내구력을 가지므로 시공 시 단위 면적당 무게가 가볍다.
-. 내식성이 강하다.
소재인 스테인리스 고유의 높은 내식성과 동 도금 피막의 내식성이 상호 상승작용을 일으켜 우수한 내구성과 내후성을 발휘한다.
-. 시간의 경과에 따른 다양한 색상의 변화
시공 후 동 도금 피막이 대기에 의해 산화되면서 동 특유의 색조를 띄어 시간 경과와 함께 환경에 따라 독특한 운치의 녹청이 형성된다.
-. 가공성이 우수하다.
연신율이 높고 스프링백 비가 낮기 때문에 가공성이 우수하여 다양한 형태의 건축물을 연출한다.
전해 크롬산 처리강판 (Hi-Top)
Hi-Top은 석도용 원판을 크롬산으로 전해 처리하여 금속크롬과 산화크롬의 이중피막을 형성시킨 석도강판의 대체품으로서 도장성, 작업성이 우수하여 열에 의한 변색이나 손상이 없으며, 유황성분에 강하여 유화 흑변의 억제작용이 있다.
전기 동 도금 강판 (Copper-Lite)
Copper-Lite는 냉간압연강판에 동을 전기 도금한 강판으로서 외관이 수려하고 가공성, 자기 융착성, 용접성, 전기 전도성등이 우수하여 냉장고의 가스 파이프와 자동차 브레이크에 쓰이는 2중벽 강관튜브 및 반도체 부품의 소재로 적합하다.
경질 양극 산화피막 (Hard Anodizing)
1. 경질 양극산화피막(Hard Anodizing)의 개요
알루미늄 금속의 표면상에 전기화학적 전해(Electrolytic)방법을 이용하여 산화알루미늄 Al₂O의 층을 형성시켜 알루미늄 표면의 경도, 내식성, 내마모성, 전기적, 절연성 등 기능적인 특성을 극대화하여 주는 방법.
2. 경질 양극산화피막의 목적
경질 양극산화피막은 기능성 피막처리로써 원래의 알루미늄 금속 표면에 경질 양극산화피막 처리를 행하여, 그 기능성이나 특성을 증가시키는데 목적이 있으며, 알루미늄이 가지고 있는 연성을 보강함과 동시에 금속이 가지고 있는 취약한 결함을 보완하여 공업화하는데 그 목적이 있다.
3. 경질 양극산화피막의 색상
경질 양극산화피막은 자연발색피막으로 발색되는 색상은 자연광선에 의해서 파괴되거나 탈색이 되지 않고 반구적으로 보존이 된다. 자연발색으로 이루어지는 색상은 다음과 같은 여러 색상으로 구분이 된다.
<진한 갈색, 연한 갈색, 연회색, 진회색, 흑색, 유백색, 금속염착색> - 합금의 성분과 합금의 종류에 의해서 색상이 달라질 수 있다.
연질 양극산화피막 (Soft Anodizing)
1. 연질 양극산화피막(Soft Anodizing)의 개요
연질 양극산화피막은 보존성과 장식성의 피막 처리 방법이다.
경질 양극산화 피막은 피막층의 두께가 두껍고 경도가 높은 반면, 연질 양극산화피막은 두께가 얇고 경도가 낮으며 경질피막에 비해 연성을 갖고 있다. 연질 양극산화피막의 특색은 피막처리 후 각종 염료에 의한 색상처리가 가능하므로 장식성이 매우 뛰어나 알루미늄 금속을 소재로 사용하여 가공된 제품의 품질고급화에 가장 널리 사용되는 표면처리 방법이다.
2. 연질 양극산화피막의 목적
경질 산화피막이 기능성 위주의 피막처리 방법이라면, 연질 양극산화피막은 알루미늄 금속의 부식방지와 다양한 색상처리에 의한 장식성 효과의 극대화를 목적으로 한 피막처리 방법이다.
크로메이트 코팅 (Chromate Coating)
1. 크로메이트처리 개요
알루미늄 금속은 공기 중에서 표면상에 자연 산화피막을 형성해 Al 자신을 보존하는 것은 잘 알려져 있다. 대기 중에서 생성되는 자연산화피막(Al₂O3)을 억제 시키는 코팅으로써 두께가 얇고, 내식성을 요구하는 경우나 도장의 하지용으로 착성을 향상시키는 인공적으로 화학용액과 알루미늄 금속과의 화학적인 반응을 이용하여 화성피막을 얻는 처리 방법이다.
2. 크로메이트의 특성
-. 전해에 의한 산화피막은 강한 부도체이지만, 화성피막은 전도성이 우수한 전도체이다.
-. 내마모성은 약한 반면 내식성은 양호하다.
-. 외관이 아름답다. (백색, 연녹색, 무지개색, 노란색, 암갈색 등)
-. 화성피막의 처리 후 Al의 표면상에 에칭면이 형성되며 도장 하지용으로 최적이다.
-. 화학적인 처리방법을 선택하므로 형상이 복잡한 구조물에도 처리가 용이하다.
-. 전해에 의한 피막처리에 비교해 대량생산이 가능하고 비용이 저렴하다.
인산염피막
1. 목적
인산염피막처리는 금속(주로 철강)을 묽은 인산과 화학적으로 반응시켜 금속의 표면을 난용성의 결정질 인산염으로 만들어 금속의 고유성질을 바꾸는 것이다.
2. 특성
1) 인산아연계 (Z형)
(1) 색상 : 연회색 - 진한회색 (처리할 금속의 탄소량이 증가할수록 입자 크기가 작아져 색상이 짙어짐)
(2) 처리방법
-. 분무식 : 1-10 g/㎡ 피막중량 가능
-. 침전식 : 1.5-40g/㎡ 피막중량 가능
(3) 용도 : 도장하지용, 냉간성형, 내마멸성, 내식성
2) 인산망간계 (M형)
(1) 색상 : 검은색을 띤 흑갈색, 피막내의 MnO₂량에 따라 갈색이 짙어짐. 보통은 OIL을 흡착시켜 사용하므로 OIL이 검은색을 강화시켜 검은색을 띄게된다.
(2) 처리방법
-. 침전식만 가능
-. 피막중량은 5∼30 g/㎡ 가능
(3) 특성
-. 치한 미립자로 된 피막이 요구된다.
-. Mn계 피막은 Zn계에 비해 처리 비용이 많이 발생하나 두꺼운 피막이 가능
(4) 용도 : 내마멸성 개선
이외의 종류로 인산철계, 인산납계, 인산주석계, 인산아연칼슘계 피막처리가 있다.
3. 응용범위
1) 도장 하지용
인산염피막을 도장하지용으로 사용하는 경우 습기와 수분에 대한 내식성증가 및 부식의 퍼짐을 방지할 수 있다.
2) 내식성
인산염피막은 수분이 금속표면과 직접접촉 하는 것을 막아서 금속의 부식을 억제시킴. 내식성을 증가시키기 위해 방청유나 WAX등의 후막(厚漠)을 덧붙여 사용하기도 한다.
3) 냉간가공용
강을 인발(DRAWING)시 강의 표면과 DIE 사이에는 매우 큰 마찰이 생기며 이것을 줄이기 위해 사용하기도 한다.
4) 내마멸성
강 표면에 피막처리를 하여 내마멸성을 증가시킬 수 있다.
4. 피막의 제조 방법별 적용
구 분 침적식 분무식 비 고
망간계 O X 주로사용
아연계 O O 주로사용
철 계 O O
-. 침적식 : 두꺼운 피막, 모양이 복잡한 부품. 시설비가 저렴하나 넓은 작업장 필요. 열 발산 적음.
-. 분무식 : 피막형성 속도빠름, 경제적이나 시설 투자비가 침적식보다 5-10배 소요됨. (철계: 액 조절용이. 질 좋은 피막가능) 주로 부피가
커서 침적이 곤란한 곳에 사용.
* 인산염피막처리의 연혁
인산염피막처리의 철강금속 상 방청에 관한 최초의 특허는 여욱의 G·Rors가 1869년 제출하였다. 그리고 공업적으로 실용 가능한 처리액은 T.W.Coslett가 처음으로 1906년에 특허를 얻었고, 그때의 피막화성시간은 2~2.5시간이나 되었다. 1909년에 인산아연법이 발명되고 1911년 K·G·Richaras가 인산망간법을 발표하였다. 그 후 W·H·Allen이 본법을 연구하여 금일의 파카라이징법 기초를 만들었고, 1930년경 R·R·Tanner가 동이온을 배합하여 피막속도를 촉진한 본데라이징법을 발명하다. Coslett Process에 의한 2~2.5처리시간이 1931년에 5~10분으로 단축되었고, Thompson 등이 산화제로 처리시간을 2~5분으로 단축하여 처리설비를 적게 축소하는데 공헌하다. 1934년 스프레이법이 상업적으로 사용 처리시간을 45~60초로 좁혔고, Thompson은 1944년 회전 롤러와 브라싱법을 연고, 화성시간을 3~10초로 단축시켰다. 이렇게 연구 발전되어온 인산염피막처리의 기술은 미국에서 상업적으로 꽃을 피웠고, 1960년대 중반에 일본을 거쳐 우리나라에 소개된 이 기술은 1970년 초 방산제품에의 적용과 1980년 이후 가전제품과 자동차산업의 발달로 전 산업분야에 널리 사용하게 되었다. 각국의 학자, 기술자들이 지금도 계속 연구, 발명되고 있는 유일한 금속표면처리 기술 중의 하나이다.
고체윤활피막처리 (Solid Film Lub.)
1. 목 적
1) 여러 환경에서도 윤활성을 잃지 않는 윤활제를 사용 시 적용.
2) 내식과 내마모 유지 및 고열에 의한 소착 내지 손실방지를 동시에 요구되는 곳에 적용.(-68℃∼+204℃)
3) 무광택, 무반사 표면을 요구 시 적용.
4) 자주 조작 사용치 않는 기계류.
5) 수명을 위해 기름을 발라야 하는 기계류
6) 오랜 기간 부식방지가 필요한 경우.
2. 특성
1) 내식성, 내마모성, 내열성 우수.
2) 심한 충격 및 하중에도 잘 견딜 수 있는 우수한 윤활 처리.
3) 광범위한 환경에서 서로 다른 윤활유를 사용 할 수 없는 경우 및 대부분의 금속류에 적용 가능하며, 처리한 후에 특성이 다른
표면처리보다 우수해 앞으로 장래성이 풍부한 처리방법.
4) 아주 어두운 회색의 무광택색상을 가진다.
5) 종류
(1) GRAPHITE계 S.F.L처리 : 윤활성은 우수하나 장시간 사용할 때 수분을 흡수해, 소지금속에 전지(電池,Cell)반응에 의한 부식생성을
유발해 현재는 거의 사용안함.
(2) MoS2계 (이황화몰리브덴)계 S.F.L 처리 : 현재 거의 이 처리를 사용함.
6) S.F.L 처리제 제조회사 : 미국 SANDSTROM사 외 10여개 회사로 알려져 있고 국내에서는 생산이 안 되고 있어 전량 수입하여 사용
중에 있다.
7) S.F.L 처리제 구성 : 에폭시(EPOXY)수지, 페놀(PHENOL)수지, 실리콘수지(SILICATE) 등의 결합재(BINDER)와 MoS2, GRAPHITE
등의 윤활성 고체(LUBRICATING SOLID) 및 용제(SOLVENT)로 구성된다.
8) S.F.L의 실용화 : S.F.L 처리는 최초에 미국에서 연구가 시작되어 1950 년대 미 해군 항공기의 가스터빈 엔진의 고온 윤활문제를 해결하기 위해 응용된 이래 많은 연구가 수행되어 왔으며 그 후 1960년대부터 우주개발계획에 응용됨에 따라 S.F.L에 대한 적극적인 연구 및 개발이 진전되어 미국, 일본, 독일 등 선진국에서는 실용화 되고 있다.
또한 이 S.F.L 처리는 월남전 당시 155mm(M126)포열 후미 MECHANISM(TORSION 판스프링)에 예기치 않은 요구조건이 발생하게 되어 그 적용이 대두되었다. 이는 습도가 높은 열대 기후에서 부식의 심한가속과 마모의 과다로 인해 발생한 문제이며, 이 문제는 해군에서도 발생 하는데 해안대기의 염분에 의해 해안 설치 포에 심한마모와 부식생성으로 새로운 윤활 처리기법이 필요하게 되었다. 한편 한국해군에서는 국내에서 제작된 육상용포를 소형고속정에 설치하여 운용 하였으나 해수부식으로 인해 수명이 단축되고, 빈번한 고장발생 및 그 수리로 인하여 운용이 자주 중단되는 등 대공, 대항포로써의 작전능력이 부족하게 되었다. 이에 이러한 문제점을 해결하기 위해 경제성, 호환성 등을 고려한 보호피막위주의 부식 시험을 거쳐 해양 분위기에 어떠한 표면처리가 가장 효과적인가를 연구, 분석하는 과정에서 S.F.L 처리가 가장 능력을 인정받아 적용되고 있다.
부동태처리
1. 목적 : 내식성 향상
2. 특성
치수 변화가 없으며, 극히 얇은 산화피막이 형성된다.
3. 부동태의 정의
부동태란 특수한 환경 하에서 어떤 금속 또는 합금의 화학반응성이 손실 되는 것과 관련된다. 이로써 기전력계열(氣電力係烈)에서는 활성(活性)임에도 불구하고 대단히 느린 속도로 부식되는 상태로 변하게 되는 경우이다.
4. 스테인리스강의 부동태처리
스테인리스강의 표면은 얇은 산화막으로 덮여있고 이 피막이 내식성을 가지고 있다, 그러나 이 산화피막속에는 철의 산화물을 함유하고 있으며, Cu, Al, 고무, 에보나이트 등에 접촉하여 습기를 받는 환경에 있으면 부식되기 쉽기 때문에 화학적인 처리를 하여 부동태화 시켜준다. 그리고 일반적으로 스테인리스 제품을 크롬산용액에 침적시킴으로써 부동태화 처리를 해 준다.
아연상의 크로메이트 처리
1. 특성
기본적인 특성은 Al 상에서의 방법과 동일하다. 적용대상용품은 아연도금강판 및 아연다이캐스팅(Die-Casting) 제품 등 이다. 참고로 알루미늄상의 크로메이트와의 차이점은 전반적인 공정은 유사하나, 크로메이트액의 농도차가 있다. 즉 아연상의 크로메이트는 알루미늄상의 크로메이트보다 크롬산(CrO₃) 농도가 더 높다.
2. 용도
크로메이트피막의 일차적인 목적은 정지된 물, 고습도의 대기, 염수, 해양 중에 노출되는 표면이나 주기적으로 농축하거나 건조할 때에 노출되는 표면에 백색부식물의 형성을 막거나 늦추기 위한 것. 크로메이트의 어떤 형태는 페인트칠을 하기에 알맞다는 것이 입증 되었다.
1. 금속표면처리 원리
1) 전기도금 (Electric plating)
전기도금은 전기화학적 분해를 이용한 것으로 양극에는 도금시킬 금속재료를, 음극에는 도금될 제품을 전기적으로 연결시켜 양극에서의 용해와 음극에서의 금속이온을 석출시키는 방법이다.
2) 기타 표면처리방법
기타 표면처리방법으로는, 전기도금과는 달리 양극에 제품을 배치하여 발생기 산소에 의해 인공적으로 산화피막을 만드는 양극산화피막처리와 전기를 사용하지 않고 피막 액 성분과 제품의 금속 소지성분과의 화학작용에 의한 피막을 형성하는 인산염 피막처리, 또 전기를 사용하지 않으나 도금액 중에 함유된 금속성분을 적절한 환원재료를 사용하여 제품표면에 도금 층을 형성하는 무전해도금등이 있다.
2. 표면처리의 일반적 종류
비금속 피막 ----- 화성처리 ----- 양극산화피막
----- 흑색 산화피막
----- 인산염 피막
----- 부동태 처리
----- 크로메이트 처리
----- 방청처리 ----- 방청유 도포처리
----- 도료처리
----- 도장처리
----- 비금속용사 ----- 합성수지 용사처리
----- 세라믹 용사처리
----- LINING 처리 ----- GLASS LINING 처리
----- 합성수지 LINING
----- 코울타르 처리
금속피복 ----- 금속용사 ----- 아연용사
----- 알루미늄용사
----- 주삭용사
----- 납용사
----- 황동용사
----- 확산침투처리 ----- Zn 확산침투처리
----- Al 확산침투처리
----- Cr 확산침투처리
----- Si 확산침투처리
----- 금속도금 ----- 니켈도금
----- 크롬도금
----- 동도금
----- 아연도금
----- 카드늄도금
----- 주석도금
----- 금도금
----- 은도금
----- 라듐도금
----- 루테늄도금
----- 백금도금
----- 팔라듐도금
----- 코발트도금
