KR20170114493A - 알루미늄의 양극 산화 방법 및 알루미늄 제품 - Google Patents

알루미늄의 양극 산화 방법 및 알루미늄 제품 Download PDF

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Abstract

알루미늄의 양극 산화 방법 및 알루미늄 제품에 관한 것으로, 보다 상세하게 알루미늄 및 알루미늄 합금의 백색 양극 산화 방법 및 알루미늄 제품에 관한 것이다.
일 측면은 표면에 패턴 및 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막이 형성된 알루미늄 기판; 및 불화알루미늄 막과 이웃하도록 배치되며, 복수 개의 기공이 형성된 양극 산화 막;을 포함한다.

Description

알루미늄의 양극 산화 방법 및 알루미늄 제품{ANODIZING METHOD OF ALUMINUM AND ALUMINUM PRODUCT}
알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제품에 관한 것으로, 보다 상세하게 알루미늄 및 알루미늄 합금의 백색 양극 산화 방법 및 그 제품에 관한 것이다.
알루미늄 및 알루미늄 합금은 다양한 산업적 용도를 가진다. 이러한 알루미늄 및 알루미늄 합금은 알루미늄의 반응성, 부식 경향성 및 유해성 등으로 인해 이들 금속의 노출 표면에 내식성 및 보호성 코팅을 제공할 필요가 있다. 또한, 제조된 물품의 외관이 중요한 경우, 알루미늄 및 알루미늄 합금 표면에 양극산화 후 염료를 착색시키는데, 이 때 내광성을 향상시킬 필요가 있다.
종래 알루미늄 및 알루미늄 합금 표면에 내식성 및 장기간 백색을 유지하는 피막을 제공하기 위해 알루미늄 또는 알루미늄 합금에 양극 산화 피막을 형성한 후 피막의 다공층 안에 백색 안료를 착색하는 방법이 시도된 바 있다. 또한, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 양극 산화시 전류밀도를 변동시켜 광 확산이 가능한 불투명 양극 산화막을 형성하는 방법이 시도된 바 있다.
한편, 제조된 물품의 외관이 중요한 경우, 알루미늄 및 알루미늄 합금 표면에 양극산화 후 염료를 착색시키는데, 이 때 내광성(耐光性, light stability)을 향상시키기 위해 알루미늄 및 알루미늄 합금을 염료 수용액에 침적시키는 방법이 시도된 바 있다.
일 측면은 백색의 불화알루미늄 막 형성 공정을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제조 물품을 제공하고자 한다.
다른 측면은 염료와 아크릴계 수지가 중합되어 광에 의한 변색이 저하되도록 마련된 알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제조 물품을 제공하고자 한다.
일 실시 예에 따른 알루미늄 제품은 표면에 패턴 및 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막이 형성된 알루미늄 기재; 및 불화알루미늄 막과 이웃하도록 배치되며, 복수 개의 기공이 형성된 양극 산화 막;을 포함한다.
또한. 패턴은, 5 내지 100 nm 내의 조도 범위를 가지는 것을 포함할 수 있다.
또한, 패턴 및 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막은, 알루미늄 기재에 불소이온이 함유된 용액, 불화수소 암모늄, 불화수소 칼륨, 불화수소 나트륨, 불화 암모늄, 불화 칼륨, 불화 나트륨, 불화수소산, 붕불화 나트륨, 붕불화 칼륨, 붕불화 암모늄, 티탄 불화 칼륨, 티탄 불화 나트륨 및 티탄 불화 암모늄을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 용액을 제공해 형성된 것을 포함할 수 있다.
또한, 양극 산화 막은, 알루미늄 기재에 양극 산화액을 제공해 양극 산화 공정으로 형성된 것을 포함할 수 있다.
또한, 양극 산화액은, 산성 용액 및 산성 용액에 아크릴계 수지를 첨가한 것 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 아크릴계수지는, 하이드록시프로필 메타아크릴레이트(Hydroxypropyl Methacrylate), 네오펜탄다이올 다이메타아크릴레이트(Neopentanediol dimethacrylate) 및 폴리프로필렌 글라이콜 메타아크릴레이트(Polypropylene Glycol Methacrylate)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 양극 산화막은, 복수 개의 기공 내부에 염료가 착색된 것을 포함할 수 있다.
또한, 염료는, 복수 개의 기공 내부에 포함된 아크릴계 수지에 분산된 형태로 착색된 것을 포함할 수 있다.
다음으로, 일 실시 예에 따른 알루미늄의 양극 산화 방법은 알루미늄 기재의 표면 개질 공정; 알루미늄 기재에 불소이온이 함유된 용액을 제공해 기재 표면에 패턴을 형성하고, 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막을 형성하는 백색화 공정; 및 알루미늄 기재를 산성 용액을 포함하는 양극 산화액 중에서 양극 산화 공정으로 처리하여 복수 개의 기공을 가진 양극 산화막을 형성하는 공정;을 포함한다.
또한, 알루미늄 기재에 패턴을 형성하는 공정은, 5 내지 100 nm 내의 조도 범위를 가지는 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 알루미늄 기재에 패턴을 형성하는 공정은, 불소이온이 함유된 용액으로 알루미늄 기재를 에칭해 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 알루미늄 기재에 패턴을 형성하는 공정은, 알루미늄 기재에 불화수소 암모늄, 불화수소 칼륨, 불화수소 나트륨, 불화 암모늄, 불화 칼륨, 불화 나트륨, 불화수소산, 붕불화 나트륨, 붕불화 칼륨, 붕불화 암모늄, 티탄 불화 칼륨, 티탄 불화 나트륨 및 티탄 불화 암모늄을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 용액을 제공해 기재 표면에 패턴을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 양극 산화액은, 산성 용액에 아크릴계 수지를 첨가한 것을 더 포함할 수 있다.
또한, 아크릴계수지는, 하이드록시프로필 메타아크릴레이트(Hydroxypropyl Methacrylate), 네오펜탄다이올 다이메타아크릴레이트(Neopentanediol dimethacrylate) 및 폴리프로필렌 글라이콜 메타아크릴레이트(Polypropylene Glycol Methacrylate)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 기공에 염료를 제공하는 공정;을 더 포함할 수 있다.
또한, 복수 개의 기공에 아크릴계 수지와 염료의 혼합 조성물을 제공하는 공정;을 더 포함할 수 있다.
또한, 알루미늄 기재 표면을 열처리하는 공정;을 더 포함할 수 있다.
또한, 알루미늄 기재 표면을 자외선 경화처리 하는 공정;을 더 포함할 수 있다.
일 측면에 따른 알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제조 물품에 따르면 안료 또는 염료를 사용하지 않고도 뛰어난 내식성, 장기간 백색을 유지하는 알루미늄 제품 및 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다.
또한, 전류 밀도를 순차적으로 변화시키기 위한 특수 정류기를 사용하지 않고도 뛰어난 내식성, 장기간 백색을 유지하는 알루미늄 제품 및 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다.
다른 측면에 따른 알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제조 물품에 따르면 염료를 사용하는 알루미늄 제품의 염료 구조 변경을 지연시켜 알루미늄 양극 산화 제품의 내광성이 향상되도록 할 수 있다. 결과적으로 내광성 문제로 적용이 힘들었던 옅은 컬러가 적용된 알루미늄 제품 및 알루미늄 합금 제품을 제공할 수 있다.
또한, 유기 용매를 사용하지 않고 물에 용해 가능한 염료 사용하므로 착색액의 취급이 용이할 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 알루미늄 제품의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 알루미늄 제품의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 일 실시 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 흐름도 이다.
도 4는 일 실시 예의 일 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이다.
도 5는 일 실시 예의 다른 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이다.
도 6은 백색화 처리 전 알루미늄 기재의 표면을 도시한 도면이다.
도 7은 백색화 처리 전 알루미늄 기재의 표면 조도를 분석한 결과를 도시한 도면이다.
도 8은 백색화 처리 후 알루미늄 기재의 표면을 도시한 도면이다.
도 9는 백색화 처리 후 알루미늄 기재의 표면 조도를 분석한 결과를 도시한 도면이다.
도 10은 다른 실시 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 흐름도 이다.
도 11은 다른 실시 예의 일 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이다.
도 12는 다른 실시 예의 다른 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제조 물품의 실시 예에 대해 상세하게 설명한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 알루미늄 제품(100)의 단면을 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 알루미늄 제품(100)은 알루미늄 기재(110)와, 알루미늄 기재(110)와 이웃하게 배치된 불화알루미늄(AlF3) 막(120)과, 불화알루미늄 막(120)과 이웃하게 배치된 양극 산화막(130)을 포함할 수 있다.
알루미늄 기재(110)는 99.99% 이상의 순도를 가지는 고순도 알루미늄, A 1050, A 1100과 같은 99%의 순도를 가진 순수 알루미늄으로 마련될 수 있으며, 실시 예에 따라 알루미늄 합금 기재를 포함하는 개념일 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 기재(110)는 A 3003, A 3004와 같은 Al-Mn 합금, A 5005, A 5052, A5083과 같은 Al-Mg 합금, A 4043과 같은 Al-Si 합금; A 2017, A 2024와 같은 Al-Cu 합금, A 7072와 같은 Al-Zn 합금 및 A 6061, A 6063과 같은 Al-Mg-Si 합금으로 마련될 수 있다. 이하, 본 명세서에서 알루미늄 기재(110)는 순수 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 마련될 수 있다.
알루미늄 기재(110)는 판 형상, 일부가 개방되어 있는 중공(hollow) 형상, 저부를 구비한 원통 형상, 캐스트 제품 또는 다이 캐스트 제품과 같은 블록(block) 형상 등으로 마련될 수 있으나, 알루미늄 기재(110)의 형상이 전술한 예들에 의해 한정되는 것은 아니다. 도 1에서는 설명의 편의상 알루미늄 기재(110)가 판 형상으로 마련된 경우를 예로 들어 도시하였으며 이를 전제로 설명하도록 한다.
알루미늄 기재(110)의 일면에는 패턴과 불화알루미늄 막(120)이 형성된다. 패턴과 불화알루미늄 막(120)은 알루미늄 기재(110)의 백색화 공정에 의해 형성될 수 있다. 여기서, 알루미늄의 백색화 공정은 알루미늄 표면에 백색을 구현하기 위한 목적의 패턴 및 박막 형성 공정을 의미할 수 있다. 패턴과 불화알루미늄 막(120)의 형성 방법에 대해서는 관련 부분에서 상술하도록 한다.
알루미늄 기재(110)는 일면에 형성된 패턴으로 인해 일정 범위의 표면 조도를 가지게 된다. 일 예로, 알루미늄 기재(110)의 패턴 형성 부위는 약 5 내지 100 nm 범위의 표면 조도를 가질 수 있다. 결과적으로 알루미늄 기재(110)에 입사된 광은 기재 표면에서 난반사하게 되고, 알루미늄 제품(100) 표면에 백색이 구현되게 된다.
알루미늄 기재(110)의 불화알루미늄 막(120) 일면에는 양극 산화막(130)이 형성된다. 도 1에서는 설명의 편의상 불화알루미늄 막(120)과 양극 산화막(130)을 별도로 도시하였으나 불화알루미늄 막(120)과 양극 산화막(130)의 성분들이 각각 혼합된 형태로 제공될 수 있음은 물론이다.
양극 산화막(130)은 불화알루미늄 막(120)과 이웃하도록 배치되며 내부에 복수 개의 미세 기공(H)이 형성되도록 마련될 수 있다. 미세 기공(H)은 수 내지 수백 nm 사이즈를 가지며, 필요에 따라 양극 산화 공정에서 인가되는 전압을 조절하여 그 너비 및 깊이를 조절할 수 있다. 양극 산화막(130)은 후술하는 양극 산화 공정에 의해 형성될 수 있으며, 자세한 내용은 관련 부분에서 후술하도록 한다.
도 2는 다른 실시 예에 따른 알루미늄 제품(100-1)의 단면을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바를 참조하면, 다른 실시 예에 따른 알루미늄 제품(100-1)은 알루미늄 기재(110)와, 알루미늄 기재(110)와 이웃하게 배치된 불화알루미늄 막(120)과, 불화알루미늄 막(120)과 이웃하게 배치된 양극 산화막(130)을 포함할 수 있다. 도 2에 따른 알루미늄 제품(100-1)의 알루미늄 기재(110) 및 불화알루미늄 막(120)과 관련해 도 1에 따른 알루미늄 기재(110) 및 불화알루미늄 막(120)과 중복되는 설명은 생략하도록 할 것이며, 이하 도 1에 따른 알루미늄 제품(100)의 양극 산화막(130)과의 차이를 중심으로 설명하도록 한다.
도 2에 따른 알루미늄 제품(100-1)의 양극 산화막(130)은 도 1에 따른 알루미늄 제품(100)의 양극 산화막(130)과 같이 내부에 복수 개의 미세 기공(H)이 형성되도록 마련될 수 있으며, 미세 기공(H)은 수 내지 수백 nm 사이즈를 가지도록 마련될 수 있다. 본 실시 예에 따른 양극 산화막(130)의 미세 기공(H) 내부는 염료(D)가 착색된 것을 포함할 수 있다. 염료(D)는 아크릴계 수지(A)에 분산된 형태로 제공될 수 있으며, 아크릴계 수지(A)에 의해 고정되어 구조 변경이 지연되도록 마련될 수 있다.
염료(D)는 유기 염료를 포함할 수 있으나, 염료(D)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 아크릴계 수지(A)는 메타아크릴산 또는 이의 혼합물을 포함할 수 있으며, 보다 상세하게 하이드록시프로필 메타아크릴레이트(Hydroxypropyl Methacrylate), 네오펜탄다이올 다이메타아크릴레이트(Neopentanediol dimethacrylate) 및 폴리프로필렌 글라이콜 메타아크릴레이트(Polypropylene Glycol Methacrylate)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있으나 아크릴계 수지(A)의 예가 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 도 1 및 도 2에 따른 알루미늄 제품(100)을 제조하기 위한 알루미늄의 양극 산화 방법에 대해 설명하도록 한다.
개시된 발명에 따른 알루미늄의 양극 산화 방법은 알루미늄의 백색화 공정과, 알루미늄 표면의 내광성(耐光性, light stability)을 향상시키기 위한 목적의 공정을 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의 상 알루미늄의 백색화 공정을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법에 대해 설명한 후, 알루미늄 표면의 내광성 향상 공정을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법에 대해 상세하게 설명하도록 한다.
도 3은 일 실시 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 흐름도 이고, 도 4는 일 실시 예의 일 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이고, 도 5는 일 실시 예의 다른 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이다.
도 3 내지 도 5에 도시된 바를 참조하면, 일 실시 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법은 알루미늄 기재(110)의 표면 개질 공정과(200), 알루미늄 기재(110)에 불소 이온이 함유된 용액을 제공해 기재 표면에 패턴을 형성하고, 백색의 불화알루미늄 막(120)을 형성하는 백색화 공정과(210), 알루미늄 기재(110)를 산성 용액을 포함하는 양극 산화액 중에서 양극 산화 공정으로 처리하여 복수 개의 미세 기공(H)을 가진 양극 산화막(130)을 형성하는 공정(220)을 포함한다.
알루미늄 기재(110)의 표면 개질 공정은 알루미늄 기재(110) 표면에 전처리액을 제공해 알루미늄 기재(110) 표면의 불순물을 제거하는 공정이다(200). 표면 개질 공정은, 탈지 처리, 에칭 처리, 화학연마 처리, 디스멋 처리 공정 등을 포함하는 개념일 수 있다.
전처리 액으로는 산성 또는 염기성 전처리 용액이 사용될 수 있다. 일 예로, 탈치 처리 공정에서는 황산 용액, 수산화나트륨 용액, 인산 나트륨과 붕산 나트륨과 탄산 나트륨의 혼합 용액 등이 사용될 수 있다. 또한, 에칭 처리 공정에서는 수산화 나트륨과 글루코산 나트륨의 혼합 용액, 인산과 황산의 혼합 용액 등이 사용될 수 있다. 또한 화학 연마 처리 공정에서는 인산, 황산 및 질산 용액을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 용액이 사용될 수 있다. 또한, 디스멋 처리 공정에서는 황산, 질산 등의 용액이 사용될 수 있다. 다만, 전처리 액의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며 당업자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함할 수 있다.
알루미늄 기재(110)의 표면 개질 공정은 알루미늄 기재(110) 표면에 존재하는 유기물을 제거하는 공정, 자연 산화 피막을 제거하는 공정, 스멋을 제거하는 공정(desmutting) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 스멋 제거란 산세 또는 알칼리 침지 시 기재 표면에 발생하는 스멋을 제거하는 작업을 의미한다.
알루미늄 기재(110)의 표면 개질 공정이 수행되면, 이어서 백색화 공정이 수행될 수 있다(210). 개시된 발명에 따른 백색화 공정은 알루미늄 제품(100) 표면에 장시간 동안 백색을 구현시키기 위한 것으로, 표면 개질된 알루미늄 기재(110)에 백색화 처리 액을 제공하는 공정을 포함할 수 있다.
백색화 처리 액으로는 불소 이온이 함유된 용액이 사용될 수 있다. 일 예로 불화암모늄(NH4HF2), 불화수소 암모늄, 불화수소 칼륨, 불화수소 나트륨, 불화 암모늄, 불화 칼륨, 불화 나트륨, 불화수소산, 붕불화 나트륨, 붕불화 칼륨, 붕불화 암모늄, 티탄 불화 칼륨, 티탄 불화 나트륨 및 티탄 불화 암모늄을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 용액 또는 이들의 혼합 용액이 사용될 수 있음은 물론이다.
백색화 처리 액은 알루미늄과 반응하여 백색의 불화알루미늄 막(120)을 형성하며, 동시에 알루미늄 기재(110) 표면을 에칭시켜 패턴을 구현하게 된다.
본 실시 예에서는 백색화 처리 액으로 50g/L의 불화암모늄 용액을 사용하였으며, 약 30 ℃의 불화암모늄 용액에 표면 개질된 알루미늄 기재(110)를 약 3분 동안 침지시켜 백색화 공정을 수행하였다. 알루미늄 기재(110)에 백색화 처리 액이 제공됨에 따라, 알루미늄 기재(110) 표면이 에칭되며 패턴이 형성되었으며, 에칭된 기재 표면에 불화알루미늄 막(120)이 형성되었다.
전술한 바와 같이 알루미늄 기재(110)가 백색화 공정을 거침에 따라 기재 표면에 패턴이 형성되게 된다. 기재 표면에 형성된 패턴에 광이 입사되면 입사된 광은 패턴 표면에서 난반사하게 되며, 결과적으로 알루미늄 제품(100) 표면에 백색이 구현되게 된다.
일 예로, 백색화 공정을 거친 후 알루미늄 기재(110)의 표면은 약 5 내지 100 nm 범위 내의 조도를 가질 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조해 알루미늄 기재(110)의 백색화 처리 전 후 기재 표면의 조도 분석 결과를 살펴보도록 한다.
도 6 내지 도 9는 알루미늄 기재(110)의 백색화 처리 전후 기재의 표면 조도를 분석한 결과를 도시한 도면이다. 보다 상세하게, 도 6은 백색화 처리 전 알루미늄 기재(110)의 표면을 도시한 도면이고, 도 7은 백색화 처리 전 알루미늄 기재(110)의 표면 조도를 분석한 결과를 도시한 도면이고, 도 8은 백색화 처리 후 알루미늄 기재(110)의 표면을 도시한 도면이고, 도 9는 백색화 처리 후 알루미늄 기재(110)의 표면 조도를 분석한 결과를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 9에 도시된 바를 참조하면, 알루미늄 기재(110)의 백색화 처리 전 알루미늄 기재(110)의 표면은 알루미늄 기재(110)의 백색화 처리 후에 비해 보다 매끄러운 표면을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 도 6에 도시된 알루미늄 기재(110)의 경우 도 8에 도시된 알루미늄 기재(110)에 비해 보다 매끄러운 표면을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 각 표면의 조도를 분석한 결과, 도 7의 백색화 처리 전 알루미늄 기재(110)의 표면 조도는 약 9.1 nm로 측정됨을 확인할 수 있었으며, 도 9의 백색화 처리 후 알루미늄 기재(110)의 표면 조도는 약 44.3 nm로 측정됨을 확인할 수 있었다. 즉, 백색화 처리 후 알루미늄 기재(110)의 표면 조도가 더 높게 측정됨을 확인할 수 있었다.
이하, 표 1에 백색화 처리 전 알루미늄 기재(110)의 성분 분석 결과를 나타내었으며, 표 2에 백색화 처리 후 알루미늄 기재(110)의 성분 분석 결과를 나타내었다.
성분 중량% 원소%
C 8.06 16.07
O 3.75 5.61
F 0.00 0.00
Mg 0.27 0.26
Al 87.55 77.73
Si 0.38 0.32
합 계(Total) 100.00 100.00
성분 원소%
C 49.13
N 1.49
O 19.85
F 14.19
Al 10.48
Si 2.57
S 0.47
Cl 0.95
Ca 0.86
합 계(Total) 100.00
표 1 및 표 2를 살펴보면, 백색화 처리 후 알루미늄 기재(110) 내의 불소 원소 함량이 0.00 atomic%에서 14.19 atomic%로 증가됨을 확인할 수 있다. 즉, 백색화 처리 전후 알루미늄 기재(110)의 성분을 분석함으로써 알루미늄 기재(110) 표면에 불화알루미늄 막(120)이 형성됨을 확인할 수 있었다.
알루미늄 기재(110)의 백색화 공정이 완료되면, 이어서 알루미늄 기재(110)의 양극산화 공정이 수행될 수 있다(220).
양극산화는 처리할 부품을 양극으로 하여 적절한 용액에서 산소과전압에 필요한 충분히 높은 전압을 인가하여 표면에 산소를 흡착시키는 전기화학적 처리 방법이다. 용액 중의 이온들이 금속 표면에서 산소와 반응하게 되면 접착력이 양호한 산화 피막을 형성하게 된다. 일 예로, 알루미늄 기재(110)를 양극 산화 처리하면 알루미늄 기재(110) 표면에 산화물 피막(Al2O3)이 형성되게 된다. 이하, 설명의 편의상 알루미늄 기재(110) 표면에 형성된 산화물 피막을 양극 산화막(130)으로 지칭하도록 한다.
양극 산화막(130)은 치밀하고 견고하여 내부의 금속을 보호하는 역할을 한다. 이에, 불화알루미늄 막(120) 형성 후 양극 산화막(130)을 형성함으로써 불화알루미늄 막(120)의 내구성을 향상 시킬 수 있다. 아울러, 양극 산화막(130)은 투명 또는 반투명성을 가지며 다공질이어서 다양한 컬러로 염색이 가능할 수 있으며, 내식성이 뛰어나므로 구현된 컬러가 오랜 시간 유지되게 된다. 일반적으로 알루미늄 기재(110)의 알루미늄 순도가 높을수록 미려하고 광택이 좋은 피막을 얻을 수 있다.
양극 산화막(130)의 형성 과정을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 먼저 알루미늄 기재(110)를 산성 용액을 포함하는 양극 산화액에 제공한다. 실시 예에 따라 양극 산화액은 산성 용액에 아크릴계 수지(A)를 첨가한 것을 포함할 수 있다. 산성 용액의 예로는, 황산 용액이 사용될 수 있으나, 사용 가능한 산성 용액의 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 양극 산화액에 아크릴계 수지(A)의 첨가 여부에 따라 후에 알루미늄 기재(110)의 내광성을 향상시키기 위한 방법이 달라지게 되며, 자세한 사항은 관련 부분에서 후술하도록 한다.
알루미늄 기재(110)가 산성 용액을 포함하는 양극 산화액에 제공되면, 알루미늄 기재(110)를 양극으로 하여 전류를 흘려준다. 전류를 흘려주면 초기에 산화알루미늄 막이 형성되게 되는데, 이어서 충분한 전압을 인가할 경우 복수 개의 미세 기공(H)을 가지는 다공성 양극 산화막(130)이 형성되게 된다. 전압은 직류 전압에 의해 전류가 일정하게 유지될 때, 약 1 내지 30 V로 조절되는 것이 바람직하며, 산화 시간은 전술한 전압 값에 의존하게 된다.
알루미늄 기재(110)가 산성 용액을 포함하는 양극 산화액 중에서 양극 산화될 경우, 도 4의 최종 단계와 같은 단면을 가지는 알루미늄 제품(100)을 구현할 수 있다. 즉, 알루미늄 기재(110)의 상단에는 복수 개의 미세 기공(H)을 가지는 다공성 양극 산화 막이 형성되게 된다.
실시 예에 따라, 알루미늄 기재(110)가 산성 용액에 아크릴계 수지(A)를 첨가한 양극 산화액 중에서 양극 산화될 경우, 도 5의 최종 단계와 같은 단면을 가지는 알루미늄 제품(100)을 구현할 수 있다. 즉, 알루미늄 기재(110)의 상단에는 복수 개의 미세 기공(H)에 아크릴계 수지(A)가 충진된 형태로 마련된 다공성 양극 산화막(130)이 형성되게 된다. 아크릴계 수지(A)는 필요에 따라 물로 세척하는 방식으로 제거할 수 있으며, 실시 예에 따라 아크릴계 수지(A) 내에 다른 물질을 첨가해 아크릴계 수지(A)와 함께 경화되도록 할 수도 있다.
다음으로, 다른 실시 예에 따른 알루미늄의 양극 산화 방법 및 알루미늄 제품(100)에 대해 설명하도록 한다.
본 실시 예에 따른 알루미늄의 양극 산화 방법은, 전술한 바와 같은 방법으로 제조된 백색 알루미늄 제품(100)에 다양한 컬러를 구현하고, 구현된 컬러의 내광성을 향상하는 방법에 관한 것이다. 본 실시 예에 따른 컬러 구현 방법 및 구현된 컬러의 내광성을 향상하는 방법은 복수 개의 미세 기공(H)을 가지는 다공성 재료의 컬러 구현 및 내광성 향상 목적으로 사용될 수 있으며, 그 밖에 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내에서 적용 가능할 수 있다.
이하, 설명의 편의상 도 1에 도시된 바와 같은 백색 알루미늄 제품(100)을 전제로 컬러를 구현하고, 구현된 컬러의 내광성을 향상시키기 위한 방법에 대해 설명하도록 한다. 본 실시 예에 따른 알루미늄의 양극산화 방법은 백색 알루미늄 제품(100)을 착색 대상으로 한다. 이에, 염료(D)의 종류 및 양을 조절하여 다양한 색상의 구현이 가능할 수 있으며, 일 예로 파스텔 톤과 같은 옅은 색상의 구현이 가능할 수 있다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시 예에 대해 구체적으로 설명하도록 한다.
도 10은 다른 실시 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 흐름도 이고, 도 11은 다른 실시 예의 일 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이고, 도 12는 다른 실시 예의 다른 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법의 개념도 이다.
도 10 내지 도 12에 도시된 바를 참조하면 다른 실시 예에 따른 알루미늄 양극 산화 방법은 알루미늄 기재(110)의 표면 개질 공정과(200), 알루미늄 기재(110)에 불소 이온이 함유된 용액을 제공해 기재 표면에 패턴을 형성하고, 백색의 불화알루미늄 막(120)을 형성하는 백색화 공정과(210), 알루미늄 기재(110)를 산성 용액을 포함하는 양극 산화액 중에서 양극 산화 공정으로 처리하여 복수 개의 기공(H)을 가진 양극 산화막(130)을 형성하는 공정과(220), 복수 개의 기공(H)에 염료(D)를 제공하는 착색 공정(230)을 포함할 수 있다.
표면 개질 공정과, 백색화 공정과, 앙극산화 공정은 도 1에서 설명한 것과 실질적으로 동일하며, 이하 도 1과 차이가 있는 착색 공정을 중심으로 설명하도록 한다.
도 11은 양극 산화 공정에서 양극 산화액으로 산성 용액을 사용한 경우 알루미늄의 양극 산화 방법의 개념도이다.
양극 산화 공정에서 양극 산화액으로 산성 용액을 사용한 경우, 도 11의 네 번째 단계와 같은 단면을 가지는 알루미늄 제품(100)이 제조됨은 전술한 바와 같다. 즉, 본 실시 예에 따른 양극 산화액으로 양극 산화 공정을 수행하면, 복수 개의 기공(H)을 가지는 다공성 양극 산화막(130)이 형성되게 된다.
양극 산화막(130)이 형성되면, 알루미늄 기재(110)를 착색하는 공정이 수행된다(230). 알루미늄 기재(110)의 착색 공정은 착색액을 알루미늄 기재(110)에 제공하는 공정을 포함할 수 있다.
착색액으로는 유기 염료와 아크릴계 수지(A)를 혼합한 수용액이 사용될 수 있다. 아크릴계 수지(A)로는 메타아크릴산 또는 이의 혼합물이 사용될 수 있으며, 보다 상세하게 하이드록시프로필 메타아크릴레이트(Hydroxypropyl Methacrylate), 네오펜탄다이올 다이메타아크릴레이트(Neopentanediol dimethacrylate) 및 폴리프로필렌 글라이콜 메타아크릴레이트(Polypropylene Glycol Methacrylate)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나가 사용될 수 있다. 다만, 착색액의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
알루미늄 기재(110)의 착색 공정은 착색액 중에 알루미늄 기재(110)를 침적시키는 방식으로 수행될 수 있다. 알루미늄 기재(110)를 착색액 중에 침적시킬 경우, 모세관 현상 및 전하 작용을 통해 염료(D)와 아크릴계 수지(A)가 양극 산화막(130)의 기공(H) 안으로 흡착되게 된다. 이어서 아크릴계 수지(A)가 중합됨에 따라 염료(D)의 구조가 아크릴계 수지(A)에 의해 고정되게 된다. 결과적으로 광에 의해 염료(D)의 구조가 변경되는 현상이 지연되고, 염료(D)의 색상이 변색되는 것을 방지할 수 있다.
착색 공정이 수행되면, 아크릴계 수지(A)의 중합 공정이 수행된다. 아크릴계 수지(A)의 중합 공정은 기공(H) 내에 들어있는 아크릴계 수지(A)의 중합을 촉진하기 위한 공정으로, 일 예로 열 처리 공정, 자외선 경화 처리 공정 등을 포함할 수 있다. 아크릴계 수지(A)의 중합 공정 수행 시, 열 처리 공정 또는 자외선 경화 처리 공정이 단독으로 진행될 수 있으며, 실시 예에 따라 열 처리 공정과 자외선 경화 처리 공정이 동시에 또는 순차적으로 진행될 수도 있다.
열 처리 공정에서는 50 내지 300℃ 범위의 열을 가해 아크릴계 수지(A)의 중합을 촉진할 수 있다. 아크릴계 수지(A)에 적정 량의 열을 가하면 아크릴계 수지(A) 내부로 염료(D)가 침투됨과 동시에 아크릴계 수지(A)의 중합을 촉진시키기 때문에 내광성이 더욱 향상되게 된다. 실시 예에 따라 아크릴계 수지(A)에 자외선을 처리함으로써 아크릴계 수지(A)의 중합을 촉진시킬 수 있음은 물론이다.
한편, 중합 공정의 예가 이에 한정되는 것은 아니며 당업자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
도 12는 양극 산화 공정에서 양극 산화액으로 산성 용액에 아크릴계 수지(A)가 첨가된 용액을 사용한 경우 알루미늄의 양극 산화 방법의 개념도 이다.
양극 산화 공정에서 양극 산화액으로 산성 용액에 아크릴계 수지(A)가 첨가된 용액을 사용한 경우, 도 12의 네 번째 단계와 같은 단면을 가지는 알루미늄 제품이 제조됨은 전술한 바와 같다. 즉, 본 실시 예에 따른 양극 산화액으로 양극 산화 공정을 수행하면, 복수 개의 기공(H)을 가지는 다공성 양극 산화막(130)에 아크릴계 수지(A)가 충진된 형태로 양극 산화막(130)이 형성되게 된다.
양극 산화막(130)이 형성되면, 알루미늄 기재(110)에 염료(D)를 착색하는 공정이 수행된다. 알루미늄 기재(110)의 착색 공정은 착색액을 알루미늄 기재(110)에 제공하는 공정을 포함할 수 있다. 착색액으로는 유기 염료가 사용될 수 있으나, 착색액의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 알루미늄 기재(110)의 착색 공정은 착색액 중에 알루미늄 기재(110)를 침적시키는 방식으로 수행될 수 있으며, 이하, 도 11과 중복되는 설명은 생략하도록 한다. 본 실시 예에 따른 착색 공정은, 양극 산화 후 착색 공정 수행 시 염료(D)가 양극 산화막(130)의 기공(H) 내부에 충진된 아크릴계 수지(A) 내부로 투입되는 점에서 도 11에 따른 방식과 차이가 있다. 즉, 아크릴계 수지(A)와 염료(D)의 혼합 공정을 생략함으로써 공정효율을 도모할 수 있다.
착색 공정이 수행되면, 아크릴계 수지(A)의 중합 공정이 수행될 수 있다. 본 실시 예에 따른 중합 공정 또한 열 처리 공정, 자외선 경화 처리 공정 등을 포함할 수 있으며, 이하 전술한 바와 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이상으로 알루미늄의 양극 산화 방법 및 그 제조 물품의 실시 예에 대해 상세하게 설명하였다. 발명의 기술적 사상이 전술한 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며 당해 업계에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 생각할 수 있는 범위 내의 변경을 포함하는 개념으로 넓게 이해되어야 할 것이다.
110: 알루미늄 기재
120: 불화알루미늄 막
130: 양극 산화막
A: 아크릴계 수지
D: 염료

Claims (18)

  1. 표면에 패턴 및 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막이 형성된 알루미늄 기재; 및
    상기 불화알루미늄 막과 이웃하도록 배치되며, 복수 개의 기공이 형성된 양극 산화 막;을 포함하는 알루미늄 제품.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴은,
    5 내지 100 nm 내의 조도 범위를 가지는 것을 포함하는 알루미늄 제품.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 패턴 및 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막은,
    상기 알루미늄 기재에 불소이온이 함유된 용액, 불화수소 암모늄, 불화수소 칼륨, 불화수소 나트륨, 불화 암모늄, 불화 칼륨, 불화 나트륨, 불화수소산, 붕불화 나트륨, 붕불화 칼륨, 붕불화 암모늄, 티탄 불화 칼륨, 티탄 불화 나트륨 및 티탄 불화 암모늄을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 용액 제공해 형성된 것을 포함하는 알루미늄 제품.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 양극 산화 막은,
    상기 알루미늄 기재에 양극 산화액을 제공해 양극 산화 공정으로 형성된 것을 포함하는 알루미늄 제품.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 양극 산화액은,
    산성 용액 및 상기 산성 용액에 아크릴계 수지를 첨가한 것 중 적어도 하나를 포함하는 알루미늄 제품.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지는,
    하이드록시프로필 메타아크릴레이트(Hydroxypropyl Methacrylate), 네오펜탄다이올 다이메타아크릴레이트(Neopentanediol dimethacrylate) 및 폴리프로필렌 글라이콜 메타아크릴레이트(Polypropylene Glycol Methacrylate)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 알루미늄 제품.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 양극 산화막은,
    상기 복수 개의 기공 내부에 염료가 착색된 것을 포함하는 알루미늄 제품.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 염료는,
    상기 복수 개의 기공 내부에 포함된 아크릴계 수지에 분산된 형태로 착색된 것을 포함하는 알루미늄 제품.
  9. 알루미늄 기재의 표면 개질 공정;
    상기 알루미늄 기재에 불소이온이 함유된 용액을 제공해 상기 기재 표면에 패턴을 형성하고, 백색의 불화알루미늄(AlF3) 막을 형성하는 백색화 공정; 및
    상기 알루미늄 기재를 산성 용액을 포함하는 양극 산화액 중에서 양극 산화 공정으로 처리하여 복수 개의 기공을 가진 양극 산화막을 형성하는 공정;을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 알루미늄 기재에 패턴을 형성하는 공정은,
    5 내지 100 nm 내의 조도 범위를 가지는 패턴을 형성하는 것을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 알루미늄 기재에 패턴을 형성하는 공정은,
    상기 불소이온이 함유된 용액으로 상기 알루미늄 기재를 에칭해 패턴을 형성하는 것을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 알루미늄 기재에 패턴을 형성하는 공정은,
    상기 알루미늄 기재에 불화수소 암모늄, 불화수소 칼륨, 불화수소 나트륨, 불화 암모늄, 불화 칼륨, 불화 나트륨, 불화수소산, 붕불화 나트륨, 붕불화 칼륨, 붕불화 암모늄, 티탄 불화 칼륨, 티탄 불화 나트륨 및 티탄 불화 암모늄을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나의 용액을 제공해 상기 기재 표면에 패턴을 형성하는 것을 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 양극 산화액은,
    상기 산성 용액에 아크릴계 수지를 첨가한 것을 더 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 아크릴계 수지는,
    하이드록시프로필 메타아크릴레이트(Hydroxypropyl Methacrylate), 네오펜탄다이올 다이메타아크릴레이트(Neopentanediol dimethacrylate) 및 폴리프로필렌 글라이콜 메타아크릴레이트(Polypropylene Glycol Methacrylate)를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 복수 개의 기공에 염료를 제공하는 공정;을 더 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 복수 개의 기공에 아크릴계 수지와 염료의 혼합 조성물을 제공하는 공정;을 더 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 알루미늄 기재 표면을 열처리하는 공정;을 더 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 알루미늄 기재 표면을 자외선 경화처리 하는 공정;을 더 포함하는 알루미늄의 양극 산화 방법.
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