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KR102878358B1 - 금속모재 아노다이징 장치 및 방법 - Google Patents

금속모재 아노다이징 장치 및 방법

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KR102878358B1
KR102878358B1 KR1020240047910A KR20240047910A KR102878358B1 KR 102878358 B1 KR102878358 B1 KR 102878358B1 KR 1020240047910 A KR1020240047910 A KR 1020240047910A KR 20240047910 A KR20240047910 A KR 20240047910A KR 102878358 B1 KR102878358 B1 KR 102878358B1
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KR
South Korea
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hole
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metal base
electrolyte
surface treatment
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한영욱
이병건
김훈식
장기범
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주식회사 영광와이케이엠씨
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Publication date
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Abstract

본 발명은 금속모재 아노다이징 장치 및 방법에 관한 것으로, 표면처리 대상 구멍(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)이 형성된 금속모재가 전해액이 담겨 있는 전해조에 담긴 상태에서 제1전극 단자가 연결된 금속모재와 상기 구멍 내부에 해당 구멍의 내면과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지하여 삽입되고 제2전극 단자가 연결된 표면처리 전극부를 통전시켜 전해 반응을 발생하고 전해 반응이 발생하는 동안 표면처리 전극부 내부를 통해 공급되는 전해액을 표면처리 전극부의 벽면에 천공된 전해액 토출구들을 통해 토출하여 상기 금속모재의 구멍 내부로 공급하여 해당 구멍 내부를 전해액으로 완전히 충전함으로써 해당 구멍의 내면 표면에 산화피막이 형성되게 한다.
본 발명에 따라 전해조 내부에서 전해 반응이 발생하는 동안 표면처리 전극부 내부를 통해 공급되는 전해액을 표면처리 전극부의 벽면에 천공된 전해액 토출구들을 통해 토출하여 금속모재의 구멍 내부로 공급하여 해당 구멍 내부를 전해액으로 완전히 충전하면 구멍의 내면 표면에 형성되는 산화피막의 치수 공차를 최소화하고 균질한 산화피막이 형성되게 할 수 있다.

Description

금속모재 아노다이징 장치 및 방법{Anodizing device for a metal base material and the method}
본 발명은 아노다이징(Anodizing)에 관한 것이며, 더욱 상세히는 금속모재에 형성된 구멍에 산화피막을 형성하는 금속모재 아노다이징 장치 및 방법에 관한 것이다.
아노다이징은 금속의 표면에 산화피막을 형성하여 경도나 내마모성 등의 기계적 특성을 향상하는 표면처리기술이며, 통상 표면처리대상 금속모재(예컨대, 티타늄, 알루미늄 및 이들의 합금 등과 같은 경량 금속모재)를 랙킹한 후 탈지→수세→에칭→수세의 과정을 순차적으로 거친 후, 해당 금속모재를 전해액(예컨대, 황산이나 옥살산 등의 전해액)이 담겨 있는 전해조에 담근 상태에서 해당 금속모재를 양극으로 통전하는 전해 공정을 수행함으로써 양극성 금속모재의 표면에 수 나노미터에서 수 마이크로미터 이상의 산화피막을 형성한다.
또한, 상기와 같이 산화피막을 형성한 후 수세→건조의 과정을 순차적으로 거친 다음 해당 산화피막 보호를 위한 후처리를 수행하여 산화피막의 미세공을 메움으로써 내식성, 내식성 등의 물성을 개선한다.
참고로, 도 1은 일반적인 아노다이징 장치의 모식도를 나타낸 실시예이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 기존의 아노다이징 장치(100')는 전해액이 담겨 있는 전해조(110')에 담긴 표면처리 대상 금속모재(200')에 제1전극 단자(111')(예컨대, 양전극 단자)를 연결하고 한 쌍의 표면처리 전극부(120')에 제2전극 단자(112')(예컨대, 음전극 단자)를 연결한 상태에서 전원공급기(130')(예컨대, 정류기)로부터 공급되는 전기에 의해 상기 금속모재(200')와 한 쌍의 표면처리 전극부(120')가 통전하면 전해 반응을 발생하여 상기 금속모재(200') 표면에 수 나노미터에서 수 마이크로미터 이상의 산화피막이 형성되게 한다.
참고로, 도 1에서는 판 형상의 표면처리 전극부(120')를 예시하고 있다.
도 1에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 금속모재(200')에 연결되는 제1전극 단자(111')가 음전극 단자인 경우, 상기 한 쌍의 표면처리 전극부(120')에 연결되는 제2전극 단자(112')는 양전극 단자인 것이 바람직하다.
한편, 반도체나 디스플레이 등의 생산 설비 중에는 복잡한 형상으로 이루어져 있고 용도에 따라 부분적인 표면처리가 요구되는 장비들이 사용된다.
예컨대, 도 2 내지 도 3은 반도체나 디스플레이 등의 생산 설비 중 부분적인 표면처리가 요구되는 금속재 부품 중 관통 구멍 혹은 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍 등과 같은 표면처리 대상 구멍(210a)이 형성된 금속재 부품(200a)을 예시하며, 상기한 표면처리 대상 구멍(210a)은 원형 구멍, 사각형이나 삼각형 등의 다각형 구멍 등과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 3에 나타낸 금속재 부품(200a)의 표면처리 대상 구멍(210a)의 수명을 보장하기 위해 그 내면 표면에 수 나노미터에서 수 마이크로미터 이상의 산화피막이 형성되어 내식성, 내식성 등의 물성을 가진다.
하지만, 도 2 내지 도 3에 나타낸 금속재 부품(200a)과 같이 관통 구멍 혹은 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍 등과 같은 표면처리 대상 구멍이 형성된 금속모재에서 해당 구멍의 내면 표면에만 산화피막을 형성하기 위하여 도 1에 나타낸 일반적인 아노다이징 장치(100')를 사용하는 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 금속모재(200')의 구멍(210')(예컨대, 관통 구멍)에 대한 표면처리 결과, 금속모재(200')와 표면처리 전극부(120')와의 거리가 가까운 부위, 예컨대 상기 구멍(210')의 길이방향 좌우측 부분에서는 해당 구멍(210')의 내면 표면에 산화피막(211')의 두께가 정상 두께로 형성되지만, 금속모재(200')와 표면처리 전극부(120')와의 거리가 먼 부위, 예컨대 상기 구멍(210')의 길이방향 중앙 부분 혹은 그 근접 부분에서는 해당 구멍(210')의 내면 표면에 산화피막(211')의 두께가 정상 두께보다 얇게 형성되어 산화피막(211')의 치수 공차가 발생하고 균질한 산화피막(211')이 형성되지 않는 문제점이 있다.
특히, 도 4에 나타낸 실시예에 있어서, 금속모재(200')의 구멍(210') 내부로 공급되는 전해액이 해당 구멍(210') 내부에 미완충되는 경우에는 해당 금속모재(200')의 구멍(210') 표면처리 결과로 나타나는 산화피막(211')의 치수 공차가 매우 크게 발생한다.
참고로, 도 4에서는 금속모재(200')의 구멍(210')으로 관통 구멍을 예시하고 있지만 해당 금속모재(200')의 구멍(210')이 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍으로 형성된 경우에도 상기한 문제점이 발생한다.
KR 10-2019-0016883 A
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 표면처리 대상 구멍(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)이 형성된 금속모재가 전해액이 담겨 있는 전해조에 담긴 상태에서 제1전극 단자가 연결된 금속모재와 상기 구멍 내부에 해당 구멍의 내면과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지하여 삽입되고 제2전극 단자가 연결된 표면처리 전극부를 통전시켜 전해 반응을 발생하고 전해 반응이 발생하는 동안 표면처리 전극부 내부를 통해 공급되는 전해액을 표면처리 전극부의 벽면에 천공된 전해액 토출구들을 통해 토출하여 상기 금속모재의 구멍 내부로 공급하여 해당 구멍 내부를 전해액으로 완전히 충전함으로써 해당 구멍의 내면 표면에 산화피막이 형성되게 하는 금속모재 아노다이징 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치는, 전해액이 담겨 있는 전해조와; 표면처리 대상 구멍(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)이 형성된 금속모재가 전해액이 담겨 있는 전해조에 담긴 상태에서 제1전극 단자가 연결되는 금속모재와 통전하도록 제2전극 단자와 연결되되 상기 금속모재의 구멍 내부에 삽입되어 해당 구멍의 내면과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지한 상태에서 상기 금속모재와 통전 시 전해 반응을 발생함으로써 상기 금속모재의 구멍 내면 표면에 산화피막이 형성되게 하는 표면처리 전극부; 및 상기 금속모재와 상기 표면처리 전극부가 서로 통전하도록 전기를 공급하는 전원공급기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치에 있어서, 상기 금속모재에 형성된 표면처리 대상 구멍은 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치에 있어서, 상기 표면처리 전극부는 그 내부를 통해 전해액을 공급할 수 있도록 파이프 형상으로 제작된 것이며, 그 벽면에 천공된 전해액 토출구들을 통해 전해액을 토출하여 금속모재의 구멍 내부로 전해액을 공급하여 해당 구멍 내부를 전해액으로 완전히 충전하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치에 있어서, 상기 전해조에 담긴 전해액을 펌핑하여 파이프 형상으로 제작되고 해당 파이프 벽면에 전해액 토출구들이 천공되어 있는 표면처리 전극부 내부로 공급하는 펌프를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치에 있어서, 상기 표면처리 전극부는 금속모재의 구멍 내면보다 50∼60%의 표면적을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 방법은, 금속모재에 형성된 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 중 어느 하나로 된 표면처리 대상 구멍을 전처리하는 제1 단계; 및 상기 금속모재에 형성된 구멍용 아노다이징 장치를 이용하여 제1 단계에서 전처리된 금속모재에 형성된 표면처리 대상 구멍의 내면 표면에 산화피막을 형성하는 제2 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 방법에 있어서, 상기 제1 단계에서는 상기 표면처리 대상 구멍이 형성된 금속모재에 대하여 탈지 공정 → 에칭 공정 → 디스머트(de-smut) 공정을 순차적으로 수행하여 상기 표면처리 대상 구멍을 전처리하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 방법에 있어서, 상기 탈지 공정은 5∼10 중량% 농도의 탈지액에 상기 금속모재를 1∼5분간 침지하여 수행하고, 상기 에칭공정은 1∼10 중량% 농도의 수산화나트륨 수용액에 20∼35℃의 온도 범위를 유지하면서 상기 금속모재를 20초∼1분간 침지시켜 수행하고, 상기 디스머트(de-smut) 공정은 30∼50 중량% 농도의 질산 수용액에 20∼25℃의 온도 범위를 유지하면서 상기 금속모재를 30초∼2분간 침지시켜 수행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 방법에 있어서, 상기 제2 단계에서는 10∼20 중량% 농도의 황산 수용액으로 된 전해액에서 직류 전압(DC voltage)을 가하여, -15∼5℃의 온도 범위 및 2∼6 A/dm2 의 전류밀도범위에서 4,500초∼6,000초 동안 전해 공정을 수행하되, 상기 전해액이 담겨 있는 전해조와; 표면처리 대상 구멍이 형성된 금속모재가 전해액이 담겨 있는 전해조에 담긴 상태에서 제1전극 단자가 연결되는 금속모재와 통전하도록 제2전극 단자와 연결되되 상기 금속모재의 구멍 내부에 삽입되어 해당 구멍의 내면과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지한 상태에서 상기 금속모재와 통전 시 전해 반응을 발생함으로써 상기 금속모재의 구멍 내면 표면에 산화피막이 형성되게 하는 표면처리 전극부; 및 상기 금속모재와 상기 표면처리 전극부가 서로 통전하도록 전기를 공급하는 전원공급기;를 포함하여 구성되는 아노다이징 장치를 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 전해조 내부에서 전해 반응이 발생하는 동안 표면처리 전극부 내부를 통해 공급되는 전해액을 표면처리 전극부의 벽면에 천공된 전해액 토출구들을 통해 토출하여 금속모재의 구멍 내부로 공급하여 해당 구멍 내부를 전해액으로 완전히 충전하면 구멍의 내면 표면에 형성되는 산화피막의 치수 공차를 최소화하고 균질한 산화피막이 형성되게 할 수 있다.
도 1은 일반적인 아노다이징 장치의 모식도를 나타낸 실시예.
도 2는 표면처리 대상 구멍이 형성된 금속재 부품을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4는 도 1에 나타낸 일반적인 아노다이징 장치로 금속모재의 구멍를 표면처리한 상태를 나타낸 실시예.
도 5는 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치를 나타낸 실시예.
도 6은 도 2 내지 도 3에 나타낸 금속재 부품의 표면처리 대상 구멍을 표면처리하는 과정을 설명하는 실시예.
도 7은 도 2 내지 도 3에 나타낸 금속재 부품의 표면처리 대상 구멍을 표면처리한 상태를 나타낸 실시예.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
이하에서 설명하는 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치 및 방법은 하기의 실시예에 한정되지 않고, 청구범위에서 청구하는 기술의 요지를 벗어남이 없이 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치(100)는 전해조(110)와 표면처리 전극부(120), 전원공급기(130) 및 펌프(140)를 포함하여 구성된다.
상기 전해조(110)는 금속모재(200)의 표면처리 대상 구멍(210)(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)의 내면 표면에 산화피막을 형성하기 위해 필요한 전해액(예컨대, 황산 수용액 등의 전해액)을 담는다.
상기 표면처리 전극부(120)는 표면처리 대상 구멍(210)(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)이 형성된 금속모재(200)가 전해액이 담겨 있는 전해조(110)에 담긴 상태에서 제1전극 단자(111)가 연결되는 금속모재(200)와 통전하도록 제2전극 단자(112)와 연결되되 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내부에 삽입되어 해당 구멍(210)의 내면과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지한 상태에서 상기 금속모재(200)와 통전 시 전해 반응을 발생함으로써 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내면 표면에 산화피막이 형성되게 한다.
상기 금속모재(200)에 형성된 표면처리 대상 구멍(210)은 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 원형 구멍, 사각형이나 삼각형 등의 다각형 구멍 등과 같이 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 표면처리 전극부(120)는 그 내부를 통해 전해액을 공급할 수 있도록 파이프 형상으로 제작된 것이며, 그 벽면에 천공된 전해액 토출구(121)들을 통해 전해액을 토출하여 금속모재(200)의 구멍(210) 내부로 전해액을 공급하여 해당 구멍(210) 내부를 전해액으로 완전히 충전한다.
상기 전해액 토출구(121)들은 상기 구멍(210) 내부를 충전하는 전해액을 통과시키는 것으로, 그 형상이나 크기, 간격에 대해 특별히 한정하지 않는다.
상기 표면처리 전극부(120)는 금속모재(200)의 구멍(210) 내면보다 50∼60%의 표면적을 갖는 것이 바람직하다.
상기한 표면적이 50% 미만일 경우, 인가된 전류가 충분히 전달되지 않아 아노다이징의 불량이 발생할 수 있는 문제점이 있고, 상기한 표면적이 60%를 초과할 경우 아노다이징 진행 시 발생할 수 있는 진동에 의해 전극과 소재가 접촉하여 쇼트가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
상기 전원공급기(130)는 상기 금속모재(200)와 상기 표면처리 전극부(120)가 서로 통전하도록 전기를 공급하며, 전기 공급용 정류기인 것이 바람직하다.
상기 펌프(140)는 상기 전해조(110)에 담긴 전해액을 펌핑하여 상기한 바와 같이 파이프 형상으로 제작되고 해당 파이프 벽면에 전해액 토출구(121)들이 천공되어 있는 표면처리 전극부(120) 내부로 공급한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치(100)를 이용하여 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 방법은 다음과 같이 수행된다.
먼저, 도 5에 나타낸 금속모재(200)에 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 중 어느 하나로 된 표면처리 대상 구멍(210)을 전처리하는 제1 단계를 수행한다.
상기 제1 단계에서는 상기 표면처리 대상 구멍(210)이 형성된 금속모재(200)에 대하여 탈지 공정 → 에칭 공정 → 디스머트(de-smut) 공정을 순차적으로 수행하여 상기 표면처리 대상 구멍(210)을 전처리한다.
이때, 상기 탈지 공정은 5∼10 중량% 농도의 탈지액에 상기 금속모재(200)를 1∼5분간 침지하여 수행하고, 이후 세척 과정이 수행될 수 있다.
상기한 1분 미만 침지 시, 소재 표면에 잔여 불순물이 존재하여 피막 피막 밀착성이 저하될 가능성이 있으며, 상기한 5분 초과 침지 시 알칼리성인 탈지액이 소재와 반응하여 표면이 식각되는 문제점이 있다.
또한, 상기 에칭공정은 1∼10 중량% 농도의 수산화나트륨 수용액에 20∼35℃의 온도 범위를 유지하면서 상기 금속모재(200)를 20초∼1분간 침지시켜 수행하고, 이후 세척 과정이 수행될 수 있다.
상기한 20℃ 미만 유지 시 또는 20초 미만 침지 시, 소재에 오염성 잔류물이 남아있거나 자연산화 피막 또는 부식산화물이 제거가 제대로 되지 않는 문제점이 있고, 상기한 35℃ 초과 유지 시 또는 1분 초과 침지 시 과에칭되어 소재 표면을 식각하게 되어 피막의 불균일한 성장을 초래할 수 있다.
상기 디스머트(de-smut) 공정은 30∼50 중량% 농도의 질산 수용액에 20∼25℃의 온도 범위를 유지하면서 상기 금속모재(200)를 30초∼2분간 침지시켜 수행하고, 이후 세척 과정이 수행될 수 있다.
상기한 20℃ 미만 유지 시 또는 30초 미만 침지 시, 에칭 공정에 의해 발생하는 금속 산화물 또는 화합물에 의해 발생하는 스머트 제거가 제대로 되지 않을 수 있고, 상기한 25℃ 초과 유지 시 또는 2분 초과 침지 시, 질산 수용액에 의해 소재 표면의 식각이 발생되어 피막의 불균일성을 초래할 수 있다.
상기한 바와 같이 제1 단계에 의한 전처리가 완료되고 나면, 상기 금속모재(200)에 형성된 구멍(210)용 아노다이징 장치(100)를 이용하여 상기 제1 단계에서 전처리된 금속모재(200)에 형성된 표면처리 대상 구멍(210)의 내면 표면에 산화피막을 형성하는 제2 단계를 수행한다.
상기 제2 단계에서는 10∼20 중량% 농도의 황산 수용액으로 된 전해액에서 직류 전압(DC voltage)을 가하여, -15∼5℃의 온도 범위 및 2∼6 A/dm2 의 전류밀도범위에서 4,500초∼6,000초 동안 전해 공정을 수행하여 표면처리 대상 구멍(210)의 내면 표면에 산화피막을 형성한다.
상기한 2A/dm2 의 전류밀도 미만에서 전해 공정 수행 시 불균일한 피막의 성장 및 피막 형성 시간이 길어지는 문제점이 있고, 상기한 6A/dm2 의 전류밀도를 초과하여 전해 공정 수행 시 오히려 피막 표면이 불균일해지며 피막 특성이 저하될 수 있는 문제점이 있다.
본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치(100)를 이용하는 과정을 구체적으로 설명한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 금속모재 아노다이징 장치(100)에 있어서, 전해액이 담겨 있는 전해조(110)에는 표면처리 대상 구멍(210)(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)이 형성된 금속모재(200)가 담긴다.
이 상태에서, 상기한 표면처리 대상 구멍(210)(예컨대, 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 등)이 형성된 금속모재(200)에 제1전극 단자(111)(예컨대, 양전극 단자)를 연결하고 상기한 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)에 제2전극 단자(112)(예컨대, 음전극 단자)를 연결한 상태에서 전원공급기(130)(예컨대, 정류기)로부터 공급되는 전기에 의해 상기 금속모재(200)와 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)가 통전하면 전해 반응을 발생한다.
이처럼, 상기 금속모재(200)와 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)가 통전함에 따라 전해 반응이 발생하는 동안, 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)는 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내부에 삽입되어 상기 구멍(210)과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지한 상태에서 상기 펌프(140)를 통해 그 내부로 공급되는 전해액을 그 벽면에 천공된 전해액 토출구(121)들을 통해 토출하여 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내부로 전해액을 공급함으로써 해당 구멍(210) 내부를 전해액으로 완전히 충전한다.
상기한 바와 같이 전해 반응이 발생하는 동안 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내부로 전해액을 공급함으로써 해당 구멍(210) 내부를 전해액으로 완전히 충전하면 상기 금속모재(200)에 형성된 구멍(210) 내면 표면에 수 나노미터에서 수 마이크로미터 이상의 산화피막(211)이 균질한 두께로 형성된다.
참고로, 도 5에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 금속모재(200)에 연결되는 제1전극 단자(111)가 음전극 단자인 경우, 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)에 연결되는 제2전극 단자(112)는 양전극 단자인 것이 바람직하다.
도 6은 도 2 내지 도 3에 나타낸 금속재 부품(200a)의 표면처리 대상 구멍(210a)을 표면처리하는 과정을 설명하는 실시예이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍 혹은 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍 등과 같은 표면처리 대상 구멍(210a) 내부에 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)가 삽입되어 해당 구멍(210a)과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지한 상태에서 상기 펌프(140)를 통해 해당 상기 구멍(210a) 내부로 전해액을 공급하면, 도 6의 확대도에서 화살표로 나타낸 바와 같이, 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)의 벽면에 천공된 전해액 토출구(121)들을 통해 토출되는 전해액이 상기 구멍(210a)의 내부를 전해액으로 완전히 충전한다.
이 상태에서 상기 금속재 부품(200a)과 상기 파이프 형상의 표면처리 전극부(120)가 통전하여 전해 반응을 발생하면 상기 금속재 부품(200a)에 형성된 구멍(210a)의 내면 표면에 수 나노미터에서 수 마이크로미터 이상의 산화피막(211)이 균질한 두께로 형성된다.
도 7은 도 2 내지 도 3에 나타낸 금속재 부품(200a)의 표면처리 대상 구멍(210a)을 표면처리한 상태를 나타낸 실시예이며, 구멍(210a)의 확대도에서는 균질한 두께로 형성된 산화피막(211)이 보이는 것을 나타낸다.
상기한 바에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따라 전해조(110) 내부에서 전해 반응이 발생하는 동안 상기 표면처리 전극부(120) 내부를 통해 공급되는 전해액을 해당 표면처리 전극부(120)의 벽면에 천공된 전해액 토출구(121)들을 통해 토출하여 금속모재(200)의 구멍(210) 내부로 공급하여 해당 구멍(210) 내부를 전해액으로 완전히 충전하면 해당 구멍(210)의 표면에 형성되는 산화피막(211)의 치수 공차를 최소화하고 균질한 산화피막(211)이 형성되게 할 수 있다.
100: 금속모재 아노다이징 장치
110: 전해조 111: 제1전극 단자
112: 제2전극 단자 120: 표면처리 전극부
121: 전해액 토출구 130: 전원공급기
140: 펌프
200: 금속모재 210: 구멍
211: 산화피막
100': 아노다이징 장치 110': 전해조
111': 제1전극 단자 112': 제2전극 단자
120': 표면처리 전극부 130': 전원공급기
200': 금속모재 210': 구멍
211': 산화피막
200a: 금속재 부품 210a: 구멍

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  6. 금속모재(200)에 형성된 관통 구멍이나 정해진 깊이로 뚫려 끝이 막힌 구멍, 혹은 2축 이상의 교차 관통 구멍 중 어느 하나로 된 표면처리 대상 구멍(210)을 전처리하는 제1 단계; 및
    상기 금속모재(200)에 형성된 구멍(210)용 아노다이징 장치(100)를 이용하여 제1 단계에서 전처리된 금속모재(200)에 형성된 표면처리 대상 구멍(210)의 내면 표면에 산화피막을 형성하는 제2 단계;
    로 이루어지는 것을 특징으로 하고,
    상기 제1 단계에서는 상기 표면처리 대상 구멍(210)이 형성된 금속모재(200)에 대하여 탈지 공정 → 에칭 공정 → 디스머트(de-smut) 공정을 순차적으로 수행하여 상기 표면처리 대상 구멍(210)을 전처리하는 것을 특징으로 하고,
    상기 탈지 공정은 5∼10 중량% 농도의 탈지액에 상기 금속모재(200)를 1∼5분간 침지하여 수행하고,
    상기 에칭공정은 1∼10 중량% 농도의 수산화나트륨 수용액에 20∼35℃의 온도 범위를 유지하면서 상기 금속모재(200)를 20초∼1분간 침지시켜 수행하고,
    상기 디스머트(de-smut) 공정은 30∼50 중량% 농도의 질산 수용액에 20∼25℃의 온도 범위를 유지하면서 상기 금속모재(200)를 30초∼2분간 침지시켜 수행하는 것을 특징으로 하고,
    상기 제2 단계에서는 10∼20 중량% 농도의 황산 수용액으로 된 전해액에서 직류 전압(DC voltage)을 가하여, -15∼5℃의 온도 범위 및 2∼6 A/dm2 의 전류밀도범위에서 4,500초∼6,000초 동안 전해 공정을 수행하되,
    상기 전해액이 담겨 있는 전해조(110)와;
    표면처리 대상 구멍(210)이 형성된 금속모재(200)가 전해액이 담겨 있는 전해조(110)에 담긴 상태에서 제1전극 단자(111)가 연결되는 금속모재(200)와 통전하도록 제2전극 단자(112)와 연결되되 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내부에 삽입되어 해당 구멍(210)의 내면과 직접 닿지 않도록 정해진 간격을 유지한 상태에서 상기 금속모재(200)와 통전 시 전해 반응을 발생함으로써 상기 금속모재(200)의 구멍(210) 내면 표면에 산화피막이 형성되게 하는 표면처리 전극부(120); 및
    상기 금속모재(200)와 상기 표면처리 전극부(120)가 서로 통전하도록 전기를 공급하는 전원공급기(130);를 포함하여 구성되는 아노다이징 장치(100)를 이용하는 것을 특징으로 하는 금속모재 아노다이징 방법.
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