PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
Abstract본 발명은 금속의 아노다이징 처리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 일정 용량의 전해액이 저수된 전해조; 상기 전해조 상부에 설치되고 일정 구간을 구획하기 위한 절연블록이 결합된 양극라인; 상기 양극라인과 대응되는 외측으로 일정 구간을 구획하기 위한 절연블록이 결합된 음극라인; 상기 양극라인의 내측으로 구동스프라켓과 종동스프라켓에 결합되고 복수의 이송블록이 장착된 체인; 및 상기 양극라인에 전기적으로 연결되고 전해액에 침지되는 도금대상물을 고정 지지하는 행거를 포함하여 알루미늄 등의 금속 표면에 아노다이징에 의한 산화피막을 형성하는 것으로, 도금대상물을 하나의 전해조에서 한 번에 원하는 피막 두께로 경질의 아노다이징이 처리되도록 한 것이다. Show Description금속의 아노다이징 처리 방법 및 그 시스템 본 발명은 금속의 아노다이징 처리 방법 및 그 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 알루미늄 등의 금속 표면에 아노다이징에 의한 산화피막을 형성하는 처리 방법과 그 시스템에 관한 것이다. 일반적으로 아노다이징(Anodizing; 양극산화)은 금속이나 부품 등을 양극에 걸고 희석-산의 전해액에서 전해하면, 양극에서 발생하는 산소에 의해서 소지금속과 대단한 밀착력을 가진 산화피막(산화알미늄: Al2O3)이 형성된다. 양극산화라고 하는 것은 양극(Anode)과 산화(Oxidizing)의 합성어(Ano-dizing)이다. 통상의 전기도금에서 금속부품을 음극에 걸고 도금하는 것과는 차이가 있다. 양극산화의 가장 대표적인 소재는 알루미늄(Al)이고, 그 외에 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 하프늄(Hf), 니오븀(Nb) 등의 금속소재에도 아노다이징 처리를 하고 있다. 최근에는 마그네슘과 티타늄 소재의 아노다이징 처리도 점차 그 용도가 늘어나는 추세이다. 알루미늄 소재의 표면에 산화피막을 처리하는 아노다이징(Anodizing on Aluminum Alloys)은 알루미늄을 양극에서 전해하면 알루미늄 표면이 반은 침식이 되고, 반은 산화알루미늄 피막이 형성된다. 알루미늄 아노다이징(양극산화)은 다양한 전해(처리)액의 조성과 농도, 첨가제, 전해액의 온도, 전압, 전류 등에 따라 성질이 다른 피막을 형성시킬 수 있다. 상기 양극산화피막의 특성으로서, 피막은 치밀한 산화물로 내식성이 우수하고, 장식성 외관을 개선하며, 양극피막은 상당히 단단하여 내마모성이 우수하고, 도장 밀착력을 향상시키며, 본딩(Bonding) 성능을 개선하고, 윤활성을 향상시키며, 장식목적의 특유한 색상을 발휘하고, 도금의 전처리가 가능하며, 표면손상을 탐색할 수 있다. 특히 양극경질산화(Hard Anodizing)의 특징은 알루미늄의 합금특성에 의한 저온(또는 상온) 전해는 H2SO4용액에 저온 전해방법으로서 보통 양극산화 피막 보다는 내식성, 내마모성, 절연성이 있는 견고한 피막이며, 적어도 30㎛이상이면 경질이라 할 수 있다. 알루미늄 금속표면을 전기, 화학적 방법을 이용하여 알루미나 세라믹으로 변화시켜 주는 공법이다. 이 공법을 적용하게 되면 알루미늄 금속 자체가 산화되어 알루미나 세라믹으로 변화되며 알루미늄 표면의 성질을 철강보다 강하고 경질의 크롬도금보다 내마모성이 우수하다. 도금이나 도장(코팅)처럼 박리되지 않으며 변화된 알루미나 세라믹표면은 전기절연성(1,500V)이 뛰어나지만 내부는 전기가 잘 흐른다. 이러한 알루미늄 금속에 경질-아노다이징(Hard-Anodizing) 표면처리 공법을 이용한 첨단기술이 개발 및 적용되고 있다. 이와 같이 알루미늄 금속에 경질의 아노다이징을 처리하기 위하여 산성용액의 전해액이 담긴 전해조에 알루미늄 금속을 침지한 후에 일정 전압 및 전류를 흘려 금속표면에 산화막이 형성되도록 하는 데, 전해조에 가하는 전압 및 전류에 따라 산화피막의 두께가 달라진다. 따라서 종래에는 알루미늄 금속의 피막 두께를 높이기 위하여 낮은 전압 및 전류를 가하는 전해조에 알루미늄 금속을 침지시켜 일정 두께의 피막을 입힌 후에 상대적으로 높은 전압 및 전류를 가하는 전해조로 알루미늄 금속을 옮겨가면서 피막을 형성하였다. 즉 전압 및 전류가 상이한 복수의 전해조를 준비하고 여기에 알루미늄 금속을 순차적으로 해당하는 전해조에 침지시키면서 피막 두께를 늘려야 했다. 그러므로 알루미늄 금속의 피막 두께를 늘리기 위하여 많은 전해조 및 부가장치를 필요로 하였고, 이로 인한 소요시간이 길어지는 등 알루미늄 금속의 아노다이징 처리를 위한 인력, 비용 및 시간이 증가하는 문제가 있었다. 본 발명은 상기 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 단일의 전해조에 전압 및 전류가 상이한 복수의 구간을 설정하여 아노다이징 처리할 금속을 구간별로 회전시키는 것만으로 원하는 피막의 두께를 얻을 수 있도록 하기 위한 것이 목적이다. 본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 일정 용량의 전해액이 저수된 전해조; 상기 전해조 상부에 설치되고 일정 구간을 구획하기 위한 절연블록이 결합된 양극라인; 상기 양극라인과 대응되는 외측으로 일정 구간을 구획하기 위한 절연블록이 결합된 음극라인; 상기 양극라인의 내측으로 구동스프라켓과 종동스프라켓에 결합되고 복수의 이송블록이 장착된 체인; 및 상기 양극라인에 전기적으로 연결되고 전해액에 침지되는 도금대상물을 고정 지지하는 행거를 포함하여 이루어진 금속의 아노다이징 처리 시스템을 제공한 것이 특징이다. 또한, 본 발명은 (a) 일정 구간에 절연블록으로 구획된 양극라인에 접촉되는 거치대에 복수의 도금대상물이 고정된 행거를 거치하여 전해액에 침지하는 단계; (b) 전원제어반에서 양극판과 음극판에 전원을 인가하여 전해액에 침지된 도금대상물에 아노다이징을 수행하는 단계; (c) 상기 전원제어반에서 모터를 구동시켜 구동스프라켓과 종동스프라켓에 톱니 결합된 체인을 회전시키는 단계; (d) 상기 아노다이징 도중에 전해액에서 발생되는 가스를 흡입팬이 장착된 덕트를 통해 흡입하여 배출시키는 단계; 및 (e) 상기 아노다이징이 완료된 도금대상물을 전해조로부터 분리시키는 단계를 포함하여 이루어진 금속의 아노다이징 처리 방법을 제공한 것이 특징이다. 본 발명은 상기 해결수단에 의하여, 도금대상물을 하나의 전해조에서 한 번에 원하는 피막 두께로 경질의 아노다이징이 이루어짐으로써, 단시간에 아노다이징 처리가 가능하고, 아노다이징 처리에 소요되는 인력의 절감과 비용 절감과 더불어 양질의 아노다이징 처리된 금속을 제공한 효과가 있다. 도 1은 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 시스템을 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 시스템의 횡단면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 시스템의 평단면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 시스템의 양극라인과 음극라인에 양극판과 음극판이 연결된 상태를 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 시스템의 작동을 나타낸 부분 확대도이다. 도 6은 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 방법을 나타낸 흐름도이다. ♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣ 10: 전해조 11: 고정부재 12: 냉각파이프 20: 양극라인 21, 24, 34: 절연블록 22a-22d: 양극판 23: 음극라인 25a-25d: 음극판 26: 지지라인 27: 고정블록 28: 체인 29: 이송블록 30: 거치대 31: 통전밴드 32: 행거 33: 도금대상물 40: 지지프레임 41: 상부플레이트 42: 덮개 43: 전원제어반 44: 덕트 45: 흡입공 46: 모터 47: 감속기 48: 동력전달부재 49: 구동스프라켓 50: 종동스프라켓 51: 흡입팬 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 금속의 아노다이징 처리 방법 및 그 시스템에 관하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 금속의 아노다이징 처리 시스템을 나타낸 사시도이고, 도 2는 횡단면도이며, 도 3은 평단면도이다. 먼저, 본 발명의 금속의 아노다이징 처리 시스템은 금속의 표면을 아노다이징에 의한 피막처리를 하기 위한 것으로, 하나의 전해조에서 다른 전압 및 전류를 각각 인가하여 원하는 도금대상물의 피막 두께를 얻을 수 있도록 하는 것이다. 전해조(10)는 일정 용량의 전해액이 저수된 것으로, 전해조(10)는 전해액에 의하여 산화되지 않도록 하거나 인가되는 전원을 외부로 절연시킬 수 있는 재질이 적용되고, 일정의 강도를 제작되는 것이 바람직하다. 또한, 전해조(10)의 내측벽에는 전해액의 냉각을 위하여 냉각수 또는 냉매가 송수되는 냉각파이프(12)가 고정부재(11)에 의해 고정 설치된다. 즉 고정부재(11)에 형성된 일정 간격의 요홈에 냉각파이프(12)가 삽입 고정되어 저온 또는 상온에서 금속 표면에 경질의 아노다이징이 이루어질 수 있도록 전해액의 온도를 일정하게 유지시키는 것이다. 양극라인(20)은 전해조(10) 상부에 설치되고 일정 구간을 구획하기 위한 절연블록(24)이 결합된 것이다. 양극라인(20)은 띠 형상으로 도전성을 갖는 폐로(close loop)로 형성된다. 양극라인(20)은 예를 들어, 도 3의 평면을 참조하면, 4개 부분으로 절연블록(24a-24d)에 의해 구획되어 있다. 4개의 양극라인(20a-20d)에는 각각의 전압 및 전류가 가해진다. 절연블록(24)은 합성수지 등과 같은 재질로서 절연블록(24)에 결합된 인접하는 양극라인(20)과는 절연상태가 유지되도록 하는 부도체이다. 양극라인(20)에는 거치대(30)가 면접촉되어 있다. 즉 거치대(30)의 상부가 구부려져 있어 양극라인(20)의 상단으로 거치된다. 따라서 거치대(30)는 양극라인(20)과 면접촉되어 이송블록(29)에 의해 양극라인(20)을 따라 회전되는 것이다. 거치대(30)의 하부 양측에 형성된 걸이부에는 행거(32)의 상부에 형성된 걸고리가 거치된다. 행거(32)는 양극라인(20)에 전기적으로 연결되고 전해액에 침지되는 도금대상물(33)을 고정하고 지지하는 것이다. 행거(32)는 상부에 걸고리가 형성되고, 하부에는 도금대상물(33)을 고정할 수 있는 복수의 고정부재가 구비되어 있다. 고정부재는 도금대상물(33)의 형상이나 모양에 따라 다양한 구조로 이루어질 수 있을 것이다. 행거(32)는 도전체로 도금대상물(33)에 전기적인 통전이 가능한 구리(Cu) 등과 같은 재질이 적용되는 것이 바람직하다. 음극라인(23)은 양극라인(20)과 대응되는 외측으로 일정 구간을 구획하기 위한 절연블록(24)이 결합된 것이다. 음극라인(23)은 띠 형상으로 도전성을 갖는 양단이 개방된 개로(open loop)로 형성된다. 음극라인(23)은 예를 들어, 도 3의 평면을 참조하면, 4개 음극라인(23a-23d) 사이에 절연블록(24a-24c)에 의해 구획되어 있다. 절연블록(24)은 합성수지 등과 같은 재질로서 절연블록(24a-24c)에 결합된 인접하는 음극라인(23a-23d)과는 절연상태가 유지되도록 하는 부도체이다. 음극라인(23)은 전해조(10) 상단에 일정 간격으로 고정된 고정블록(27)에 고정된 지지라인(26)에 의하여 지지된다. 즉 전해조(10)에 절연체인 복수의 고정블록(27)이 고정되고, 고정블록(27)에 지지라인(26)이 고정되며, 지지라인(26)에 음극판(25a-25d)이 결합되고, 음극판(25a-25d)에 음극라인(23)이 결합된다. 지지라인(26)도 음극라인(23)과 대응하는 위치에 절연블록(34a-34c)으로 구획되어 있다. 고정블록(27)은 합성수지 등과 같은 재질로서 전해조(10)와 절연상태가 유지되도록 하는 부도체이다. 더욱이 음극라인(23)과 지지라인(26) 사이에는 통전밴드(31)가 거치되고, 통전밴드(31)의 하부는 전해액에 침지된다. 즉 양극라인(20)에 연결된 행거(32)와 음극라인(23)에 연결된 통전밴드(31)가 전해액 속에서 전기적인 산화 및 환원반응이 이루어지는 것이다. 체인(28)은 양극라인(20)의 내측으로 구동스프라켓(49)과 종동스프라켓(50)에 결합되고 복수의 이송블록(29)이 장착된 것이다. 체인(28)은 구동스프라켓(49)의 회전력으로 일정 방향으로 회전하는 것으로, 일정 간격으로 이송블록(29)이 고정되어 있다. 더욱이 이송블록(29)은 절연재질로 이루어지고, 양극라인(20)에 거치된 거치대(30)를 양극라인(20)을 따라 회전되도록 밀어주는 기능이 있다. 즉 체인(28)이 구동스프라켓(49)과 종동스프라켓(50)에 의하여 회전하면, 체인(28)에 고정된 이송블록(29)이 양극라인(20)에 거치된 거치대(30)를 밀어주게 되어 행거(32)가 전해조(10) 내에서 이동되도록 하는 것이다. 상기 구동스프라켓(49)에서 발생되는 회전력은 전원제어반(43)에서 인가되는 전원으로 구동되는 모터(46)로부터 감속기(47)를 거쳐 동력전달부재(48)를 통해 전달받는다. 상기 모터(46)는 전해조(10) 상부에 설치된 상부플레이트(41)에 장착된다. 상부플레이트(41)는 전해조(10) 상부로 설치된 복수의 지지프레임(40)에 의해 고정된다. 지지프레임(40) 사이에는 투명 덮개(42)가 장착되어 전해조(10) 내부를 감시하거나 행거(32)를 거치대(30)에 거치하거나 또는 전해조(10)의 전해액에서 발생되는 가스가 외부로 방출되는 것을 차단하는 것이다. 도 4를 참조하면, 일정 구간으로 구획된 양극라인(20a-20d)의 해당 구간에 전원제어반(43)에서 공급되는 전원이 인가되는 양극판(22a-22d)이 결합되어 있고, 그리고 일정 구간으로 구획된 음극라인(23a-23d)의 해당 구간에 전원제어반(43)에서 공급되는 전원이 인가되는 음극판(25a-25d)이 결합되어 있다. 즉 양극판(22a-22d)과 음극판(25a-25d)은 각각 대응하는 위치에서 절연블록(21a-21d, 24a-24c)으로 각각 구획된 양극라인(20a-20d)과 음극라인(23a-23d)에 결합되어 있다. 전원제어반(43)은 상기 해당하는 양극판(22a-22d)과 음극판(25a-25d)으로 인가되는 각각 다른 전압 및 전류의 전원을 공급 및 제어하는 것이다. 그리고 전원제어반(43)은 모터(46)의 구동에 필요한 전원의 공급과 흡입팬(51)의 구동을 위하여 필요한 전원을 공급하는 것이다. 따라서 전원제어반(43)은 전해조(10)의 작동에 필요한 모든 전원을 공급 및 제어하는 것이다. 더욱이 전원제어반(43)에서 인가된 전원으로 모터(46)를 구동시키고, 모터(46)의 회전력은 모터의 회전축에 연결된 감속기(47)를 통해 회전속도가 감속되며, 감속기(47)의 회전력은 동력전달부재(48)를 거쳐 구동스프라켓(49)으로 전달되어 체인(28)을 회전시킨다. 상부플레이트(41)의 하부 및 전해조(10)의 상부에는 복수의 흡입공(45)이 형성된 덕트(44)가 설치된다. 덕트(44)에는 전해조(10)에서 발생되는 가스를 흡입팬(51)의 구동으로 복수의 흡입공(45)을 통해 흡입하여 외부로 배출하는 것으로, 복수의 덕트(44)는 배관되어 가스를 배출할 수 있도록 설치된다. 이와 같이 이루어진 본 발명의 금속의 아노다이징 처리 시스템의 아노다이징 처리 방법을 도 6의 흐름도와 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 우선, 전해조(10) 상부에 설치된 양극라인(20)에 장착되어 있는 거치대(30)에 복수의 도금대상물(33)이 고정된 행거(32)를 거치하여 도금대상물(33)이 전해액에 침지되도록 한다(S10). 이때 투명 덮개(42)를 개방하여 행거(32)를 거치할 수도 있다. 더욱이 일정 구간에 절연블록(21a-21d)으로 구획된 양극라인(20a-20d)에 행거(32)를 거치하거나 제1양극라인(20a)에 행거(32)를 거치한 후에 제1양극라인(20a)에 거치된 행거(32)가 제1양극라인(20a)을 모두 통과하여 제2양극라인(20b)으로 진입할 때에 다시 제1양극라인(20a)에 행거(32)를 거치할 수도 있을 것이다. 그리고 전원제어반(43)에서 양극판(22a-22d)과 음극판(25a-25d)에 전원을 인가하여 전해액에 침지된 도금대상물(33)에 아노다이징이 이루어지도록 한다(S11). 이때, 전원제어반(43)은 구획된 양극라인(20a-20d)에 연결된 복수의 양극판(22a-22d)과 음극판(25a-25d)에 인가되는 전원이 각각 상이한 전압 및 전류가 인가되도록 한다. 예를 들어, 제1양극라인(20a)으로는 10V를 인가하고, 제2양극라인(20b)에는 20V를 인가하며, 제3양극라인(20c)으로는 30V를 인가하고, 제4양극라인(20d)에는 40V를 인가하는 것이다. 이는 도금대상물(33)에 따라 또는 도금대상물(33)에 코팅되는 원하는 피막 두께에 따라 인가되는 전압이나 전류의 크기가 달라질 것이다. 다음으로, 전원제어반(43)에서 모터(46)를 구동시켜 구동스프라켓(49)과 종동스프라켓(50)에 톱니 결합된 체인(28)이 회전되도록 한다(S12). 즉 체인(28)에 장착된 이송블록(29)이 회전하면서 양극라인(20)에 거치된 거치대(30)를 밀고 회전되도록 하는 것이다. 이때, 체인(28)의 회전속도는 전해액에서 도금대상물(33)이 산화 및 환원되는 시간을 결정하게 될 것이다. 더욱이 본 발명에서 금속의 아노다이징 처리는 제1양극라인(20a)에서 일정 전압이나 전류에 의해 도금대상물(33)의 피막 두께가 결정된 후에 제2양극라인(20b)을 거치면서 도금대상물(33)의 피막 두께는 더욱 증가할 것이고, 제3 및 제4양극라인(20c, 20d) 또는 더 많이 구성될 수 있는 양극라인을 따라 도금대상물(33)의 피막 두께는 더욱 증가할 것이다. 따라서 양극라인(20)과, 양극라인(20)에 대응하는 음극라인(23)의 개수와 인가되는 전원의 크기에 따라 도금대상물(33)의 피막 두께를 가감할 수 있을 것이다. 그리고 도금대상물(33)의 아노다이징 도중에 전해액에서 산화와 환원반응으로 발생되는 가스는 흡입팬(51)이 장착된 덕트(44)의 흡입공(45)으로 흡입하여 복수로 배관된 덕트(44)를 통해 외부로 배출시킨다(S13). 도금대상물(33)이 전해조(10)의 전해액에서 아노다이징이 진행되는 동안 체인(28)이 전해조(10)를 일주하여 아노다이징이 완료된 도금대상물(33)을 전해조(10)로부터 분리시킨다(S14). 즉 도금대상물(33)은 체인(28)의 회전에 의하여 양극라인(20)을 한 번 또는 그 이상으로 회전되면 거치대(30)에 거치된 행거(32)를 분리하여 전해조(10)로부터 꺼내 금속의 아노다이징 처리를 완료하게 된다. 그러므로 본 발명의 금속의 아노다이징 처리 방법은 종래에 복수의 전해조에 도금대상물을 순서대로 침지하여 아노다이징 처리하지 않고 하나의 전해조에서 일정 구간으로 구획된 양극라인과 음극라인을 따라 한 번에 아노다이징 처리가 이루어지도록 하는 것이다. 이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다. Claims (7)
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알루미늄 아노다이징 방법 - alluminyum anodaijing bangbeob
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