경질 아노다이징과 도금의 차이점
경질 아노다이징
경질 아노다이징 처리는 저온의 황산액 등의 산성액으로 두껍게 아노다이징 피막을 생성하는 처리를 말합니다.
경질 아노다이징 처리를 실시하여 생성된 피막은 고경도(Hv450~500) 및 내마모성이 우수한 양극산화피막이 되는 것이 특징으로,
자동차나 항공부품 등에 널리 채용되고 있는 처리방법입니다.
목 차
1. 경질 아노다이징이란란
1-1. 경질 아노다이징의 원리는?
2. 경질 아노다이징의 특징
1-2. 경질 아노다이징의 장점
1-3. 경질 아노다이징의 단점
3. 도금과의 차이점은?
4. 경질 아노다이징의 공정
5. 경질 아노다이징의 용도
6. 경질 아노다이징의 사례
7. 종류, 등급 및 기호
8. 경질 아노다이징의 전문용어
9. 경질 아노다이징의 영어 표기
10. 경질 아노다이징의 정리
1. 경질 아노다이징이란?
저온의 황산액으로 두꺼운 피막을 생성하는 경질 아노다이징 처리는 고경도(Hv450~500)로 내마모성이 뛰어난 피막이 되는 것이 특징입니다.
따라서 경질 아노다이징 처리를 하드 아노다이징라고 부르기도 합니다.
1-1. 경질 아노다이징의 원리는?
양극 산화 처리라고 하며, 전해를 이용하여 전해액 내의 분자나 이온에 대해 양극에서 하는 산화 반응을 말합니다.
알루미늄을 양극으로 통전시킴으로써 산화되어 양이온이 되고 용액 중에 용해되어 발생한 산소와 화합하여 내구성이 높은 산화 알루미늄
피막이 생성됩니다. 이 전해 처리를 아노다이징 이라고 합니다.
알루미늄을 황산 등의 용액 속에서 전류를 흐르게 하면 표면의 알루미늄이 용해(침투)+동시에 산화피막이 성장하여 시간이 지남에 따라 셀이라
불리는 입체구조를 형성합니다.
기본 구조는 육각기둥의 집합체입니다.
1. 공기 중에는 자연 산화 피막으로서 2nm 정도의 산화 피막이 있습니다.
2. 전해액 내에서 배리어층(산화피막)이 성장합니다.
3. 황산이온(옥살산이온 등)이 내부에 들어가 국부적으로 피막이 황산알루미늄(옥살산 등)이 용출되어 표면에 무수히 많은 구멍(포어)이 발생합니다.
4. 산화반응과 피막의 용출반응이 동시에 진행되어 구멍(뽀아)이 내려가므로 절연층을 형성하기 시작함
5. 절연체가 되어 구멍(푸어)의 성장이 멈춥니다. 산화피막은, 1/2과 알루미늄 소재의 침투합니다.
아노다이징 처리의 피막 구조는 아래와 같은 벌집 구조입니다.
2. 경질 아노다이징의 특징
경질 아노다이징 처리의 특징은 주로 5가지이며, 『경도가 높다』 『피막을 두껍게 할 수 있다』 『내마모성이 향상되어 경질 크롬 도금과 손색없는
슬라이딩 마모성을 얻을 수 있다』 『절연피막'이며 저항값이 10의 12승Ω에서 10의 14승Ω이 된다』 『파괴전압』이 높아 봉공 처리한 것으로1000~2000V
있다는 점을 들 수 있습니다.
그 중에서도 경도가 높아짐으로써 얻을 수 있는 슬라이딩 마모성에 대해서는 마모성, 미끄럼 특성이 요구되는 자동차 부품 등에 있어서는 중요한 요소입니다.
일반 아노다이징 처리보다 두꺼운 피막이 생성되므로 강도가 증가하고 내구성이 향상됩니다.
2-1. 경질 아노다이징의 장점
경질 아노다이징 처리의 장점은 다음의 3가지입니다.
ㆍ경도 및 내마모성을 높일 수 있습니다
경질 아노다이징 처리는 경도가 높기 때문에 자동차나 기계 등 공업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
또한 처리 후 버프 연마가 가능하기 때문에 광택을 원하는 제품 등에도 채택할 수 있습니다.
ㆍ막 두께를 두껍게 처리할 수 있습니다
경질 아노다이징 처리는 피막을 두껍게 할 수 있으며, 그 막 두께는 소재에 따라 다르지만 30~100 μm 두께까지 가능합니다.
경도뿐만 아니라 막 두께도 두꺼워짐으로써 내구성도 향상됩니다.
ㆍ윤활성이 향상되다
경질 아노다이징 처리는 테프론을 함침하거나 버프 연마를 할 수 있으므로 윤활성을 향상시킬 수도 있습니다.
2-2. 경질 아노다이징의 단점
경질 아노다이징 처리의 단점은 다음의 3가지가 있습니다.
ㆍ피막이 무르며 유연성이 없음
경질 아노다이징 처리는 경도가 높고 마모성이 우수한 반면 피막이 약해 유연성이 떨어집니다.
아노다이징 처리 후 굽힘 가공 등을 실시하면 피막이 쉽게 벗겨지기 때문에 처리 후의 가공이나 용도 등이 한정됩니다.
ㆍ내열성이 없음
내열성이 없고, 100℃를 넘는 환경에서는 크랙이 발생하게 됩니다.
크랙이 발생하면 소재 자체에도 영향을 줄 우려가 있습니다. 따라서 고온 환경에서는 사용할 수 없습니다.
ㆍ알칼리성에 용해되다
경질 아노다이징 처리는 알칼리성에 약해 도금 피막이 용해됩니다.
3. 도금과의 차이점은?
경질 아노다이징 처리는 일반 도금과는 피막 생성 방법이 다릅니다.
경질 아노다이징 처리의 경우 산화피막을 생성하는 반면 도금의 경우 도금피막을 생성합니다.
또한 막 두께에도 차이가 있어, 일반 도금에 비해 두꺼운 피막을 생성할 수 있는 것이 경질 아노다이징 처리의 특징입니다.
또, 생성의 방법에 관해서도 전류을 흘리는 방법이 반대로 하거나 처리 공정등에 차이가 있습니다.
예를 들어 10μm 두께를 처리할 경우 도금은 10μm 증가합니다.
한편 아노다이징 처리는 피막의 절반이 알루미늄의 소지에 침투하고 나머지 절반이 알루미늄 표면에 으로부터 형성되기 때문에 알루미늄에 침투한 피막만큼
원래 알루미늄 부분의 두께가 달라집니다.
4. 경질 아노다이징의 공정
경질 아노다이징이 완성될 때까지의 일반적인 공정을 그림으로 정리했습니다.
5. 경질 아노다이징의 용도
경질 아노다이징을 하는 것은 주로 자동차나 항공기등의 공업 분야에서, 경도나 마모성 뿐만 이 아니라 윤활성이 요구되는 분야에서 폭넓게 사용되고 있습니다.
자동차나 항공기 이외에는 샤프트나 롤 등의 슬라이딩성이 필요한 부품에 대해서도 경질 아노다이징을 선호합니다.
6. 경질 아노다이징의 사례
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사례1) 자동차 외장 부품에 경질 아노다이징
피막 20μm 처리하여 내마모성 부여 |
사례2) 반도체 생산 기계 부품에 경질 아노다이
징 피막 30μm 처리하여 경도 및 내마
모성 부여 |
7. 종류,등급 및 기호
ㆍ피막 두께의 등급
|
등 급 |
평균 피막 두께 μm |
비 고 |
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AA3 |
3.0이상 |
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AA5 |
5.0이상 |
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AA6 |
6.0이상 |
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AA10 |
10이상 |
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AA15 |
15.0이상 |
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AA20 |
20.0이상 |
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AA25 |
25.0이상 |
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ㆍ피막 두께의 등급과 주로 사용하는 용
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피막 두께의 등급 |
주로 사용하는 용도 |
비 고 |
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AA3 |
반사판, 가전 부품(내부) 등 |
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|
AA5
AA6
AA10 |
주방용품, 일용품, 가전부품, 장식품, 가구자재, 차량내장, 건축자재(실내) 등 |
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AA15
AA20
AA25 |
주방 용품, 차량 외장, 토목 및 건축용 자재(실외), 선박 용품 등 |
|
ㆍ내식성
피막의 내식성은 각종 환경에 미치는 특성으로 용도에 따라 산성, 알칼리성 및 염수 분위기 등의 환경에 견디는 특성이 요구될 수 있으나
그 품질은 아래 표 1 또는 표 2에 적합해야 합니다.
표1. 알칼리의 내식성
|
등급 |
알칼리 적하시험 또는 기전력식 내알칼리 시험
A종 |
B종 |
비고 |
|
AA3 |
- |
- |
|
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AA5 |
- |
- |
|
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AA6 |
30이상 |
90이상 |
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AA10 |
50이상 |
150이상 |
|
|
AA15 |
75이상 |
225이상 |
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AA20 |
100이상 |
300이상 |
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|
AA25 |
125이상 |
375이상 |
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표2. 캐스 내식성
|
등급 |
캐스 시험
시험시간 h |
레이팅 넘버 RN |
비고 |
|
AA3 |
- |
- |
|
|
AA5 |
|
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AA6 |
30이상 |
9이상 |
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AA10 |
50이상 |
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AA15 |
75이상 |
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AA20 |
100이상 |
|
AA25 |
125이상 |
ㆍ내마모성
피막의 내마모성은 마모환경에 견디는 특성이며, 용도에 따라서는 마모성 물질의 충돌로 인한 마모, 슬라이딩 마모 및 굴림 마찰 등의 마모환경에 견디는
특성이 요구될 수 있으나, 그 품질은 표 3 중 어느 하나에 적합해야 합니다. 분사마모시험의 내마모성은 통전판정법에 따르며 소지가 노출될 때까지의
마모시간[W1(T)]으로 나타냅니다.
표3.
|
등급 |
모래 낙하 마모시험
s |
분사 마모 시험
s |
왕복 운동 평면 마모시험
ds/μm |
|
AA3 |
- |
- |
- |
|
AA5 |
30이;상 |
|
AA6 |
150이상 |
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AA10 |
500이상 |
24이상 |
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AA15 |
750이상 |
36이상 |
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AA20 |
1000이상 |
48이상 |
|
AA25 |
1250이상 |
60이상 |
8. 경질 아노다이징의 전문 용어
8-1. 양극산화피막
양극 산화 처리에 의해 생성된 피막입니다.
anodic oxide coating
양극산화피막이란 금속을 양극으로 하여 전해질 용액 중에서 전기가 흘렀을 때 금속표면에 생기는 산화 피막입니다.
양극 산화 피막은 알루미늄 합금 표면에 인공적으로 생성되는 산화 피막.
전해작용을 이용하여 알루미늄을 양극(플러스극)으로 하고,황산 등의 전해액 내에서 전류를 흐르게 함으로써 표면에 산화 피막을 생성합니다.
양극 산화피막은 다음과 같은 성질을 가지고 있습니다.
ㆍ내식성 : 산화 알루미늄막은 알루미늄을 보호하고 부식으로부터 지킵니다.
ㆍ내마모성 : 산화알루미늄막은 경도가 높아 마모에 대한 내성이 있습니다.
ㆍ전기 절연성 : 산화 알루미늄 막은 전기 절연성이 뛰어납니다.
ㆍ방열성 : 열전도율은 알루미늄의 약 3분의 1이나 원적외선 등의 방사성이 높다는 특성도 있어 히트 싱크 등의 방열성 향상 처리에도 사용됩니다.
ㆍ미관성 : 산화 알루미늄막은 다양한 색상으로 염색할 수 있으며 외관를 장식할 수 있습니다.
8-2. 양극산화처리, 양극처리
양극에서 전기화학적인 산화 처리의 총칭입니다.
anodizing
양극 산화 처리는 알루미늄이나 마그네슘 등의 금속을 전해액에 담구어,전류를 흐르게 함으로써 표면에 산화피막을 형성시키는 처리임.
산화피막은 단단하고 내식성이 뛰어나 금속을 부식이나 마모로부터 보호할 수 있습니다.
또한 양극 산화 처리를 통해 금속 표면에 다양한 색상과 무늬를 붙일 수도 있습니다.
양극 산화 처리 원리.
알루미늄이나 마그네슘 등의 금속을 전해액에 담급니다.
금속을 양극(플러스극)에, 전극판을 음극(음극)에 접속합니다.
전류를 흐르게 하면 양극에서 산소 이온이 용출됩니다.
산소 이온은 금속 표면과 반응하여 산화 피막을 형성합니다.
양극 산화 처리의 특징.
ㆍ내식성 향상 : 산화피막이 단단하여 내식성이 뛰어나 금속을 부식으로 부터 보호할 수 있습니다.
ㆍ내마모성 향상 : 산화피막은 단단하므로 마모로부터 금속을 보호할 수 있습니다
ㆍ전기 절연성 : 산화피막은 전기절연성이 있으므로 전기기기의 부품 등에 사용할 수 있습니다.
ㆍ의장성 : 양극 산화 처리로 인해 금속 표면에 다양한 색상 및 무늬를 붙일 수 있습니다.
ㆍ환경 부하 저감 : 기존 도장에 비해 용제를 사용하지 않아 환경부하가 낮아집니다.
양극 산화 처리의 종류
ㆍ황산 양극 산화 처리 : 가장 일반적인 양극 산화 처리이며 단단하고 내식성이 뛰어난 산화피막을 형성할 수 있습니다.
ㆍ옥살산 양극산화 처리 : 황산양극산화처리보다 부드러운 산화피막을 형성할 수 있습니다.
ㆍ크롬산 양극 산화 처리 : 내마모성이 뛰어난 산화피막을 형성할 수 있습니다.
8-3. 양극
음이온 방전, 양이온 생성 및 기타 산화 반응을 하는 극을 말합니다.양극이라고도 합니다.
anode
아노드란 외부 회로에서 전류가 흘러 들어오는 전극을 말합니다.
외부 회로로 전자가 흘러나오는 전극이라고도 할 수 있습니다.
전기분해나 전지에서는 아노드는 전기화학적으로 산화가 일어나는 전극입니다.
진공관에서는 구조상 플레이트라고 불리는 경우가 많습니다.
아노드라는 말은 마이클 패러데이의 요청에 의해 윌리엄 휴웰이 명명했습니다.
8-4. 산화
물질이 산소와 화합하는 반응입니다.
oxidation
산화는 대상 물질이 전자를 잃는 화학 반응을 말합니다.
구체적으로는 물질에 산소가 화합하는 반응 또는 물질이 수소를 빼앗기는 등의 화학반응.
예를 들어, 철이 녹슬어 산화철이 되는 경우, 철 전자는 산소로 이동하여, 철은 산화되어 있음을 알 수 있습니다.
또한 금속의 녹도 산화의 한 종류입니다.
8-5. 봉공처리
양극산화에 의해 생성된 다공성 피막의 미세홀을 닿아,내오염성, 내식성 등의 물리적,
화학적 성질을 개선하는 처리을 말합니다.
봉공에는 수증기 봉공. 끓는 물 봉공, 저온 봉공 등이 있음.
sealing of anodic oxide coating
봉공 처리의 필요성
양극 산화 처리에 의해 형성되는 피막에는,다수의 미세홀(직경 0.01~0.05μm, 60~800개/μm) 이 존재합니다.
이 미세홀들은 피막의 통기성이나 염료의 흡착성을 높이는 한편, 다음과 같은 문제를 일으킬 수 있습니다.
ㆍ부식 : 미세홀을 통해 수분 및 부식성 물질이 피막 내부에 침입하여 부식을 촉진함.
ㆍ마모 : 미세홀이 마모의 원인이 되어 피막이 쉽게 마모됩니다.
ㆍ약품 침투 : 미세홀을 통해 약품이 피막 내부에 침투하여 피막을 열화시킵니다.
ㆍ광선의 투과 : 미세홀을 통해 광선이 투과되어 피막의 퇴색이나 변색을 촉진합니다.
봉공 처리의 종류
?수계 봉공처리 : 뜨거운 물이나 가압증기를 사용하는 방법. 비교적 저렴하고 간편한
방법이지만 내식성은 초산니켈봉공 처리에 비해 떨어집니다.
?금속 염계 봉공 처리 : 아세트산니켈, 아세트산코발트, 크롬산염 등의 금속염 용액을
사용하는 방법. 수계 봉공 처리에 비해 내식성이 높고,피막의
경도도 향상됩니다.
8-6.배리어 층
양극 산화피막의 용해 능력이 없는 전해질에 의하거나 또는 용해 능력이 있는 전해
질로도 다공질층 바닥에 생기는 무공성 절연박층을 말합니다.
barrier layer
배리어층은 양극산화처리로 생성되는 피막의 가장 바깥층에 있는 치밀한 층있니다.
두께는 약 20nm 정도로 매우 얇고 투명합니다.
배리어층의 역할
?전해액 침투 방지 : 배리어층은 전해액이 피막 내부에 침투하는 것을 방지하고,
현재위치 : 
