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 제목 |
아노다이징 (Anodizing) |
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| 분류 |
금속재료 > 도금표면처리 |
작성일 |
2008.01.18 |
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| 작성자 |
admin   |
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| 키워드 |
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금속(부품)을 양극에 걸고 희석-산의 액에서 전해하면, 양극에서 발생하는 산소에 의해서 소지금속과 대단한 밀착력을 갖인 산화피막(산화알미늄 : Al₂O₃)이 형성된다. 양극산화란 즉 양극 (Anode)과 산화 (Oxidizing)의 합성어(Ano-dizing) 이다. 전기도금에서 부품을 음극에 걸고 도금하는 것과는 차이가 있다. 양극산화의 가장 대표적인 소재는 AL이고 그 외에 Mg, Zn, Ti, Ta, Hf, Nb 의 금속 소재상에도 아노다이징 처리를 하고 있다. 최근에는 마그네슘과 티탄 소재상의 아노다이징 처리도 점차 그 용도가 늘어 가고 있다.
알미늄상의 아노다이징 (Anodizing on aluminum Alloys)
알미늄을 양극에서 전해하면 알미늄 표면이 반은 침식되고, 반은 산화알미늄 피막이 혀성된다. 알미늄 양극산화는 다양한 처리액 조성과 농도, 첨가제. 처리액의 온도, 전압. 전류등에 따라 피막의 성질이 다르게 생산할수 있다.
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(1) 피막은 치밀한 산화물로 내식성이 우수하다.
특히 시링 후 처리한 것은 일반의 대기 조건하에서나 염수분위기 하에서 내식성능이 대단히 우수하다. 아노다이징에 의해 생성된 비정질 (아몰포스 : Amorphous) 의 산화알미늄 피막을 약산성의 뜨거운 물이나 끓는 탈이온수 혹은 고온의 중크롬산나트륨액 혹은 아세트산니켈의 액에서 시링하면 최대의 내식성을 발휘한다.
(2) 장식성 외관을 개선한다
모든 양극산화피막은 광택이 나고 상대적으로 우수적으로 모양을 내서 장식효과를 낸 다음에 아노다이징을 마지막 공정으로 사용하고 있다. 양극피막의 광택 수준은 처리전 금속소재의 조건의 좌우된다. 무광택 에칭은 광택을 줄이고 화학이나 전해연마, 버프연마 등은 광택을 낸다. 즉 소지의 확산이나 반사에 따라 광택이 다르게 된다. 건축용도로 사용하는 알미늄은 대부분 아노다이징으로 마감한다.
(3) 양극피막은 상당히 단단하여 내마모성이 우수하다.
하드아노다이징(경질양극산화)는 두께가 25㎛～100㎛ 이상까지 두껍게 피막을 올릴 수 있다. 이들 피막은 산화알미늄의 고유경도로서 내마모성이 필요한 회전부품의 용도로 안성마춤이다. 모든 양극피막이 소재 재질보다 더 단단하지만 크롬산법이나 일부 황산법의 피막은 두께가 너무 엷고 물러서 내마모성에는 적합하지 않은 경우도 있다.
(4) 도장밀착력의 향상
단단히 밀착되어 있는 양극피막은 모든 페인트 시스템에서 화학적으로 활성표면을 제공한다. 황산욕에서 처리한 양극피막은 무색으로 다음의 투명한 표면처리에 하지로 적당하다. 가혹한 부식환경하에서 사용하는 알미늄 부품을 도장하는 경우에는 도장전에 아노다이징을 전처리로 처리한다. 시링한 것은 내식성이 더 좋고 시링을 하지 않은 것은 도장의 밀착력이 더 좋다.
(5) 본딩성능의 개선
인산법이나 크롬산법에 의한 엷은 양극피막은 본딩성과 내구성능을 개선한다. 이들 피막은 대부분의 최신 항공기의 기체구조에 넓게 이용하고 있다.
(6) 윤활성의 개선
하드 아노다이징 후에 수동으로 연마나 혼닝으로 표면을 스므스하게 하고 그 위에 테프론 코팅을 하면 완벽한 윤활성능을 발휘할수 있다.
(7) 장식목적의 특유한 색상을 낸다
양극피막의 다양한 착색은 몇몇 방법으로 처리한다. 유기염료를 피막의 기공속에 흡착시켜 다양한 색상으로 착색한다. 또한 일부 무기 안료는 기공에 침전치켜 제한된 범위의 안정한 색상을 만들 수 있다. 자연발색법의 아노다이징은 합금 조성에 따라 다르나 건축용도의 안정한 흙빛 색상의 착색에 적당하다. 전해착색은 2차공정으로 일반의 아노다이징 처리후에 2차로 피막의 기공에 금속 안료를 전기적으로 석출시켜 안정된 색상을 얻는다. 건축에 많이 이용하며 특히 샤시에 많이 활용하고 있다.
(8) 도금의 전처리
일부의 양극피막은 고유의 다공성으로 전기도금을 할 수 있다. 일반적으로 도금전처리로 인산법 아노다이징을 처리한다.
(9)표면손상의 탐색
미세한 표면크랙을 크롬산 아노다이징액을 사용하여 탐색할수 있다. 크롬산액에서 아노다이징 처리하고 수세후 빨리 건조하여 표면을 검사하면 부품에 금이 가 있는 경우에는 균열부위에 크롬산이 들어가서 이 부근에서 크롬산이 스며나와 양극피막을 오염시킨다.
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알루미늄 금속은 약 120년 전부터 산업용으로 활용되고 있다. 동과 철이 기원전 3000~5000년부터 사용된 것을 보면 상당히 늦다 . 알미늄은 자연적으로 표면에 산화알미늄 층이 생성되어 내면을 보호하므로 내식성이 우수하고, 연전성이 우수하여 성형, 절삭가공이 용이하다. 전기전도도는 동의 약 60%로 양호하고, 열전도도 우수하여 열 교환기, 엔진부품 등에 많이 사용하는 금속이다.
(1) 알미늄의 성질
알미늄은 반사성, 비자성, 무독성, 재생이 용이한 금속으로 그 활용이 확대일로에 있다. 알미늄의 물리적, 화학적 제성질을 보면 다음과 같다.
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기호
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AL
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선열팽창계수(20℃)
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23.9micro-in./℃
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원자번호
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13
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열전도도(20℃)
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0.53cal/㎠/㎝ per ℃/sec
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원자량
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26.9815
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전기저항(20℃)
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2.655 microhm-㎝
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비중
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2.70
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용해
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알카리, 염산, 황산
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융점
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659.7℃
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불용해
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질산, 아세트산, 암모니아
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비열
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0.215 cal/g/℃
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(2) 알미늄 합금 재질
알미늄은 연하고, 연전성과 팽창성이 우수하여, 용도에 따라 강도의 향상등 그 성질을 개선할 필요가 있다. 이중 원소를 가하여 유용한 알미늄합금을 만든다. 알미늄 합금은 판, 관,. 선, 봉,. 형재. 단조품 등의 전신재와 금형주물, 다이캐스트 등의 주물재로 크게 구분한다.
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알미늄과 알미늄하금 소재는 양극산화 피막처리에 널리 사용되고 있다. 애노다이징의 용도는 다음과 같다.
(1) 장식용 피막처리 (裝飾用 皮膜處理)
장식고 방식목적으로 널리 사용한다. 전처리 조건이나 합금성분에 따라 광택, 반광택 혹은 무광택이 있고, 염색을 하여 다양하고 멋진 외관을 생산한다. 이에는 주로 황산법을 사용하며, 뽀얀 반투명이나 회색의 애나멜과 같은 외관을 원할때에는 크롬산법을 가끔 이용도 한다. 광학기기, 기계부품, 가전제품, 전기통신기기 등에 광범위한 용도를 갖고 있다.
(2) 건축용 애노다이징(建築用 陽極散花)
건물의 차아호, 도어, 커튼금구 등에 널리 사용한다. 사용환경이 자주 닦고, 옥외의 심한 환경에서 내후성이 우수하여야 하기대문에 피막의 두께가 두꺼워야 된다. 애노다이징 처리후 반시링을 하고 (전착)래커코팅을 하면, 보관이나 설치중에 피막의 손상을 방지하고, 젖은 시멘트와 내기후성에도 내성을 향상한다.
(3) 경질양극산화(Hard Anodizing : 硬質陽極散花)
황산-수산의 혼산법도 있으나, 저온의 황산법이 대표적이다. 양극피막의 경도가 Hv 500정도로 실제 내마모성은 그 수치보다 더 우수하다. 전기 밥솥같은 가전부품, 화살대 같은 스포츠 용품, 방산제품, 기계부품 등에 널리 사용되고 있다.
(4) 내식목적의 피막처리 (耐蝕目的의 皮膜處理)
방산과 항공기 부품에 사용하고, 내식성이 주 목적일 때 가끔 크롬산법을 채용한다.
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종류(TYPE)
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코팅(산업용)등급
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피막두께(최소) ㎛
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A |
공업용 경질 피막
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30
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B |
건축용, 1급
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18
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C |
건축용, 2급
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10
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D |
자동차-외부
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8
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E |
실내-중간정도 마모성
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5.0
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F |
실내-한정된 마모성
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3
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G |
크롬산
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1
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(5) 축전지(콘덴서)용 [蓄電池用]
기공(Pore)이 없는 확산층의 양극산화 피막으로, 붕산법이 이에 속한다.
* 참고로 피막의 용도별 두께를 미국 ASTM B 580규격에서 인용하면 다음과 같다.
※주기 : 경질피막은 두께가 12미크론부터 100미크론 이상까지 다양하다. 만일 A종의 경우 두께가 명시되어 있지 않으면, 최소 50미크론 이상이다. 만일 시링을 명시하지 않았다면, A종은 시링하지 아니한다.
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용도
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양극산화처리의 종류
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방식
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황산법,옥살산법, 크롬산법, 기타유기산법
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내마모
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경질양극산화처리법(황산, 옥살산)
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장식용
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(전해연마, 화학연마) 황산법(염색)
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광학용
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(전해연마, 화학연마) 황산법(염색)
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도장의 하지
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황산법, 크롬산법
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도금의 하지
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인산법
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건축용 ( 착색 )
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자연발색법, 전해착색법
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A/L의 합금특성에 의한(저온 전해) H2SO4용액에 저온 전해 방법으로서 보통 양극산화 피막 보다는 내식성.내마모성.절연성이 있는 견고한 피막이며 적어도 30㎛이상이면 경질이라 말할 수 있다. 알미늄금속 표면을 전기.화학적 방법을 이용하여 알루미나 쎄라믹으로 변화시켜 주는 공법이다. 이공법을 적용하게 되면 알미늄금속 자체가 산화되어 알루미나 쎄라믹으로 변화되며 알미늄 표면의 성질을 철강보다 강하고 경질크롬도금보다 내마모성이 우수하다. 도금이나 도장(코팅)처럼 박리되지 않으며 변화된 알루미나 세라믹표면은 전기절연성(1500Volt)이 뛰어나며 안쪽은 전기가 잘흐른다. 이런 알미늄 금속에 하드-아노다이징(Hard-Anodizing) 표면처리 공법을 이용한 첨단기술이 개발,적용되고 있다.
예)비행기표면,가벼워야하며 내마모성이 요구되는 산업기계,각종 산업시설의 슬라이드 부품, 롤러,반도체 장비등
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분야별 구분
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부품명
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기계공업부품
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베어링, 기어, 나사산, 소프로켓, 소형엔진용 피스톤, 노즐,
롯기구, 샌드펌프, 볼트, 너트류
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항공기부품
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유압실린더 내면, 날개 끝, 하부 현수막, 케치, 헬리콥트 날개
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방위산업체부품
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실탄 케이스, 포신 포꼬질대, 장탄케이스
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섬유방직부품
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보빙기, 섹쇼날 빔, 북, 편직기 부품, 봉재기관계 부품
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레져부품
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낚시대 릴, 손잡이 링, 버너용 석쇠, 코펠, 자일, 텐트 지주대,
카메라 장식부품
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자동차부품
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오일 실린더, 록커암, 브레이크 실린더 및 피스톤 부품,
염분 및 내식성이 요구되는 부품, 항공기, 선박
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기타
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선박부품, 주방기물, 고무금형
인쇄기 로라, 자동경화 선멸기의 로라
엘르베이트 로라, 식품기계 가공품
복사기 용도기구 부품
컴퓨터 로라 및 드럼, AIR 실린더 호닝파이프
화작기계 부품(내산, 내알카리, 내하로겐)
가스터어빈(내열성, 도장기, 실린더 및 피스톤
각종 절연재료 부품
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하드아노다이징의 특징
- 색상 자연발색
- 고순도A/L～두께의 증가에 따라 은백색→황금색→갈색
- 합금～일반적으로 회색 또는 국방색, 흑색
- 7075합 금～피막두께 25㎛ 백색, 25㎛이상~20㎛회색 암갈색, 200㎛이상 흑색
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: MS Excel 2007
: MS Powerpoint 2007 
: MS Word 2007 
: 한글뷰어 2007
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: Autodesk Inventor View 
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