주요 알루미늄 양극 산화 처리 공정은 무엇인가요?

알루미늄 양극이 산성 용액 내에서 외부 전류의 작용으로 산화될 때, 산화막의 생성과 용해가 동시에 발생합니다. 양극 산화막은 그 형성 속도가 용해 속도를 초과할 때에만 존재합니다. 일반적인 방법으로는 황산, 크롬산, 옥살산 양극 산화 처리가 있습니다. 그 밖의 방법으로는 경질 양극 산화 처리와 도자기질 양극 산화 처리가 있다.

황산 양극 산화 처리

황산 양극 산화 처리는 10%에서 20% H를 함유한 전해액에 직류 또는 교류 전류를 인가하는 방식입니다.₂SO₄ 질량 기준으로. 이 공정을 통해 두께 5~20 μm의 무색, 투명하며 흡착력이 매우 뛰어난 막이 형성됩니다. 공정이 간단하고, 용액이 안정적이며, 조작이 편리합니다.

황산 농도의 영향

황산 농도가 높으면 화학적 용해가 가속화되어 흡착력이 강하고 염색성이 우수한 얇고 부드러운 고다공성 막이 형성됩니다. 농도가 낮을수록 막의 성장 속도가 빨라지며, 다공성은 낮아지고 경도는 높아지며, 내마모성과 반사율이 우수해집니다.

온도의 영향

전해액의 온도는 필름의 품질에 큰 영향을 미칩니다. 10~20°C에서는 필름이 다공성이며 흡착성이 있고 탄성이 있어 염색에 적합하지만, 경도와 내마모성은 떨어집니다. 26°C 이상에서는 필름이 느슨해지고 부드러워집니다. 10°C 이하에서는 필름이 더 두꺼워지고 단단해지며 내마모성이 높아지지만, 다공성은 낮아집니다. 따라서 온도를 엄격하게 제어해야 합니다.

전류 밀도의 영향

전류 밀도를 높이면 성장 속도가 빨라지고, 산화 시간이 단축되며, 화학 용해가 줄어들고, 더 단단하고 내마모성이 뛰어난 피막이 형성됩니다. 전류 밀도가 지나치게 높으면 줄(Joule) 가열로 인해 용해가 증가하여 성장 속도가 떨어질 수 있습니다. 전류 밀도가 매우 낮으면 공정이 오래 걸리고, 밀도가 낮고 부드러운 피막이 형성됩니다.

교반의 영향

교반은 대류를 촉진하고 온도를 균일하게 유지하여, 국부적인 금속 가열로 인한 필름 품질 저하를 방지합니다. 교반에는 압축 공기 시스템과 펌프가 사용됩니다.

합금 조성의 영향

합금 조성은 필름의 품질, 두께 및 색상에 큰 영향을 미칩니다. 다른 원소들은 일반적으로 품질을 저하시킵니다. Al-Mg 합금의 마그네슘 함량이 질량 기준으로 5%를 초과하고 조직이 불균일한 경우, 투명성을 유지하기 위해서는 적절한 균질화 열처리가 필요합니다. Al-Mg-Si 합금에서 실리콘 함량이 증가함에 따라 필름의 색상은 무색 투명에서 회색, 보라색을 거쳐 검은색으로 변하므로 균일한 색상을 얻기 어렵습니다. Al-Cu-Mg-Mn 합금에서 구리는 기공률과 다공성을 증가시켜 품질을 저하시킵니다. 동일한 조건에서 순수 알루미늄은 가장 두껍고 단단하며 내식성이 가장 뛰어난 필름을 형성합니다.

산화 시간의 영향

소요 시간은 전해질 농도, 온도, 전류 밀도 및 목표 두께에 따라 달라집니다. 동일한 조건에서 두께가 증가하면 다공성, 염색성 및 내식성이 향상되지만, 결국 성장 속도가 느려지다가 멈추게 됩니다. 특정 두께와 경도를 가진 필름을 형성하는 데는 30~40분이 소요되며, 염색을 위해 다공성이 더 높은 장식용 필름을 형성하는 데는 60~100분이 소요됩니다.

교류의 영향

교류(AC)를 사용할 경우, 각 공작물은 한 주기의 절반 동안만 양극이 되므로 황산 농도는 더 낮게 설정해야 하며 전류 밀도는 더 높게 할 수 있습니다. 이 피막은 투명도와 다공성이 높지만 경도와 내마모성은 낮습니다. 공작물의 면적이 같다면 양극과 음극 모두에 공작물을 장착할 수 있습니다. 직류 양극 산화 처리와 동일한 두께를 얻으려면 산화 시간이 두 배가 필요합니다.

크롬산 양극 산화 처리

크롬산 피막은 2~5 μm로, 황산이나 옥살산 피막보다 훨씬 얇습니다. 이 피막은 기공률이 낮고 부드러우며 탄성이 뛰어나지만, 황산 피막에 비해 내식성과 내마모성이 떨어집니다. 알루미늄의 용해량이 적기 때문에 부품은 원래의 정밀도와 표면 거칠기를 유지하므로, 이 공정은 정밀 부품에 적합합니다. 이 피막은 도료와의 접착력이 우수하여 도료 밑칠용으로 널리 사용되며, 고무 접착 부품에도 널리 적용됩니다.

크롬 산무수물 농도

크롬산 무수물의 함량이 너무 높거나 낮으면 산화력이 떨어지지만, 허용 범위 내에서 약간 초과하는 정도는 허용됩니다. 크롬산 무수물이 너무 적은 전해액은 불안정하며, 이로 인해 필름 품질이 저하됩니다.

불순물의 영향

염화물, 황산염 및 3가 크롬 이온은 유해한 불순물입니다. 염화물은 부품을 부식시킵니다. 황산염 농도가 높아지면 필름이 투명에서 불투명하게 변하고 용액의 수명이 단축됩니다. 3가 크롬이 과다하면 필름이 어둡고 칙칙해집니다.

전압의 영향

처음 15분 동안은 전류를 지정된 범위 내로 유지하기 위해 전압을 0V에서 40V까지 5V 이하의 단계로 점진적으로 올립니다. 40V에 도달하면 산화가 끝날 때까지 이 전압을 유지합니다. 양극 산화 처리 중에는 지정된 전류 밀도를 유지하고 필요한 피막 두께를 확보하기 위해 전압을 점진적으로 올려야 합니다.

옥살산 양극 산화 처리

옥살산은 약산으로 알루미늄을 약간만 부식시킵니다. 따라서 옥살산 양극 산화 처리를 통해 내식성과 전기 절연성이 우수한, 최대 60 μm 두께의 비교적 단단한 피막을 형성할 수 있습니다. 전해액의 저항이 황산이나 크롬산보다 크고, 더 많은 전력을 소비하며, 쉽게 가열되어 효과적인 냉각이 필요하기 때문에 비용이 높습니다. 공정 조건을 변경하면 구리를 함유한 알루미늄을 제외하고는 후속 염색 공정 없이도 다양한 색상의 장식용 피막을 직접 형성할 수 있습니다.

옥살산 전해액은 염화이온에 매우 민감합니다. 농도가 0.04 g/L를 초과하면 필름에 부식 반점이 나타납니다. 3가 알루미늄 이온의 농도는 3 g/L를 초과해서는 안 됩니다.