Formation Characteristics of Hard Anodizing Films on 6xxx Aluminum Alloys

한국표면공학회지 J. Korean Inst. Surf. Eng.

Vol. 52, No. 4, 2019.

https://doi.org/10.5695/JKISE.2019.52.4.203

<연구논문>

ISSN 1225-8024(Print) ISSN 2288-8403(Online)

6xxx계 알루미늄 합금의 경질 아노다이징 피막 형성 특성 연구

문상혁^a, 문성모^b,c,*, 임수근^a

a경상대학교 재료공정융합공학과

b재료연구소 표면기술연구본부

c과학기술연합대학원대학교 신소재공학과

Formation Characteristics of Hard Anodizing Films on 6xxx Aluminum Alloys

Sanghyuck Moon^a, Sungmo Moon^b,c,*, and Sugun Lim^a

a

Material Process Engineering, Gyeongsang National University, Republic of Korea

b

Surface Technology Division, Korea Institute of Materials Science, Republic of Korea

c

Advanced Materials Engineering, Korea University of Science and Technology, Republic of Korea

(Received 15 August, 2019 ; revised 27 August, 2019 ; accepted 29 August, 2019)

Abstract

In this work, anodizing behavior of 6xxx series aluminum alloys was studied under constant current density and constant voltage conditions in 20% sulfuric acid solution by V-t curves, I-t curves, thickness measurement, observations of surface appearance and cross-sectional observation of anodizing films. The film growth rate of the anodizing films on Al6063, Al6061 and Al6082 obtained at 20 V were 0.63

m/min. 0.46

^m/min and 0.38

m/min, respectively. Time to the initiation of imperfections at the oxide/substrate interface under constant current condition was shortened and colors of anodizing films became darker with the amount of alloying elements in 6xxx series aluminum alloys. Based upon the experimental results obtained in this work, it is concluded that maximum anodizing film thickness without interfacial defects is reduced with increasing amount of alloying elements and brighter anodizing films can be obtained by decreasing amount of alloying elements in the aluminum alloys.

Keywords: Hard Anodizing, Anodic Oxide Film, Aluminum Alloys, Sulfuric Acid Anodizing

1. 서 론

알루미늄은 대기 중에서 자연적으로 치밀한 산화 알루미늄 피막이 생성하여 표면을 보호하므로 철강 소재보다 상대적으로 내식성이 우수하고, 성형 및 절삭가공도 용이한 장점이 있다. 또한 알루미늄 합 금은 전기전도도는 동의 약 60%로 우수하며, 열전 도도도 및 비강도가 우수하여 가전용품, 차량, 건축 자재, 선박, 항공 부품 그리고 산업기계부품에 이르

기까지 널리 사용되고 있다. 한편, 알루미늄 합금 부품은 사용되는 분위기에 따라 부식이 일어날 수 있다. 따라서 알루미늄 합금 부품들의 용도에 따라 내식성 향상을 위한 표면처리 공정이 필수적으로 요구될 수 있다.

알루미늄합금 부품의 내식성을 향상시킬 수 있는 대표적인 표면처리 방법으로는 아노다이징(Anodizing) 법이 있다. 아노다이징은 양극전류를 금속 시폄에 인가하여 표면에 산화피막을 만들어 줌으로써 내식 성을 향상시키는 양극산화처리법 중의 하나이다. 금 속 표면에서 형성된 아노다이징 피막의 물성은 전 해질의 조성, 온도, 처리시간, 인가 전류밀도, 전류 형태, 인가전압, 합금원소의 종류 및 함량, 그리고 석출물의 크기 및 분포 등에 의해 달라질 수 있다

*

Corresponding Author: Sungmo Moon

Surface Technology Division, Korea Institute of Materials Science

Tel: +82-55-280-3549 ; Fax: +82-55-280-3570

E-mail: [email protected]

[1-5]. 알루미늄 합금의 아노다이징 처리는 일반적 으로 산성용액에서 이루어지며, 크게 황산법, 수산 법, 인산법 및 크롬산법으로 나누어진다. 또한 황산 용액에 붕소산, 주석산 또는 수산을 포함한 용액에 서 수행되는 혼산 아노다이징법도 널리 사용되고 있다. 알루미늄 합금의 아노다이징 피막 형성은 크 게 정전류법과 정전압법으로 나뉜다. 정전류법으로 피막을 형성시킬 경우 시간에 따른 두께제어가 용 이한 장점이 있는 반면 전압이 과다하게 높아질 경 우 발생열이 많아져 피막이 파손되는 버닝 현상이 일어날 수 있는 단점이 있다. 정전압법으로 아노다 이징 처리할 경우 상대적으로 균일한 두께의 피막 을 얻을 수 있고 버닝을 막을 수 있으나 피막 두께 를 제어하기 위해서는 처리할 때 마다 흐른 전하량 을 확인하여 조절해야 하는 번거로움이 있다. 황산 용액에서 정전류법으로 아노다이징 처리할 경우 처 리 시간에 따라 피막 형성전압이 지수 함수적으로 증가하기 시작하는 시점에서 피막/금속 계면의 결 함이 발생하였다. 정전류 조건에서 처리시간에 따 른 피막형성전압의 거동 및 아노다이징 피막의 파 손은 합금의 조성에 의존하는 것으로 나타났다[6,7].

아노다이징 피막의 두께 성장속도 및 생성효율에 가장 큰 영향을 미치는 인자 중 하나는 합금성분이 다. 알루미늄 합금에는 알루미늄 성분 이외에 기계 적 물성 또는 주조성을 향상시키기 위해 구리(Cu), 망간(Mn), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 철(Fe), 등이 다량으로 포함되어 있다. 알루미늄 합금의 구 성성분 중 아노다이징 피막의 형성에 가장 크게 영 향을 주는 합금원소는 Cu, Mg 및 Si이다[1,6-10].

Cu는 양극산화 과정에서 용액에 따라 일부는 용해 되거나 피막 내부에 잔존하여 피막 형성 효율을 떨 어뜨리는 원인이 된다[1]. Mg은 산성용액에서 쉽게 용해되어 용액 중으로 빠져 나감으로써 전류효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 피막 내부에 빈 공간을 남기 기도 한다[1]. Si는 비전도성 입자로서 직접 양극산 화반응에 참여하지는 않으나 표면에 잔존하여 피막 형성을 방해하는 역할을 하여 피막의 불균일한 성 장 및 균열발생의 원인이 되기도 한다[1]. 합금성분 이 달라지면 알루미늄 합금 표면 아노다이징 피막 의 성장속도, 피막 형성전압 및 피막 내 결함이 발 생하는 경향도 달라질 것으로 예상된다.

이에 본 연구에서는 Al6xxx계 합금의 경질 아노 다이징 피막 형성에 미치는 합금성분들의 영향을 관찰하기 위하여 Al6063, Al6061 그리고 Al6082의 세 가지 합금소재에 대하여 정전류 및 정전압 조건 에서 피막 성장 속도, 피막 결함 생성 및 피막 색 상의 관점에서 연구하였다. 또한 Al6xxx계 합금들 을 알칼리 용액에서 에칭하여 표면에 잔존하는 석 출물들의 양을 에칭시간에 따라 관찰하였다.

2. 실험방법

본 연구에서는 Al6xxx계열의 Al6063, Al6061 그 리고 Al6082 의 세 가지 알루미늄 합금 소재를 아 노다이징 실험에 사용하였으며, 소재 공급사로부터 제시된 각 소재의 성분은 아래 표 1에 나타내었다.

시편은 Ø 13 * 5 mm의 크기로 제작을 하였고, 에 폭시에 마운팅한 후 단면을 #2000 SiC paper로 연 마 후 실험에 사용되었다.

아노다이징 처리는 20 Vol.% 황산용액을 사용하 여 0±0.5^oC의 온도 및 300 rpm의 마그네트 교반을 하면서 정전류 및 정전압법으로 행해졌으며, 자세 한 실험 조건은 표 2와 같다. 본 연구에서는 경질 양극산화피막을 빠르게 형성하기 위하여 40 mA/cm² 의 전류밀도 및 18~26 V의 전압을 인가하여 아노 다이징 실험을 행하였다. 아노다이징(Anodizing) 피 막의 두께는 ISOSCOPE (Fischer)를 사용하여 10회 이상 측정하여 평균값을 얻었다. 아노다이징 피막 의 성장속도는 정전압 및 정전류 조건에서 시간에 따른 피막의 두께로부터 계산되었다. 얻어진 아노 다이징 피막의 표면색상은 디지털 카메라로 촬영하 여 소재의 합금성분에 따른 아노다이징 피막색상의

Table 1. Al 6063, 6061 and 6082 alloy compositions.

종류 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Al

Al6063 0.4 0.35 0.1 0.1 0.68 0.1 0.1 0.1 98.07

Al6061 0.6 0.7 0.15 0.15 1 0.04 0.25 0.15 96.96

Al6082 1 0.5 0.1 0.7 0.9 0.25 0.2 0.1 96.25

Table 2. Experimental conditions used for anodizing of Al6xxx alloys.

Parameters Conditions

Electrolyte composition 20 Vol.% H

SO

Electrolyte temperature (

C) 0±0.5

Current density (mA/cm

) 40

Applied voltage (V) 18~26

Treatment time (min) 5~40

Magnetic stirring rate (rpm) 300

변화 양상을 알아보았다. 아노다이징 피막의 단면 은 공초점주사레이저 현미경을 이용하여 관찰되었 다. 알루미늄 6xxx 소재의 합금원소의 량을 알아보 기 위하여 상온의 1 M NaOH 용액에 소재들을 침 지하였으며, 침지시간에 따른 합금 소재들의 표면 양상을 디지털카메라로 사진을 찍어서 분석하였다.

3. 실험결과 및 고찰

3.1 정전류 조건에서 Al6xxx 합금의 아노다이징 (Anodizing) 피막의 형성 특성

그림 1은 정전류 조건하에서 Al6063, Al6061 그 리고 Al6082 세 가지 서로 다른 소재를 이용하여 아노다이징 처리 시간에 따른 피막형성전압의 변화 를 나타내는 그림이다. 세 가지의 시편 모두 아노 다이징 처리 시간에 따라 초기에 피막 형성전압이 서서히 선형적으로 증가하는 구간 및 전압이 빠르 게 지수 함수적으로 상승하는 구간을 나타내었고, 이후 전압의 증가가 멈추고 오히려 감소되는 동일 한 양상을 보여주고 있다. 전압이 초기에 상승하는 것은 피막의 두께가 증가함에 따라 피막내의 기공 의 길이가 길어지는 만큼 저항이 증가하기 때문이 다. 그리고 전압이 중간영역에서 지수 함수적으로 빠르게 상승하는 이유는 피막/소지 계면에서 균열 모양의 결함이 발생하여 피막을 통한 이온의 이동 이 어려워져 저항이 빠르게 상승하기 때문으로 보 고되고 있다[6]. 만약 피막 내부에 형성된 빈 공간 과 같은 결함 내부가 용액으로 채워져 있다면 저항 이 오히려 감소해야 하는데 역으로 저항이 증가한 다는 실험적 사실로부터 양극산화 과정에서 형성된 피막 내부 균열형태의 결함은 산소가스와 같은 기 체로 채워져 있을 것으로 판단된다. 정전류 조건에 서 피막형성전압이 높아지면 저항이 증가한 만큼 더 많은 joule 열이 발생한다. 피막의 저항에 의해 서 발생된 열은 용액의 온도를 올려서 반응식 (1)

~ (3) 과 같이 수소이온과 산화피막의 화학반응을 촉진시킨다.

Al(OH)₃ + 3H⁺ = Al³⁺ + 3H₂O (1) AlOOH + 3H⁺ = Al³⁺ + 2H₂O (2) Al₂O₃ + 6H⁺ = 2Al³⁺ + 3H₂O (3)

따라서 높은 전압하에서 발생된 열로 인하여 양 극산화피막이 화학적으로 퇴화되면 저항이 감소하 여 그림 1에서 보는 것처럼 후반기에 전압이 시간 에 따라 감소되는 현상이 나타난다.

그림 1에서 지수 함수적으로 전압이 빠르게 상승 하기 시작하는 시간은 피막내부의 결함이 발생하기 시작하는 시간으로서 Al6082, Al6061 및 Al 6063 시편의 경우 각각 약 15분, 25분 및 40분으로 나타 났다. 따라서 피막의 내부결함이 존재하지 않는 양 극산화피막은 Al6082 < Al6061 <Al6063 순으로 두 껍게 형성될 수 있다고 할 수 있다. 정전류 조건하 에서 아노다이징 시 산화피막의 결함이 발생되는 시간이 차이가 나는 것은 표 1에서 보는 것처럼 소 재에 포함되어 있는 합금원소의 함유량과 관련이 있는 것으로 판단된다. 즉 합금원소의 량이 많고 알 루미늄의 함유량이 적은 합금일수록 정전류 아노다

Fig. 1. V-t curves of Al6063, Al6061 and Al6082 alloys with anodizing time at 40 mA/cm

, 0±0.5

C and 300 rpm of magnetic stirring in 20% H

SO

solution.

Fig. 2. Thickness of anodic oxide films on different Al

alloys with anodizing time at 40 mA/cm

, 300 rpm and

0±0.5

C in 20% sulfuric acid solution.

이징 조건하에서 더 빠르게 산화피막의 내부결함이 발생하여 파손된다고 할 수 있다.

그림 2는 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가 지 서로 다른 소재를 정전류 조건하에서 아노다이 징 처리하여 얻은 피막의 두께를 처리시간에 따라 보여주는 그래프이다. 정전류 조건하에서 형성된 피 막의 두께는 아노다이징 처리시간에 선형적으로 비 례함을 알 수 있다. 정전류 조건하에서 피막의 성 장속도는 Al6082, Al6061 및 Al6063 시편 모두 약 1.43µm/min로 동일하게 나타났다. 이는 아노다이 징 피막의 두께가 인가된 전하량에 의해서 결정된 다는 것을 증명해 준다고 할 수 있다.

그림 3은 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가 지 서로 다른 소재를 정전류 조건하에서 5분 간격 으로 아노다이징 처리하여 얻은 시편의 표면을 디 지털 카메라를 이용해서 촬영하여 색상의 변화를 보여주는 그림이다. 세 가지의 시편 모두 아노다이 징 처리시간이 경과함에 따라 표면색상이 점점 더 어두워지는 것을 알 수 있다. 그림 3에서 동일한 시간동안 아노다이징 처리 후 얻어진 시편들의 표 면색상을 비교해보면 Al6063 > Al6061 > Al6082 순으로 밝게 나타남을 볼 수 있다. 동일한 두께의 양극산화피막의 경우 합금원소의 함유량이 적을수 록, 즉 알루미늄의 함량이 높을수록 더 밝은 색상

을 나타낸다고 할 수 있다. 합금원소의 함유량이 많 을수록 더 어두운 색상의 아노다이징 피막이 형성 되는 이유는 합금성분들이 피막내부에 입자형태로 잔존하거나 용해되어 불규칙한 기공들을 형성하여 빛의 난반사를 일으키기 때문으로 사료된다.

한편, 그림 3에서 아노다이징 처리된 시편들의 색 상을 비교해 보면, 5분 동안 아노다이징 처리된 시 편은 색상의 차이가 함금원소의 함량에 따라 거의 나타나지 않은 반면 10분 처리한 시편들에서는 색 상의 차이가 뚜렷하게 나타났다. 40 mA/cm²의 정 전류 조건에서 5분 동안 형성된 아노다이징 피막의 두께는 약 7 µm 이고 10분간 형성시킨 피막의 두 께가 약 14 µm (그림 2 참조) 인 점을 고려해보면, 피막의 두께가 7 µm 이상이 되어야 피막의 색상이 어두워진다고 할 수 있다. 결론적으로 경질양극산 화피막의 색상은 어느 임계 두께 이상에서 빠르게 어두워지며, 합금원소의 량이 많을수록 얇은 두께 의 피막에서도 어두운 색상을 나타낸다고 할 수 있다.

3.2 정전압 조건에서 Al6xxx 합금의 아노다이징 (Anodizing) 피막의 형성 특성

그림 4는 정전압 조건하에서 Al6063, Al6061 그 리고 Al6082 소재의 시간에 따른 전류밀도의 변화 를 나타낸 그림이다. 세 시편 모두 특정한 임계전

Fig. 3. Photographs of anodized (a) Al6063, (b) Al6061 and (c) Al6082 alloys for various durations at 40 mA/cm

and 0±0.5

C in 20 vol.% sulfuric acid solution.

압 이상에서는 시간에 따라 전류가 급격하게 증가 하는 버닝 현상을 보이는 반면, 임계전압보다 약 0.5 V 낮은 전압에서는 약 1분까지 전류가 크게 증 가했다가 감소되는 현상이 나타났으며 그 결과 그 림 4에서 보는 것처럼 전류가 peak의 형태로 나타 났다. 정전압 아노다이징 처리 시 전류가 Peak형태

로 나타나는 것은 초기 1분까지는 joule 열로 인하 여 기공이 빠르게 성장하였으나 많은 전류가 흘러 산화피막이 두껍게 형성되었기 때문으로 유추된다.

정전압 아노다이징 조건에서 전류의 Peak이 나타나 는 근본적인 이유는 추후 이어지는 연구에서 자세 하게 논의될 것이다.

알루미늄 6xxx 합금소재의 버닝이 일어나는 임계 전압은 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 시편에서 각 각 21 V, 22.5 V 그리고 23 V로 나타났다. 이는 알 루미늄 시편에 함유된 합금원소의 량이 많을수록 버닝이 더 높은 전압에서 일어남을 보여준다.

Al6063, Al6061 그리고 Al6082 시편의 경우 합금 원소 중 Si 함량이 가장 크게 차이가 나며, 따라서 Si의 량이 많을수록 버닝이 일어나기 어렵다고 할 수 있다. 아노다이징 처리 중 발생하는 버닝현상은 과다한 열의 발생과 연관되어 있을 것으로 판단된다.

과다한 열의 발생은 수소이온에 의한 산화막의 화학 적 용해작용을 가속화시킨다. 그 결과 더 많은 전류 가 흐르고 열의 발생이 더욱 많아져 자기활성적 반 응으로 버닝에 이르는 것으로 사료된다. 알루미늄에 포함된 합금원소의 종류 및 량이 정전압 아노다이징 중 버닝이 일어나는 전압에 미치는 영향은 이어지는 연구에서 더욱 자세하게 연구될 예정이다.

그림 5는 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가 지의 서로 다른 소재를 20 V의 정전압 조건하에서 아노다이징 처리 시간에 따른 전류밀도의 변화를 나타낸 그림이다. 세 가지 시편 모두 초기 전류밀 도가 상승하였다가 아노다이징 처리 시간에 따라 천천히 감소하는 현상을 보였다. 정전압 조건에서

Fig. 4. I-t curves of (a) Al6063, (b) Al6061 and (c)

Al6082 alloys with anodizing time at various applied voltages in 20% H

SO

solution at 0±0.5

C and 300 rpm of magnetic stirring.

Fig. 5. I-t curves of (a) Al6063, (b) Al6061 and (c)

Al6082 alloys with anodizing time at 20 V, 0±0.5

C

and 300 rpm of magnetic stirring in 20% H

SO

solution.

아노다이징 시간에 따른 양극전류밀도의 감소는 일 반적으로 피막의 성장에 따라 저항이 증가하였기 때문으로 해석된다. 따라서 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 시편 모두 20 V에서 안정된 피막 성장이 일 어난다고 할 수 있다.

한편, 초기 전류밀도의 최곳값은 Al6063, Al6061 그리고 Al6082의 시편에서 각각 약 37 mA/cm², 32 mA/cm² 그리고 23 mA/cm²로 나타났다. 또한 동 일한 아노다이징 시간에서의 전류밀도 값을 비교해 보면 Al6063 > Al6061 > Al6082순으로 나타났다.

이는 동일한 인가전압 하에서 합금원소의 량이 적 고 알루미늄 함량이 많을수록 흐른 전하량이 높아 짐을 보여준다. Al6063, Al6061 그리고 Al6082의 시편에서 가장 큰 차이는 Si의 함량이다. 부도체인

Si성분은 양극전압 하에서 이온화되지 않고 아노다 이징 피막 내부에 남아서 전류가 흐르는 것을 어렵 게 하는 역할을 한다. 따라서 그림 5에서 동일한 전압에서 흐른 전류밀도가 다르게 나타난 것은 Si 의 함량이 다르기 때문으로 해석할 수 있다.

그림 6은 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가지 서로 다른 소재를 이용하여 20V의 정전압 조건하에 서 시간에 따른 아노다이징 피막의 두께를 측정하여 나타낸 그래프이다. Al6063, Al6061 그리고 Al6082 의 피막 성장속도는 각각 0.63 µm/min, 0.46 µm/min 그리고 0.38 µm/min으로 나타났다. 합금원소의 함량 이 적고 순 알루미늄 량이 높을수록 아노다이징 피 막 성장 속도는 빠름을 알 수 있다. 이는 합금원소의 함량이 높을수록 아노다이징 피막의 성장이 억제된 다고 할 수 있다. 일반적으로 아노다이징 피막의 두 께는 그림 2에서 보는 것처럼 흐른 전류량에 비례한 다. 그림 6과 같이 정전압에서 합금성분의 량이 많 을수록 아노다이징 피막의 성장속도가 느려진 것은 그림 5에서 전류밀도가 합금원소 량이 많을수록 낮 아지는 현상으로 설명할 수 있다. 즉, 아노다이징 피 막은 소재의 합금성분 함량이 적을수록 정전압에서 더 빠르게 성장한다고 할 수 있다.

그림 7은 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가 지 다른 시편을 20 V에서 40분 동안 형성된 아노 다이징 피막의 단면을 보여주는 결과이다. 아노다 이징 피막의 두께는 Al6063 > Al6061 > Al6082 순으로 두껍게 나타났으며 이는 그림 6의 결과와 잘 일치한다.

3.3 알칼리 에칭 시간에 따른 Al6xxx 합금의 표면 색상 변화

그림 8은 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가

Fig. 6. Thickness of anodic oxide films on (a) Al6063,

(b) Al6061 and (c) Al6082 alloys with anodizing time at 20 V, 0±0.5

C and 300 rpm of magnetic stirring in 20%

H

SO

solution.

Fig. 7. Cross-sectional CSLM (Confocal Scanning Laser Microscopy) images of (a) Al6063, (b) Al6061 and (c)

Al6082 alloys anodized for 40 min at 20 V and 0

C in 20% sulfuric acid solution.

지 소재의 시편을 1M 수산화나트륨 용액에서 에칭 시간에 따른 표면 색상의 변화를 보여주는 디지털 카메라 사진이다. 에칭 처리 시간이 증가함에 따라 Al6082시편은 전체적으로 검게 변하는 반면 Al6063 시편은 어두워지지 않고 50분 에칭 후에도 밝은 색 상을 그대로 유지하고 있다. 일반적으로 알루미늄합 금을 알칼리에서 에칭하면 합금원소를 포함한 석출 물들이 표면에 잔존하여 검게 변한다. 따라서 6063합 금의 경우 함금원소에 의한 석출물들이 거의 없다고 할 수 있는 반면, Al6082 합금에서는 석출물들이 다 량으로 존재한다고 할 수 있다. 한편, Al6061 시편에 서는 알칼리 에칭 후 검은색 스머트가 국부적으로 몰 려 있는 형태로 관찰되었으며, 스머트의 량은 Al6082 보다는 적고 Al6063보다는 많은 것으로 나타났다.

Al6xxx 계열의 합금인 경우 Si과 Mg을 주요 합 금원소로 한다. Si의 경우 부도체이면서 양극산화 과정 중에 반응하지 않고 표면에 남아서 전류의 흐 름을 방해하는 역할을 때문에 아노다이징 피막의 성장을 방해한다. Mg의 경우에는 황산용액에서 쉽 게 용해되어 소모되기에 아노다이징 피막 형성효율 을 저하시킨다. 본 연구에서 사용된 세 가지 소재 는 Si 함량이 다른 소재로서 Si을 함유한 석출물들 이 아노다이징 피막 형성에 가장 크게 영향을 준 것으로 판단된다. Si과 Mg을 포함하고 있는 석출 물들이 아노다이징 피막 구조, 성장 속도 및 형성 효율에 미치는 영향에 대한 연구는 추후 더 자세하 게 진행될 예정이다.

4. 결 론

본 연구에서는 Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가지 서로 다른 소재를 이용하여 알루미늄 합금원 소가 아노다이징 피막의 성장속도, 결함 발생 그리 고 색상의 변화에 대하여 어떠한 영향을 미치는지 정전류 및 정전압 조건 하에서 연구한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가지 서로 다른 소재를 이용하여 40 mA/cm²의 정전류 조건하 에서 실험한 결과, 피막내부의 결함이 발생하여 전 압이 지수 함수적으로 빠르게 상승하는 시간은 각 각 약 40분, 25분 그리고 15분으로 나타났다. 이는 소재 내에 포함되어있는 합금원소의 함량이 높고, 알루미늄의 함량이 적을수록 산화피막의 내부결함 이 빠르게 발생하여 피막이 더 얇은 두께에서 쉽게 파손된다고 할 수 있다.

2. Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가지 소재 를 이용하여 20V의 정전압 조건하에서 아노다이징 처리를 하였을 때, 피막 성장 속도는 각각 0.63 µm/

min. 0.46µm/min 그리고 0.38 µm/min으로 나타났다.

합금성분의 함량이 적을수록 아노다이징 피막 성장 속도는 빠르게 나타났으며, 이는 합금성분이 많을수 록 아노다이징 피막의 성장이 억제됨을 의미한다.

3. Al6063, Al6061 그리고 Al6082 세 가지의 시 편을 이용하여 피막 성장에 따른 표면색상을 관찰 한 결과 동일한 피막 두께에서 Al6063 > Al6061 >

Fig. 8. Photographs of Al6xxx alloys with etching time at RT in 1 M NaOH solution.

Al6082순으로 밝게 나타났다. 또한 합금 내 석출물 의 양은 Al6063 < Al6061 < Al6082순으로 나타났 다. 이는 합금원소의 함유량이 적을수록 동일한 두 께의 양극산화피막에서 더 밝은 아노다이징 피막을 형성시킬 수 있음을 보여준다.

감사의 글

This research was financially supported by a research grant of general research program of KIMS.

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