아노다이징(양극 산화)은 알루미늄 부품에 수행되는 가장 일반적인 후처리 공정 중 하나입니다. 알루미늄 부품을 일련의 탱크에 담가 알루미늄 표면을 내구성과 내식성이 뛰어난 마감으로 변환하는 전기화학적 공정입니다.
아노다이징이 특정 부품에 적합한 선택인지 판단하려면 제품 설계자가 알루미늄의 강도, 두께, 색상, 열전도율에 미치는 영향을 먼저 이해해야 합니다.
이 글에서는 아노다이징 알루미늄에 대한 자주 묻는 질문 5가지에 답합니다. 가공 제품에 아노다이징을 적용하려는 분들을 위한 글입니다!
아노다이징 공정은 깨끗한 알루미늄 부품을 전해질 화학 욕조에 담가 처리하는 것입니다. 이 화학 욕조는 일반적으로 황산 또는 크롬산(전도성 용액)으로 구성됩니다.
다음으로 이 화학 욕조에 직류 전류를 가해 알루미늄 부품에 양전하를, 전해질 판에 음전하를 만듭니다. 이로 인한 전기화학 반응으로 부품 표면에 기공이 생깁니다. 이 기공이 전해질 내 음전하 O₂ 이온과 결합해 부품 표면에 세포형 산화층(알루미늄 산화물)을 형성합니다.
이미지 출처: Vicente Neto, CC BY 4.0, via Wikimedia Commons
이 알루미늄 산화층은 하부 알루미늄 기판보다 더 내구성이 강하고 내식성이 뛰어납니다. 하지만 거의 모든 알루미늄 부품은 대기에 노출되면 자연적으로 알루미늄 산화층을 형성합니다. 그렇다면 아노다이징 공정의 차별점은 무엇이며, 자연적으로 발생하는 것을 왜 굳이 공정을 거쳐 달성하려 할까요?
일반 알루미늄 부품을 대기에 노출하면 표면에 알루미늄 산화층이 형성됩니다. 하지만 이 층은 보통 매우 얇고, 긁히거나 오염된 공기 중에서는 쉽게 마모됩니다.
그러나 아노다이징된 알루미늄 부품은 알루미늄 산화물이 알루미늄 기판 깊숙이 형성됩니다. 예를 들어, 전기화학 반응으로 형성된 기공(세포형 산화층)은 최대 25미크론까지 도달할 수 있습니다. 결과적으로 거의 모든 화학적 공격에도 견디는 내식성, 내스크래치성 알루미늄 부품을 얻을 수 있습니다.
재료 경도 시험기
아노다이징은 알루미늄 부품을 더 강하게도, 약하게도 만들지 않습니다. 대신 알루미늄의 경도를 높입니다. 경도는 알루미늄 부품이 표면 압입, 긁힘, 마모에 저항하는 성질을 말합니다. 예를 들어, 아노다이징된 알루미늄 부품은 원래 알루미늄 합금보다 3배 더 단단할 수 있습니다.
또한 아노다이징 알루미늄 부품은 구리, 스테인리스강 같은 다른 금속보다 일반적으로 가볍습니다. 이 독특한 특성은 경량 금속이 필요한 항공우주 응용 분야에 이상적입니다.
열전도율은 물질이 열을 전달하거나 전도하는 능력을 말합니다. 이 능력은 열유량, 물질 두께, 표면적이 증가할수록 향상됩니다.
아노다이징이 알루미늄 부품 표면에 추가 산화층을 형성하므로, 부품의 두께와 표면적이 증가한다고 볼 수 있습니다. 결과적으로 아노다이징 알루미늄은 미가공 알루미늄 부품보다 열전도율이 향상됩니다. 이로 인해 아노다이징 알루미늄 부품은 전자기기 및 기타 열 시스템의 히트싱크 응용 분야에 이상적입니다.
아노다이징은 일반적으로 MIL-A-8625 표준에 따라 세 가지 유형으로 분류됩니다:
유형 I 아노다이징 공정은 크롬산 아노다이징이라고도 하며, 크롬산 화학 욕조를 사용해 알루미늄 표면에 코팅(산화층)을 형성합니다. 얇은 코팅(최대 2.5미크론)을 생성하며 최소한의 내식 보호와 페인트 접착이 필요한 용도에 적합합니다.
유형 II 아노다이징 공정은 황산 화학 욕조를 사용해 알루미늄 부품에 산화층을 형성합니다. 이 유형은 최대 25미크론 두께의 산화층을 생성해 유형 I보다 내식성이 더 뛰어납니다. 또한 더 두꺼운 산화층(과 기공)을 가지므로 유형 I보다 염료 유지와 착색이 더 잘 됩니다.
유형 III 아노다이징 공정은 경질 아노다이징이라고도 하며, 25미크론보다 두꺼운 산화층을 생성합니다. 유형 II처럼 황산을 화학 욕조로 사용하지만, 이 공정에서는 전류가 유형 II보다 더 오래 흐르도록 합니다. 이로 인해 더 두꺼운 층을 생성할 수 있고 유형 I, II보다 내식성이 더 뛰어납니다.
알루미늄 제품을 보호하면서 비용을 절약하려 한다면 아노다이징은 훌륭한 선택입니다. 이 공정은 도장보다 훨씬 우수하며, 집에서 훨씬 저렴한 비용으로 할 수 있습니다.
실제 공정 비용은 거주 지역과 아노다이징하려는 부품에 따라 달라집니다. 부품이 클수록, 코팅이 경질일수록 비용이 더 듭니다. 하지만 여전히 집에서 하는 것이 더 저렴하고 빠릅니다.
대량으로 알루미늄을 아노다이징할 때는 장비를 환기가 잘 되는 곳에 설치하는 것이 중요합니다. 또한 물품을 대량 구매하면 비용을 절약할 수 있습니다.
황산 구매는 거주 지역에 따라 어려울 수 있지만, 보통 소화기 용품점이나 과학/화학 용품 회사에서 구할 수 있습니다. 다만 대량 구매 시 면허나 허가가 필요할 수 있으니 지역 당국에 먼저 확인하세요.
알루미늄 아노다이징에 필요한 대부분의 재료는 기본적이고 구하기 쉽습니다. 비용도 상대적으로 저렴합니다. 집에서 정기적으로 하려면 나만의 아노다이징 스테이션을 구축하는 것도 좋습니다.
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아노다이징 스테이션을 설치할 환기가 잘 되는 장소를 찾으세요. 고글, 장갑, 호흡기 착용은 필수입니다.
위 목록 외에도 작업을 더 쉽게 해주는 몇 가지 선택적 아이템이 있습니다:
위에 나열된 모든 것을 준비했다면 아래 단계를 따르세요.
1 – 철수세미나 약간 연마성인 식기 세척 패드로 아노다이징할 알루미늄 표면을 문질러 가공 자국을 제거합니다.
2 – 장갑, 고글 등 모든 안전 장비를 착용합니다.
3 – 탈지제로 부품을 세척한 후 증류수로 씻습니다.
4 – 가성소다 용액을 준비합니다(보통 10~20%). 물 1갤런당 가성소다 약 4큰술을 넣습니다. 순수한 증류수와 섞고 부품을 담급니다. 고무장갑을 끼고 용액이 알루미늄 표면을 세척하면서 기포가 올라올 때까지 몇 분 기다립니다. 5분을 넘기지 마세요.
5 – 부품을 가성소다 욕조에서 꺼내 증류수로 씻습니다. 부품이 깨끗한지 확인하세요. 물이 표면에서 구슬처럼 맺히면 몇 번 더 씻으세요.
6 – 알루미늄 또는 티타늄 와이어에 부품을 걸어 랙킹합니다. 견고한 연결이어야 하며, 와이어가 닿은 부분은 아노다이징되지 않으므로 위치를 신중히 선택하세요.
7 – 황산을 증류수에 부어 욕조를 만듭니다. 산 1부와 증류수 3부를 섞습니다. 주변 온도와 관계없이 욕조 온도를 70°F(약 21°C)로 유지하는 것이 필수적입니다. 이 온도에서 벗어나면(65°F 미만 또는 70°F 초과) 공정이 망가지고 결과가 실망스러울 수 있습니다.
8 – 음극을 탱크에 넣되, 아노다이징할 부품과 닿지 않게 합니다. 아노다이징할 부품은 탱크에 매달아 아무것도 닿지 않게 합니다. 소형 히터와 온도계도 추가합니다. 욕조 표면을 탁구공으로 덮어도 됩니다.
9 – 욕조 온도가 70°F가 될 때까지 공정을 시작하지 마세요.
10 – 전원을 연결해 양극을 배터리나 전원의 플러스 단자에, 음극을 음극(캐소드)에 연결합니다. 여기서부터 욕조에서 위험한 연기가 발생하므로 주의해야 합니다.
11 – 아노다이징하려는 표면적에 따라 전류를 설정합니다. 경질 표면을 원하면 제곱인치당 0.03암페어, 염료 흡수를 위한 부드러운 표면은 0.02암페어로 설정하세요.
12 – 처음에는 16볼트로 시작하는 것을 권장합니다. 온라인 계산기가 도움이 될 수 있지만, 가정에서는 16볼트가 적당합니다. 중요한 것은 공정 진행 중 탱크 온도를 주시하는 것입니다. 공정 중 온도가 오르는 경향이 있으므로 방치할 수 없습니다.
13 – 아노다이징 공정이 시작되면 염료 가열을 시작합니다. 대부분 색상은 140°F(약 60°C)에서 잘 작동하지만 일부 색상은 식혀야 할 수 있습니다. 페인트 브랜드마다 조금씩 다르므로 실험이 필요합니다.
14 – 증류수 탱크와 산 중화제 탱크를 각각 준비합니다.
15 – 완료되면 전원을 끄고 부품을 탱크에서 꺼내 증류수에 15초간 담급니다. 중화제 탱크에서 약 5분간 헹굽니다. 중화제에서 5분간 한 번 더 헹군 후 다시 증류수로 헹구고 염료에 담급니다. 부품이 즉시 색을 흡수하지만 원하는 농도에 따라 약 15분간 담가둡니다.
16 – 염색 공정이 완료되면 부품을 15분간 끓입니다. 염료를 경화시켜 단단한 실링을 보장합니다.
이제 아노다이징 마감에 대해 어느 정도 아셨으니, 아노다이징 알루미늄 부품이 일반 알루미늄 부품보다 여러 이점을 제공한다는 데 동의하실 겁니다. 하지만 아노다이징 공정은 보이는 것만큼 간단하지 않습니다: 특수 기술과 전문성이 필요합니다.
Gensun Precision Machining은 아시아 전역에 고품질 제조 서비스를 제공하는 선도 기업입니다. 최첨단 CNC 가공 기술로 제품을 정밀하게 제작할 뿐만 아니라, 알루미늄 아노다이징 마감을 포함한 광범위한 표면 처리 서비스도 제공합니다.
참고: 이 기사는 2021년 4월 최초 발행되었으며 2022년 5월 업데이트되었습니다.
산업기술
알루미늄 양극 산화는 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 양극으로, 납판을 음극으로 하여 황산, 옥살산, 크롬산 등의 수용액에서 전기분해하여 표면에 산화막을 형성하는 것입니다. 그중 황산 양극 산화가 가장 널리 사용됩니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금 황산 양극 산화 피막은 흡착력이 높고 밀봉이나 착색이 용이하며 내식성과 외관이 개선됩니다. 양극 산화 피막 두께는 일반적으로 3~15µm입니다. 알루미늄 합금 황산 양극 산화 공정은 조작이 간단하고 전해액이 안정적이며 비용이 높지 않아 성숙한 공정 방법입니다. 그러나 황산 양극 산화 공정 중
CNC 가공은 단단한 플라스틱 또는 금속 블록을 깎아내는 감산 제조 공정입니다. 대부분 가공에 익숙하지만, 프로토랩스에서 무엇이 독특할까요? 당사의 신속 CNC 가공 서비스에 대해 가장 자주 받는 몇 가지 질문입니다. 이 답변들은 귀하의 설계를 CNC 가공에 최적화하고 제품 개발 노력을 어떻게 개선할 수 있는지 결정하는 데 도움이 될 것입니다. 1. 프로토랩스 CNC 가공 공정의 독특한 점은 무엇인가요? 최소 수량을 최대한 빠르게 가공하기 위해 기존 기계 공장과 약간 다르게 작업합니다. 3D CAD 파일을 protolabs.co
