양극 산화 공정 흔한 문제점: 원인 분석 및 예방 대책

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 다양한 결함이 불가피하게 발생하여 산화막 품질에 영향을 미칩니다.

결함 원인을 심각하게 요약 분석하고 효과적인 예방 조치를 취하는 것은 알루미늄 합금 황산 양극 산화 품질 향상에 중요한 실용적 의의가 있습니다.

(1) 알루미늄 합금 제품이 황산 양극 산화 처리 후 부분적으로 산화막이 형성되지 않아 육안으로 보이는 어두운 반점이나 줄무늬가 나타나고, 산화막에 고막종(tympanic tumors)이나 공동(cavities)이 생깁니다. 이러한 결함은 드물지만 발생합니다.

위 결함의 원인은 일반적으로 알루미늄 및 알루미늄 합금의 조성, 구조, 상 균일성과 관련되거나, 전해액에 용해된 일부 금속 이온이나 부유 불순물과 관련됩니다. 알루미늄 및 알루미늄 합금의 화학적 조성, 구조, 금속 상 균일성은 산화막 형성과 성능에 영향을 미칩니다. 순알루미늄이나 알루미늄-마그네슘 합금의 산화막은 쉽게 형성되고 막 품질도 좋습니다. 알루미늄-실리콘 합금이나 구리 함량이 높은 알루미늄 합금의 경우 산화막 형성이 더 어렵고, 생성된 막은 어둡고 회색이며 광택이 나쁩니다. 표면에서 금속 상 불균일, 구조 편석, 미세 불순물 편석, 부적절한 열처리로 인한 각 부분의 불균일 구조가 발생하면 선택적 산화나 선택적 용해가 일어나기 쉽습니다. 알루미늄 합금 내 국부 실리콘 함량이 편석되면 국부적으로 산화막이 없거나 검은 점/줄무늬가 생기거나, 국부적 선택적 용해로 구멍이 생기기도 합니다. 또한 전해액에 과도한 부유 불순물, 먼지, 구리/철 같은 금속 불순물 이온이 있으면 산화막에 검은 점이나 줄무늬가 나타나 내식 성능에 영향을 줍니다.

(2) 같은 탱크에서 처리된 양극 산화 부품 중 일부는 산화막이 없거나 얇거나 불완전하고, 일부는 지그와 부품 접촉 부분에서 소손과 부식이 발생합니다. 이러한 결함은 유산 양극 산화 공정 실무에서 자주 발생하여 알루미늄 합금 양극 산화 품질을 심각하게 저해합니다.

알루미늄 산화막의 우수한 절연성 때문에 알루미늄 합금 부품은 양극 산화 전 일반 또는 특수 지그에 단단히 장착하여 양호한 전기 전도성을 보장해야 합니다. 전도봉은 구리 또는 구리 합금 재료로 만들고 충분한 접촉 면적을 확보해야 합니다. 지그와 부품 접촉점에서 전류의 자유로운 통과를 보장하면서 지그와 부품 간 접촉 자국을 최소화해야 합니다. 접촉 면적이 너무 작고 전류 밀도가 너무 크면 과열되어 부품과 지그가 쉽게 타버립니다. 산화막이 없거나 불완전한 것은 주로 지그와 공작물 간 접촉 불량, 전도성 불량, 또는 지그의 산화막이 완전히 제거되지 않았기 때문입니다.

(3) 알루미늄 합금 황산 양극 산화 처리 후 산화막이 느슨해지고 분말화되며 손으로 만지면 떨어지고, 특히 봉공 밀봉 후 부품 표면에 심각한 분말층이 나타나 내식성이 나쁩니다. 이런 유형의 결함은 주로 여름에, 특히 냉각 장치가 없는 황산 양극 산화 탱크에서 발생합니다. 1~2탕 부품 처리 후 느슨한 분말화가 나타나 산화막 품질에 명백히 영향을 미칩니다.

알루미늄 합금 양극 산화막의 높은 저항 때문에 양극 산화 공정 중 다량의 줄 열(Joule heat)이 발생합니다. 셀 전압이 높을수록 발생 열이 커져 전해액 온도가 지속적으로 상승합니다. 따라서 양극 산화 공정 중 교반 또는 냉각 장치를 사용하여 전해액 온도를 일정 범위 내로 유지해야 합니다. 정상적으로 온도는 13~26℃로 제어해야 산화막 품질이 좋습니다. 전해액 온도가 30℃를 초과하면 산화막이 느슨해지고 분말화되며 막 품질이 나빠지고, 심한 경우 '소손(scorching)' 현상이 발생합니다. 또한 전해액 온도가 일정할 때 양극 전류 밀도도 제한해야 합니다. 양극 전류 밀도가 너무 높으면 온도가 급상승하고 산화막도 쉽게 느슨해지거나 모래알 같은 상태가 되어 산화막 품질에 매우 해롭습니다.

(4) 가끔 알루미늄 합금 황산 양극 산화 후 산화막이 어둡고 광택이 없으며, 때로는 공극 부식(pitting corrosion)이 발생합니다. 심한 경우 검은 공극 부식이 심해 부품이 폐기되고 큰 손실이 발생합니다.

이런 결함은 우발적으로 발생하며 특수한 원인이 있습니다. 알루미늄 합금 양극 산화 공정 중 전원이 차단되었다가 다시 투입되면 산화막이 어둡고 광택 없게 되는 경우가 많습니다. 전원 차단된 부품이 세척 탱크에 너무 오래 머물거나, 세척 탱크가 너무 산성이거나, 수질이 불량하여 부유물, 진흙, 모래가 많으면 알루미늄 합금 부품의 전기화학적 부식과 공극 부식 검은 반점을 유발하기 쉽습니다. 때로는 전해액에 수돗물을 추가하는데, 표백분 처리된 물의 Cl⁻ 함량이 기준을 초과하거나, HCl 함유 용기를 완전히 세척하지 않고 황산을 넣어 양극 산화 전해액에 과도한 Cl⁻이 혼입되기도 합니다. 그 결과 알루미늄 합금 부품의 양극 산화에서 공극 부식이 발생하여 제품이 폐기됩니다.