1. 화성 처리의 개요
먼저 화성처리의 정의부터 알아보도록 하겠습니다. 금속 표면에 화학적으로 산화막이나 무기염의 얇은 피막을 만드는 것으로 이때 만들어지는 화합물층은 반드시 그 금속의 화합물일 때에만 화성처리라고 합니다. 화성 처리의 주목적은 방청 피막 또는 도장하지를 만드는 것입니다.
2. 크로메이트 처리
크로메이트 처리란, 6가 크롬을 함유하는 처리액 중에 담금법 또는 전해 방법으로 각종 금속 표면에 크롬 화합물 피막을 만들어 주는 처리입니다. 보통 아연이나 카드뮴 도금의 광택 및 내식성 향상과 구리, 황동, 은, 주석, 철강, 알루미늄 등의 방식 및 변색 방지 또는 도장의 전처리 등으로 이용되고는 합니다.
광택 크로메이트 처리공정을 살펴보면 도금 → 수세→ 질산에 담금→ 크로메이트 처리 → 수세→ 건조 의 과정을 거쳐 처리가 됩니다. 중화는 유색일 때 수산화나트륨(5%)이나 탄산나트륨(5-10%, 50-60℃) 용액에 수초동안 담그고 탕• 수세 및 건조는 50~60℃가 좋으며 고온이면 내식성이 나빠지고 피막 강도가 약해지는 것을 알 수 있습니다.
크로메이트 처리액의 종류와 농도를 나누어 살펴보겠습니다.
1) 카드뮴 도금의 크로메이트 처리액
- 중크롬산나트륨 5-10g/ℓ, 황산 0.3~0.7ml/l, 질산 2-4ml/l
2) 구리 크로메이트 처리액
- 중크롬산나트륨 30g/ℓ, 질산 132ml/e, 나세트산 150g/l, 염화나트륨 52.4g/l
3) 은의 크로메이트 처리액
- 중크롬산나트륨 13.4g/ℓ, 시안화나트륨 2~20g/l, pH 6.1~10.7, 담금 시간 3-6분 또는 음극처리를 할 수 있음.
4) AI 크로메이트 처리액
크롬산나트륨 16.9g/ℓ, 탄산나트륨 56.3g/l, 규산나트륨 0.08 ~ 1.2g/l, 95℃, 8~10분
또는 크롬산 10g/ℓ, 인산 65g/ℓ, 산성 플루오르화나트륨 5g/l
3. 인산염 피막처리
인산염 피막 처리는 아연 도금 제품 및 AI 등을 희석된 인산염에 처리하여 내식성을 지니는 피막을 형성하는 기술입니다. 제품이 소형일 때는 바벨을, 대형일 때는 스프레이법 및 첨지법이 널리 사용되는데 반응을 빨리하기 위하여 촉진제로 구리 이온을 함유한 액에서 처리하는 것을 본데라이징(bonderrizing)이라고 합니다.
인산염 피막 생성 기구 및 처리액 조성 관리를 살펴보겠습니다. 먼저 인산염 처리액의 조성을 살펴보면 Mn(H2PO4) 2, Zn(H2PO4) 2, Fe(H2PO4) 2, H2PO4 등의 한 가지 또는 몇 가지 성분이 혼합된 3% 내외의 묽은 액으로 이루어져 있습니다. 처리액의 관리는 유리 산도, 전산도 및 철분 등을 측정하여 관리하고 일반적으로 처리액 10ml를 0.1 N NaOH로 적정하는데 브롬 페놀 블루 지시약(pH 3.8)으로 하여 유리 산도를 측정하고 있습니다. 또 페놀프탈레인을 지시약(pH 8.4)으로 하여 전산도를 추정하는데 촉진제가 함유되지 않은 액은 산비가 5-7, 촉진제가 함유된 액은 산비를 10-20으로 관리하고 있습니다.
4. 인산염 처리 공정
인산염 처리 공정을 순서대로 살펴보겠습니다.
사전 처리→표면 청정 → 수세→ 피막 화성 → 수세→봉공 처리 → 건조→ 사후처리→마무리 작업 의 순서대로 공정이 이루어집니다.
사전 처리란 조립되어 있는 것을 해체하여, Zn, Al 등 산성 용액에서 쉽게 반응되는 부분을 제거하고 피막을 하지 않을 부분은 내산 도료를 칠하는 과정을 말합니다.
표면 청정 과정은 탈지를 충분히 하고 기계 부품은 유기 용제 탈지가 좋으며 알칼리 탈지는 삼가합니다. 주물은 산, 알칼리 처리를 피하고, 특수강 등은 산세 하지 않는 것을 기억해야 합니다. 유기 용제 탈지 후에 와이어 브러싱하며 산세 후에 반드시 중화액으로 중화해야 합니다.
피막 화성은 종류에 따라 시간과 온도가 달라지는데 방청, 내멸용일 경우 망간계는 고온(93-99℃)에서 10~70분 담금 처리하여야 하고 방청 도장 바탕용 아연계는 고온(80~95℃)에서 10~45분 담금 처리합니다. 도장 바탕 소성 가공 윤활용 아연계는 중온(45-75℃)에서 1~10분 담금 또는 분무처리합니다. 도장 바탕 또는 비닐 코팅 바탕용 철계는 저온(40~70℃)에서 1-3분 동안 분무 처리 해주고 도장 바탕용 인산 아연계는 중온(60~75℃)에서 장시간(8~20분) 담금 처리하여 공정을 마무리합니다.
봉공 처리란 피막의 방청성을 향상시키기 위해서 거치는 처리 과정으로 크롬산 또는 크롬산과 인산의 묽은 수용액 중에서 처리하는 것이 효과적입니다. 처리액의 관리는 전산도와 유리산을 적정하는 방법으로 합니다.
5. 인산염 피막 형성에 영향을 끼치는 인자
인산염 피막 형성에 영향을 끼치는 인자는 크게 4가지로 나누어 볼 수 있는데 처리액의 농도, 처리 온도, 피막을 완성시키는데 필요한 시간을 좌우하는 인자, 촉진제의 종류와 영향 이 그것입니다.
1) 처리액의 농도
각 처리액을 통하여 산의 비(전산도를 유리 산도로 나눈 값)가 가장 중요 합니다. 산의 비가 낮으면 부식 반응이 너무 강해서 피막 형성이 길게 되어 거친 결정성 피막이 됩니다. 또한 산의 비가 너무 높으면 부식 반응의 개시가 늦어서 좋은 피막의 형성이 안 될 수 있습니다. 그리고 전산도가 너무 높으면 유리산의 절대량이 많아지므로 좋지 않고 약제의 소비량이 많아지게 됩니다.
2) 처리 온도
처리액 온도는 인산염의 해리도에 관계하여 피막 생성 반응에 영향을 주게 되는데 단순 인산망간법은 액온이 93℃ 이상인 조건에서 실시하는 것이 좋습니다.
3) 피막을 완성시키는데 필요한 시간을 좌우하는 인자
피막의 성분 조성(인산망간, 인산아연 등 처리 피막의 종류), 염의 농도와 산의 비 및 촉진제의 유무와 이의 질과 양 , 가공품의 재질과 표면 상태 및 시공 방법(담금 또는 스프레이) 이렇게 3가지를 보통 피막을 완성시키는데 필요한 시간을 좌우하는 인자로 보고 파악하고 있습니다.
4) 촉진제의 종류와 영향
유리 인산의 철과의 반응을 전기 화학적으로 촉진시키면서도 피막의 화성을 빠르게 하는 효과가 있습니다. 또한 Ni 또는 Co 이온이 처리액 중에 있게 되면 표면 산화된 강의 피막 화성에는 좋은 효과를 줍니다. 질산근, 질소산근, 아질산근과 같은 산화제가 처리액 중에 있으면 피막 화성반응을 크게 촉진하여 반응이 일어나고 히드록실아민, 아황산과 같은 환원제도 수소 기체가 발생하는 금속의 부식반응의 과정에서 산화제 역할을 하고 있습니다. 산화제의 양은 처리액의 유리 산도와 상관관계가 있어 너무 많으면 철 표면을 수동 태화하며 피막의 화성을 저해하니 잘 파악하는 것이 중요합니다.