표면처리

1. 기초이론
금속표면처리의 목적은 부식을 방지하는 방식성, 색채 및 광택을 향상시키는 장식성, 경도, 내마모성, 내열성 등을 향상시키는 기능부여 등을 근본적인 목적으로 하고 있다.
금속표면처리의 종류에는 도금, 양극산화, 화성처리, 도장, 라이닝, 코팅, 표면경화 등이 있다.

1.1 도금(Plating)
금속의 표면이나 비금속 표면에 다른 금속을 사용하여 피막을 만드는 처리이며, 처리방법으로서는 전기도금, 화학도금, 용융도금, 진공도금, 침투도금, 이온도금 등이 있다.

1> 전기 도금
전기에너지를 이용하여 금속 또는 비금속 소지에 다른 금속의 피막을 만들어 주는 방법이며, 용도로서는 장식품, 공업용품등 용도가 가장 넓다.

2> 화학 도금
화학변화를 이용하여 금속 또는 비금속 표면에 다른 금속의 피막을 만들어 주는 방법이며, 용도로서는 플라스틱 제품, 금속제품의 일부위에 도금하는데 사용된다

3> 용융 도금(Dipping Plating)
금속을 도금하고자 하는 금속의 용융체에 담가서 용융금속의 피막을 만들어주는 방법이며, 용도로서는 아연 및 주석 도금강판, 아연도 파이프 등에 이용된다.
― 현재 Zn이 이온상으로 Fe위에 도금
― Zn 및 Sn 도금 강판, 아연 도금 파이프 등에 이용됨

4> 진공 증착도금(Evaporation Deposition)
금속 또는 비금속 표면에 다른 금속을 진공내에서 증발시켜 금속 피막을 만드는 방법으로서, 용도로서는 각종 플라스틱 장식품, 장신구, 렌즈등에 사용된다.
(증발 가스가 직선 운동을 하기 때문에 밀착성이 낮다)
(Noble metal Coating)

5> 침투 도금(확산도금)
금속에 다른 금속을 확산침투 시켜서 합금의 피막을 만들어 주는 방법(Carburizing, Nitriding)이며, 용도로서는 내식 및 내열등의 목적에 사용된다.

6> 이온 도금(Ion Plating)
Glow 방전으로 금속이나 가스를 (+)로 이온화시키고, (-)로 가속하여 음극소지에 피막을 만드는 방법으로서, 용도로서는 각종 금속, TiN, TiC등으로 내열, 내마모성 피막생성, 금색 코팅에 사용된다.

7> 음극 스퍼터링(Cathode Sputtering)
진공 내 플라즈마 중에서 Ar＋이온(+)의 입자로 음극물질을 때림으로서, 음극물질이 튕겨 나온 것이 진공내의 피도금물체에 피막을 만들게 되는 원리이며, 용도로서는 전자, 자동차부품 등 금속 및 비금속위의 금속피막을 만드는데 사용된다.
(밀착성이 매우 강하다.)
(레코오드판, 전자, 자동차 부품, 박막 제조 등에 이용됨.)

8> 금속 용사(Thermal Spraying)
금속 표면에 다른 용융금속을 분무기로 뿌려서 피막을 만들어 주는 방법이며, 용도로서는 유류 탱크 및 탱크의 내부, 마모된 부분의 보수등에 사용된다.

9> 하지 도금
금속표면에 최종도금을 하기 전, 도금물질과 소지의 밀착성이 좋지 않을 경우에 그 사이에 최종도금을 하기 위한 목적으로 도금해주는 것을 말한다.
(Fe에 Cr 도금이 잘 되지 않으므로 Cu를 먼저 도금한 다음 Cr 도금을 함.)
(공해문제가 단점)

1.2 화성처리(chemical coating)
금속 표면에 일종의 화학피막을 만들어 주는 화학적인 처리를 말하며, 처리방법으로서는 인산염 피막처리, 크로메이트 처리, 착색등이 있다.

1> 정의
금속 표면에 화학 변화를 일으켜서 인산염(인산망간, 인산 아연, 인산철 피막 등과 복합 피막)피막 또는 산화 피막 등을 제조함.
방식 및 도장 하지용 피막, 금속 착색 등에 이용됨.

2> 내용
― sintering (고체의 경우 반응이 느림)
― 고체 : diffusion 이동
― 액상 : ion 이동
― 기상 : 분자상 이동

3> 인산염 피막
― Mn염 사용, 공구에 주로 이용, 방청, 도장 하지 처리, 마모 윤활

4> 크로메이트 처리
아연 도금의 단점을 보완하기 위하여 표면에 Cr의 착화합물을 형성하여 내식, 색상, 광택의 성질을 얻기 위한 처리 방법

1.3 양극 산화 피막(Anodizing)
금속물체를 양극으로 하여, 전기화학적으로 산화피막을 만드는 피막이며, 주로 Al의 산화피막에 널리 사용되고 있다.

1> 정의
― Anode에서 전기 화학적 산화 피막

2> 내용
- Al 피막 : Al2O3(구조용, 광학용 재료)
- Al을 Anodizing처리하면 육각형 모양으로 되어 산소가 더 이상 통과하지 못하며 filter의 기능도 가능

Thermal barrier coating
·열 혹은 전기를 차단 즉 집중되지 않게 퍼트리는 역할.
(Al2O3를 이용함. 기능 코팅으로써, 코팅재의 방향성이 요구됨.)
·컴퓨터의 경우 main칩의 보호를 위하여 thermal barrier coating을 한다.
(Al2O3, Diamond)
·인공위성의 경우에 사용된다.

1.4 Painting(도장)
부식을 방지하는 동시에 미관을 주기위한 목적으로 금속의 표면에 도료를 칠하는 방법을 말한다.
― 금속표면에 도료를 도포하여 방식과 미관을 좋게 하는 방법
― 각종 철물의 기계 구조 및 건축물 등에 이용됨

1.5 lining
금속으로 만든 탱크등의 내면에 납판, 고무, 합성수지등을 피복시키는 것을 말한다.
― 금속 표면에 고무나 합성 수지 등의 피복을 해 주는 방법
― 화학 장치류, 도금 탱크 등에 이용됨

1.6 표면 경화 (Case hardening)
탄소나, 질소등을 침투시켜서 표면을 경화 또는 기타의 방법으로 물리적 성질을 향상시키는 방법을 말한다, 그러나, 이 처리방법은 주로 금속 열처리 분야에서 취급하고 있다.
― 금속 표면에 C, N을 침투시켜서 경도가 큰 피막을 만들어 주는 방법
― 기어 등 내 마모성과 경도를 표면에 요하는 부속품 등에 이용됨

1.7 Coating
금속표면에 합성수지 또는 법랑(enamel), 세라믹 같은 투명 수지 피막 또는 유리질 피막을 만드는 방법이다.
― 금속 표면에 투명 수지 피막 또는 유리질 피막을 만드는 방법
― 금속의 방식, 도금의 색상 유지, 법랑 등에 이용됨


자료출처 : 영남대학교 금속전기화학실험실