마그네슘 합금 소재에 크로메이트 대체 전기화학적 표면처리방법 document_id A220623112883

마그네슘은 밀도가 1.74g/㎤으로 비중이 철강의 약 1/4, Al의 약 2/3이며, 상용 금속 소재 중 가장 가벼운 금속으로서, 전자파 차폐성이 우수하고, 재활용이 용이한 환경친화적 소재이다. 또한 비강도가 우수하여 경량화와 강도가 요구되는 모든 제품에 적용 가능한 신소재로서 휴대폰과 같은 모바일 기기의 내외장재 케이스와 쉴드(Shield) 부품, 자동차 경량 부품으로의 적용이 활발히 이루어지고 있다. 마그네슘 합금은 가벼우면서도 강도 및 탄성률이 우수하기 때문에 기존의 플라스틱소재를 사용하는 전자 제품의 두께 및 무게를 감소시킬 수 있을 뿐 아니라, 수송기계의 무게 및 부피를 크게 감소시키므로 휴대용 전자기기부품과 자동차용 부품으로 수요가 크게 증가하고 있다. 기존의 마그네슘 합금은 내식성이 부족한 점이 단점으로 지적되었지만 내식성향상 표면처리를 통해 그 응용범위는 점차적으로 증가하고 있는 추세이며 대체재인 플라스틱 소재부품의 경우, 유가 상승에 따른 플라스틱 원재료비 상승으로 금속과 플라스틱 케이스의 가격 격차도 점차 줄어들고 있는 추세이다. 최근 들어 휴대폰 분야 시장의 대폭적인 확대는 자명한 사실이며 박육 성형 기술 및 친환경, 내마모성 표면 처리 등의 기술 확보를 통해 휴대폰 분야 외의 자동차분야, 각종 산업기기 분야로의 마그네슘 시장 확대가 예상된다. 상기 마그네슘 합금의 경우 기계적 특성에 대한 여러 장점을 가지고 있으나 그간 마그네슘 합금 부품에 적용되던 크로메이트 및 양극산화(아노다이징)와 같은 표면처리방법에 대해서도 친환경적인 재료를 이용하여 보다 고경도, 내마모 성능을 나타내는 고기능성 표면처리의 개발이 필요하다. 또한 휴대폰에 대한 요구사항이 점차 슬림화되어 감에 따라 휴대폰의 디자인에 대한 요구사항도 갈수록 까다로워지고 있어 마그네슘 소재와 외관 도장도료와의 밀착성 확보, 미려한 표면을 확보할 수 있는 기술에 대한 공정기술개발도 시급한 실정이다. 종래에 사용되고 있는 마그네슘 합금의 표면처리 기술은 다음과 같다. 양극산화(anodizing)는 크롬산이 다량 포함된 전해액에서 제품에 양극 전원을 인가해 마그네슘 표면을 강제적으로 산화시켜 산화피막을 형성하는 것으로, 크로메이트보다 강한 밀착력을 가지나, 마그네슘 합금의 낮은 전도성으로 인해 부분적으로 피막형성이 안되는 경향이 있으며, 작업시간을 장시간동안 실시하여야 표면처리 효과를 얻을 수 있다. 또한, 크로메이트는 크롬산의 강력한 산화력을 이용한 무 전원으로 표면에 화학 변화를 일으켜 피막을 형성한다. 크로메이트는 환경규제 대상인 6가 크롬을 사용하지 않고 3가 크롬을 사용하고 있지만, 현재 크롬을 전혀 사용하지 않는 Non-크로메이트 방법이 개발되지 않고 있는 실정이다. 3가 크로메이트 처리 후 외관이 미려치 않아 피막 형성 후 도장 등의 후처리가 필요하며 도장 밀착성이 감소, 폐수처리 등의 여러 문제점을 가지고 있다. 또한, 도금은 무전해 니켈, 전해 도금 등 여러 방법이 제시되고 있으나 내식성이 취약하고 높은 불량률과 생산성 저하, 제조 단가 상승 등으로 다양한 제품에 적용하기가 어려운 실정이다. 현재 마그네슘 합금 소재의 표면처리 공정은 대부분이 3가 크로메이트 공정 후 도장(칼라 및 top clear) 공정을 거친 후 제품에 적용하고 있고, 일부가 도금 및 양극산화 공정을 적용하고 있다. 한편, 마그네슘 합금이 가지는 여러 가지 경량성, 전자파 차폐성, 진동 감쇠능 등의 우수한 특성에도 불구하고 적용이 늦은 가장 큰 원인은 내식성이 약하다는 것이다. 순수한 마그네슘의 표준전극전위가 현재 많이 사용되는 철, 알루미늄 등 다른 금속들에 비하여 낮기 때문이다. 따라서 사용 환경에서 마그네슘 합금 소재의 내식성 및 내구성을 확보하기 위해서는 양극산화, 도금, 화성처리 등의 표면처리가 필수적이다. 위와 같이 마그네슘 합금 소재의 도장 공정 전에 도장 밀착성, 내식성을 향상시키기 위하여 통상 크로메이트 공정을 실시한다. 위에서와 같이, 크로메이트 공정은 기존에는 6가 크롬을 사용하였으나 환경오염, 폐수처리 문제 및 수출 규제로 인하여 3가 크로메이트 공정으로 대체되었다. 3가 크로메이트 공정은 6가 크로메이트보다 액 관리가 어려우며, 화성처리액의 수명이 짧음은 물론, 작업공정이 까다롭고 가격이 비싸며 화성피막의 내식성이 6가 크로메이트에 비해 다소 약하다는 단점을 가지고 있다.