[논문]저전압 PEO 양극산화 공정을 위한 Ti 전처리 조건의 최적화 연구

하동흔; 최진섭

doi:10.5695/jkise.2017.50.6.439

[국내논문] 저전압 PEO 양극산화 공정을 위한 Ti 전처리 조건의 최적화 연구
Optimization of Pretreatment Conditions for Ti Surface in the Low Voltage PEO Anodization Process 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.50 no.6, 2017년, pp.439 - 446

하동흔 (인하대학교 화학.화공융합학과) , 최진섭 (인하대학교 화학.화공융합학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Plasma electrolyte oxidation (PEO) is a kind of anodization, in which a very high voltage or current is applied to a metal substrate in various electrolytes, allowing distinctly thick thickness of the oxide film with outstanding film properties, such as a good corrosion resistance, mechanical strength, thermal stability, and excellent adhesion to a substrate. Herein, we tried to find the optimal pretreatment conditions among commercially available solutions in order to produce PEO anodizing at relatively low voltage. We characterized the surface morphologies of the sample by scanning electron microscope (SEM), atomic force microscopy (AFM), and investigated color parameters of the pretreated surface of Ti by spectrophotometer.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

전처리 과정은 시료의 표면을 최대한 균일하고 불순물이 적은 상태로 만들어 양극산화 자체의 안정성을 높이고 생산된 제품의 균일도를 증가시켜주는 중요 공정이다[28-30]. 본 연구에서는 이런 저전압 양극산화를 하기 전에 사용하는 여러 용액을 비교하여 전처리 공정의 최적 조건에 대해 연구를 진행하였다. ;

제안 방법

상대적으로 낮은 전압에서 양극산화(PEO)하기 위한 최적의 전처리 조건을 찾는 실험을 탈지액의 농도와 탈지 시간에 따라 서로 다른 에칭 조건을 비교하여 진행하였다. 그 결과 탈지 시간이 늘어나면 시료의 표면에 작은 입자들이 생성되는 것을 확인 하였고, 탈지액의 농도가 증가해도 동일한 경향을 보였다.
127 mm의 15 mm × 15 mm 크기로 자른 것을 사용하였다. 실험은 탈지, 에칭, 양극산화의 총 3단계로 순서대로 진행하였다. 실험에서 사용된 전해질은 탈지는 NaOH 1M~2M을 사용하였고 에칭은 1% HF + 7.

대상 데이터

실험에서 사용된 시편은 Titanium foil을 사용하였고 이 시료는 두께 0.127 mm의 15 mm × 15 mm 크기로 자른 것을 사용하였다. 실험은 탈지, 에칭, 양극산화의 총 3단계로 순서대로 진행하였다.

성능/효과

색 재현성 측면에서 볼 때 탈지액의 농도가 증가하거나 탈지 시간이 길어지면 탈지한 후의 시료가 일반적인 경향성에서 벗어나는 결과를 보여 주고 에칭 조건 A으로 에칭한 것을 양극산화한 시료들의 색 재현성이 떨어지는 결과를 보였다. 상기된 모든 결과를 종합하였을 때 가장 우수한 전처리 조건은 1 M NaOH 탈지액에서 10 min동안 탈지를 진행한 후 에칭조건 B(HCl 15wt%)으로 에칭을 하는 조건이다. ;
SEM 과 AFM 3D 분석을 통해 살펴본 결과 역시 위의 조건이 가장 표면이 균일하다는 것을 확인하였다. 색 재현성 측면에서 볼 때 탈지액의 농도가 증가하거나 탈지 시간이 길어지면 탈지한 후의 시료가 일반적인 경향성에서 벗어나는 결과를 보여 주고 에칭 조건 A으로 에칭한 것을 양극산화한 시료들의 색 재현성이 떨어지는 결과를 보였다. 상기된 모든 결과를 종합하였을 때 가장 우수한 전처리 조건은 1 M NaOH 탈지액에서 10 min동안 탈지를 진행한 후 에칭조건 B(HCl 15wt%)으로 에칭을 하는 조건이다.
5% H₂O₂)으로 에칭된 시료는 SEM 결과에서 표면에 불산으로 인한 침식이 심하고 잔존물(smut)이 형성되는 모습을 보인 반면 에칭 조건 B(15% HCl)으로 에칭된 시료는 표면이 균일한 것을 확인하였다. 전처리가 끝난 후 양극산화된 시료들을 비교해봤을 때 조도값은 1 M NaOH 15 min을 탈지한 시료를 에칭조건 B로 에칭한 후 양극산화한 것이 가장 낮지만 AFM 특성상 극소영역에서 진행되므로 초기값 대비 얼마나 감소했나를 고려해보면 1 M NaOH 10 min으로 탈지한 시료를 에칭조건 B로 에칭한 후 양극산화한 것이 가장 우수한 결과를 보였다. SEM 과 AFM 3D 분석을 통해 살펴본 결과 역시 위의 조건이 가장 표면이 균일하다는 것을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Plasma electrolytic oxidation 산화막이 가지는 장점은?	PEO 양극산화 기법을 활용하면 산화막의 두께는 두꺼우면서 치밀한 구조를 가질 수 있게 된다[4-6]. 이렇게 형성된 PEO 산화막은 내부식성, 기계적인 강도 등이 우수하며 열에 안정적이고 기판과의 부착성이 뛰어나다는 장점이 있다[7-9]. PEO와 관련된 최근 연구 동향은 표면의 형태나 PEO 산화막의 두께와 강도에 대한 연구[10-12], PEO 산화막의 부식 방지 능력을 향상시키기 위한 연구[13-15], 다른 금속과의 composite 등을 만들거나 전해질에 첨가제를 넣어 성능을 향상시키는 연구[16-18], 표면에 도핑(doping) 같은 방법을 이용하여 성질을 개질하는 연구가 있으며[19-21], PEO로 코팅된 Ti의 산화막의 생체적합성을 향상시켜 의료 분야에 적용시키려는 연구 등이 주를 이루고 있다[22-24].
	Plasma electrolytic oxidation란?	Plasma electrolytic oxidation (이하 PEO) 는 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄 등의 부동태막(passive)를 가진 금속의 표면에 전기화학적 플라즈마 방전을 일으켜 두꺼운 금속산화물을 코팅하는 양극산화 방법 중 하나이다[1-3]. 플라즈마 방전을 일으키기 위해 높은 전압이 인가되어야 하며 산화막의 생성속도도 빠른 편이다.
	PEO 양극산화 기법을 활용하면 산화막은 어떻게 되는가?	플라즈마 방전을 일으키기 위해 높은 전압이 인가되어야 하며 산화막의 생성속도도 빠른 편이다. PEO 양극산화 기법을 활용하면 산화막의 두께는 두꺼우면서 치밀한 구조를 가질 수 있게 된다[4-6]. 이렇게 형성된 PEO 산화막은 내부식성, 기계적인 강도 등이 우수하며 열에 안정적이고 기판과의 부착성이 뛰어나다는 장점이 있다[7-9].

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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