[논문]알루미늄 6061 합금의 양극 산화 인가 전압과 시간에 따른 표면의 산화피막층 형성 거동

박영주; 정찬영

doi:10.4313/jkem.2021.34.1.68

알루미늄 6061 합금의 양극 산화 인가 전압과 시간에 따른 표면의 산화피막층 형성 거동
The Formation of Anodic Oxide Film by Anodizing Voltage and Time of 6061 Aluminum Alloy 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.34 no.1, 2021년, pp.68 - 72

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Aluminum is a lightweight metal and has excellent properties with regard to conductivity, workability, and strength. It has been used in various industries owing to its economic benefits. To improve upon the mechanical properties and processability by adding various alloying elements to aluminum, improving the corrosion resistance and heat resistance by electrochemically forming a porous anodic film having a thickness and hardness on the surface of the aluminum alloy is crucial. In this study, the aluminum 6061 alloy was controlled by an anodization process in a 0.3M oxalic acid electrolyte at room temperature to investigate the oxide film parameters such as porosity and thickness depending on the modulating applied voltage and time. The anodizing experiment was performed by increasing the time from 1 h to 9 h at 2-h intervals at applied voltages of 50 V and 60 V.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. FE-SEM of surface morphology and thickness of the aluminum oxide prepare by modulating anodization time under applied voltage at 50 V. Scale bars (top＝200 nm, bottom＝20 μm).
그림 Fig. 2. FE-SEM of surface morphology and thickness of the aluminum oxide prepare by modulating anodization time under applied voltage at 60 V. Scale bars (top＝200 nm, bottom＝20 μm).
그림 Fig. 3. Variation of pore diameter according to anodization time.
그림 Fig. 4. Variation of interpore distance according to anodization time.
그림 Fig. 5. Variation of thickness according to anodization time.
표 Table 1. The parameter of aluminum 6061 oxide film according to modulating anodization time and voltage.

AI 본문요약
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제안 방법

피막의 형상을 나타내었다. 50 V의 인가 전압 조건에서 처리 시간은 1시간에서부터 9시간까지 수행하였으며 그 주기는 2시간으로 하였다. 처리 시간이 1, 3, 5, 7, 9 시간별로 양극 산화 피막의 두께는 8.
그림 2는 60 V 인가 전압 조건에서 시간에 따른 양극 산화 산화피막의 형상을 나타낸 FE-SEM 이미지이다. 60 V 인가 전압 조건에서 그림 1의 조건과 같이 처리 시간이 1시간에서부터 9시간까지 2시간 주기로 수행하였으며, 양극 산화 피막의 두께는 처리 시간별로 각각 14.144 μm, 36.847 μm, 42.883 μm, 42.973 μm, 55.74 7 μm이다. 그림 1, 2를 통해 인가 전압과 처리 시간이 높아질수록 양극 산화 피막의 두께가 증가하며 불균일한 기공 형상은 알루미늄 합금의 원소 중에 Si 로 인하여 나타나는 것으로 보인다.
본 연구에서는 알루미늄 6061 합금에 전해연마 단계로 자연산화 피막을 제거한 후 옥살산 용액에서 인가 전압은 50, 60 V이며, 처리 시간은 1시간, 3시간, 5시간, 7시간, 9시간의 양극 산화 조건으로 양극 산화피막의 성장 거동에 대해 관찰하였다. 양극 산화 피막의 두께가 증가할수록 기공의 직경과 기공 사이 거리가 증가하는 것을 관찰하였으며, 양극 산화 피막은 인가 전압이 높을수록, 처리 시간이 증가할수록 피막의 두께가 증가되며, 양극 산화 피막의 성장 거동은 전압, 처리 시간에 영향이 주는 것을 확인하였다.
본 연구에서는 전기화학적으로 다공성 산화피막을 형성시키는 여러 가지 표면처리 방법들이 있으나 그중 하나인 양극 산화 방법을 이용하며, 자연산화막을 화학적 연마로 제거한 후, 옥살산 용액에서 알루미늄 6061 합금에 인가 전압과 처리 시간을 다르게 하여 양극 산화피막 형성 거동을 관찰하였다[15, 16].
3 M 옥살산(oxalic acid) 전해액에서 직류 전원 공급장치(DC power supply)를 이용하여 50 V, 60 V 인가 전압으로 1, 3, 5, 7, 9시간 동안 양극 산화를 진행하였으며, 전극간의 거리는 5 cm로 일정하게 유지하였다. 생성된 양극 산화 산화피막을 관찰을 위해 전계 방사형 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM) 으로 관찰하였으며, 방계형 주사전자 현미경 관찰을 위해 1분 동안 백금 코팅을 진행하였다.
양극 산화 공정에 앞서 에탄올 및 아세톤으로 표면 이물질 등을 제거하기 위해 10분간 초음파 세척을 실행하며, 전해연마 공정을 수행하여 표면에 있는 자연산화막을 제거하였다. 전해연마 공정은 에탄올과 과염소산(HClO₄, 70%)을 4:1 비율로 혼합한 용액을 사용하여 20 V의 인가 전압과 상온에서 1분간 진행하였다. 전해연마 후의 알루미늄 샘플을 상온에서 0.
전해연마 공정은 에탄올과 과염소산(HClO₄, 70%)을 4:1 비율로 혼합한 용액을 사용하여 20 V의 인가 전압과 상온에서 1분간 진행하였다. 전해연마 후의 알루미늄 샘플을 상온에서 0.3 M 옥살산(oxalic acid) 전해액에서 직류 전원 공급장치(DC power supply)를 이용하여 50 V, 60 V 인가 전압으로 1, 3, 5, 7, 9시간 동안 양극 산화를 진행하였으며, 전극간의 거리는 5 cm로 일정하게 유지하였다. 생성된 양극 산화 산화피막을 관찰을 위해 전계 방사형 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM) 으로 관찰하였으며, 방계형 주사전자 현미경 관찰을 위해 1분 동안 백금 코팅을 진행하였다.

대상 데이터

본 연구에서는 6061 알루미늄 합금을 가공하여 20 mm × 30 mm × 1 mm 크기로 가공하여 양극 산화용 양극으로 사용하며 음극으로 25 mm × 50 mm × 10 mm 크기의 백금을 사용하였다. 양극 산화 공정에 앞서 에탄올 및 아세톤으로 표면 이물질 등을 제거하기 위해 10분간 초음파 세척을 실행하며, 전해연마 공정을 수행하여 표면에 있는 자연산화막을 제거하였다.

성능/효과

088 nm이다. 50, 60 V의 인가 전압 조건에서 처리 시간별로 기공직경은 선형적으로 증가하는 것을 확인하였으며, 기공직경은 양극 산화 속도에 의해 형성되기 때문에 양극 산화 처리 시간에 영향을 받는다. 그림 4은 50 V, 60 V 인가 전압에서 처리 시간별 기공 사이 거리를 나타내었다.
나타낸다. 기공률(%)은 50 V 전압조건에서는 시간별로 0.15, 17.85, 24.44, 30.69, 45.49이며 60 V 전압 조건에서는 10.51, 19.98, 23.04, 30.26, 42.78로 두 전압 조건 모두 9시간에서 가장 높은 기공률을 타나내었다. 이를 통해 알루미늄 6061 합금의 양극 산화 양극 산화는 인가 전압과 처리 시간이 증가할수록 산화피막의 두께, 기공의 직경, 기공사이 거리가 증가되는 것을 알 수 있으며(표 1), 양극 산화 피막의 성장은 합금원소, 온도 등의 요인으로 인해 성장이 방해되는 것으로 판단된다[19-21].
성장 거동에 대해 관찰하였다. 양극 산화 피막의 두께가 증가할수록 기공의 직경과 기공 사이 거리가 증가하는 것을 관찰하였으며, 양극 산화 피막은 인가 전압이 높을수록, 처리 시간이 증가할수록 피막의 두께가 증가되며, 양극 산화 피막의 성장 거동은 전압, 처리 시간에 영향이 주는 것을 확인하였다. 양극 산화 처리한 산화 피막의 두께를 두껍게 함으로써 자동차, 가전, 전자제품, 조선해양, 우주항공 등 다양한 산업 분야에서 우수한 산화피막의 특성을 적용하여 사용할 수 있는 것으로 사료된다.
78로 두 전압 조건 모두 9시간에서 가장 높은 기공률을 타나내었다. 이를 통해 알루미늄 6061 합금의 양극 산화 양극 산화는 인가 전압과 처리 시간이 증가할수록 산화피막의 두께, 기공의 직경, 기공사이 거리가 증가되는 것을 알 수 있으며(표 1), 양극 산화 피막의 성장은 합금원소, 온도 등의 요인으로 인해 성장이 방해되는 것으로 판단된다[19-21].
그림 4은 50 V, 60 V 인가 전압에서 처리 시간별 기공 사이 거리를 나타내었다. 인가 전압이 50 V에서 65.766 nm, 72.749 nm, 80.702 nm, 93.738 nm이며, 60 V에서는 92.831 nm, 97.670 nm, 103.102 nm, 105.583nm, 112.243 nm로 기공직경과 비슷한 양상으로 증가하는 것을 확인하였다. 그림 5는 50 V, 60 V 인가 전압에서 처리 시간별 양극 산화 산화피막 두께를 나타내었다.
그림 5는 50 V, 60 V 인가 전압에서 처리 시간별 양극 산화 산화피막 두께를 나타내었다. 인가 전압이 높을수록, 처리 시간이 길어질수록 양극 산화 피막의 두께가 증가하는 것을 알 수 있었다. 표 1은 양극 산화 인가 전압과 시간의 변화에 다른 양극 산화 후 기공률을 나타낸 것이다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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