표면처리와 표면경화와 도장

표면처리[surface treatment]와 표면경화[surface hardening]

표면처리[surface treatment]

금이나 백금과 같은 귀금속은 산화되기 어려우나 그 이외의 금속은 산화되기 쉬우므로 내식피막을 부여시키는 경우가 많다.

또 표면의 경도가 낮아서 마모되기 쉽거나, 또는 장식성이 떨어지는 등 표면의 성질이 사용목적에 적합하지 않는 경우에는 이것을 개선하기 위해 표면만을 처리하는 경우가 있다.

이와 같이 특히 표면의 내식성, 장식성, 기능성을 향상시킬 것을 목적으로 금속표면을 처리하는 것을 표면처리라고 한다.

표면처리에는 표에 나타난 대로 녹방지, 도장, 라인닝이나 코팅 등 도포법(塗布法)을 기본으로 하는 것, 표면경화, 용사(溶射), 용용도금, 진공도금이나 기상(氣相)도금 등 금속표층에 처리층을 부여하는 것, 전기도금, 무전해도금, 에칭, 애노드산화, 화성처리 등 전기화학적 프로세스를 이용하는 것 등 다양한 방법이 사용되고 있다.

전기도금에 대해서는 별도에 서술하므로 여기서는 전기도금 이외의 표면처리법에 대해 언급하기로 한다.

 

도장(painting)은 표면처리법 중에서 가장 중요하고 또한 가장 널리 쓰이고 있는데, 주요 목적은 방청에 있다.

철강재료는 그 자체로 사용되는 예는 적으며, 어떤 도장법으로도 사용되고 있다. 교량 등 대규모 강구조물이나 선박 또는 자동차 등에서는 구조물을 조립한 후에 도장하지만, 건재나 가전제품 등에서는 미리 공장에서 도장한 프리코트재(pre coat metal∶PCM)가 사용되고 있어 공정의 성력화(省力化)에 큰 공헌을 하고 있다.

프리코트재의 공정은 탈지-세정-소지조정-화성처리-세정의 전처리공정을 거쳐 유기도막의 도장-소부로 이루어진다.

애노드산화처리는 알루미늄새시의 표면처리법으로 널리 쓰이고 있다. 본래 화학적으로 활성이고 산화되기 쉬운 알루미늄의 표면에 애노드(양극)산화처리에 의해 얇은 알루미나 피막을 생성시키면 표면의 내식성 및 경도가 증대한다.

또 크롬산염 용액에 담가서 표면에 산화피막을 생성시키는 화성처리도 널리 쓰이고 있다.

기계부품이나 장치재료에서는 표면경화처리에 의해 내마모성을 향상시키는 기술이 중요하다. 표면경화법에는 다른 재료로 피복하는 용사 외에 표면층의 금속조직을 변화시키는 방법이 쓰이고 있다.

표면층의 금속조직을 변화시키는 데는 다른 원소를 표면에서 확산시키는 화학적 방법과, 표층만의 담금질에 의해 경화시키는 물리적 방법이 있다. 확산시키는 원소에 따라 탄소의 경우를 침탄, 질소에서는 질화, 유황에서는 침황(浸黃)이라고 부르고, 이 밖에 크롬, 붕소, 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 티탄, 탄탈, 알루미늄, 아연 등을 확산침투시키는 확산법이 있다. 모두 내식성, 내마모성, 내열성,내후성 향상을 목적으로 쓰이고 있다.

 

용융도금(hot dipping)은 용융금속 속에 피처리재를 담그고 인상(引上)함으로써 피처리재 표면에 용융금속의 응고층을 형성시키는 방법이다.

금속 피복층을 생성시킨다는 점에서 전기도금과 유사하므로 용융도금으로 불리우고 있다. 피처리재의 녹는점보다 낮은 녹는점의 금속을 피복한다는 점에 특색이 있고, 철강재료에 대해서는 알루미늄, 아연, 납도금 등이 있다.

최근 증착(vapor deposition)이나 이온플레이팅(ion plating) 등 물리증착법(PVD)이라고도 할 수 있는 표면피복막형성법이 내식성, 장식성, 내마모성 향상 및 전기접점 등 기능성 향상을 위해 사용되어 왔다.

저항가열 외에 전자빔가열 등에 의해 고융점금속을 증발시켜 피처리재 표면에 증착시키는 증착법은 표면막의 선택지에 다양성이 있다.

이온플레이팅에서는 증발물질을 이온화하여 가속해서 막을 퇴적시키므로 치밀한 균일성이 좋은 피막이 생성된다.

또 금속막을 기상에서 화학적프로세스에 의해 성막(成膜)시키는 화학증착법(CVD)도 물리증착법과 같이 사용되어 왔다.

증기압이 높은 금속염을 기화시켜서 피처리재의 표면에서 열분해 또는 환원에 의해 석출시켜 성막한다. 금속 외에 탄화물이나 질화물의 막을 생성시킬 수 있다.

 

표면경화[surface hardening]

침탄, 질화, 고주파담금질, 화염담금질(flame hardening), 숏피닝 등에 의해 철강재료의 표면을 경화하는 조작.

 

화염담금질은 강재를 화염으로 직접 가열하는 담금질로서, 특정한 개소의 표면을 담금질하는 경우에 쓰인다.

 

도장(painting)

도장(painting)은 표면처리법 중에서 가장 중요하고 또한 가장 널리 쓰이고 있는데, 주요 목적은 방청에 있다.

 

철강재료는 그 자체로 사용되는 예는 적으며, 어떤 도장법으로도 사용되고 있다.

교량 등 대규모 강구조물이나 선박 또는 자동차 등에서는 구조물을 조립한 후에 도장하지만, 건재나 가전제품 등에서는 미리 공장에서 도장한 프리코트재(pre coat metal∶PCM)가 사용되고 있어 공정의 성력화(省力化)에 큰 공헌을 하고 있다.

프리코트재의 공정은 탈지-세정-소지조정-화성처리-세정의 전처리공정을 거쳐 유기도막의 도장-소부로 이루어진다. 애노드산화처리는 알루미늄 새시의 표면처리법으로 널리 쓰이고 있다.

 

본래 화학적으로 활성이고 산화되기 쉬운 알루미늄의 표면에 애노드(양극)산화처리에 의해 얇은 알루미나 피막을 생성시키면 표면의 내식성 및 경도가 증대한다.  또 크롬산염 용액에 담가서 표면에 산화피막을 생성시키는 화성처리도 널리 쓰이고 있다.

 

기계부품이나 장치재료에서는 표면경화처리에 의해 내마모성을 향상시키는 기술이 중요하다. 표면경화법에는 다른 재료로 피복하는 용사 외에 표면층의 금속조직을 변화시키는 방법이 쓰이고 있다.

표면층의 금속조직을 변화시키는 데는 다른 원소를 표면에서 확산시키는 화학적 방법과, 표층만의 담금질에 의해 경화시키는 물리적 방법이 있다.

 

확산시키는 원소에 따라 탄소의 경우를 침탄, 질소에서는 질화, 유황에서는 침황(浸黃)이라고 부르고, 이 밖에 크롬, 붕소, 규소, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 티탄, 탄탈, 알루미늄, 아연 등을 확산침투시키는 확산법이 있다.

모두 내식성, 내마모성, 내열성,내후성 향상을 목적으로 쓰이고 있다.

Pre-Coated-Metal-Sheets