CNC 가공 하우징에 양극 산화 처리를 하면 일반적으로 고품질 마감과 뛰어난 미적 질감을 얻을 수 있지만, 생산 비용이 높고 리드 타임이 길다는 단점이 있습니다.
스마트폰 섀시를 예로 들면, CNC 밀링을 사용할 경우 초기 절삭에만 30분 이상이 소요되며, 후가공 작업까지 포함하면 총 소요 시간은 거의 1시간에 달합니다. 반면 다이캐스팅 공정은 성형에 20~30초밖에 걸리지 않고, 후가공까지 포함해도 전체 공정을 10~20분 안에 완료할 수 있습니다. 다이캐스팅은 금형을 사용하여 고속 성형을 진행하므로 가공 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 하지만 다이캐스팅 알루미늄은 양극 산화 처리가 매우 어렵다는 단점이 있습니다.
다이캐스팅 알루미늄은 왜 아노다이징 처리가 어려울까요?
양극 산화는 전기화학적 공정입니다. 합금 부품은 양극 역할을 하고, 스테인리스강, 크롬 또는 전도성 전해질은 음극 역할을 합니다. 전해질 내에서 특정 전압 및 전류 조건 하에서 양극은 산화되어 가공물 표면에 양극 산화막을 형성합니다. 색상 양극 산화의 경우 일반적으로 황산 양극 산화 처리가 필요합니다.
황산 양극 산화 처리 시 재료 제약 조건
합금 원소의 존재는 산화막의 품질을 저하시킬 수 있습니다. 동일한 조건에서 순수 알루미늄은 가장 두껍고 단단하며 내식성이 뛰어나고 균일한 산화막을 형성합니다. 최적의 결과를 얻으려면 재료의 알루미늄 함량이 일반적으로 95% 이상이어야 합니다.
- 구리: 산화막이 붉은색을 띠게 하고, 전해액 품질을 저하시키며, 산화 결함을 증가시킵니다.
- 규소: 특히 함량이 4.5%를 초과하면 산화막이 회색으로 변합니다.
- 철: 철은 고유한 특성 때문에 양극 산화 처리 후 표면에 검은 반점으로 나타납니다.
다이캐스트 알루미늄 합금
주조 알루미늄 합금 및 다이캐스팅 부품은 일반적으로 실리콘 함량이 높아 어두운 색의 산화막을 형성합니다. 무색 투명한 산화막을 얻는 것은 사실상 불가능하며, 실리콘 함량이 증가함에 따라 산화막의 색은 밝은 회색에서 어두운 회색으로, 최종적으로는 검회색으로 변합니다. 따라서 일반적인 주조 알루미늄 합금은 장식용 양극 산화 처리에 적합하지 않습니다.
일반적으로 사용되는 다이캐스팅 알루미늄 합금은 크게 세 가지 그룹으로 분류할 수 있습니다.
- 알루미늄-실리콘 합금: 주로 YL102(ADC1), YL104(ADC3, A360)를 포함합니다.
- Al-Si-Cu 합금: 주로 YL112(A380, ADC10), YL113(A383, ADC12), YL117(B390, ADC14)을 포함합니다.
- 알루미늄-마그네슘 합금: 주로 302(5180, ADC5, ADC6)를 포함합니다.
Al-Si 및 Al-Si-Cu 알루미늄 합금
이름에서 알 수 있듯이, 실리콘과 구리는 알루미늄 외에 주요 구성 요소입니다. 실리콘 함량은 일반적으로 6%에서 12% 사이이며, 주로 용융 합금의 유동성을 향상시키는 역할을 합니다. 구리는 두 번째로 많이 함유된 원소로, 강도와 인장 특성을 강화하는 데 사용됩니다. 철 함량은 일반적으로 탈형 공정을 최적화하기 위해 0.7%에서 1.2% 사이로 유지됩니다.
이러한 조성 때문에 이 합금들은 효과적으로 색상 양극 산화 처리를 할 수 없습니다. 탈규소 처리를 하더라도 결과가 만족스러운 경우는 드뭅니다. 더욱이, 알루미늄-실리콘 합금이나 고함량 구리 합금은 안정적인 산화막을 형성하기 어렵고, 결과적으로 형성되는 산화막은 종종 칙칙하고 회색빛을 띠며 광택이 부족합니다.
Al-Mg 알루미늄 합금
알루미늄-마그네슘 합금은 고품질 산화막을 형성하고 컬러 양극 산화 처리가 가능하다는 점에서 다른 다이캐스팅 합금과 차별화됩니다. 이는 다른 합금과의 중요한 차이점입니다. 그러나 알루미늄-마그네슘 합금은 몇 가지 단점도 가지고 있습니다.
- 양극 산화막은 불균일하고 다공성이 높아 최적의 내식성을 확보하기 어렵습니다.
- 마그네슘은 가공 경화 및 취성을 유발하여 연신율을 감소시키고 고온 균열 발생 가능성을 높입니다. ADC5 및 ADC6과 같은 합금은 응고 범위가 넓고 수축률이 높아 수축 기공 및 균열이 발생하기 쉽습니다. 또한 주조성이 좋지 않아 복잡한 형상의 가공품 제작에 사용이 제한적입니다.
- 시중에서 판매되는 알루미늄-마그네슘 합금은 복잡한 미량 원소 조성과 낮은 알루미늄 순도를 갖는 경우가 많습니다. 황산 양극 산화 처리 시 투명한 보호막이 아닌 불투명하고 뿌연 흰색 보호막이 형성되는 경향이 있어 염색 성능이 저하됩니다.
맺음말
요약하자면, 일반적으로 사용되는 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 황산 양극 산화 처리에 적합하지 않습니다. 그러나 이는 모든 다이캐스팅 재료에 적용되는 보편적인 규칙은 아닙니다. Al-Mn-Co(예: DM32) 및 Al-Mn-Mg(예: DM6)와 같은 특수 합금은 다이캐스팅 성능과 양극 산화 처리 능력 사이에서 탁월한 균형을 제공합니다.
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