알루미늄 Hard Anodizing에서 전해액 온도와 전류밀도가 피막경도에 미치는 영향

Hard Anodizing은 알루미늄 표면을 산화시켜 두껍고 내마모성이 높은 피막을 형성하는 공정이다. 이 공정에서 가장 어려운 부분은 피막이 성장하면서 전기저항이 커지고, 높은 전류에 의해 열이 발생하는 동시에 산성 전해액이 산화피막을 계속 용해한다는 점이다. 결국 피막의 경도와 구조는 “얼마나 빨리 만들었는가”보다 전류에 의한 성장과 온도에 의한 용해를 어떻게 균형시켰는가에 좌우된다.

1. 낮은 온도를 쓰는 이유는 피막 용해를 억제하기 위해서다

황산계 hard anodizing은 일반 장식 아노다이징보다 낮은 전해액 온도에서 운전되는 경우가 많다. 낮은 온도는 산화피막의 화학적 용해를 억제해 더 치밀한 구조를 얻는 데 유리하다. 하지만 최적 온도는 합금, 전해액 조성, 목표두께, 냉각능력에 따라 달라지므로 “0~5℃가 무조건 정답”처럼 고정해 표현하기보다 승인된 공정사양을 따라야 한다.

2. 전류밀도는 피막 성장속도와 발열을 동시에 키운다

전류밀도가 올라가면 산화피막 성장속도도 증가하지만, 국부 발열과 전압 상승이 커진다. 냉각과 교반이 충분하지 않으면 특정 부위의 온도가 올라가 피막이 화학적으로 빠르게 용해되고, 이른바 burning 또는 soft spot이 발생할 수 있다. 부품 모서리와 얇은 단면은 전류집중 때문에 특히 민감하다.

3. 합금 종류가 같은 조건에서도 결과를 바꾼다

4. Ramp-up과 냉각능력을 같이 본다

공정 시작부터 목표전류를 급격히 인가하면 국부 전류집중이 커질 수 있다. 그래서 많은 공정에서 전압 또는 전류를 단계적으로 올리는 ramp 방식을 사용한다. 이때 탱크 평균온도만 기록할 것이 아니라 냉각기 용량, 순환유량, 생산투입량을 함께 관리해야 한다. 같은 설정값이라도 한 번에 투입하는 알루미늄 면적이 커지면 열부하가 달라진다.

• 전해액 온도와 전류/전압 추세를 Lot별로 저장한다.
• 부품 위치별 피막두께와 경도를 비교한다.
• Burning 발생 위치를 지그 도면에 표시한다.
• 합금별로 승인 조건을 분리해 관리한다.
• 냉각기 성능 저하와 필터/순환 유량 변화를 예방보전 항목에 넣는다.

ISO 10074는 hard anodic oxidation coating의 요구사항과 시험방법을 다룬다. 실제 운전조건은 고객 규격과 승인된 공정절차를 우선하고, 인터넷의 단일 온도·전류값을 그대로 적용하지 않는 것이 안전하다.

참고 기준/자료

• ISO 10074 — Hard anodic oxidation coatings on aluminium and its alloys

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