<사진. 화학에칭법으로 제조한 다양한 유형의 마이크로 나노 2차원 구조를 가진 알루미늄 합금
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

중국, 알루미늄합금 표면 보호로 마찰성능 제고기술

알루미늄 합금(aluminum alloy)은 밀도가 작고 강도가 크며 열전도성과 전기전도성이 우수하고 가소성(plasticity)과 성형성능이 우수하며 쉽게 가공할 수 있어 우주항공, 국방공업, 건축, 자동차, 선박 등 영역에서 광범위하게 응용되고 있다. 그러나 알루미늄 합금의 경도는 비교적 낮고 내마모성과 내부식성이 비교적 떨어져서 응용면에서 제약을 받고 있다. 그러므로 알루미늄 합금의 표면에 대해 특수처리를 진행하여 보호층막을 형성하여 내부식성과 내마모성능을 제고해야 할 필요가 있다. 알루미늄 합금 표면의 내마모성과 내부식성을 개선하는 가장 효과적인 방법은 표면에서 한 층의 박막을 제조하고 박막이 알루미늄합금 기질과 외부환경 사이에서 형성한 보호막을 이용하여 알루미늄 합금을 효과적으로 보호하고 이의 응용범위를 확장하는 것이다. 현대공업의 고속발전에 따라 알루미늄 합금의 표면에 대한 요구가 더욱 높아지고 있고 일부 원가가 낮고 오염이 적으며 특수조건과 요구를 만족하는 알루미늄 합금 표면처리기술은 사람들의 주목을 받고 있다.

중국과학원 녕파(Ning-bo city)재료기술과 공정연구소 Xue-dong Wu 연구팀은 화학에칭(chemical etching)과 화학수식(chemical modification)을 유기적으로 결합하여 알루미늄합금 표면에서 우수한 보호성능을 가지고 있는 박막을 제조하였다.

에칭시간이 증가함에 따라 샘플 표면의 거칠기는 먼저 증가했다고 감소하며 에칭 시간이 2분일 때, 표면의 마이크로 나노 2차원 구조의 비례가 최적화에 달한다. OTS와 PFDS 수식을 통한 알루미늄합금의 내부식성능은 최적에 달하고 매우 작은 부식성 전류 밀도와 비교적 높은 부식전위(corrosion potential)를 가지고 있다. 이는 주로 박막이 소수성이기에 물 및 다른 부식 매개질의 침입을 효과적으로 차단할 수 있기 때문에 내부식성이 향상된 것이다.

OTS 수식을 통한 샘플의 마찰성능도 최적화되었는데 마찰계수는 매우 작으며 에칭 시간이 2분일 때 마모율은 매우 작아서 무시할 수 있으며 이는 OTS에서의 긴사슬과 비극성 말단기(non-polar end) 메틸기의 존재가 마찰과정에서 전달되는 기계에너지를 효과적으로 분산할 수 있는 것이기에 마찰성능도 대폭 향상시킬 수 있었다.

이 연구에서 알루미늄합금 표면 방부식 내마모 코팅층의 내마모 성능과 방부식성능은 우수한데 이는 알루미늄합금 표면 모양디자인과 유기보호 코팅층을 충분히 이용하여 방부식과 내마모의 작용을 구축하였으며 1+1>2인 방부식과 내마모 효과를 일으켰다. 이는 안정성이 높고 제조공정이 간단하고 중복작업이 편리하고 원재료를 쉽게 얻고 원가가 낮으며 기질재료의 모양에 대해 제약이 없어서 비교적 큰 면적의 알루미늄합금의 표면처리에 적용할 수 있어 매우 좋은 응용전망을 가지고 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr