KR20180085520A - 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물 - Google Patents
티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 티타늄 및 티타늄합금 제품 전용(專用)으로 사용하기 위한 광택 화학연마제 조성물에 관한 것으로서, 물 100중량부에 대하여 과산화수소수 40~60중량부, 과산화수소수 안정제 2~6중량부, 불소화합물 10~30중량부, 아민화합물 2~6중량부, 질산 5~10중량부 및 유기산 2~6중량부가 혼합된 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 티타늄 및 티타늄합금 자재를 이용하여 제작한 다양한 구조물을 갖는 각종 제품의 표면을 화학적으로 연마할 수 있으며, 이를 통해 제품의 광택도를 증가시킴과 동시에 제품 표면에 잔존하는 열처리 스케일 등의 각종 이물질을 제거할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 티타늄 및 티타늄합금 자재를 이용하여 제작한 다양한 구조물을 갖는 각종 제품의 표면을 화학적으로 연마할 수 있으며, 이를 통해 제품의 광택도를 증가시킴과 동시에 제품 표면에 잔존하는 열처리 스케일 등의 각종 이물질을 제거할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 티타늄 및 티타늄합금 자재를 이용하여 제작한 각종 제품의 표면을 화학적으로 연마할 수 있도록 하며 이를 통해 제품 광택도를 증가시킴과 동시에 제품 표면에 잔존하는 열처리 스케일 등의 각종 이물질을 제거할 수 있도록 한 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물에 관한 것이다.
일반적으로 티타늄(Ti)은 순수한 형태로 사용되거나 또는 주로 알루미늄(Al) 6％, 바나듐(V) 4％를 합금한 형태로 사용되며, 봉제 또는 판재로부터 절단 및 용접 가공을 통해 최종적으로 반응기나 링 등을 비롯한 각종 부품으로 제품화되어 사용된다.
이렇게 티타늄 및 티타늄합금 자재를 이용하여 제작한 각종 구조물의 제품들은 각 산업분야의 부품으로 활용하기 위해 겉보기에 매끈한 광택을 가지는 정도가 되도록 연마 처리하는 작업이 요구되며, 3차원적 입체적 형상을 갖는 최종 제품의 경면연마를 위해서는 반자동적인 연마공정이 필수적으로 요구된다.
종래 이러한 티타늄 및 티타늄합금 제품의 연마공정을 위해서는 티타늄(Ti) 자재가 내식성이 크다는 성질에 기인하여, 몸에 해로운 플루오르산(Hydrofluoric Acid)을 사용하여 표면을 세정한 후에 다시 기계적인 방법으로 광택연마를 실시하는 것이 일반적이다.
하지만, 상기 티타늄 및 티타늄합금 제품의 연마공정에 사용되는 플루오르산(HF)은 일단 인체에 유해하고 사용 후 처리가 쉽지 아니하여 환경적인 측면과 경제적 비용측면에서 문제점을 가지고 있으며, 또한 부식 처리된 표면을 연마할 때 생성된 미세한 티타늄 분진은 큰 활성을 가지고 있어서 산소와 반응하여 폭발할 위험성을 가지고 있으므로 산소와의 접촉을 막기 위해 불활성가스 분위기에서 연마해야하는 등 공정이 복잡하면서도 번거로운 문제점과 이에 따른 경제적 비용이 추가로 요구되는 문제점이 있었다.
더불어, 상기 티타늄 및 티타늄합금 제품에 대한 최종 경면연마를 위해서는 선반가공이나 압연 처리된 표면상태로부터 1차 연마와 2차 연마를 모두 기계적인 방법으로 진행하여야 하는데, 우선 시간이 오래 걸리는 문제점이 있고, 연마시 제품의 표면에 마찰열이 심하게 발생되므로 회전체의 속도를 증가시키는데 한계가 있으며, 냉각수를 연마하는 면에 분사시키면서 작업해야 하므로 피연마체를 작업공정 중 고정시키는데 어려움이 있었다.
한편, 국내등록특허 제10-1273973호에서는 인산, 광택제, 안정화제, 평활제 및 황산으로 이루어지고 이를 통해 물리적 연마과정을 통해 거칠어진 알루미늄의 표면을 화학적으로 연마시켜 알루미늄 표면의 광택성을 향상시키는 알루미늄용 화학 연마제 조성물을 제안하고 있으며; 국내공개특허 제10-2015-0081267호에서는 1차 입자의 평균 어스펙트비가 1.10 이상인 실리카 입자와 pH 조정제를 포함하는 구성이고 이를 통해 각종 합금 재료에 대한 높은 연마 속도를 충분히 유지하면서 합금 재료 표면의 평활성을 향상시켜 고광택의 표면을 얻을 수 있는 연마용 조성물을 제안하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점 등을 개선 및 이를 감안하여 안출된 것으로서, 티타늄 및 티타늄합금 자재를 이용하여 제작한 각종 제품의 표면을 화학적으로 연마할 수 있도록 하며 이를 통해 제품 광택도를 증가시킴과 동시에 제품 표면에 잔존하는 열처리 스케일 등의 각종 이물질을 제거할 수 있도록 한 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 인체에 유해하고 사용 후 처리가 쉽지 아니하여 환경적인 측면과 경제적 비용측면에서 문제점을 가지고 있는 플루오르산(HF)을 사용하지 않으며 안정적인 연마작업을 실시할 수 있도록 하며, 안전성을 갖는 화학연마를 실시함은 물론 연마작업시간을 단축할 수 있도록 한 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 티타늄 및 티타늄합금 제품에 대한 우수한 광택 화학연마를 가능하게 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품 전용(專用)의 광택 화학연마제 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물은, 물 100중량부에 대하여 과산화수소수 40~60중량부, 과산화수소수 안정제 2~6중량부, 불소화합물 10~30중량부, 아민화합물 2~6중량부, 질산 5~10중량부 및 유기산 2~6중량부가 혼합된 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 과산화수소수 안정제는 페놀술폰산(Phenolsulfonic acid), 톨루엔술폰산(Toluenesulfonic acid), 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 불소화합물은 소듐비플루오르화물(Sodiumbifluoride), 포타슘비플루오르화물(Potassiumbifluoride),암모늄비플루오르화물(Ammoniumbifluoride) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 아민화합물은 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 에틸렌디아민(Ethylenediamine) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 유기산은 시트르산(Citric acid), 말산(Malic acid), 메탄술폰산(Methanesulfonic acid), 말레산(Maleic acid) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면, 티타늄 및 티타늄합금 제품에 대한 다양한 구조물에 대해 우수한 광택 화학연마를 가능하게 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품 전용(專用)의 광택 화학연마제 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명은 티타늄 및 티타늄합금 자재를 이용하여 제작한 다양한 구조물을 갖는 각종 제품의 표면을 화학적으로 연마할 수 있으며, 이를 통해 제품의 광택도를 증가시킴과 동시에 제품 표면에 잔존하는 열처리 스케일 등의 각종 이물질을 제거할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명은 인체에 유해하고 사용 후 처리가 쉽지 아니하여 환경적인 측면과 경제적 비용측면에서 문제점을 가지고 있는 플루오르산(HF)을 사용하지 않으며 안정적인 연마작업을 실시할 수 있으며, 안전성을 갖는 화학연마를 실시함은 물론 연마작업시간을 단축할 수 있는 유용한 효과를 달성할 수 있다.
본 발명에 대해 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같으며, 이와 같은 상세한 설명을 통해서 본 발명의 목적과 구성 및 그에 따른 특징들을 보다 잘 이해할 수 있게 될 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물은 용매로서 물이 사용되고 여기에 과산화수소수(H2O2), 과산화수소수 안정제, 불소화합물, 아민화합물, 질산 및 유기산이 혼합되는 조성으로 이루어진다.
이때, 상기 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물은 물 100중량부에 대하여 과산화수소수(H2O2) 40~60중량부, 과산화수소수 안정제 2~6중량부, 불소화합물 10~30중량부, 아민화합물 2~6중량부, 질산 5~10중량부 및 유기산 2~6중량부가 첨가되어 혼합되는 조성으로 이루어지게 함이 바람직하다.
상기 물은 용매로서, 이에 첨가되는 나머지 원료들을 녹여 서로 간에 잘 혼합되게 한다.
상기 과산화수소수(H2O2)는 티타늄 및 티타늄합금 제품의 표면에 대해 용해작용을 유도하기 위하여 티타늄(Ti)을 산화시켜 이산화티타늄(TiO2)을 만드는 역할을 담당한다.
여기에서, 상기 과산화수소수는 물 100중량부 기준하여 40중량부 미만으로 첨가하는 경우 화학연마를 위해 용해작용을 유도하기 위한 이산화티타늄 생성을 어렵게 하므로 화학연마 속도가 감소하게 되며, 60중량부를 초과하는 경우 화학연마를 위한 용액(연마제)이 과활성화되어서 자가분해(H2O2→H2O)를 일으키게 되므로 성능이 없어지는 문제점이 발생한다.
상기 과산화수소수 안정제는 과산화수소수에 대한 자가분해(H2O2→H2O)를 억제하는 역할을 담당한다.
상기 과산화수소수 안정제로는 페놀술폰산(Phenolsulfonic acid), 톨루엔술폰산(Toluenesulfonic acid), 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid)을 사용함이 바람직하며, 이들 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
여기에서, 상기 과산화수소수 안정제는 2중량부 미만으로 첨가하는 경우 과산화수소수가 자가분해되어 없어지는 문제점이 발생하며, 6중량부를 초과하는 경우 과산화수소수가 너무 안정화되므로 티타늄을 산화시키는 산화반응이 일어나지 않는 문제점이 발생한다.
상기 불소화합물은 티타늄 및 티타늄합금 제품의 표면에 대해 표면에 잔존하는 열처리에 의한 스케일 등의 각종 이물질을 제거하는 역할을 담당한다.
상기 불소화합물로는 소듐비플루오르화물(Sodiumbifluoride), 포타슘비플루오르화물(Potassiumbifluoride), 암모늄비플루오르화물(Ammoniumbifluoride)을 사용함이 바람직하며, 이들 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
여기에서, 상기 불소화합물은 10중량부 미만으로 첨가하는 경우 티타늄 및 티타늄합금 제품의 표면에 잔존하는 열처리에 의한 스케일 등의 각종 이물질 제거가 어렵게 되며, 30중량부를 초과하는 경우 제품 표면에 대한 부식을 과도하게 일으키는 문제점이 발생한다.
상기 아민화합물은 티타늄 및 티타늄합금 제품에 있어 티타늄의 과도한 용해작용을 억제함으로써 표면 광택도를 증가시키는 역할을 담당한다.
상기 아민화합물로는 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 에틸렌디아민(Ethylenediamine)을 사용함이 바람직하며, 이들 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
여기에서, 상기 아민화합물은 2중량부 미만으로 첨가하는 경우 티타늄 및 티타늄합금 제품의 표면에 대한 광택이 나지 않는 문제점이 발생하며, 6중량부를 초과하는 경우 티타늄의 용해작용을 과도하게 억제하므로 화학연마 처리를 위한 화학반응을 저해 및 화학반응이 일어나지 않는 문제점이 발생한다.
상기 질산은 과산화수소수(H2O2)에 의해 산화되어 생성되는 이산화티타늄(TiO2)과 결합하여 질산티타늄{Ti(NO3)4}의 형태로 제품의 표면으로부터 티타늄을 용해시킴으로써 연마하여 표면 처리하는 역할을 담당한다.
여기에서, 상기 질산은 5중량부 미만으로 첨가하는 경우 과산화수소수(H2O2)에 의해 산화되어 생성되는 이산화티타늄(TiO2)과 결합력이 떨어지므로 화학연마 속도가 감소하게 되며, 10중량부를 초과하는 경우 티타늄의 용해가 너무 과도하게 진행되는 문제점이 발생한다.
상기 유기산은 고체로 첨가되는 것으로서, 질산의 작용에 의해 질산티타늄{Ti(NO3)4}의 형태로 제품의 표면으로부터 티타늄을 용해시킴으로써 연마하여 표면 처리시 티타늄이온(Ti4 +)의 농도가 증가되어 처리속도가 감소되는 것을 방지하는 역할을 담당한다.
상기 유기산으로는 시트르산(Citric acid), 말산(Malic acid), 메탄술폰산(Methanesulfonic acid), 말레산(Maleic acid)을 사용함이 바람직하며, 이들 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용될 수 있다.
여기에서, 상기 유기산은 2중량부 미만으로 첨가하는 경우 화학연마에 의한 표면 처리시 화학반응에 따른 티타늄이온의 농도가 증가되므로 화학반응의 속도를 저하시키는 문제점이 발생하며, 6중량부를 초과하는 경우 물에 녹지 않고 석출되는 문제점이 발생한다.
이하, 상술한 혼합 조성으로 이루어지는 본 발명에 따른 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물에 대한 보다 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.
(실시예 1)
물 100중량부에 과산화수소수 50중량부, 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid) 4중량부, 소듐비플루오르화물(Sodiumbifluoride) 20중량부, 트리에탄올아민(Triethanolamine) 4중량부, 질산 8중량부, 말산 4중량부를 차례로 교반기에 투입한 후 1시간 동안 교반하여 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물을 제조하였다.
그리고, 상기 조건으로 제조된 조성물을 이용하여 티타늄 제품에 대한 광택 화학연마를 실시하였다. 이때 조성물을 가온하여 온도 40℃로 승온하고 이에 티타늄 제품을 10분간 침적하여 광택 화학연마를 실시 한 후 수세하여 건조하였다.
아래 사진에서와 같이, 광택 화학연마 처리 전과 후에 대한 외관을 비교하였는데, 광택 화학연마 처리 전(A)에 비해 처리 후(B)의 제품에서 열처리에 의한 스케일이 완벽하게 제거된 상태를 보여주고 있다.
이때, 처리 전(A)에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.21um로 측정되었는데, 처리 후(B) 표면 평탄도 Ra값은 평균 0.012um로 측정되어 광택도가 향상되었음을 나타내고 있다.
여기에서, 상기 Ra값이 낮으면 표면에 대한 평탄도가 우수하여 광택도를 증가시킴을 의미하며, 상기 Ra값이 높으면 표면의 굴곡 편차가 커서 광택도를 저하시킴을 의미한다.
(실시예 2)
물 100중량부에 과산화수소수 50중량부, 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid) 4중량부, 소듐비플루오르화물(Sodiumbifluoride) 20중량부, 모노에탄올아민(Monoethanolamine) 4중량부, 질산 8중량부, 말산 4중량부를 차례로 교반기에 투입한 후 1시간 동안 교반하여 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물을 제조하였다.
그리고, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 광택 화학연마를 실시하였다.
아래 사진에서와 같이, 광택 화학연마 처리에 따라 열처리에 의한 스케일 및 이물질이 완벽하게 제거되고 광택이 우수한 상태를 보여주고 있다.
이때, 처리 전에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.21um로 측정되었는데, 처리 후에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.013um로 측정되어 광택도가 향상되었음을 나타내고 있다.
(실시예 3)
물 100중량부에 과산화수소수 50중량부, 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid) 4중량부, 소듐비플루오르화물(Sodiumbifluoride) 20중량부, 모노에탄올아민(Monoethanolamine) 4중량부, 질산 8중량부, 메탄술폰산(Methanesulfonic acid) 4중량부를 차례로 교반기에 투입한 후 1시간 동안 교반하여 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물을 제조하였다.
그리고, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 광택 화학연마를 실시하였다.
아래 사진에서와 같이, 광택 화학연마 처리에 따라 열처리에 의한 스케일 및 이물질이 완벽하게 제거된 상태를 보여주고 있다.
이때, 처리 전에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.18um로 측정되었는데, 처리 후에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.011um로 측정되어 광택도가 향상되었음을 나타내고 있다.
(실시예 4)
물 100중량부에 과산화수소수 50중량부, 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid) 4중량부, 암모늄비플루오르화물(Ammoniumbifluoride) 20중량부, 모노에탄올아민(Monoethanolamine) 4중량부, 질산 8중량부, 메탄술폰산(Methanesulfonic acid) 4중량부를 차례로 교반기에 투입한 후 1시간 동안 교반하여 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물을 제조하였다.
그리고, 상기 실시예 1과 동일한 조건으로 광택 화학연마를 실시하였다.
아래 사진에서와 같이, 광택 화학연마 처리에 따라 열처리에 의한 스케일 및 이물질이 완벽하게 제거된 상태를 보여주고 있다.
이때, 처리 전에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.21um로 측정되었는데, 처리 후에는 표면 평탄도 Ra값이 평균 0.014um로 측정되어 광택도가 향상되었음을 나타내고 있다.
이상에서 설명한 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 이러한 실시예에 극히 한정되지 않는다 할 것이며, 본 발명의 기술적 사상과 청구범위 내에서 이 기술분야의 당업자에 의하여 이루어지는 다양한 수정과 변형은 본 발명의 기술적 범주 내에 해당한다 할 것이다.
Claims (5)
- 물 100중량부에 대하여 과산화수소수 40~60중량부, 과산화수소수 안정제 2~6중량부, 불소화합물 10~30중량부, 아민화합물 2~6중량부, 질산 5~10중량부 및 유기산 2~6중량부가 혼합된 조성으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 과산화수소수 안정제는 페놀술폰산(Phenolsulfonic acid), 톨루엔술폰산(Toluenesulfonic acid), 크레졸술폰산(Cresolsulfonic acid) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 불소화합물은 소듐비플루오르화물(Sodiumbifluoride), 포타슘비플루오르화물(Potassiumbifluoride), 암모늄비플루오르화물(Ammoniumbifluoride) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 아민화합물은 모노에탄올아민(Monoethanolamine), 트리에탄올아민(Triethanolamine), 에틸렌디아민(Ethylenediamine) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물.
- 제 1항에 있어서,
상기 유기산은 시트르산(Citric acid), 말산(Malic acid), 메탄술폰산(Methanesulfonic acid), 말레산(Maleic acid) 중에서 선택된 어느 1종 또는 2종 이상이 혼합 사용되는 것을 특징으로 하는 티타늄 및 티타늄합금 제품용 광택 화학연마제 조성물.
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