표면처리(Surface Treatment)의 개념
표면처리는 금속이나 플라스틱 등 소재의 표면에 물리적, 화학적, 또는 전기적 공정을 가하여 내식성(부식 방지), 내마모성, 경도, 미관(디자인), 접착력 등의 특성을 향상시키는 모든 가공 기술을 의미한다. 제조 및 기계 부품 설계에서 제품의 수명과 직결되는 공정으로, 하이엔드 제품일수록 그 중요성이 강조된다.
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표면처리의 종류
1. BO (Black Oxide) : 흑색 산화철 피막
원리 : 일반적으로 철을 공기 중에 두면 생기는 삼산화이철 대신 고온의 강알카리성 용액 환경에 일부러 노출시켜 내구성이 높은 사산화삼철로 표면을 만든다.
두께 : 0.5 ~ 2.0 ㎛ (극도로 얇음)
장점 : 피막이 매우 얇아 제품의 정밀한 치수 변화가 거의 없고, 나사산이나 정밀 끼워맞춤 부위에 조립 불량을 일으키지 않으며 비용이 저렴합니다.
단점 : 자체 방청(녹 방지) 능력이 매우 낮아 후공정으로 방청유를 상시 도포해야 하며, 마찰이나 마모에 취약합니다.
2. BK (Black Anodizing / Black Coating) : 흑색 아노다이징 또는 흑색 피막
원리 : 알루미늄 부품을 전해액(황산 등)에 넣고 양극(+)으로 걸어 표면에 투명한 산화알루미늄 다공질 피막을 형성한 후, 그 미세한 구멍에 흑색 염료를 흡착시키는 전해 공정이다.
*BO와 BK를 헷갈리는 사람이 많은데 엄연히 다른 공정이다.
특징 : 5 ~ 25 ㎛ (경질은 30 ~ 50 ㎛ 이상)
장점 : 알루미늄 고유의 금속 질감을 살리면서 내부식성과 내마모성을 비약적으로 높여준다. 외관이 고급스러워진다.
단점 : 알루미늄 소재에만 적용이 가능하며, 피막이 형성되면서 치수가 커지므로 설계 시 도금 두께만큼의 공차 편차를 반영해야 한다.
3. MD (Mechanical Deposition) : 기계적 아연도금
원리 : 전기를 사용하지 않고, 회전하는 드럼(배럴) 안에 부품과 아연 분말, 유리 비드, 화학 촉진제를 함께 넣어 기계적인 충격으로 아연을 표면에 물리적으로 압착·피복시키는 공정.
두께 : 5 ~ 40 ㎛
장점 : 산세나 전기도금 과정이 없기 때문에 고장력 볼트나 스프링에서 치명적인 수소취성(금속이 수소를 흡수해 쉽게 깨지는 현상)이 전혀 발생하지 않는다.
단점: 전기도금에 비해 표면이 다소 거칠고 불균일하며, 아주 미세하고 복잡한 형상의 내부 홈에는 균일하게 도금되기 어렵다.
4. MM (Matte Finish) : 무광 처리 / 제조 압연 상태
원리 : 물리적으로 표면을 샌드블라스트(Sand Blast) 등으로 때려 미세한 요철을 만들거나, 화학적 에칭액으로 표면 광택을 죽이는 표면처리. (또는 압연 공장에서 롤러를 거쳐 나온 가공 그대로의 상태를 뜻함)
두께 : 단독 공정 시 두께 변화 거의 없음 (0 ㎛에 수렴)
장점 : 빛 반사를 효과적으로 방지하고, 표면의 미세한 스크래치나 가공 흔적(툴 마크)을 가려주며 후속 도장 시 접착력을 높여줍니다.
단점 : 표면에 요철이 생기므로 거칠기가 거칠어지며, 자체적인 부식 방지 기능은 추가되지 않습니다.
5. ML (Micro-Layer / Multi-Layer) : 다층 및 윤활 피막
원리 : 금속 표면에 이황화몰리브덴이나 PTFE(테플론) 같은 고체 윤활제를 마이크로 단위의 얇은 층으로 코팅하거나, 서로 다른 금속층을 연속으로 쌓아 올리는 표면처리.
두께 : 5 ~ 15 ㎛
장점 : 초기 기동 시 마찰과 마모를 극도로 줄여주며, 오일 공급이 어려운 환경에서도 부품의 소생(Seizure)이나 고착 현상을 방지합니다.
단점 : 특수 기능성 코팅인 만큼 공정 단가가 높고, 물리적인 강한 충격이나 지속적인 고하중 마찰 시 피막이 점차 마모되어 수명이 존재한다.
6. MB (Matte Black) : 무광 흑색 도장
원리 : 액상 또는 분체 형태의 흑색 도료에 빛을 난반사시키는 소광제(Matting Agent)를 첨가하여 표면에 스프레이 및 열처리(소킹)를 하는 공정입니다.
두께 : 15 ~ 30 ㎛ (액상) / 40 ~ 80 ㎛ (분체)
장점 : 현대적이고 차분한 고급스러운 외관을 제공하며, 지문이나 얼룩이 잘 묻어나지 않고 광택 저하로 인한 외관 변형이 적다.
단점 : 도막이 두꺼운 편이라 정밀 조립부에는 마스킹 처리가 필수적이며, 스크래치가 발생하면 유광 제품보다 기스 자국이 더 도드라져 보일 수 있다.
7. PD (Powder Coating) : 분체 도장 (또는 인산염 피막)
원리 : 정전기를 이용하여 플라스틱/에폭시 계열의 미세한 분말 가루를 금속 표면에 달라붙게 한 후, 대형 오븐(약 180~200℃)에 넣어 가루를 녹여 붙이는 방식이다.
특징 (두께) : 40 ~ 100 ㎛ (매우 두꺼움)
장점 : 도막이 두껍고 단단하여 내식성, 내충격성, 내후성이 극도로 우수하다. 흐름 현상이 없고 친환경적입니다.
단점 : 미세한 틈새나 복잡한 형상 내부에 분말이 잘 안 들어갈 수 있으며, 도막이 너무 두꺼워 정밀 기계 부품의 조립면에는 적용이 어렵다.
8. PL (Plating) : 일반 전기도금 (아연, 니켈 등)
원리 : 전해액 속에 금속 소재를 음극(-), 도금할 금속(아연, 니켈 등)을 양극(+)으로 두고 전기를 흘려보내 표면에 금속 이온을 석출·전착시키는 가장 대중적인 표면처리이다.
두께 : 3 ~ 15 ㎛
장점 : 비용이 저렴하고 대량 생산에 용이하며, 비교적 균일한 두께로 우수한 부식 방지(특히 아연의 희생방식) 효과를 얻을 수 있다.
단점 : 산세 공정 등으로 인해 고장력강 부품에 수소취성 부작용이 생길 수 있으며, 형상이 복잡하면 전류 밀도 차이로 인해 모서리는 두껍고 안쪽은 얇게 나오는 두께 불균일이 발생한다.
* 산세 공정 : 금속의 표면 처리 공정 중 하나로, 쉽게 말해 ‘산(Acid)성 용액을 사용해 금속 표면의 녹, 스케일(산화막), 불순물을 깨끗하게 씻어내는 공정’을 뜻한다.
9. PR (Primer) : 프라이머 (하도 도장)
원리 : 금속 소재와 최종 페인트(상도) 간의 접착력을 높이기 위해 에폭시나 우레탄 기반의 합성수지 액을 표면에 얇게 도포하여 가교 역할을 하게 만드는 기초 공정.
두께 : 15 ~ 30 ㎛
장점 : 소재 표면의 미세한 거칠기를 메워주고 본 도료가 떨어지지 않게 꽉 잡아주며, 기본 방청(녹 방지) 첨가제가 들어있어 초기 부식을 강력히 억제한다.
단점 : 단독으로는 자외선(UV)이나 외관 미관성이 떨어지므로 위 그림처럼 반드시 상도 도장과 세트로 진행해야 한다.
10. PlCr (Plating Chromium) : 크롬 도금
원리 : 크롬산 전해액을 사용하여 표면에 크롬 금속층을 전기적으로 석출시키는 도금 (플라스틱의 경우 표면을 화학적 에칭으로 전도성을 부여한 후 도금 진행)
두께: 장식용 최외각은 0.3 ~ 0.5 ㎛ (하부 니켈 포함 시 15~20㎛) / 공업용 경질은 10 ~ 200 ㎛
장점 : 경도가 극도로 높고(경질 크롬의 경우 Hv 800~1000 이상), 마찰 계수가 낮아 내마모성이 우수하며 은백색의 아름다운 광택을 유지한다.
단점 : 6가 크롬 등 환경 규제 물질을 사용하는 경우가 많아 공정 관리가 까다롭고 원가가 비싸며, 도금액의 피복력이 떨어져 복잡한 형상 내부 도금이 어렵다.
11. 무광색 크롬 도장 (Satin/Matte Chrome)
원리 : 전기 크롬 도금 직전 단계의 니켈 도금층에서 미세한 유기 입자를 첨가하여 은은한 반무광 상태를 만든 후, 그 위에 아주 얇게 크롬층을 입히거나 소광제가 들어간 크롬 느낌의 도료를 스프레이하는 포면처리.
두께 : 전체 적층 두께 약 15 ~ 25 ㎛
장점 : 반짝이는 유광 크롬 특유의 눈부심(광공해)을 완벽히 방지하면서도, 금속 질감을 구현한다. 내식성과 경도도 뛰어나다.
단점 : 다층 도금 공정이 수반되므로 관리 포인트가 많고 일반 크롬 도금보다 공정 비용이 더 비싸다. 표면에 미세한 스크래치가 나면 복원이 어렵다.
