흑착색은, 「사삼산화철 피막」이나 「흑염색 처리」등이라고도 불립니다만, 그 이름대로, 철강 재료의 표면을 흑색으로 하는 표면 처리 방법입니다. 하지만 정말 「검게 염색」하는 것이 전부는 아닙니다. 화학 반응을 이용하여 표면에 흑색 막을 만드는 것입니다. 흑염색 처리에는, 방청 능력을 부여할 수 있는, 저렴하게 처리할 수 있는, 치수가 변화하지 않는, 깎기 어려운, 등 다양한 장점이 있습니다.
이번 기사에서는 검은 염색 처리의 원리와 특징, 공정, 주의점 등을 자세히 설명합니다.
목차
흑착색(사삼산화철 피막)이란?
흑착색 처리는, 철강의 표면에 Fe3O4(사삼산화철)의 흑색 피막(소위 「흑 녹」)을 형성해, 철강의 내부를 보호하는 처리입니다. 흑착색이나 사삼산화철 피막 외에, SOB 처리, 알칼리 흑색 처리, 알칼리 착색 등이라고도 불립니다.
흑착색 처리를 실시할 때는, 35~45% 정도의 수산화나트륨 수용액에 산화제(질산나트륨)나 반응 촉진제를 더해 130~150℃ 정도로 가열하고, 그 안에 철강 부품을 담근다 . 그러면 부품 표면의 철이 산화되어 철산나트륨이라고 불리는 물질이 생성됩니다. 이어서 이 철산나트륨이 환원되어 부품 표면에 사삼산화철 피막이 형성되는 것입니다. 일반적으로 부품을 방청유로 처리합니다 (침지 또는 도포). 결국, 마치 「검은 색으로 물든 것 같은」외관을 얻을 수 있는 점이 특징입니다.
흑착색 처리를 실시하는 이점
흑착색 처리는 다음과 같은 특징이 있으며, 다방면에서 이용되고 있습니다.
방청 능력 향상
부품 표면의 사삼산화철 피막(흑 녹)은 견고하고 안정된 상태입니다. 이 막이 있는 것으로, 철 표면에 있어서의 적 녹(철을 부식시키는 녹)의 발생을 어느 정도 억제할 수 있습니다. 또, 사삼산화철 피막은 다공질이며, 미세한 구멍이나 요철이 다수 존재하고 있는 점이 특징입니다. 후처리로서 이러한 구멍에 방청유를 함침시키면 수분의 침입을 방지할 수 있어 방청 능력을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 아연 도금이나 니켈 도금 정도의 방청성을 줄 수 없습니다만, 미관을 주면서 어느 정도의 방청성을 주고 싶은 경우에는 흑착색 처리를 추천합니다.
또한 방청유로 후처리를 하면 유분이 피막 표면에 유지되므로 공구나 기계 부품 등의 접동성을 높일 수 있습니다.
부착물이 떨어지기 어려워진다
도금이나 도장 은 부품의 표면에 다른 재료층을 부착시키는 표면 처리법입니다. 그렇기에, 부착시킨 층이 떨어질 가능성이 있습니다. 한편, 흑착색 처리는, 화학 반응을 일으켜 부품의 표면만을 다른 물질(사삼산화철 피막)으로 바꾸는 처리 방법이며, 간단하게는 떨어지지 않습니다. 비교적 오래 지속되는 표면 처리라고 할 수 있습니다.
치수 정밀도가 거의 변하지 않음
흑착색 처리에서는, 피막의 형성 속도가 그다지 빠르지 않기에, 최종적인 피막의 두께는 불과 1~2μm 정도입니다. 게다가, 피막은 부재 표면으로부터 내부를 향해 형성됩니다. 또한, 처리 온도는 150℃ 이하로 비교적 저온이기에, 부품이 열로 변형하는 걱정도 없습니다. 이상으로부터, 흑착색 처리의 전후에서는 부품의 치수가 거의 변하지 않습니다. 이 장점을 살려, 흑착색 처리는 높은 정밀도가 요구되는 부품에 자주 이용되고 있습니다.
외형이 아름답다.
흑착색 처리를 실시하면, 마치 검게 염색한 것 같은 외관을 얻을 수 있습니다. 표면의 거칠기는 처리의 전후로 변화하지 않고, 처리전에 광택이 있던 부품은 옻나무와 같은 광택이 있는 흑색에, 광택 없어지고 있던 부품은 광택이 없는 흑색으로 완성되는 점이 특징입니다. 고급감이 나오기에 공업 제품뿐만 아니라 인테리어 제품이나 아트 작품에 사용되는 경우도 있습니다.
저렴하다
흑착색 처리는 처리액의 원가가 싸고, 전극이나 지그도 불필요하기에, 도금이나 코팅과 같은 다른 표면 처리보다 저렴합니다. 대량의 부품을 그물바구니에 넣어 한 번에 처리하면, 처리 단가를 한층 더 싸게 할 수 있습니다. 크기나 형상이 다른 부품이라도 한 번에 처리할 수 있기에 비용을 억제하면서 다양한 부품을 처리하고 싶은 경우에는 흑착색 처리를 추천합니다.
흑착색 처리의 용도
흑착색 처리는 치수 정밀도를 유지, 보기 좋은 흑색으로 착색, 어느 정도의 방청성을 원하는 경우에 적합합니다.
구체적으로는 나사나 볼트 등의 철강 제품을 비롯하여 각종 공구, 정밀 기계 부품, 금형, 자동차 부품, 인테리어, 아트 작품 등에 사용됩니다. 단, 방청성을 부여할 수 있다고 해도 실외에서의 사용에 견딜 수 있을 정도는 아니기에, 수분이 많은 장소나 바다의 근처등에서 사용하는 부품에는 적합하지 않습니다.
흑착색 처리의 공정
흑착색 처리의 공정은 다음과 같습니다. 소요 시간은 50분 정도이며, 다른 표면 처리 방법에 비해 짧은 시간에 처리할 수 있는 점이 큰 장점입니다.
①탈지
부품 표면에 기름이 남아 있으면 흑색 염색 처리 시에 색 불균일이 발생할 수 있습니다. 그래서 처리하고 싶은 부품을 50~60℃의 탈지제에 2~5분 정도 담그어 표면의 유지를 제거합니다. 이미 기름으로 방청 처리되어 있는 부품의 경우는, 웨스로 기름을 닦아내고 나서 탈지제에 침지합시다. 탈지제에 장시간 너무 담그면 녹이 발생할 수 있으므로 주의하십시오.
②수세
탈지제가 남아 있으면 흑착색 처리가 진행하기 어려워지기에 물을 오버플로우시키면서 부품을 충분히 헹구어줍니다. 부품 표면에 녹이나 얼룩이 있는 경우에는 추가로 산세를 합니다. 흑착색 처리의 처리액에 조금이라도 산이 들어가면 돌연 갑자기 끓을 위험이 있으므로 산세 후에는 충분히 물로 조심스럽게 헹구어 줍니다.
③흑착색 처리
그물 바구니에 넣은 부품을 끓인 상태의 처리액에 투입하여 부품 전체가 젖도록 몇 번 흔들면서 15~20분 정도 끓입니다. 온도가 너무 높으면 부품이 붉게 변색되어 버리므로 반드시 적절한 온도에서 끓여 주십시오. 또한 부품의 평면 부분이 그물과 밀착되면 처리 후 그물의 흔적이 남을 수 있습니다. 평면 부분이 많은 부품은 상단에서 매다는 것과 같이 궁리가 필요합니다.
④탕세
부품을 50~80℃의 물에 빠르게(5~6초 정도로) 옮기고, 뜨거운 물을 넘치듯이 충분히 헹구십시오. 부품을 뜨거운 물로 옮길 때 시간이 걸리면 부품 표면의 수분이 증발하여 부품이 공기에 닿아 녹이 발생합니다. 조심합니다.
⑤수세
물을 넘치면서 부품을 단단히 헹구고 중앙까지 충분히 식히십시오. 헹굼이 부족하면 조기에 녹이 발생할 수 있습니다.
⑥방청 처리
흑착색 처리한 부품을 방청유로 처리(침지나 도포)한 후, 상온에서 충분히 건조시킵니다. 침지하는 경우는, ⑤까지의 공정에서 사용한 그물 바구니는 다른 바구니를 사용해 주세요.
흑착색 처리를 실시할 때의 주의점
많은 이점이 있는 흑착색 처리입니다만, 이하의 점에 주의가 필요합니다.
흑착색 처리에 적합하지 않은 재질도 있다
흑착색 처리는 철계 재료에 적합한 표면 처리 방법입니다. 그러나 주물이나 열처리 부품, 와이어 컷 부품 등은 완전한 흑색이 아닌 붉은 흑색이 될 수 있습니다. 또한 크롬이나 니켈 등을 많이 포함한 합금강은 검정이 아닌 회색으로 완성되는 점에도 주의가 필요합니다.
기름이 끊어지면 녹이 진행
사삼산화철 피막 자체는 방청 효과가 낮기 때문에 앞서 언급했듯이 일반적으로 피막 표면을 방청유로 처리합니다. 그러나, 이 기름이 끊어지면, 사삼산화철 피막 내부의 세세한 구멍에 외부의 수분이나 공기가 침입해, 붉은 녹이 진행되어 버립니다. 검정 염색 처리의 방청력에는 한계가 있다는 것을 알아둡니다.
정리
흑색 염색 처리는 철강 부품의 표면에 사삼산화철의 피막을 형성하는 표면 처리 방법입니다. 부품의 치수 정밀도를 유지한 채로, 「흑착색」과 같은 아름다운 외관을 얻을 수 있습니다. 다른 처리 방법보다 저렴한 점이나 어느 정도의 방청 능력을 부여할 수 있다는 점도 장점입니다. 다만, 부품에 따라서는 검정이 아니고 빨강이나 회색이 되는 점이나, 표면의 방청유가 끊어지면 녹이 진행하기 쉬운 점에는 주의가 필요합니다.
