[표면처리] 25-18. 화성피막처리인 인산염피막처리(Parkerizing)와 흑색산화피막처리(Black Oxidizing)를비교하여 설명하시오.

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ㆍ표면처리 기술사 제135회 2교시

5. 화성피막처리인 인산염피막처리(Parkerizing)와 흑색산화피막처리(Black Oxidizing)를비교하여 설명하시오.

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화성피막처리 중 인산염피막처리(Parkerizing)와 흑색산화피막처리(Black Oxidizing)는 금속 표면의 내식성, 내마모성 향상 및 도장 전처리를 위한 주요 방법이다.

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1. 인산염피막처리 (Parkerizing)

항목	내용
정의	철강재 표면에 인산염(주로 Zn, Mn, Fe 계열) 화합물을 화학적으로 반응시켜 결정성의 불용성 인산염 피막을 형성하는 처리
목적	내식성, 내마모성 향상, 도장 밀착력 증가
특징	- 회색~암회색의 무광 결정질 피막 형성 - 피막이 다공성이므로 기름 흡수성이 좋음 - 후처리로 방청유 처리 시 방청 효과 탁월
용도	총기, 자동차 부품, 산업기계 부품 등
처리온도	약 80~100℃의 온수 조건
피막두께	약 5~15 μm
대표 화학물질	인산아연(Zn phosphate), 인산망간(Mn phosphate) 등

 

1-1) 공정 순서

1-1-1) 전처리

ㆍ탈지 (기름 제거)

ㆍ산세척 (산을 이용해 녹 제거 및 표면 활성화)

1-1-2) 피막처리

ㆍ인산염 용액에 담금 (Zn, Mn, Fe 계열)

ㆍ80~100℃에서 5~15분 처리

1-1-3) 세척

ㆍ물로 피막처리액 제거

1-1-4) 후처리

ㆍ방청유, 방청왁스 등 도포

ㆍ경우에 따라 건조 또는 경화

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1-2) 주요 피막 종류

종류	금속이온	용도
아연계	Zn²⁺	일반 방청용
망간계	Mn²⁺	마찰에 강한 기계부품용
철계	Fe²⁺	가장 저렴, 방청성은 낮음

1-3) 장점

ㆍ뛰어난 도장 밀착력 제공

ㆍ내식성, 내마모성 우수

ㆍ비교적 저렴한 비용

ㆍ피막의 기공에 윤활유 흡수성이 좋음

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1-4) 단점

ㆍ색상이 제한됨 (주로 회색 계열)

ㆍ치수 정밀도는 중간 정도

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2. 흑색산화피막처리 (Black Oxidizing)

항목	내용
정의	철강재 표면을 고온의 알칼리성 용액에서 산화시켜 철의 산화물(주로 Fe₃O₄) 피막을 형성하는 처리
목적	외관 개선(검정 광택), 내식성 향상, 반사 방지
특징	- 얇고 균일한 흑색 광택 피막 - 피막 자체는 얇고 다공성이며, 내식성은 낮으나 방청유 처리 시 내식성 증가 - 치수 변화 거의 없음
용도	광학기기, 장식품, 볼트 및 너트, 기계부품 등
처리온도	약 135~145℃ 고온 조건
피막두께	약 0.5~1.5 μm (매우 얇음)
대표 화학반응	3Fe + 4OH⁻ → Fe₃O₄ + 2H₂O + 4e⁻

2-1) 공정 순서

2-1-1) 전처리

ㆍ탈지 → 산세척

2-1-2) 산화처리

ㆍ알칼리성 산화욕(NaOH + 산화제)에서 135~145℃ 처리

ㆍ10~30분

2-1-3) 세척

ㆍ물로 세척

2-1-4) 후처리

ㆍ방청유 또는 실리콘 코팅

ㆍ건조 또는 경화

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3) 주요 반응식

3Fe + 4OH⁻ → Fe₃O₄ + 2H₂O + 4e⁻

 

※ 생성되는 Fe₃O₄는 자성을 가지는 흑색 산화철

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3-1) 장점

ㆍ얇고 균일한 검정색 광택 피막

ㆍ치수 변화 거의 없음 → 정밀부품에 유리

ㆍ반사 방지 및 장식적 효과 우수

ㆍ공정 시간이 짧음

3-2) 단점

ㆍ피막 자체의 내식성이 약함

ㆍ반드시 방청유와 함께 사용해야 내식성 확보 가능

ㆍ고온 공정 → 에너지 소모 큼

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3. 비교 요약

구분	인산염피막처리 (Parkerizing)	흑색산화피막처리 (Black Oxidizing)
피막색상	회색 또는 암회색	검정색 (흑색광택)
피막두께	5~15 μm	0.5~1.5 μm
내식성	우수 (방청유 처리 시 더욱 우수)	낮음 (방청유 필수)
외관 목적	주로 기능적 목적	주로 장식적 목적 및 반사 방지
도장성 향상	우수	낮음
열처리 유무	중온	고온
적용 부품	총기, 기계부품	광학기기, 장식품

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4. 도장성과의 상관관계 비교

항목	인산염피막처리 (Parkerizing)	흑색산화피막처리 (Black Oxidizing)
도장 밀착력	매우 우수	낮음
표면 상태	다공성 & 거칠음 → 도료 기계적 결합 우수	평활하고 얇음 → 도료 밀착력 낮음
도료 흡수성	피막이 기공성이라 도료 침투/흡착이 잘 됨	피막이 얇고 기공성 낮아 도료 고착 불리
내습성/내식성 향상 효과	도장과 함께 사용 시 시너지 효과 큼	도장 없이 피막만으로는 내식성 거의 없음
실제 적용 예	방청 도장, 전처리로 널리 사용	장식 목적 또는 별도 도장 없는 경우 많음

4-1) 인산염피막과 도장성의 관계

ㆍ인산염피막은 기공성을 갖는 결정 구조로 도료, 접착제, 방청유 등이 잘 흡수 된다.

ㆍ이로 인해 도장 후, 도막이 박리되지 않고 기계적·화학적 밀착이 매우 좋다.

ㆍ특히 전착도장, 분체도장, 습식도장 등에서 전처리 공정으로 많이 사용 된다.

ㆍ도장성과 내식성의 시너지 효과가 매우 뛰어나 자동차, 기계 부품 산업에서 필수적인 전처리 공정이다.

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4-2) 관련 시험 :

→ ASTM D3359(테이프 테스트), KS M ISO 2409(도막 접착력 시험) 등에서 높은 접착력 등급을 얻습니다.

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4-3) 흑색산화피막과 도장성의 관계

ㆍ흑색산화피막은 치수 변화 없이 외관을 개선하는 데 적합하지만, 표면이 매끄럽고 기공이 거의 없음.

ㆍ이로 인해 도료나 도막이 흡착되기 어려워 도장 밀착력이 떨어진다.

ㆍ보통 별도의 도장을 하지 않고 피막 위에 방청유 또는 실리콘 오일만 도포하는 경우가 많다.

ㆍ도장을 하는 경우에는 반드시 표면 거칠기 처리(Sanding, Sandblasting)나 접착력 강화 프라이머 사용이 필요하다.

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4-4) 요약

비교 항목	인산염피막처리	흑색산화피막처리
도장 전처리로서 적합성	매우 우수	부적합
도료 밀착력	강함	약함
도장 후 내식성 향상	상승 효과	미미하거나 오히려 박리 위험

4-5) 실제 산업 활용 예

ㆍ인산염피막처리 + 도장

→ 자동차 차체 부품, 가전제품 외장, 중장비 프레임 등

ㆍ흑색산화피막처리만 사용

→ 광학기기 부품, 도장이 필요 없는 장식 부품, 나사류 등

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