저렴한 고내식 금속 고온 고압용 영구 필터 제조기술(내용 업데이트) 새로운 표면처리 기술들

본 기술은 박테리아도 잡을 수 있는 초미세 기공을 가지는 고내열 고내식 SUS 영구 필터 제조 기술에 관한 것입니다,

현재 국내에 사용되는 기존의 폴리머 베이스 filter, 세라믹 필터, 섬유 필터 등은 필터내의 기공의 크기가 불규칙하고 복잡하게 얽혀 있어서 필터를 통과하는 불순물들이 사용 중에 기공을 막으면 제거하기가 극히 곤란하여 필터로서의 기능을 할 수 없습니다. 특히 불순물이 많을수록 막힐 때마다 필터 압이 올라가므로 정기적으로 교체하여야 하며, 교체된 filter는 폐기물 처리가 되어 환경오염을 야기하고 있는 실정입니다.

특히 고 농도의 산업 폐수, slurry 폐수 등은 고형 물질의 제거가 어려워 clarifier 등의 대형화된 설비를 사용할 수밖에 없는 상황입니다. 또한 주물 공장이나 석재 가공 공장 등 미세 세라믹 분진이나 금속의 고열 분진 등이 심하게 발생하는 작업장의 공기 청정화를 위한 필터로 일반 폴리머 필터나 세라믹 소결 형 필터를 사용하면 짧은 시간에 기공이 막히거나 열에 타버려서 사용 할 수가 없습니다.

이러한 문제점을 가지는 수처리 시스템이나 공기청정 시스템의 작업공정에 고온 고압용 SUS 영구 필터를 사용할 경우 간단히 해소할 수 있습니다. 이 필터의 특징은 필터의 기공 사이즈가 일정하게 되어 있어서, 막힐 경우 역 수세나 역 공기를 사용하여 막히게한 입자들을 따로 배출 시킴으로서 막힘 현상을 쉽게 제거할 수 있습니다. 그리고 필터 제조원가가 싸고, 필터의 점유면적이 일반 필터 유닛보다 1/10 정도로 작고 필터 유닛이 자동으로 작동 가능 하여 유지비용이 거의 들지 않고, 미크론 단위까지 영구적으로 필터링 할 수 있는 기술입니다.


본 기술에 의해 제작된 영구 필터의 장점은 아래와 같습니다.

- 초기 설치비를 50%이상 절감할 수 있다(초순수 제조설비의 경우).

- 종래의 수처리 필터에 비해 설치 점유면적이 1/10로 감소시킬 수 있다.

- 필터 유닛의 자동 작동이 가능하여 영구적으로 안전하게 사용할 수 있다.

- 반영구적이기 때문에 폐기율이 없다.

(기존 필터 : PP, PE, Glass Fiber 등은 폐기 해야 함)



활용 분야는 아래와 같습니다.

- 촉매 회수 장치용 영구 필터

- 산업 폐수의 전 후 처리용 영구 Filtering system

- 특정 Slurry 제거 및 회수장치용 각종 영구 필터

- 중수 및 초순수 System의 전처리용 영구 Filtering system

- 공기중의 미립자와 박테리아 제거용 영구 청정 필터

- 주물공장이나 석재 가공공장 또는 탄광등 미분말이 많이 발생하는 곳의 공기청정용 영구필터

- 기타 고열 고압용 필터 장치 등

사진 본 기술에 의해 본인이 제작한 영구 필터를 성능 시험 유닛에 장착 성공한 모습


박테리아도 잡는 저렴한 공기청정 및 수처리용 고온 고압 가능한 영구 금속 필터 제조기술 새로운 표면처리 기술들

본기술은

저렴하고 컴팩트하게 금속 초정밀 기공형 영구 필터 제조 기술에 관한 것입니다,

현재 국내에 사용되는 기존의 폴리머 베이스 Filter, 세라믹 필터, 섬유 필터 등은 정기적으로 교체하여야 하며, 교체된 Filter는 폐기물 처리가 되어 환경오염을 야기하고 있는 실정입니다. 특히 고농도의 산업폐수, Slurry폐수 등은 고형 물질의 제거가 어려워 Clarifier등의 대형화된 설비를 사용할 수 밖에 없는 상황일때, 이러한 문제점을 금속 초정밀 기공형 필터로 해소할 수 있습니다. 필터의 기공 사이즈가 일정하고 막히는 경우 필터압 연계에 의한 역세를 작동하여 막히는 입자를 따로 분리 보관함으로서 막힘 현상도 없고 필터 제조원가가 싸고 점유면적이 작고 필터유닛이 자동으로 작동가능 하며 서브 미크론까지 영구적으로 필터링 할 수 있는 기술입니다. 본 제조기술의 핵심은 금속상의 서브미크론 단위의 기공 형성 표면처리 기술입니다.

활용 분야는 아래와 같습니다.


- 스마트 자동차 공기 정화 유닛, 초미세 황사 먼지 및 세균 제거 유닛, 초순수 제조 전단계 정화 유닛 등 환경 친화 유닛

- 촉매회수장치

- 산업폐수 Filtering system

- 특정 Slurry 제거 및 회수장치

- 중수 및 초순수 System의 Filtering system 전처리

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사진 위) 물에 분산되어 있는 필터 전의 SiC 분말 입도 분포

아래) 금속적층 영구필터 사이즈 10 미크론으로 제작하여 위의 물을 통과시킨 후의 입도 분포


표면처리의 중요성 과 얼음정수기 도금 층 박리 사건 나의 이야기

표면처리의 중요성은 아래와 같은 표면처리 정의를 보면 알 수 있습니다.

표면처리의 정의는 제품의 표면성질을 향상시키기 위한 모든 처리를 표면처리(surface treatment)라고 하며, 제품 자체의 내마모성, 내열성, 내식성 및 기타 기능을 향상 시키는 동시에 제품 표면의 색채와 광택을 좋게 할 목적으로 여러 가지 공정으로 표면을 처리합니다.

예를 들면 반도체 산업의 핵심부분인 실리콘웨이퍼 상의 각종 회로 작성 및 코팅(전기 전자분야), 초 고강도 재료의 제조 원료가 되는 극 미세 분말의 제조(금속재료분야), 인공 장기 및 인공 뼈 등의 표면에 대한 내식성 코팅(의료 분야)등 그 응용분야가 실로 무한하며, 제품 생산 공정의 최종 마무리 작업에 해당하므로 제품의 모양과 수명에 큰 영향을 미치고 상품의 외관을 크게 좌우하며, 내구성과도 관련되어 상품의 가치를 결정하는 주요기술로, 기계, 금속, 전기, 전자 등 여러 산업분야에 지대한 영향을 미치므로 수출산업에 있어서도 대단히 중요한 핵심기술이라 할 수 있고, 특히 표면처리 공업의 발달은 자동차 공업처럼 다른 제조분야의 생산을 창출하는데 크게 기여하는 등 각종 산업의 생산 활동에 직 간접적으로 미치는 영향이 매우 큽니다.

이러한 표면처리의 중요성을 인식시키는 사건이 최근 발생 했습니다.

얼마 전 국내 유명 얼음정수기 회사의 핵심 부품인 증발기(Evaporator)에서 니켈 도금 층이 박리되어, 얼음정수기 안에 만들어진 얼음 속에 들어가서 사용하시는 분들의 소동이 난 내용을 보았습니다. 이 회사는 니켈도금에 대한 무지 때문에 회사의 이미지에 엄청난 손실을 입었습니다. 제 블로그를 보시는 분들 대부분이 표면처리는 싸고 제품의 성능과 이미지에 영향을 주지 않는 공정이라고 생각합니다. 이 회사의 제품 개발 시 니켈 도금을 적용한 사람도 그렇게 생각하고 도금을 발주를 해서 제품화 했을 것입니다.

도금은 내식성이 아주 나쁩니다. 왜냐하면 도금은 금속 층이므로 도금 층의 아주 미세한 핀홀이나 결함을 통해 부식전류가 도금 하지 금속으로 흘러서 하지금속과 밀착불량을 쉽게 유발합니다. 그래서 내식성을 측정하는 염수분무 시험에서 크롬도금은 1시간, 니켈도금 등은 12시간을 넘지 못하고 부식현상이 발생합니다. 특히 얼음 정수기와 같이 습도가 높고 온도 변화가 심하여 금속의 팽창 수축이 심할 경우에는 부식 속도가 더 빠릅니다. 아예 쓰면 안 되는 장소에 사용한 것입니다. 좀 비싸더라도 스테인레스 금속의 외관을 미려하게 연마 표면처리해서 사용하는 것이 정답입니다.

표면처리 분야에 오랫동안 종사하면서 참 많은 업체들이 부품에 적용하는 표면처리 종류 선택의 실수로 엄청난 클레임과 손해를 본 사건들을 보았습니다. 이번 사건의 경우는 원가 절감을 하기 위해 방법을 찾다가 도금을 하면 외관이 그럴 듯 하니까 적용을 하였을 것입니다. 얼음 정수기 같이 직접 우리가 먹는 얼음을 제조하는 내부에 설치되는 경우는 철저한 성능 검사를 해서 문제가 발생될 소지가 있으면 하지 말았어야 했습니다. 저는 이런 사건을 볼 때마다 안타까운 마음이 있습니다. 적용하기 전에 제가 알았더라면 무조건 말렸을 텐데 라는 생각 말입니다. 신제품 개발 시 특히 인체와 연관된 부품의 표면처리 경우는 하청업체의 말만 듣지 말고 꼭 표면처리 전문가에게 확인을 받으셨으면 합니다.


고윤활 고내식 고경도를 가지는 저렴한 나노 세라믹 코팅 기술 새로운 표면처리 기술들

일반적으로 세라믹 코팅이라고 말하는 경우는 대개 유무기 복합 (폴리머 수지와 세라믹 입자가 섞인 것)물질을 코팅 하는 경우를 말합니다. 국내에도 유명한 주방기기용 세라믹 코팅 공장들도 있지만 이들의 성분은 실리카라고 하지만 실란이라는 물질로 부터 출발함으로 세라믹 고유의 고온 (600 이상)에서의 안정성이 없어서대게 300 이상이면 코팅 피막으로서의 효용 가치가 없는 경우가 대부분입니다. 또한 세라믹 코팅을 하면 표면에 기름때가 묻지 않는다고 자랑하는데 이것은 세라믹 자체의 특성이라기 보다도 이형성이있는 유기 물질 때문입니다. 이와 반대로 만일 완전한 세라믹 도자기와 같은 코팅층이면 내열성은 아주 우수하지만 급열 급냉에는 깨어지기 쉽기 때문에 코팅층으로 사용한다면 열충격에 약해서 크게 효용 가치가 없을 수 있습니다. 이러한 두가지의 문제점을 해결할 수 있는 무기 화학 반응을 이용한 나노 세라믹 코팅 기술을 본인이 개발하여 기술 소개드립니다.

기술을 좀 더 자세히 소개드리면, 습식 코팅 층의 두께는 물을 용매로 하기 때문에 물의 양을 조절함으로써 마음대로 점도 조절 가능하여 두께가 1 ~ 0.5 mm 까지 스프레이나 딥핑 또는 브러쉬로 코팅가능 합니다. 그리고 공장 바닥이나 공장 벽에 코팅 작업 중에 뭍어 있는 액은 물로 씻어서 회수 가능하며, 열을 가하지 않으면 반응이 일어나지 않으므로 점도 조정에 실패한 경우에도 코팅 층을 물로 씻은 후 재사용 가능 합니다.

또한 코팅 후 공기 중에서 열처리를 500 ℃~ 600 에서 처리하면 경도가 Hv 1,200이상인 코팅 층이 되고, 코팅 층을 쇠줄로 밀어도 쇠줄이 마모되고, 마찰계수는 후공정의 종류에 따라 0.1이하로 낮출 수 있으며, 급열 급냉 (700 가열 물 궨칭)10 회 이상 반복해도 박리나 밀착성에 아무 이상이 없으며, 물 접촉각은 10 도이하이며 초 발수 영역까지 후공정 처리로 가능 합니다.

특히 이 기술은 수용성 코팅액의 가열에 의해 코팅 처리가 됨으로 폐수가 발생하지 않기때문에 폐수처리 시설이 필요 없습니다. 그리고 소재는 철 합금이 가장 코팅 성능이 좋고 다음으로 구리 합금 니켈 합금등이 우수하며, 알루미늄의 경우에는 고온 특성이 거의 필요 없기 때문에 효용성이 크지 않습니다. 내식성은 기본으로 80 코팅시 염수분무 400시간 이상이고 이차 내식성 처리로 해수에 사용하는 볼트 수준인 염수분무 시험 만 시간 까지도  가능합니다.  

이 기술은 본 처리 후 2차 공정으로 금속을 도금하거나 코팅 할 수 있어서 방직기 부품, 에어컨의 영구 탈취 판, 고온 초고속 열전달 판, 캔 말이 금형 코팅, 다이캐스팅 금형 내벽 코팅 등 극한의 성능을 필요로 하는 부품에 사용할 수 있습니다. 초고속 회전체나 고열 마모 부품 등에 사용 가능 합니다. 본 기술은 부품의 하지 처리로 쓸 경우에 경도가 높은 장벽층 작용을 해서 모재를 보호하는 측면에서 상당히 유리 합니다. 코팅 층은 하지금속과 열화학 반응에 의해 결합하므로 결합력이 강한 특징이 있습니다. 소결 부품의 오일레스 베아링과 같이 코팅층 내에 오일을 장시간 보유 할 수 있는 특성도 있기 때문에 유압 실린더 로드나 베아링 등에도 사용 가능성이 있습니다.

특별히 각종금속의 주물품이나 다이캐스팅 부품의 경우 눈에 보이지 않는 기공들이 많이 있어서 도장 후 표면에 발생되는 부풀음과 밀착불량에 의한 부식 발생 등 불량율이 80%에 이르는 경우가 많이 있습니다. 이러한 부품의 경우 본 기술을 적용할 경우 기공을 없애 줄 뿐 아니라, 도장 밀착성과 내식성 및 경도를 상승시켜 저렴하게 불량 없는 환경친화형 고품위 도장 제품을 생산 할 수 있습니다.

본기술의 적용 예는 다음과 같습니다.

 

 

사진 나노 세라믹 코팅층을 적용할 수 있는 부품들 예

 

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사진 제가 개발한 나노 세라믹층 단면 조직 사진


알루미늄 양극산화 기술을 이용하여 저렴하게 루비(Ruby) 피막을 형성하는 기술 기타 신 표면처리 기술

알루미늄을 가열해서 공기중의 산소와 반응시켜 산화시키면 17 종류의 구조를 가지는 결정질 알루미나로 변합니다.

 17 가지의 결정질 산화물 중에 가장 안정한 알루미늄 산화물은 알파 알루미나입니다. 루비(Ruby)는 바로 이 알파 알루미나의 결정체 속에 크롬이온이 분산되어 결정 구조 내부에 결함을 발생시켜, 색깔이 약간 붉은 빛을 냅니다. 어떻게 1,300 도 이상 가열시켜야 생성되는 알파 알루미나를 양극산화피막 기술로 만들 수 있나고요?

알루미늄의 양극산화 피막을 결정화 시키는 기술로는 다양한 종류들이 있습니다. 일반적인 양극산화 공정에의해 만들어지는 비정질 양극 산화 피막속의 수화물을 없애는 것이 결정화 되는 방법입니다.  그러나 1300 도 이상의 온도에서 만들어지는 루비 피막은 더 복잡한 공정을 필요로 합니다.  왜냐하면 알루미늄의 녹는점이 660도 밖에 되지 않으므로 열을 주는 한계가 있기 때문입니다.

이러한 알파 알루미나 피막을 저렴하게 만드는데 성공했습니다.

아래 사진은 제가 만든 알파 알루미나 피막의 표면 조직 사진 입니다


사진 양극산화에 의한 알파 알루미나 피막의 표면 조직 사진(위)


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