알루미늄 표면처리 방법의 하나인 양극산화는 알루미늄 소재를 양극으로 하고 전압을 인가하여 산화피막을 알루미늄 소재로부터 직접 성장시키는 방법으로, 이렇게 성장한 산화피막은 내부식성, 내화학성, 내전압성, 내마모성, 경도 등의 물성이 크게 향상되어 산업적으로 다양한 분야에 활용이 가능하다
양극산화피막은 사용한 전해액에 따라 산화피막의 물성에 차이가 있으며, 알루미늄 양극산화 방법으로는 사용하는 전해액에 따라 황산법, 옥살산법, 크롬산법 등이 대표적인데, 가장 많이 사용되는 방법으로는 낮은 전압 조건에서 양극산화가 가능하며, 전해액 관리가 쉬운 황산을 전해액으로 이용한 방법이다. 그러나 황산을 전해액으로 사용한 산화피막은 물성에 한계가 있어 내부식성, 내화학성, 내전압성에서 고품질을 요구하는 산업분야 등에서는 사용이 어려운 실정이다. 따라서 고품질의 양극산화 처리가 된 제품을 필요로 하는 산업현장 및 고품질의 반도체 웨이퍼를 생산하기 위한 반도체 제조 장비와 부품 산업분야에서는 더 좋은 물성을 위해 유지조건이 까다롭고 높은 화공약품 가격 및 고전압 조건에서 양극산화가 이루어져 유지비가 많이 들며, 전해시간이 길게 소요되더라도 내화학성 및 내전압성이 우수한 산화피막이 가능한 옥살산을 전해액으로 이용한 양극산화 방법을 요구하고 있으나, 이 방법은 생산량이 적고, 생산 원가도 높아질 수 있다.
반도체 제조 장비는 표면처리 산업현장에서 특히 고품질의 물성을 요구하고 있으며, 디스플레이 제조 장비 또한 LCD, OLED 크기가 점차 대형화를 이루면서 장비 무게도 함께 증가되어 고품질과 더불어 장비 무게 감소를 위한 경량화의 필요성이 대두되고 있어 기존에 사용되던 스테인레스강 소재보다 60% 이상 가벼운 경량금속이며, 표면처리 방법에 따라 고품질의 표면처리가 가능한 알루미늄 소재로 대체하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 감광액 도포, 현상, 식각, 증착, 세정 등의 공정이 반복적으로 이루어지는 반도체 공정에 사용되는 반도체 제조 장비 및 부품은 특히 내부식성, 내화학성, 내전압성을 요구하고 있으며, 반도체 wafer 운송용 챔버에서는 운송 모듈이 작동하는 곳으로 마모에 의한 불순물이 발생하지 않도록 높은 경도와 내마모성이 필요하다. 디스플레이 제조공정에 사용되는 장비 및 부품의 경우도 동일한 특성이 요구된다.
본 연구에서는 이를 해결하고자 고품질의 특성을 갖으면서 생산성도 향상할 수 있는 방법으로 내부식성, 내화학성 및 내전압성 등에서 고품질의 물성을 갖고 있으나, 표면처리 시간이 길고 전력 소모가 커서 생산성이 낮아 양산에 적용하기 어려운 옥살산을 전해액으로 하는 양극산화법과 인가전압이 낮고 표면 처리 시간이 짧으나 고품질의 물성을 달성하기 어려운 점이 있는 황산을 전해액으로 하는 양극산화법의 문제를 해결하고자 하였다. 이를 위해서 옥살산을 이용한 양극산화의 장점인 물성과 황산을 이용한 양극산화의 경제성을 모두 취할 수 있도록 옥살산을 이용한 피막층과 황산을 이용한 피막층을 동시에 가지고 있는 이중층을 형성하는 연속식 두종류 전해질 양극산화법을 연구하였다. 연구방법으로 Al6061-T6 소재를 100 mm x 100 mm x 5 mm의 크기로 제작하여 연구용 샘플로 사용하였으며, 산화피막 두께는 50 ㎛를 기준으로 하여 황산 전해액 및 옥살산 전해액만을 이용하여 수행한 양극산화와 황산 전해액과 옥살산 전해액을 연속적으로 이용하여 두가지 층, 즉, ① 황산을 전해액으로 이용한 산화피막층 40 ㎛와 옥살산 전해액을 이용한 산화피막층 10 ㎛, ② 황산을 전해액으로 이용한 산화피막층 30 ㎛와 옥살산 전해액을 이용한 산화피막층 20 ㎛, ③ 황산을 전해액으로 이용한 산화피막층 20 ㎛와 옥살산 전해액을 이용한 산화피막층 30 ㎛, ④ 황산을 전해액으로 이용한 산화피막층 10 ㎛와 옥살산 전해액을 이용한 산화피막층 40 ㎛을 동시에 가지고 있는 이중층을 형성하는 연속식 양극산화를 수행한 결과, 5% HCl bubble stream, 35% HCl bubble stream 시험의 결과인 내화학성에서는 ① ~ ④ 샘플 모두 황산 전해액에서의 양극산화 방법보다 내화학성이 양호하였으며, ② ~ ④ 샘플은 내전압성에서도 2,000 V 이상의 고품질을 확보할 수 있었다. 그러나 ④ 는 양극산화 처리 시간이 옥살산 전해액에서의 방법보다 500 초가 감소되어 경제성과 생산성에서는 옥살산 양극산화 처리의 대체 방법이라 보기 어려우며, ① 은 내화학성은 양호하고 양극산화 처리 시간도 옥살산 양극산화 처리시간보다 1700초나 감소하여 경제성과 생산성은 양호하였으나 내전압성에서는 목표했던 2,000 V 의 고품질을 달성하지는 못했다. 따라서 옥살산 양극산화 방법만으로 제작한 샘플과 비교하여 양극산화 처리 시간은 1000초 이상 줄이며, 내전압성에서도 목표 전압인 2,000 V 이상의 고품질이 가능하므로, ②와 ③의 두 가지 전해액에서 연속적으로 양극산화 하는 방법이 반도체 및 디스플레이 제조 장비와 부품시장에서 요구하는 고품질의 물성도 달성하면서, 옥살산법의 가장 큰 단점인 양극산화 시간도 단축하여 생산량은 높이고 생산 원가는 낮출 수 있어, 반도체 및 디스플레이 제조 장비 및 그와 관련된 산업 분야에 충분히 적용이 가능한 방법이라 판단된다.