자동차 알루미늄 합금 부품의 산화막 두께 및 경도 측정 방법

자동차 알루미늄 합금 부품에 형성되는 양극 산화막은 마치 갑옷처럼 표면을 보호합니다. 이 산화막은 알루미늄 합금 표면에 조밀한 보호층을 형성하여 부품의 내식성을 향상시키고 수명을 연장합니다. 또한, 높은 경도를 지닌 산화막은 알루미늄 합금 표면의 내마모성을 개선하는 데에도 기여합니다.

알루미늄 합금의 양극 산화막은 두께가 비교적 얇고 경도가 비교적 높은 것이 특징입니다. 따라서 압입기로 인해 산화막 층이 손상되는 것을 방지하기 위해 미세 경도 측정에 적합한 시험 장비를 선택해야 합니다. 본 연구에서는 경도 및 두께 측정을 위해 0.01~1kgf의 시험력을 가진 마이크로 비커스 경도계를 사용할 것을 권장합니다. 비커스 경도 시험 전에는 시험 대상물을 시편으로 제작해야 합니다. 필요한 장비는 금속 조직 고정기(시험 대상물의 양면이 평평한 경우 이 단계는 생략 가능)를 사용하여 시험 대상물을 양면이 평평한 시편으로 고정하고, 금속 조직 연마기를 사용하여 광택이 나는 표면이 될 때까지 연마하는 것입니다. 고정기와 연마기는 아래 그림에 나타나 있습니다.

1. 시료 준비 단계 (경도 및 두께 측정에 적용)

1.1 샘플링: 테스트할 부품에서 약 10mm × 10mm × 5mm 크기의 샘플을 잘라냅니다(부품의 응력 집중 영역을 피해야 함). 이때 테스트 표면은 산화막의 원래 표면이어야 합니다.

1.2 장착: 열처리된 장착 재료(예: 에폭시 수지)를 사용하여 시료를 장착하고, 산화막 표면과 단면(두께 측정을 위해서는 단면이 필요함)이 노출되도록 하여 연삭 중 시료 변형을 방지합니다.

1.3 연마 및 광택 처리: 먼저 400번, 800번, 1200번 사포를 사용하여 단계적으로 습식 연마를 수행합니다. 그런 다음 1μm 및 0.5μm 다이아몬드 연마 페이스트로 광택을 냅니다. 마지막으로 산화막과 기판 사이의 계면에 흠집이 없고 명확하게 보이는지 확인합니다(단면은 두께 관찰에 사용됨).

2. 시험 방법: 비커스 미세경도법(HV)

2.1 핵심 원리: 다이아몬드 피라미드 압입기를 사용하여 필름 표면에 작은 하중(일반적으로 50~500g)을 가해 압흔을 만들고, 압흔의 대각선 길이를 기준으로 경도를 계산합니다.

2.2 주요 매개변수: 하중은 필름 두께와 일치해야 합니다(필름 두께가 10μm 미만일 경우 기판까지 압흔이 침투하는 것을 방지하기 위해 100g 미만의 하중을 선택하십시오).

핵심은 필름 두께에 맞는 하중을 선택하고 과도한 하중이 산화막을 관통하지 않도록 하는 것입니다. 과도한 하중이 가해지면 측정 결과에 알루미늄 합금 기판의 경도 값이 포함되기 때문입니다 (기판의 경도는 산화막의 경도보다 훨씬 낮습니다).

산화막 두께가 5~20μm인 경우: 100~200g(예: 100gf, 200gf)의 하중을 선택하고, 압흔 직경은 막 두께의 1/3 이내로 제어해야 합니다(예: 막 두께가 10μm인 경우, 압흔 대각선 ≤ 3.3μm).

산화막 두께가 5μm 미만(초박막)인 경우: 50g 미만의 하중(예: 50gf)을 선택하고, 관통을 방지하기 위해 고배율 대물렌즈(40배 이상)를 사용하여 압흔을 관찰해야 합니다.

경도 시험을 수행할 때는 ISO 10074:2021 "알루미늄 및 알루미늄 합금의 경질 양극 산화 코팅에 대한 규격"을 참조합니다. 이 규격은 마이크로 비커스 경도계를 사용하여 다양한 유형의 산화 코팅을 측정할 때 사용해야 하는 시험력 및 경도 범위를 명확하게 규정하고 있습니다. 자세한 규격은 아래 표에 나와 있습니다.

표: 비커스 미세경도 시험의 허용 기준값

참고: 두께가 50μm보다 큰 산화막의 경우, 특히 막의 바깥층은 미세경도 값이 상대적으로 낮습니다.

2.3 주의사항:

동일한 부품에 대해 서로 다른 3개 영역에서 각각 3개의 지점을 측정하고, 국부적인 필름 결함이 결과에 미치는 영향을 방지하기 위해 9개 데이터 포인트의 평균값을 최종 경도로 사용해야 합니다.
압흔 가장자리에 "균열"이나 "흐릿한 경계면"이 나타나면 하중이 너무 커서 필름층을 관통했음을 나타냅니다. 하중을 줄이고 시험을 다시 실시해야 합니다.