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착색
착색(coloring, metal coloring, 着色)은 도금에서 금속에 색을 입힌 것을 말한다. 금속 착색의 종류는 합금, 금속 피복, 비금속 피복, 약품 처리, 전해 처리 등 여러 가지 방법이 있다. 도금 피막의 착색은 약품 처리, 전해 처리에 의한 경우가 많지만 도금 피막 위에 전착 도금을 하는 경우도 있다. 장식품, 조명 기구, 미술 공예품 등에 널리 이용된다.[1]
목차
개요
착색은 물을 들이거나 색을 칠하여 빛깔이 나게 하는 것을 말한다. 카로티노이드, 엽록소, 안토사이아닌 따위의 작용으로 과일이나 잎의 색깔이 변하는 것, 과일, 채소 따위의 빛깔이 불충분한 경우 색소의 합성을 촉진하거나 에틸렌 처리로 클로로필의 분해를 촉진하여 빛깔이 나도록 하는 것도 착색이라고 한다. 금속의 색상은 금속의 종류와 원하는 모양에 따라 여러 가지 방법이 있다. 페인트로 금속을 더 새로 보이게 만들거나 금속을 양극산화 처리하여 색상을 변경할 수 있다. 금속의 착색은 가치를 결정하는 데 큰 도움이 된다. 금속의 착색은 금속 표면에 적당한 색조를 주는 동시에 소지의 내식, 장식, 내마모성, 내열성 등을 부여하는 것이다. 색의 농염은 처리시간, 약품의 농도, 배합율 등에 의해서도 달라지나, 보통, 금속의 표면에 산화물, 탄산염, 황화물, 착화물 등이 생김으로 방청용, 장식용으로 사용된다. 여기에 도장을 하면 피막을 더욱 보호할 수가 있다. 철강을 200∼400℃에 가열하면 온도에 따라 다갈색, 청자색 또는 흑색으로 착색이 된다. 철강제품에 착색용 약품에 견딜만한 두께의 도금을 행한 후에 각종의 착색하는 법, 이온화 경향이나 환원제를 이용해서 철 위에 금, 동, 니켈 등을 석출하는 방법 등이 있다. 표면을 잘 연마한 철제품을 모래에 묻혀서, 400℃내외에 가열한 후 기름이나, 수중에서 급냉을 하면 철 표면에 미려한 청색막이 생긴다.[2][3][4][5]
금속 착색 준비과정
착색을 하기 위한 금속의 표면은 제조, 가공공정, 운반 또는 보관 중에 유지류, 산화물 등의 녹, 먼지, 지문, 도료, 방청제 등이 부착되어 있으므로 고르고 깨끗한 착색을 원할 때에는 적절한 전처리 과정을 선정하여 금속표면에 부착되어 있는 오염물을 제거한다. 이러한 과정을 겨쳐 표면을 청정하게 한 후에 착색 과정에 들어가야 한다. 금속표면의 청정도 판정은 극히 어려우며 일반적으로 사용되고 있는 방법은 첫째, 물로 금속표면을 적셨을 때 수막이 파괴되지 않아야 하며 둘째 육안으로 식별하여 얼룩 등이 없어야 한다. 금속표면에 부착하고 있는 산화물이나 오염물을 제거하는 것을 탈지 또는 탈지 세정이라고 한다. 유기성 솔벤트나 콤파운드 제거제로 금속표면에 솔질을 하여준다. 위의 약품을 사용하여 적어도 두 번의 탈지를 하여야 한다. 첫 번째는 크기가 큰 찌꺼기를 제거하고 두 번째는 깨끗한 새로운 용액을 사용하여 남아있는 찌꺼기를 완전히 제거한다. 이때 금속 표면을 솔로 문지르며 탈지를 한다. 특히 구멍이나 무늬가 있는 표면은 주의하여 세심하게 닦아준다. 주조물의 경우 탈지 용액이 흡수되어 착색 후에 흘러나와 예기치 못한 얼룩이 생겨날 수 있는 부분을 특히 주의하여 탈지한다. 이때 탈지와 수세인 마지막 마무리 준비 공정은 금속표면 광택의 상실위험을 최소한 줄일 수 있도록 착색 바로 직전에 실시한다. 만약 탈지, 수세 후 바로 착색용액에 넣어 착색하지 않고 공기 중에 노출시키면 오염이 될 가능성이 매우 높다. 금속표면 전체가 잠길 수 있게 흐르는 찬물에 담가 놓는다.
금속 착색
금속을 착색하는 방법을 분류하면 아래와 같다.
- 화학적 방법.
- 전기화학적 방법.
- 도장에 의한 방법.
금속 착색의 화학적 방법은 약품에 의한 산화물, 황화물, 착화합물 등의 얇은 피막을 만드는 방법으로 가열에 의한 산화물이나 질화물 피막을 만드는 방법, 금속 증기 등의 확산에 의해 합금층을 만드는 방법 등이 있다. 금속 착색의 전기화학적 방법은 도금을 하는 방법, 양극산화 처리를 하는 방법, 전해에 의한 산화물이나 황화물을 침착시키는 방법 등이 있다. 이상의 조합에서 예를 들어 도금한 후 전착 도장을 하는 등, 금속 착색의 수법은 종류가 많다.[6]
화성처리
화성처리(chemical conversion treatment, Conversion Treatment, 化成處理)는 화학적 처리에 의해 금속표면에 산화막이나 무기염의 얇은 피막을 만들어 금속의 방청이나 도장 하지로 만드는 처리를 말한다. 화학적 처리로 금속 표면에 안정된 화합물을 생성케 하는 것으로 인산염(燐酸鹽) 처리, 흑염(黑染) 처리, 크로메이트 처리 등이 있다. 화성처리는 방청 등의 금속표면 보호 및 도장 바탕 피막을 만들기 위해 용액 속에서 금속표면에 산화막이나 얇은 무기염 피막을 화학적으로 형성시키는 것을 말한다. 금속을 어느 종의 처리액에 담그거나 잠겨서 직류의 전원을 흐르게 하고 금속표면에 무기질의 내식피막 또는 도장하지로서 우수한 특성을 가진 피막을 생성시키는 처리를 말하고 그러한 피막을 화성처리피막이라고 부른다. 인산염처리는 강, 아연도금강, 알루미늄 등을 대상으로 하고 도장는 것이 주요 목적이다. 대상물은 광범위하여 볼트, 너트, 가전제품의 캐비넷, 자동차의 차체, 소재로서의 표면처리 강판 등이 그 예이다. 처리액에는 아연, 철, 망간 등의 인산염 및 질산염, 아질산염, 과염소산염 등의 산화제를 포함하는 수용액을 사용한다. 침지(浸漬)함으로써 인산아연, 인산철 또는 인산망간의 피막을 형성시킨다. 크로메이트처리는 아연도금강판 및 주석도금강판에 쓰인다.
전해 금속 착색
전해 금속 착색(metal coloring by electrolysis, 電解金屬着色)은 금속을 양극으로 하여 적당한 조건에서 전해하고 엷은 산화 피막을 양극상에 붙이고 피막의 간섭색에 의해 아름다운 색을 한 금속을 얻는 방법. 금속의 부식 방지 및 장식용으로 사용된다. 예를 들면 구리의 경우에 CuSO4ㆍ5H2O 100g/L, 85% 락트산 150cc/L, NaOH 112g/L의 조성에서 0.05A/dm2의 전류 밀도로 전해하면 20초에서 오렌지, 40초에서 적색, 60초에서 보라색, 80초에서 청색, 140초에서 황색, 170초에서 금색, 200초에서 핑크 등으로 산화 피막의 두께에 따라 여러 가지 아름다운 색이 된다. 구리 이외에 철, 아연, 황동, 탄탈, 알루미늄 등에 대해서도 사용할 수 있다.[7]
도금
도금(鍍金, plating)은 어떤 물체의 표면 상태를 더 유용하게 하기 위해 다른 물질을 해당 물체의 표면에 얇게 입히는 것을 말한다. 일반적으로 도금은 금속 제품에 다른 금속 재료를 입히는 행위를 말한다. 여기서 말하는 금속에는 순금속 외에 합금도 포함되며, 금속이 아닌 플라스틱 등의 재료 위에 도금을 하기도 한다. 반지, 목걸이 같은 장신구에서부터 우리가 사용하는 철과 비철 금속의 경우 다 도금이 된 상태이다. 심지어 밥을 먹는 숟가락도 도금이 된 것이다. 도금은 방법이나 금속의 종류, 사용 목적, 전도도, 마찰 등에 따라 다르게 원하는 도금을 해야하기 때문에 방법이 다양한 것이 특징이다. 도금의 단위는 일반적으로 미크론(micron)을 사용한다. 1mm를 1000등분한 한개의 눈끔을 1미크론으로 부르는데 도금된 물체의 표면면적은 평방데시미터(dm²)로 부른다. 물건의 표면 상태를 개선할 목적으로 다른 물질의 얇은 층으로 피복하는 일인데, 금속 표면에 다른 금속(순금속 외에 합금도 포함)의 얇은 층을 입히는 것을 말한다. 오늘날 보통 도금이라고 하면, 전기도금을 가리킨다. 다른 금속의 얇은 판을 표면에 포개서 함께 압연하고, 표피에 다른 금속을 맞 붙이는 것은 합판(合板, clad)이라 하며, 도금이라고는 하지 않는다. 도금은 서양에서는 로마시대, 동양에서는 중국의 전한(前漢)시대부터 시작되었다. 한국에서는 삼국시대에 중국으로부터 기술이 전해져 불상에 도금이 이용되었다. 이 시대에 한국을 통해 일본에도 기술이 전해졌다. 고대의 도금은 아말감을 칠하고 수은을 증발시키는 방법, 박(箔, foil)을 고열로 고착시키는 방법 등으로 금도금에 한정되었다. 오늘날 일반적으로 도금이라고 하면, 전기도금을 말하는 경우가 많다.
도장
도장(塗裝, painting)은 물체의 표면에 도장 재료를 칠하여 막을 형성시키는 것을 말한다. 자동차 제조 과정에서도 차체 조립이 완성되면 도장 공정을 진행한다. 자동차 표면에 도료를 칠하는 도장 공정은 녹이나 부식으로부터 차체 소재를 보호하고, 아름다운 색채로 외관을 수려하게 하여 상품성을 높이는 생산 기술이다. 도장의 목적은 물체의 표면에 여러 가지 방법으로 도료를 도포시키고 건조된 도막층을 형성시킴으로 내후성, 내식성, 내오염성 등의 기능을 부가하여 물체를 보호함과 동시에 색상, 광택, 평활성, 입체감 등을 통한 피도물을 아름답게 하는 것이다. 자동차의 재료 중 가장 많은 비중을 차지하는 것이 강판인데 이것은 대기 중의 물과 산소 등과 산화작용을 하게 되어 부식되기 쉬운 금속의 성질을 가지고 있다. 따라서 도장의 가장 큰 목적은 표면 보호와 녹을 방지하기 위해 도료를 도장하여 강판의 부식을 차단하고 물체를 보호하는 것이다. 또한 물체의 미관을 향상하기 위해 도장을 하기도 한다. 조형미와 입체미를 부여하여 자동차의 미관을 향상한다. 자동차에 아름다운 색상과 광택을 주어 외관을 아름답게 함으로써 제품의 상품적인 가치를 향상시킬 수 있다.
녹을 이용한 착색 방법
녹은 구리 또는 구리 합금에 의한 부식의 층으로 정의된다. 주얼리 산업에서 녹은 흔히 금속에 색을 입히는 것으로 정의할 수 있다. 착색 방법은 담금질, 냉간 착색, 열 착색, 손일 작업에 의해서 만들 수 있는데 보통 산소, 물, 탄소의 부식과정으로 환경적으로 자연스럽게 일어난다. 자유의 여신상을 보면 구리로 만들어졌으며 착색된 푸른 녹을 과시하는 듯 보인다. 녹은 매우 단단하며 구리만큼 두껍고 금속 아랫부분을 보호한다. 이와 똑같은 효과를 보려면 산소, 구리 그리고 많은 시간이 필요하지만 더 빠르고 쉬운 방법이 있다.
- 저온에서의 착색 (Cold Patinas) : 저온에서의 착색은 원칙적으로 없다. 그래서 구간을 굳이 나누자면 실온(18~25℃)에서 사용 가능한 방법이다. 이러한 착색 방법은 실온 상태에서 금속에 열을 사용하지 않은 채로 활성제를 사용하는 것을 전부 포함한다. 대부분의 경우 이 착색 방법은 사용자가 만족할 만큼 충분히 금속에 적용된다. 발드윈 파티나(Baldwin's Patina) 제품이 대표적인 저온 착색 용액이다. 이것은 순은, 니켈, 금 합금 금속을 변색시키지 않는다. 이 제품은 오로지 구리와 황동, 청동만 변색시킨다.
- 고온에서의 착색 (Hot Patinas) : 고온에서의 착색이 이루어지게 하려면 금속의 온도가 약 130℃에 이르러야 한다. 오일, 아크릴물감, 그리고 증류수를 이용하여 가열을 통해 금속 표면에 착색한다. 금속 표면의 온도는 증류수로 판별이 가능한데 증류수가 작업하는 금속 위에서 끓을 때 충분한 고온임을 알 수 있다. 대부분의 고온에서의 착색은 투명한 색상이다. 열을 사용하는 착색법의 가장 큰 장점은 착색된 녹(patina)이 금속 내부로 침투해 들어간다는 것이다. 즉, 착색 이후 특별한 후처리가 없어도 오랜 시간 유지된다.
- 불을 이용한 착색 (Heat Patinas) : 동이나 구리에 색을 입히는 또 다른 방법으로 열을 가하는 방식이 있다. 불을 이용한 착색 방법은 오로지 불만 이용한다는 점에서 고온에서의 착색 방법(Hot Patina)과 차이가 있다. 이 착색 방법은 작업 이후 코팅처리가 필요하며 가능한 한 빨리 왁스, 래커나 공기 밀폐제를 사용해야 한다. 열을 가한 착색을 만들어내려면 구리, 황동, 청동의 바탕재와 토치가 필요하다. 구리, 동 조각들을 천천히 가열하고 토치 작업을 멈추고 변화를 관찰한다. 만약 색상이 마음에 들지 않으면 가루유산에 넣어 산 처리를 해주면 된다.
매립 착색법 (Buried Patinas) : 방식은 금속을 땅에 묻은 후 자연 발색되는 방식으로 색을 입히는 착색 방법이다. 금속의 표면에 암모니아, 오래된 와인, 식초, 상한 우유 등을 이용해서 푹 담가 준 후같이 묻어주면 자연적으로 녹이 발생하게 된다. 이때 우리 주변의 땅에 묻는 것이 아닌 모래, 톱밥, 담뱃잎, 솔잎, 커피 등에 흡수력이 좋은 가루에 작업된 금속을 묻어 착색한다.[8]
착색제
착색제(stain, 着色劑)는 염료 또는 안료(顔料) 등을 사용하여 착색할 때의 염색제로 스테인이라고도 한다. 착색제는 전색제, 플라스틱, 고무, 종이, 섬유, 가죽 등 피착색물을 착색하는데 사용하는 물질의 총칭이다. 보통 안료 또는 염료의 2차 가공품(분산제, 수지, 안정제 등을 가하여 사용을 보다 편리하게 한 것)을 지칭하는 경우가 많다. 공업용, 현미경용, 생물용으로 구분된다. 착색제에는 염료, 안료를 용해하는 종류에 따라 유성 착색제(오일스테인), 알코올성 착색제, 래커 착색제, 수성 착색제 및 화학성 착색제의 5종류가 있다. 대표적인 예로서 유성 착색제는 내부용 또는 가구 목재 등의 재도장에 이용되거나 건축에서는 판벽, 창틀 등의 착색에 사용된다. 공업용은 바탕에 직접 칠하여 눈먹임(wood filling)을 하고 목부(木部)에 미관을 주는 것으로서 그대로는 퇴색하거나 소재의 보호가 불완전하므로 표면에는 니스 등의 투명도료를 칠하여 마무리한다. 유성 착색제(오일스테인)에는 침투형과 비침투형이 있다. 침투형은 수지, 건성유, 니스 등을 5~10 % 함유한 탄화수소에 용제 속에 유용성 염료를 1~3 % 용해시킨 것으로 내부용, 가구 목재 등의 재도장(再塗裝)에 이용된다. 비침투형은 같은 용제 속에 불용성 안료를 분산시킨 것으로 견뢰도, 착색은폐성이 필요한 곳에 사용된다. 건축에서는 판벽, 창틀, 마루, 징두리판벽(wainscoting) 또는 가구류, 악기류 등 목공품의 착색에 사용된다. 착색제의 주요 성분은 착색제의 종류에 따라 다르며 각각 결점이 있으므로 도장하는 목재의 종류나 표면 상태에 따라 이에 맞는 것을 선택해야 한다. 도장방법에는 솔칠, 분무칠, 침지(沈漬)칠 등이 있다.[9]
동영상
각주
참고자료
- 〈착색〉, 《네이버 지식백과》
- 〈착색(coloring)〉, 《네이버 지식백과》
- 〈금속 착색〉, 《네이버 지식백과》
- 〈전해 금속 착색〉, 《네이버 지식백과》
- 〈착색제〉, 《네이버 지식백과》
- 〈착색〉, 《레포트월드》
- 〈금속을 착색하는 방법〉, Wukihow
- leesangyu, 〈착색법〉, 《네이버 블로그》, 2015-05-19
- 영진재료, 〈녹(patina)을 이용한 금속착색기법들〉, 《네이버 블로그》, 2015-12-28
같이 보기
