경질 아노다이징의 구조와 특성: 내마모·내식성을 높이는 조건 설계

경질 아노다이징, 이름은 들어봤는데 막상 “어디까지가 경질인 건지”는 애매한 경우가 많습니다. 도면에 “Hard Anodizing” 한 줄 적어놓고 나면, 실제로는 업체마다 결과가 다르게 나오기도 하고요.

 

이번 글은 경질 아노다이징을 “정의”보다 “현장에서 어떻게 다루는지”에 가까운 관점에서 정리해보려고 합니다.
특히 내마모·내식성을 올리려면 어떤 조건을 설계 단계에서 미리 정해둬야 하는지에 초점을 맞춰 살펴보겠습니다.

 

 

경질 아노다이징, 일반 아노다이징과 어떤 부분이 다를까

아주 단순하게 말하면, 경질 아노다이징은

• 더 두껍고
• 더 단단하고
• 보통 더 어두운 색을 띠는 알루미늄 산화 피막입니다.

일반 장식용 아노다이징이“외관 + 기본적인 내식성”에 가까운 콘셉트라면, 경질 아노다이징은 “기능성 코팅”에 더 가깝습니다.

주로 이런 상황에서 고려됩니다.

• 슬라이딩, 마찰이 많은 부품
• 충격, 스크래치에 자주 노출되는 부품
• 내식성을 아주 길게 가져가야 하는 환경
• 강한 세척, 약품 접촉이 반복되는 산업 현장

실제 기계 설계에서 많이 보이는 예시는

• 실린더 튜브 내부, 피스톤 로드
• 로봇 암 관절부 하우징
• 각종 지그, 슬라이딩 가이드
• 군수·항공 부품 일부 등입니다.

 

피막 구조 자체는 같지만, “조건”이 다르다

 

경질 아노다이징도 구조 자체는 일반 아노다이징과 같습니다.

• 바닥에 얇은 배리어층
• 그 위로 솟아 있는 기둥 형태의 미세공들

달라지는 건 이걸 만들어내는 조건입니다. 일반 아노다이징과 비교했을 때 경질 쪽이 가지는 전형적인 특징은 대략 이렇습니다.

• 온도: 훨씬 낮게 운전
  • 일반 황산 아노다이징이 보통 18~22℃ 근방에서 많이 운전되는 반면,
  • 경질은 0℃ 근처, 심하면 영하에 가까운 조건까지 내려갑니다.
• 전류 밀도: 더 높게
  • 같은 시간에 더 많은 피막을 키워야 하니까요.
• 피막 두께: 25μm를 훌쩍 넘겨 50μm 이상까지도 설계
• 조직: 더 치밀하고, 미세공이 상대적으로 좁은 편
• 색: 합금에 따라 짙은 회색, 갈색, 흑색에 가까운 톤으로 나오는 경우가 많음

이 조합 덕분에 피막의 경도와 내마모성이 크게 올라갑니다.
대신 깨지기 쉬워지고, 공정 창이 훨씬 좁아진다는 단점도 같이 따라옵니다.

 

내마모성을 올리고 싶다면 피막 두께만 볼 일이 아니다

 

경질 아노다이징을 이야기할 때 대부분 “두께”를 먼저 떠올립니다. 물론 두께는 중요하지만, 두께만으로는 부족합니다.

마찰이 많은 부품에서 실제로 중요한 건 다음 네 가지입니다.

1. 피막 두께
2. 피막의 경도와 구조
3. 표면 조도(가공 상태)
4. 윤활(또는 마찰 방식) 조건

예를 하나 들어보면,

• 피막 두께 50μm인데
• 가공면이 거칠고, 상대재(맞물리는 부품)가 딱딱하며,
• 윤활이 전혀 없다면

두께가 두껍다는 것만으로는 내마모 수명이 크게 늘어나지 않습니다. 오히려 피막이 국소적으로 깨져나가면서 그 조각이 마찰면에 끼어 더 많이 갈아버리는 상황이 생기기도 합니다.

그래서 내마모성을 목표로 경질 아노다이징을 설계할 때는

• 가공 후 표면 조도 목표
• 상대재 재질(강도, 경도, 코팅 유무)
• 윤활을 어떻게 할 것인지

등을 함께 고민해야 현실적인 수명을 얻을 수 있습니다.

 

내식성을 중시할 때는 “봉공 여부”가 관건이 된다

 

경질 피막은 기본적으로 일반 피막보다 두꺼운 산화층입니다. 두껍다는 건 그 자체로 내식성에는 도움이 됩니다.

하지만 피막 내부에 있는 공극(미세 구멍)을 어떻게 처리하느냐에 따라 내식성은 크게 달라집니다.

• 슬라이딩 부품, 마찰 우선
  • 일부러 봉공을 하지 않거나,
  • 극히 제한적으로 하는 경우도 있습니다.
  • 피막 공극이 윤활유를 머금는 저장소 역할을 하기도 하고,
    봉공 처리로 피막이 부드러워지는 걸 싫어하기도 해서 그렇습니다.
• 화학 부식, 환경 내구성 우선
  • 충분한 봉공이 필수에 가깝습니다.
  • 염수 분무, 옥외 환경, 화학약품 접촉이 많은 곳이라면
    봉공 품질이 수명을 좌우합니다.

설계 단계에서 “이 부품은 마찰이 더 중요하다, 아니면 부식이 더 중요하다”를 정해두지 않으면 현장에서 애매하게 봉공을 했다가 둘 다 어정쩡해지는 결과가 나올 수 있습니다.

 

치수 변화는 그냥 “두께만” 늘어나는 문제가 아니다

 

설계자가 가장 자주 헷갈리는 부분 중 하나가 치수 변화입니다.

아노다이징 피막은

• 대략 절반 정도는 기존 알루미늄을 깎아먹으며 안쪽으로 들어가고
• 나머지 절반은 바깥으로 올라오는 형태로 자랍니다.

예를 들어 피막 두께를 50μm로 설계했다면

• 알루미늄가 약 25μm 정도 안쪽으로 들어가고
• 외경은 25μm 정도 커진다는 뜻입니다.

외경이 10mm인 샤프트라면 피막 형성 후에는 대략 10.05mm 안팎이 될 수 있다는 이야기죠. (실제 비율은 합금, 공정 조건에 따라 다소 변합니다.)

구멍, 치수 구속되는 면, 나사 등에서는 이 변화가 아주 민감하게 작용합니다.

그래서 경질 아노다이징을 고려하고 있다면,

• 공정 후 목표 치수
• 이에 따른 가공 치수 오프셋
  을 설계 단계에서 반드시 숫자로 적어두는 편이 좋습니다.

“경질 아노다이징 처리” 한 줄만 적혀 있고 치수는 원래 설계치 그대로라면, 현장에서 누군가는 가공을 더 하고, 누군가는 얇게 처리할 수 있기 때문에 결과 편차가 커질 위험이 발생 할 수 있습니다.

 

경질 아노다이징의 단점도 솔직하게 봐야 한다

 

경질 피막이 늘 장점만 있는 건 아닙니다. 실제로 설계할 때 고민해야 할 단점도 분명합니다.

• 피막이 두껍고 단단한 만큼,
  • 충격, 국부 응력에 취약해
  • 균열, 박리 위험이 있습니다.
• 밝은 색 표현이 어렵고,
  • 대부분 짙은 회색, 갈색 계열
  • 장식용 관점에서 선택지가 좁습니다.
• 공정 조건이 빡빡해 생산 단가가 올라가고,
  • 대량 생산에서 일관된 품질을 유지하기가 일반 피막보다 어렵습니다.

그래서 경질 아노다이징이 필요한 상황이 아니라면 굳이 “경질”로 갈 필요는 없는 경우도 많습니다.
단지 “튼튼해 보이니까” 정도의 느낌으로 선택할 공정은 아닙니다.

 

설계 단계에서 미리 정해두면 좋은 항목들

 

실제 도면이나 발주 스펙에 반영할 수 있는 항목을 간단히 정리해 보면 이런 것들입니다.

• 재질: 예) 6061-T6 기준, 경질 아노다이징 전제
• 피막 두께 범위: 예) 40~50μm
• 치수 기준: 아노다이징 후 기준인지, 전 기준인지 명시
• 우선 기능: 내마모 우선인지, 내식성 우선인지(봉공 여부 판단용)
• 표면 조도 목표: 가공 후 Ra 몇 정도를 목표로 할지
• 사용 환경: 옥내/옥외, 습도, 염분 노출 여부, 약품 접촉 여부
• 색상 요구 수준: 색 균일도가 중요하면 합금·공정 조건도 같이 논의 필요

업체와 처음 맞붙을 때 이 중 최소한 절반 정도만 구체적으로 이야기해도 “생각했던 것과 전혀 다른 결과”가 나올 가능성은 많이 줄어듭니다.

 

마무리 정리

 

경질 아노다이징은

• 같은 “아노다이징”이라는 이름을 쓰지만
• 더 낮은 온도, 더 높은 전류 밀도, 더 두꺼운 피막을 전제로 하고
• 내마모·내식성이라는 기능을 중심에 두는 공정입니다.

“그냥 더 튼튼한 버전”이 아니라,

• 재질 선택
• 가공 치수
• 표면 조도
• 봉공 여부
• 사용 환경

이런 것들을 설계 단계에서 함께 묶어 생각해야 의미가 살아납니다.

 

 

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