전해액 조성, 온도, 전류 밀도가 아노다이징 품질에 미치는 영향

아노다이징 이야기를 조금만 깊게 들어가다 보면 결국 세 가지 단어가 계속 등장합니다. 전해액 조성, 온도, 전류 밀도입니다. 겉으로 보기에는 똑같이 “황산 아노다이징”이라고 부르는데, 어떤 라인에서는 색도 깔끔하고 피막도 튼튼하게 나오고, 어떤 곳에서는 얼룩과 색 편차가 계속 생기기도 합니다.

 

그 차이를 만드는 핵심이 바로 이 세 변수입니다. 이 글에서는 전해액 안에 무엇이 들어있고, 온도와 전류를 어떻게 운전하느냐에 따라 아노다이징 결과가 어떻게 달라지는지 흐름 위주로 정리해 보겠습니다.

 

전해액 조성, 그냥 “황산 농도”만의 문제는 아니다

아노다이징 전해액이라고 하면 흔히 황산 농도 몇 퍼센트냐만 이야기하는데, 실제로는 그보다 고려해야 할 요소가 훨씬 많습니다. 기본적으로는 다음과 같은 것들이 품질에 영향을 줍니다.

• 황산 농도
• 알루미늄 이온 농도(피막 형성 과정에서 계속 쌓임)
• 철, 구리 등 금속 불순물 농도
• 첨가제(습윤제, 브라이트너 등) 사용 여부
• pH, 전도도

황산 농도가 너무 낮으면 피막 형성이 느려지고, 너무 높으면 피막이 과도하게 용해되어 표면이 거칠어지거나 버닝에 취약해집니다. 생산을 오래한 탱크에서는 알루미늄 이온 농도가 계속 올라가는데, 이 농도가 높을수록 피막 성장 속도와 구조가 달라지면서 색상, 내식성, 두께 분포에 영향을 줍니다.

 

실무에서는 “농도, 온도, 알루미늄 이온” 세 가지를 정기적으로 분석해서 최소한의 범위 안에 들어오도록 관리하는 것이 기본입니다.

 

온도는 피막의 “성격”을 바꾸는 스위치에 가깝다

아노다이징 탱크 온도는 피막 두께뿐 아니라 구조와 성질까지 바꿉니다. 일반 황산 아노다이징에서는 보통 18~22도 근방에서 운전하는 경우가 많고, 경질 아노다이징은 0도 안팎까지 내리는 일이 흔합니다.

온도가 높을수록 이런 경향이 나타납니다.

• 피막 형성 속도는 빨라지지만 동시에 용해도 빨라져서 결과적으로는 일정 두께 이상 키우기가 어렵다.
• 미세공이 상대적으로 넓고, 피막 구조가 느슨해져 염료 착색에는 유리할 수 있지만 내마모성 면에서는 불리하다.
• 과열 구간이 생기면 버닝, 거친 표면, 탁한 외관 같은 문제가 증가한다.

반대로 온도를 낮추면 어떻게 될까요.

• 피막이 더 조밀하고 단단한 구조로 자라기 쉬워 내마모성이 올라간다.
• 같은 두께를 만들기 위해 더 높은 전류와 더 긴 시간이 필요하다.
• 냉각 설비 부담이 커지고 운전 창이 좁아져 관리 난이도가 올라간다.

온도는 단순히 “조금 차이 나는 조건”이 아니라, 장식용 아노다이징과 경질 아노다이징을 가르는 기준에 가까운 변수입니다.

 

특히 경질을 목표로 할 때는 온도를 낮추는 것만으로는 부족하고, 전류 밀도와 전해액 조성까지 맞물려 들어가야 원하는 피막이 나옵니다.

 

전류 밀도, 두께와 불량을 동시에 좌우하는 변수

전류 밀도는 말 그대로 “단위 면적당 흘려주는 전류 크기”입니다. 같은 전압이라도 부품 배치, 랙 설계에 따라 실제 각 부위에 흐르는 전류 밀도는 달라질 수 있습니다.

 

전류 밀도가 너무 낮으면 피막이 자라는데 시간이 오래 걸리고, 생산성이 떨어집니다. 반대로 너무 높이면 피막이 급격히 형성되면서 동시에 용해가 진행되어 표면이 거칠어지고 버닝 같은 불량이 쉽게 발생합니다. 경질 아노다이징에서는 일반 공정보다 훨씬 높은 전류 밀도를 쓰는 대신 온도를 낮추어 그 균형을 맞춥니다.

 

실제 양산에서는 다음과 같은 고민을 많이 합니다.

• 목표 피막 두께를 만족하는 최소 전류 밀도는 어디인지
• 모서리, 돌출부, 구멍 주변 등에 국부 고전류 영역이 생기지 않도록 랙과 배치를 어떻게 설계할지
• 여러 판을 동시에 처리할 때 각 위치의 전류 분포를 어떻게 균일하게 만들지

이 부분이 실패하면 피막 두께는 평균적으로 맞더라도 부분적으로 색이 다르거나, 모서리만 버닝이 생기거나, 형상이 복잡한 부위에만 얇은 피막이 생기는 문제가 반복됩니다.

 

세 변수의 조합이 만들어내는 대표적인 패턴

전해액 조성, 온도, 전류 밀도 세 가지를 따로 떼어 놓고 보기보다, 실무에서 자주 마주치는 조합을 예로 들면 이해가 조금 더 쉬워집니다.

 

장식용 일반 아노다이징 상황

• 전해액: 표준 황산 농도, 알루미늄 이온 농도 관리
• 온도: 18~22도 정도
• 전류 밀도: 중간 수준
• 특징: 색 표현과 표면 균일도가 중요, 두께는 5~15마이크로미터 정도 범위가 많음

내식성 위주의 구조 부품

• 전해액: 상대적으로 깨끗한 조건 유지, 탱크 노화 관리 중요
• 온도: 일반 범위 혹은 약간 낮게
• 전류 밀도: 너무 공격적이지 않게, 균일한 두께 확보에 초점
• 특징: 색은 조금 타협하더라도 두께와 봉공 품질을 중시

경질 아노다이징

• 전해액: 황산 농도, 알루미늄 이온, 불순물 농도 관리에 매우 민감
• 온도: 0도 안팎, 강력한 냉각 필요
• 전류 밀도: 일반보다 높게, 대신 공정 제어를 정교하게
• 특징: 내마모성과 경도 확보가 목적, 색은 대부분 짙은 회색~흑색 계열

이렇게 놓고 보면 세 변수가 서로를 보완·제약하는 관계라는 걸 알 수 있습니다. 한 가지를 극단으로 가져가면 나머지 두 가지도 그에 맞춰 조정해야 안정적인 품질을 얻을 수 있죠.

 

작은 변화가 실제 품질에 주는 영향

현장에서 자주 나오는 말 중 하나가 “조건은 다 예전과 같은데 왜 이번에는 이렇게 나왔지”입니다. 문제는 그 “같다”라는 게 정말 같은지, 아니면 눈에 띄지 않는 작은 변화가 계속 누적된 결과인지를 구분하는 데 있습니다.

 

예를 들면 이런 식입니다.

• 탱크 온도가 평균 2도 정도 올라갔을 뿐인데, 피막이 약간 더 부드럽고 색이 연해진다.
• 알루미늄 이온 농도가 기준 범위 상한에 가까워지면서, 이전보다 미세한 탁함이 느껴진다.
• 랙에 걸리는 부품 수를 늘리면서, 가장자리에 있는 부품에서만 살짝 버닝이 보인다.

이런 변화는 한 번만 보면 우연처럼 느껴지지만, 몇 주, 몇 달 누적해서 보면 분명한 패턴이 됩니다. 그래서 어느 정도 규모가 있는 라인에서는 온도, 전류, 전압뿐 아니라 전해액 성분 분석 데이터까지 주기적으로 모아 추세를 보는 경우가 많습니다.

 

단순히 “오늘은 잘 나왔나”만 보는 것이 아니라 “한 달 전에 비해 어떤 방향으로 변해가고 있는가”를 보는 거죠.

 

설계자와 발주자가 알아두면 좋은 최소한의 언어

전해액 조성과 온도, 전류 밀도는 공정 엔지니어의 영역 같지만, 설계자와 발주자가 아주 기본적인 개념만 알고 있어도 소통이 훨씬 쉬워집니다. 예를 들어 요구 사항을 이렇게 정리할 수 있습니다.

• “실내용 장식 부품, 10마이크로미터 전후, 균일한 색 우선, 내마모성은 중간 정도면 충분”
• “옥외 구조용 부품, 내식성 우선, 색 편차 약간은 허용, 탱크 노화 상태에 민감하지 않게 운영해 달라”
• “슬라이딩 부품, 경질 아노다이징, 두께 40마이크로미터 전후, 내마모 우선, 봉공 여부는 사용 조건 설명 후 함께 결정”

이 정도 수준의 문장만 공유해도 공정 담당자는 전해액, 온도, 전류 밀도 조합을 어느 방향으로 가져가야 할지 가늠할 수 있게 됩니다. 반대로 “그냥 경질로 튼튼하게 해 주세요” 한 줄만 있으면, 어떤 라인에서는 잘 나와도 다른 라인으로 옮기는 순간 전혀 다른 결과물이 나올 가능성이 높습니다.

 

아노다이징 품질은 결국 숫자로 표현되는 조건의 문제이기도 하지만, 그 숫자들을 왜 그런 방향으로 잡는지에 대한 이해가 같이 있어야 안정적으로 재현됩니다.

 

전해액 조성, 온도, 전류 밀도라는 세 축을 머릿속에 하나의 좌표처럼 그려 두면, 새로운 제품을 설계하거나 다른 업체와 일을 시작할 때 “어디서부터 이야기를 시작해야 할지”가 훨씬 분명해질 것입니다.

 

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