금속 가공의 탈지 (Degreasing) 의 기초적인 것에 대하여

금속 가공의 탈지 (Degreasing) 의 기초적인 것에 대하여

탈지는 그 명칭대로 기름을 없애는 것입니다.

금속 가공에서는 많은 분야에서 기름을 사용하기 때문에 

유분을 제거하는 방법은 매우 중요시되고 있습니다.

 

특히 녹슬기 쉬운 철강 등에 대해서는 반드시라고 해도 좋습니다.

도금, 도장 등으로 표면을 코팅할 때에는 유분이 남아 있을 시,

깔끔하게 코팅하지 못하여 전처리로서 탈지를 하는 작업은 필요 불가결한 것입니다.

이 포스팅에서는 이 탈지에 대해서 소개하겠습니다.

또 깨끗하게 하고 싶은 소재에 따라서 탈지 행태가 다르기 때문에 방법에 대해서도 자세히 해설합니다.

 

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탈지란 것은?

탈지란 금속의 표면에 부착된 유지 분을 제거하는 일입니다.

더러움 등의 제거 세탁도 겸하므로 "탈지 세척"이라고도 불립니다.

금속 가공에서는, 도금, 도장 같은 표면 처리 전의 기초 처리로서 실시되고 

제품 출하 전의 세탁 처리로서 하는 것이 있습니다.

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이들 처리에 있어 탈지는 여러 공정에 나누어 실시되지만, 

탈지만 아니라 녹·얼룩 등을 제거하는 "산세"와

탈지·산세로 이용한 약품 등을 물로 씻는"수세"등도 아우르고 있습니다.

예를 들면, 도금의 전처리에서는 "본 탈지"과 "마무리 탈지"처럼 

탈지를 2공정 실시하는 것이 일반적입니다.

 

단, 유지 분이 특히 다량으로 부착된 경우는,

"예비 탈지"을 본탈지 앞에 실시하는 일이 있습니다.

 

또한 위의 그림 중 "중화"는 마무리 탈지에서 사용한 알칼리를 중화하는 동시에

마무리 탈지에서 형성된 얇은 산화 피막을 제거하는 공정입니다.

 

 

탈지 처리의 필요성

금속 가공에서 탈지 처리가 필요한 것은 가공 과정에서 다양한 기름을 사용하기 때문에

가공물에 기름기의 부착이 불가피하기 때문입니다.

금속 가공에서 쓰는 기름은 다음을 들 수 있습니다.

● 기계 작동유

공작 기계 등의 기계 전반의 작동을 원할하게 하기 때문에 이용되는 기름이다.

기계 안의 톱니 바퀴·베어링, 유압 장치·슬라이딩 면 등의 접촉 면에 공급하면서 

마찰을 억제하고 소모를 막는 동시에 동작을 부드럽게 한다.

● 절삭유

절삭 가공 시에 가공물과 공구 사이에 공급하는 기름.

가공물과 공구 사이의 마찰을 막는 윤활과 가공물과 공구의 양측에 생기는

절삭 열을 빼앗아 냉각 가공물에서 발생하는 부스러기를 제거하는 것으로 이용된다.

 

 

● 연삭유

연삭 가공 시에 가공물과 숫돌과 사이에 공급하는 기름이다.

가공물과 숫돌과 사이의 마찰을 막는 윤활과 가공물과 숫돌과 사이에 발생하는 마찰열을 빼앗아

냉각 가공물에서 생기는 가루나 숫돌에 생기는 숫돌 부스러기를 제거하기 위해 이용된다.

 

● 프레스유

프레스 가공 전에 가공물 얼룩 없는 균일하게 도포하는 기름이다.

프레스 가공시의 가공물과 금형의 사이의 마찰을 줄이는 윤활유로 이용되고

가공물과 금형에 상처나 깨짐 등이 발생할 것을 방지한다.

 

● 열 처리 유

철강 재료의 담금질과 담금질, 풀림, 나라시 때 냉각제로 이용되는 기름이다.

 

● 방청유

조달한 철강 재료에 도포되어 있거나,

철강 제품의 원재료와 제작 중 제품, 반제품, 완제품에 도포하는 기름이다.

일시적 또는 장기간의 녹에 이용된다.

 

위의 기름들이 남아있을 시 도금, 도장 등 각종의 표면 처리를 실시할 때,

도금액이나 페인트가 정착하는 것을 방해하며,

도금 피막과 도막의 밀착성을 저하시키기도 하여 피막 자체의 물성을 손상시킵니다.

 

또 완제품에 대해서도 일부 방청유를 도포하는 등 출하하는 제품도 있지만,

기름들이 남아있어 더럽지 않은 청정한 제품을 출하하는 것이 일반적입니다.

 

거기에서 필요로 하는 것이 유지 분을 제거한 탈지 처리입니다.

 

이 탈지 처리 외, 산세 처리와 수세식 처리 등을 맞춰서 행함으로

가공물의 표면을 청정하게 하며, 표면 처리나 출하에 적합한 상태로 하는 것이 중요합니다.

 

탈지 방법의 종류

탈지의 방법은 물리적 방법과 화학적 방법으로 분류할 수 있으며 각각 많은 종류가 있습니다.

 

물리적 방법

물리적 방법은 금속 표면에서 이물질인 기름기와 더러움 등을 직접적으로 제거하는 방법입니다.

 

● 습식 발파법

습식 발파법은 압축 공기로 물과 연마재의 혼합물을 분사함으로써

금속 표면을 탈지 세척하는 방법입니다.

기름기와 더러움 등을 미세한 연마재에서 긁어 내면 동시에 분사되는 물로 씻어 냅니다.

금속 표면에 배의 표피 모양을 형성하는 분사 가공과 탈지 세탁 처리를 동일 공정에서 실행할 수 있어

분사 가공할 때의 공정 삭감을 목적에 잘 사용됩니다.

 

● 고압 액체 분사법

고압 액체 분사법은 고압 펌프에 의해서 압력을 높인 세정액을 분사함으로써

금속 표면에 부착된 유지, 염분, 니오레 등을 제거하는 방법입니다.

세척 액에는 물, 물 외에 용제가 사용되는 경우도 있으므로 화학적 방법을 겸하는 경우도 있는 탈지 법입니다.

 

● 증기 세척법

증기 세척법은 증기 발생기에 의해서 발생시킨 증기를 세척 탱크 안에 충만시키고

저온의 대상물을 증기에 노출 대상물의 표면에서 증기를 액화시킴으로써

금속 표면을 탈지 세척하는 방법입니다.

증기는 물 외에 용제가 사용되기도 합니다.

 

기름기와 더러움을 증기로 띄워서 떨어뜨리는 방법이기 때문에

대상물이 복잡한 형상이라도 정밀 탈지 세탁을 실행할 수 있습니다.

그러나, 똘똘 뭉친 기름기와 더러움에 대한 세정성은 고압 물 분사법과 비교하면 떨어집니다.

 

● 초음파 세척법

초음파 세척법은 대상물을 숙성한 세척 혈중에 초음파를 전파시키고 섞는 것으로,

기름기와 더러움 등을 제거하는 방법입니다.

 

다만, 세정제가 물만으로는 금속 가공 과정으로 부착된 지방분을 거의 제거할 수 없습니다.

세척액에는 유기 용제나 그 다른 세정제 등을 부착하고 있는 유지에 함께 선정할 필요가 있습니다.

 

● 가열법

가열법은 대상물이 소결재와 주조제 등의 다공질 재료의 경우에 대상물을 가열함으로써

내부까지 침투한 유지 분을 용출하고 제거하는 방법입니다.

 

화학적 방법

화학적 방법은 금속 표면의 유지나 더러움 등을 용해, 유화, 감화 등의 화학 반응을 이용하고 제거하는 방법입니다.

 

● 용제 탈지

용제 탈지는 금속 표면의 유지 분을 용제에 녹임으로써 탈지 세척하는 방법입니다.

다량으로 부착되어 있는 유지 분을 제거할 수 있는 방법이지만,

유지 분을 희석 뿐 완전히 제거할 수 있는 것이 아니기 때문에 주로 예비 세척으로 사용됩니다.

 

용제의 종류에는, 할로겐계(염소계·브롬계 불소계)이나 탄화 수소계, 물· 준 수계가 있습니다.

다만, 아래 표처럼 성질이 다른 것부터 금속 재질이나 지방·때의 종류 등에 따라서 선정합니다.

 

<용제의 계통별 특성>

용제의 계통	탈지력	건조성	인화성	가연성	독성	환경 부하	재활용
할로겐계	강함	좋다	없음	없음	높은	크게	가능
탄화 수소계	강함	보통	있음	있음	낮은	보통	가능
물· 준수계	약함	미안.	없음	없음	낮은	작은	불가능

또 용제 탈지는 상술의 물리적 방법과 병용하는 것이 많아, 용제의 사용 방법은 다음과 같이 다양합니다.

 

·침지

용제를 넣은 세척 탱크에 대상물을 숙성하는 방법.

용제는 통상적으로 가열되고 원액으로 한 것을 사용한다.

또 용제를 유동시키거나 대상물을 회전·진동시키고, 세정성을 향상시킨 방법도 있다.

 

고압 주입

고압으로 한 용제를 대상물에 분사하는 방법.

 

증기 세탁

증기로 한 것에 대상물을 노출하는 방법.

 

초음파 세척

용제를 넣은 세척 탱크에 대상물을 침지 해서 초음파를 전파시키고 섞는 방법.

 

● 유제 탈지

유제 탈지는 탄화 수소계 용제에 물과 계면 활성제를 첨가한 유제 용액으로

대상물을 숙성함으로써 탈지 세척하는 방법입니다.

여기서, 에멀젼 용액은 물이 계면 활성제의 효과로 기름(용매)중에 분산된 용액입니다.

 

유제 탈지에서는 탄화 수소계 용제의 효과로 유지 분을 용해하는 동시에,

에멀젼 용액 안에 분산된 계면 활성제가 수용성 기름이나 수성 더러움에 흡착하고

이들을 대상물에서 떠오르는 것에서 제거합니다.

 

유제 탈지는 다양한 종류의 유지 분과 더러움을 효과적으로 제거할 수 있다는 장점이 있지만

배수 처리 부담이 큰 탈지 방법입니다.

주로 예비 세척에 사용됩니다.

 

● 알칼리 침지 탈지

알칼리 침지 탈지는 대상물을 알칼리성 수용액에 숙성함으로써 탈지 세척하는 방법입니다.

그 탈지 액에는 많은 경우 계면 활성제도 함유합니다.

여러 종류의 유지 분을 강력히 탈지이므로, 본 탈지로 채용되는 것이 많은 탈지 방법입니다.

알칼리 침지 탈지에서는 알칼리와 유지가 결합하고 수용성 비누가 되게 됩니다.

 

 

알칼리 침지 탈지에서 사용되는 탈지 액은, 수산화 나트륨과 인산염, 규산염, 탄산염 등을 주성분으로 하고 있으나

그 외에 계면 활성제나 킬레이트제, 소화제 등을 함유합니다.

또한 킬레이트제는 비누화·유화 작용을 안정화 소포제는 탈지 불량을 방지하는 효과가 있습니다.

 

또 탈지액은 일반적으로 알칼리도가 높은 온도가 높을수록 탈지력이 강한 경향이 있습니다.

그러나 비철 금속에 대해서는 탈지액 pH값이 높아서(알칼리성이 너무 강한) 과부식시키기 때문에

단순히 탈지력을 강하게 하면 된다는 것은 아닙니다.

 

더불어 탈지 액체의 온도가 너무 높으면 계면 활성제의 탈지력이 저하될 수 있으므로 주의가 필요합니다.

 

이처럼 탈지 액은 금속 재질에 맞추어, 그 조성과 조건(pH, 온도)를 바꾸고 사용합니다.

 

아래 표는 주요 금속 재료의 탈지에 이용되는 탈지 액체의 성분 조성·조건 예입니다.

 

<주요 금속 재료에 대한 알칼리 탈지 액체의 성분 조성·조건 예>

성분 이름	철강	구리 합금	아연 합금	알루미늄 합금
	화학 조성(g/L)
가성 소다 (NaOH)	20～50	0~10	-	-
탄산 소다 (Na2CO3)	20～50	20～50	10～20	10～20
메타 규산 소다 (Na2SiO3)	20～50	20～50	10～30	0~5
제삼 인산 소-다 (Na3PO4)	-	10～20	-	-
트리폴리 인산 나트륨 (Na5P3O10)	-	-	5~10	5~10
글루콘산 나트륨 (C6H11NaO7)	2~5	2~5	0~5	-
계면 활성제	0.6～1.5	1.0～2.0	1.0～2.0	1.0～2.0
조건 항목	조건
pH	12이상	11안팎	11안팎	11안팎
온도	60℃ 이상	50～70℃	50～70℃	50～60℃

 

● 알칼리 전해 탈지

 

알칼리 전해 탈지는 탈지 대상이 되는 금속을 음극, 양극으로 전류를 흘리며

알칼리 수용액을 전기 분해함으로써 금속 표면을 탈지 세척하는 방법입니다.

전해액은 알칼리 침지 탈지와 유사한 용액을 사용하여 알칼리를 주성분으로 하는 계면 활성제 등이 첨가된 수용액입니다.

 

알칼리 전해 탈지에서는 알칼리 침지 탈지의 효과에 가세해서 전기 분해에 의한,

전극으로 한 대상물에서 발생하는 수소 가스 혹은 산소 가스로 표면 교반 작용에서 기름기와 오물을 제거합니다.

게다가 이런 가스들은 표면의 미세한 구멍이나 균열 등 속까지 파고들어 기름기와 더러움의 정밀한 제거가 기대됩니다.

 

 

알칼리 전해 탈지의 최대 특징은 탈지 세척이 강력하고 정밀하고 있다는 것입니다

그래서, 도금의 사전 처리 등의 확실한 세척이 요구되는 경우에는 마무리 탈지에 잘 사용됩니다.

그렇지만, 파이프의 내부 등, 전류가 통하기 어려운 부분의 탈지 세정은 서투릅니다.

또 금속 재질에 맞는 방법을 선택하지 않으면 표면에 불순물이 부착하거나 표면 강도의 저하를 초래할 있으므로

주의가 필요합니다.

알칼리 전해 탈지는 탈지 대상의 금속을 음극으로 할지, 양극으로 할지에 따라서 탈지 방법이 

음극 전해 탈지 법과 양극 전기 탈지 법으로 나누어집니다.

음극 전해 탈지 법은 탈지 대상의 금속을 음극으로 연결되고 

그 대상 금속에서 발생한 수소 가스를 이용하고 탈지 세척하는 방법입니다(위 그림 참조).

 

수소 가스는 산소 가스의 2갑절 되는 분량

발생하므로 교반 효과가 높고, 탈지 세척력이 높아지고 있습니다.

수소 환원 작용에 의한 분해 효과도 기대할 수 있습니다.

 

그러나 고탄소 강에 대해서는 수소 메짐성을 일으킬 수 있고 탈지 액체에 금속 이온이 용해하고 있는 경우는

전기의 효과로 금속이 분석하는 경우가 있습니다.

 

비철 금속의 전기 탈지에 자주 채용되는 방법입니다.

 

한편 양극 전기 탈지 법은 탈지 대상의 금속을 양극에 연결되고 

그 대상 금속에서 발생한 산소 가스를 이용하고 탈지 세척하는 방법입니다(위 그림 참조).

 

산소 가스에 의해서, 기름기와 더러움을 산화 분해하고 제거합니다.

 

산소 가스이니 마땅히 수소 취성은 일어날 수 없습니다.

 

금속을 용해하기 때문에 보통은 산세 공정에서 제거하는 무기물을 포함한 오염도 없앨 수 있습니다.

그러나 그 반면 재질에 따라서는 금속 표면의 용해 반응이 촉진되고

표면에 상처가 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

 

또, 장시간 적용하면 산화 피막이 형성되기 때문에 후속 공정에서 산에 의한 활성화(중화)등이 필요합니다.

또, 근년에 대해서는 대상 금속의 극성을 음극과 양극으로 번갈아 변경 방법도 사용되고 있습니다.

이 음극 전해 탈지 법과 양극 전기 탈지 법을 병용하는 알칼리 전해 탈지 법은 

PR전기 탈지 법으로 불리며 각각의 장단점을 평균화한 방법으로 활용되고 있습니다.

 

 

 

 

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