KR0119721B1 - 칼라스프링과 그의 제조방법 및 제조용 강재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 표면에 금속도금층을 갖는 칼라스프링용 강재에 관한 것이다. 이 도금층은 구리, 아연, 크롬을 함유한다.

풀림처리중에 상기 도금층의 구리와 아연이 확산하여 황금색조를 나타내고 크롬은 산화되어 어두운 회색조를 나타내는데 이 두가지 색조가 서로 조합되어 미려한 흑색조를 나타내게 되고, 이에 따라 본 발명의 칼라 스프링을 일반스프링으로부터 쉽게 구분할 수 있게 된다. 아울러 상기 도금층은 스프링의 성형공정에 있어서 성형성을 향상시키는 역할도 한다.

Description

칼라스프링과 그의 제조방법 및 제조용 강재

제1도는 본 발명의 일실시예에 의한 칼라스프링 제조방법의 플로우챠트;

제2도는 저온 풀림에서의 풀림온도(℃), 풀림시간(분) 및 색조간의 관계를 나타내는 반로그 그래프;

제3도는 성형 용착에서 구리량(중량%)과 크롬양(중량%)간의 관계에 기초하여 얻어지는 흑색조의 영역을 도시하는 로그 그래프;

제4도는 도금 두께(㎛), 풀림시간(분) 및 색조간의 관계를 도시하는 반로그 그래프;

제5도A 및 5B도는 종래의 통상적인 스프링 제조방법 A와 B의 플로우 챠트.

본 발명은 칼라스프링용 강재, 칼라스프링의 제조방법 및 칼라스프링에 관한 것이다.

헬리컬 스프링 및 판 스프링과 같은 스프링들은 각종 기계류의 조립에 있어 필수불가결한 구성요소로서, 이러한 스프링을 제조하기 위한 강재는 크게 나누어 강선과 강판으로 나눌 수 있고, 더욱 상세하게는 상기 강선으로 일본 공업규격(JIS)에서 규정하는 바와 같이 경강성(hard steel wires), 피아노선, 스테인리스 스틸선으로 나눌 수 있다.

이러한 강재들은 서로 유사한 표면 색조를 갖고 있으며, 특히 경강선과 피아노선의 경우 표면 색조로의 거의 구별할 수 없을 정도로 서로 유사한 표면 색조를 나타낸다.

반면, 스테인리스 스틸선(이하에서는 스테인리스 선이라 약칭한다.)은 경강선 및 피아노선과 비교할 때 비교적 두드러진 광택을 지니기 때문에 경강선 및 피아노선과 구별하는데 특별한 어려움은 없다.

그러나, 강선의 표면에 기름을 공급하면서 인장력을 부여하여 강선을 늘이는 오일 드로오잉, 즉 습드로오잉(wet drawing) 방식을 경강선 및 피아노선에 적용하는 경우 이 강선들이 개선된 광택을 나타내게 되고, 따라서 이 경우의 경강선 및 피아노선을 스테인리스선과 구별하는 것이 거의 불가능하게 된다.

상기한 바와 같이, 스프링들을 표면색조로 정확하게 구별할 수 없다는 사실은 형식은 다르지만 모양이 유사한 스프링들을 각종 기계류의 조립시 혼동하여 사용할 수 있다는 문제점을 야기하게 된다. 따라서,

이러한 문제점을 해결하기 위하여 각종 스테인리스선을 착색하여 칼라스프링으로 만들게 된다.

제5A도 및 5B도는 종래의 통상적인 칼라스프링 제조방법을 나타내는 플로우챠트이다.

이들 도면에서 나타내는 바와 같이, 종래의 칼라스프링 제조방법은 스프링 성형전에 재료강을 착색하는 제5A도에 도시된 방법 A와 스프링성형 이후에 착색하는 제5B도에 도시된 방법 B로 대별할 수 있다.

특히, 종래의 제조방법 A에 따르면 재료강을 우선 착색한 후, 이어서 재료강이 강선인 경우 강선 드로오잉을 실시하고, 재료강이 강판인 경우 롤링을 실시하게 된다.

이렇게 착색되고 드로오잉 또는 롤링 가공된 재료강은 특정 성형장치를 이용한 성형과정을 거쳐 중간제품 스프링으로 만들어진다.

이러한 스프링 중간 제품은 특정온도의 풀림로에서 풀림공정을 거침으로서 비로소 완성제품이 되는 것이다.

이 방법의 경우 스프링의 성형이전에 이미 재료강에 대한 착색이 완료되는 것을 알 수 있다.

종래의 제조방법 B에 따르면 스프링 성형이전에 착색되지 않은 재료강을 도금처리 또는 윤활처리를 하고, 이어서 상기 종래방법 A에서와 유사하게 드로오잉 또는 롤링공정을 실시한 후 특정 성형작업을 실시하여 스프링형상을 갖는 중간제품을 만든다.

이 중간제품은 풀림공정과 착색공정을 거쳐 완성품으로 만들어진다. 이때 착색방법으로는 화학 변환처리 또는 착색 도금처리를 이용하게 된다.

상기 종래 방법 A에 있어서, 착색방법으로는 재료강 표면에 특정수지로 코팅하는 수지코팅방법과 재료강 표면에 페인트를 베이킹하는 베이킹 휘니쉬(baking finish)방법을 사용할 수 있다.

종래방법 B의 경우에서는 재료강을 화학약품으로 처리하는 화학 변환방법과 전기도금 방법이 착색방법으로 사용될 수 있다.

최종 완제품 스프링의 색조로서는 흑색이 매우 적절한데, 이것은 흑색의 베이스색조와 표면색조가 일치하고 설계상의 요구사항을 충족시킨다는 장점이 있다.

상기 전기도금 처리나 화학변환처리가 검은 색조의 스프링을 제조하는데 적용될 수 있다.

특히, 흑색 크롬도금처리, 흑색 니켈도금처리, 흑색 리듐도금처리 등의 방법이 전기도금처리 방법으로서 이용될 수 있다.

흑색 크롬산염 방법 및 흑색 산소 다듬질 방법이 화학적 변환방법으로 이용될 수 있다.

그러나, 스프링강재는 성형과정에서 각종 성형장치에 의해 상당히 큰 마찰에 봉착하게 되며, 따라서 만약 재료강이 종래방법 A, 즉 성형공정이 이전에 수지코팅 또는 페인팅에 의해 착색되는 경우 재료강의 표면코팅 및 페인트가 긁히거나 벗겨질 위험이 많다.

통상적으로, 스프링은 스프링 특성을 향상시키기 위해 저온 풀림처리, 즉 250-400℃의 온도상태에서 2-30분간 열처리된다.

따라서 만약 상기마찰에 의한 긁힘이 미세한 경우라 할지라도 이 풀림처리공정중에 표면코팅 또는 페인트가 녹아서 스프링들이 서로 들러붙는 문제를 야기한다.

따라서, 코팅재의 연화 및 용융에 의해 스프링의 외표면상에 움푹 해인 곳이 다수 발생하는 문제가 일어난다.

또한, 상기 성형공정중에 전기적 신호를 이용하여 스프링의 크기를 검출하는 검출기가 구비된 성형장치를 경우에 따라서 사용해야 하는데, 이러한 성형장치를 사용하기 위해서는 강재의 표면이 전도성을 띄는 상태가 되어야 한다.

그러나 상기 강재의 표면이 코팅재나 페인트층으로 덮여있는 경우 표면은 절연상태가 되므로 이러한 경우 상기와 같이 검출기가 부착된 성형장치를 사용하는 것은 불가능해진다.

상기와 같은 문제로인해 종래방법 A에 의해 재료강이 표면을 착색하는데는 상당한 문제가 수반되며, 반면 종래방법 B에 의해 착색하는 경우는 풀림처리를 통과한 스프링 중간제품에 대해 상당히 성가신 처리방법, 특 화학적 변환처리 또는 착색 도금처리를 실시하여 완제품을 제조해야 하기 때문에 제조비가 상승한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 첫 번째 목적은 상기와 같은 문제점을 갖지 않는 칼라스프링을 제조할 수 있는 새로운 강재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 두 번째 목적은 스프링의 성형공정 이전 혹은 풀림공정 이후에 착색공정을 실시하지 않고 통상적인 스프링 제조공정만을 실시하여 미려한 흑색조의 칼라스프링을 제조할 수 있는 강재를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 세 번째 목적은 미려한 흑색조를 띄고 제조비가 높지않은 칼라스프링을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 네 번째 목적은 저렴한 제조비로 칼라스프링을 제조할 수 있는 칼라스프링 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 재료강 및 상기 재료강의 표면상에 형성되는 금속 도금층으로 구성되고, 상기 도금층은 가열에 의해 소정 색조를 갖게 되는 산화물을 형성할 수 있는 금속을 포함하는 칼라스프링용 강재를 제공한다.

이러한 강재를 그 표면에 상기 금속도금층을 갖게 되며, 스프링의 형상으로 성형되고 그후 풀림처리, 즉 열처리되어 그 표면에 소정의 색조가 나타나도록 공정을 거친다.

따라서, 이 강재는 종래의 칼라스프링 제조방법에서 필요로 했던 착색공정을 생략할 수 있는 장점을 지닌다.

또한, 금속도금층은 스프링 성형장치와 재료강 사이에서 버퍼의 역할을 하게 되어 스프링의 성형성이 향상된다.

나아가 상기 도금층은 금속재이기 때문에 전도성을 띄고, 따라서 이 강재는 스프링에 대해 전기적 신호를 이용하여 스프링의 크기를 검출할 수 있는 검출기의 사용을 가능하게 한다.

상기 금속도금층은 구리, 아연 및 크롬을 포함하는 금속으로 된다.

아울러, 상기 도금층은 2개의 층올 되는 것이 바람직하며, 그 중 하나의 층은 구리 또는 아연을 함유하는 금속으로 이루어진다.

다른 하나는 크롬을 함유하는 금속으로 이루어진다.

또한, 2개의 도금층 중에서 내측의 층을 구리로 만들고, 외측의 층을 아연 및 크롬합금으로 만들거나, 아니면 내측층을 아연층으로 하고, 외측층을 구리/크롬 합금층으로 할 수도 있다.

본 발명의 스프링 강재가 구리, 아연 및 크롬으로 된 도금층을 갖기 때문에 강재가 열처리되면 구리와 아연이 도금층 내에서 확산하여 황금색조를 띄게 된다.

한편 크롬이 산화하여 크롬산화물이 되면, 이 산화물 Cr2O3은 어두운 회색조를 띄게 된다.

따라서, 구리와 아연에 의하 황금색조와 크롬산화물에 의한 어두운 회색조의 조합에 의해 도금층은 미려한 흑색조를 띄게 된다.

특히, 구리, 아연 및 크롬으로 된 도금층내에서 상기 금속들은 차례로 확산하며, 크롬 산화물은 풀림공정 중에 생성된다. 결국, 상기 도금층은 미려한 흑색조를 띄게 되고, 이에 따라 외관이 미려한 스프링을 제조할 수 있게 되는 것이다.

가열에 의해 생성되는 크롬산화물은 스프링의 부식을 효과적으로 방지할 수 있다.

또한, 구리 또는 아연으로 된 내층과 아연/크롬합금층 또는 구리/크롬합금층으로 된 외층으로 이루어진 이층의 도금층은 매우 미려한 색조를 띄게 되는데, 이것은 첫째 도금층의 외층에 있는 아연/크롬합금 또는 구리/크롬합금 중의 크롬이 쉽게 산호하여 크롬산화물을 생성하고, 둘째 외층에서의 어두운 회색조와 내층에서의 황금색조가 어우러져 미려한 흑색조를 나타내기 때문이다.

상기 도금층의 구성은 0.2-80.0중량%의 구리와 0.2-10.0중량%의 크롬을 함유하는 것이 좋으며, 상기와 같은 범위를 만족하는 도금층의 풀림공정중에서 가열되면 더 진한 흑색조를 띄게 되고 따라서 스프링의 외관상 미려함을 더욱 향상시킨다.

상기 도금층의 두께는 0.1-15㎛로 하는 것이 좋다.

아울러, 본 발명은 칼라스프링의 제조방법을 제공하는데, 이 방법은 재료강의 표면상에 상기 금속도금층을 형성하는 단계, 상기 도금층이ㅣ 형성된 재료강의 스프링 형상을 갖는 중간제품으로 성형하는 단계 및 상기 스프링 중간제품을 200-250℃의 온도범위에서 풀림처리하여 상기 도금층이 흑색조를 띄도록 하는 단계로 이루어진다.

이러한 방법에 의해 추가적인 착색공정을 거치지 않고도 표면색조가 미려한 흑색조를 띄는 칼라스프링을 제조하게 된다.

또한 본 발명은 상기 금속도금층을 표면에 구비하는 재료강을 성형하여 스프링형상을 갖는 중간제품을 만들고, 이어서 이 중간제품을 200-500℃의 온도로 풀림처리하여 도금층이 미려한 흑색조를 띄게 되는 칼라스프링을 제공하게 된다.

본 발명의 칼라스프링은 금속도금층이 구리, 아연 및 크롬을 함유하고 200-500℃의 온도로 가열처리되므로 표면색조로 미려한 흑색조를 갖게 된다.

상기와 같은 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 이하에서 도면을 참조하는 실시예의 상세한 설명에 의해 보다 명료하게 이해될 것이다.

먼저 본 발명은 본 발명자들이 지속적인 연구에 의해 이루어진 것임을 밝혀둔다. 즉, 본 발명자들은 도금처리가 스프링강재의 스프링특성에 어떠한 변화도 초래하지 않으며, 강재의 표면에 형성되는 도금층이 저온상태에서의 풀림공정에 의해 흑색조를 띄게 된다는 것을 알게 되었다.

본 발명은 가열에 의해 산화물을 생성하고 요구되는 색조를 띄게 되는 금속도금층을 재료강의 표면에 형성하는 것에 의해 실현된다.

제1도에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 칼라스프링의 제조방법을 흐름도로 도시하는 것이다. 먼저, 제료강에 도금을 실시한다. 이러한 도금처리는 스프링용 강재, 즉 경강선, 피아노선, 스테인리스선 및 각종 강판에 대해 실시하게 된다.

상기도금처리에서 사용되는 금a은 가열되는 경우 특성색조를 띄게 되는 금속으로 한다.

상기 도금에 사용되는 금속은 뒤에 실시될 풀림처리에 의해 특정색조를 갖게 된다. 상기 도금처리가 오나료된 재료강은 드로오잉 단계를 거쳐 강선이 되거나 롤링 단계를 거쳐 강판으로 된다.

이어서 상기 스프링 강재에 대해 소정의 성형장치를 이용한 성형단계를 실시하여 스프링 형상을 갖도록 한다. 상기 성형공정중에 스프링 강재는 상당한 정도의 마찰상태에 직면하게 되지만 강재의 표면에 형성된 도금층이 윤활재로서 작용하기 때문에 상기 강재는 성형공정중에도 부드럽게 가공된다.

따라서, 종래 제조방법 B에서와 같은 별도의 윤활재를 사용하지 않고도 만족스러운 성형결과를 획득할 수 있다.

강재의 성형공정에 의해 얻어진 스프링중간제품은 후속되는 풀림공정중에 특정온도상태로 가열되어 결국 스프링 완제품을 얻게 된다.

상기 스프링 중간제품의 표면에 형성되는 금속도금층은 풀림공정에서의 가열에 의해 특정색조를 나타나게 된다.

이러한 방식에 따라 본 발명은 비착색 스프링 제조방법으로, 즉 추가적인 착색공정을 실시하지 않는 방법으로 칼라스프링을 제조하게 된다.

따라서, 본 발명은 칼라스프링을 매우 효과적이고도 저렴한 제조비로 만들어낼 수 있다.

이러한 강재를 사용하여 스프링을 제조하게 되면, 재료강의 표면상에 형성된 페인트코트가 후속되는 성형공정중에 벗겨지는 종래방법 A에서의 문제점을 해소할 수 있다.

이러한 최종 완성품에서 스프링의 표면이 매우 미려하고 매끈하게 되는 효과를 제공한다.

이러한 강재를 사용하는 것은 종래의 방법 B에서 꼭 필요했던 중간제품의 풀림공정후의 스프링의 착색공정을 생략할 수 있기 때문에 제조비를 줄일 수 있다.

본 실시예에 있어서, 재료강 표면의 금속도금층은 2개의 층으로 이루어진다.

즉, 구리로 된 내층과 아연/크롬합금으로 된 외층의 2층 구조 또는 아연으로 된 내층 및 구리/크롬합금의 외층으로 된 2층구조로 되어있다.

그러나, 본 발명은 상기 2층의 도금층에 한정되는 것은 아니다. 즉, 적어도 3가지 요소, 즉 구리, 아연 및 크롬을 함유하는 단일층의 도금층으로 형성하는 것도 가능하다.

또한, 2층의 도금층, 즉 하나의 층은 구리/크롬합금 또는 아연/크롬합금층으로 만들고, 다른층은 아연/크롬 또는 구리/크롬합금층으로 만들 수도 있는 것이다.

상기 도금층의 적정한 성분구성, 두께, 풀림온도에 대해서는 제2도 내지 제4도에서 설명하고 있다.

제2도는 저온 풀림처리에서의 풀림온도(℃), 풀림시간(분) 및 색조간의 관계를 도시하는 반로그 그래프이다.

경강선을 50%의 감소율로 드로오잉한 후 풀림처리하였다.

상기 도금층은 65중량%의 구리, 5중량%의 크롬, 그리고 30중량%의 아연으로 이루어졌다.

상기 드로오잉 처리된 경강선은 최종 도금층의 두께가 0.5㎛였다.

다수개의 시험편을 준비하여 각 시험편에 대해 풀림온도 및 풀림시간을 변경시키면서 풀림처리한다.

각 시험편의 색조는 일본의 도오쿄오 덴쇼쿠 주식회사 제품의 디지털 칼라미터 TC-3600을 이용하여 측정하였다.

상기 그래프에서 알 수 있는 것처럼, 색조의 변화는 풀림온도 및 풀림시간에 밀접한 관련이 있다.

원하는 흑색조는 200-500℃의 풀림온도에서 1-30분간의 짧은 풀림시간에 의해 얻어졌다.

그러나, 200℃이하의 풀림온도에서는 상당한 시간동안 풀림처리를 실시하였음에도 불구하고 색조의 변화가 크지 않았다. 또한, 상당한 시간동안 풀림처리를 하였음에도 불구하고 요구되는 흑색조를 얻을 수는 없었다.

아울러, 500℃이상의 풀림온도에서는 스프링의 강도가 저하되므로 이러한 고온상태의 풀림처리를 실제적으로 행하지 않는다.

상기와 같은 실험결과에 따라 풀림온도는 200-500℃의 범위로 정하는 것이 바람직하다.

제3도는 도금층 내에서의 구리함량(중량%)과 크롬함량(중량%) 사이의 관계에 기초하여 얻어지는 흑색조의 범위를 나타내는 로그 그래프이다.

이 그래프에서는 또한 풀림처리중에 흑색조가 나타나는 구리와 크롬의 비례범위를 나타낸다.

이 그래프의 X축은 크롬함량(중량%)을 나타내고 Y축은 구리함량(중량%)을 나타낸다.

상기 그래프는 다음과 같이 얻어졌다. 즉 아연, 구리 및 크롬의 함량비율을 각기 다르게 한 도금층을 갖는 다수개의 재료강선을 준비한 다음 도금처리된 강선을 50%이상의 감소율로 드로오잉하여 도금층의 최종 두께가 0.5㎛가 되도록 한다.

드로오잉 처리된 강선은 다시 성형처리하여 스프링 중간제품을 만들고 350℃의 온도에서 10분동안 풀림처리하였다.

이 그래프에서 도시되는 것처럼, 도금층은 크롬함량이 0.2중량% 미만일 때 회색조를 나타냈으며, 크롬함량이 10중량% 이상인 경우에는 도금층의 균일성이 확보되지 않는다.

구리함량이 0.2중량% 미만인 경우에는 회색-녹색 색조가 얻어졌으며, 구리함량이 80중량% 이상인 경우에는 적색-흑색 색조가 나타났다.

상기 2가지 색조의 경우 스르링의 색조외관은 미려하지 못하였다.

따라서, 요구되는 미려한 흑색조는 도금층의 금속함량이 그래프에서 사각형 범위내에 있을 때, 즉 크롬함량이 0.2-10중량% 그리고 구리함량이 0.2-80중량%일 때 달성되었다.

제4도는 저온 풀림처리에 있어서 도금층의 두께(㎛), 풀림시간(분) 및 색조간의 관계를 도시하는 반로그 그래프이다.

상기 그래프는 다음과 같이 구해진다.

먼저 구리로 된 내층과 아연/크롬 합금의 외층으로 된 2층구조의 도금층을 갖도록 재료강선을 도금처리한다.

도금층에서 구리, 크롬 및 아연의 비율은 65:5:60중량%로 하였다. 상기 강선을 드로오잉하여 도금층의 두께가 0.05-20㎛가 되도록 하였다. 상기 강선을 성형하여 소정의 스프링형상을 만든다음 400℃의 온도에서 풀림처리하였다.

이 그래프는 스프링완성품의 색조를 체크하여 그 결과를 표시하는 것이다.

이 그래프의 X축은 풀림시간을 나타내고, Y축은 색조를 나타낸다.

이 그래프에서 도시되는 것처럼, 도금층의 두께가 0.1㎛ 미만인 경우 풀림시간을 어떻게 변경시켜도 요구되는 흑색조는 달성되지 않았다.

그러나, 두께가 0.1㎛ 이상인 경우 특정시간 이상을 풀림을 실시하는 경우에 도금층은 균일해지고 미려한 흑색조를 나타냈다.

또한, 도금층의 흑색조를 띄는데 필요한 풀림시간은 도금층의 두께가 증가할수록 지수적으로 증가하였다.

예를 들어 도금층의 두께가 15㎛인 경우 흑색조를 띄는데 30분의 풀림시간의 필요한 반면 20㎛ 두께인 경우 180분의 풀림시간이 필요하였다.

제2도에서 도시되는 것처럼, 풀림온도가 높을수록 색조는 더욱 강렬하게 변했는데 이에따라 풀림온도가 높으면 도금층이 흑색조를 띄는데 필요한 시간은 줄어들었다. 그러나, 스프링을 제조하기 위한 실제적인 풀림온도는 250-400℃이고, 스프링은 400℃ 이상의 온도로 풀림처리하는 경우는 거의 없다.

따라서, 제2도 내지 제4도의 그래프에서 실제적으로 최장의 풀림시간인 30분동안 실제적 최고 풀림온도인 400℃롤 풀림처리하여 소정의 흑색조를 얻을수 있는 도금층의 두께는 15㎛라는 것을 알수 있다.

제4도의 그래프론 15㎛미만의 두께를 갖는 도금층이 30분 미만의 풀림시간동안 흑색조를 띄게된다는 사실을 나타내고 있다.

도금층의 흑색조는 풀림시간과 도금층의 두께를 적절히 조절함에 의해 조정가능하다. 또한, 15㎛보다 큰 두께를 갖는 도금층의 경우에는 스프링의 제조비를 상승시키는 요인이 되기 때문에 바람직하지 못하다.

따라서, 도금층의 적정한 두께 범위는 0.1-15㎛이다.

본 발명에 의한 스프링의 특성은 본 발명에 의한 도금층을 갖는 스프링(실시예 1)과 그렇지 않은 스프링(비교예 1)의 비교에 의해 명확히 알수 있다.

적용되는 재료강선은 탄소함량이 0.82중량%이고 직경이 1.80mm인 경강선으로 하고, 이 재료강선을 납으로 칠하고 산으로 닦아내어 스케일을 제거한후 전기 도금을 실시하여 2층의 도금을 재료강선상에 형성한다.

상기 도금층의 내층은 구리층으로 하고 외층은 아연/크롬합금층으로 하였다.

구리도금처리에 있어서, CuSO4·5H2O : 240g/l, H2SO4 : 50g/l 의 조성을 갖는 도금용액을 30℃에서 사용하였으며, 구리관을 양극으로 하고 전류밀도는 5A/dm2으로 하였다.

한편, 아연/크롬 도금처리에 있어서는, ZnSO4·7H2O : 110g/l, Cr2(SO4)3·3H2O : 1-50g/l, Na2SO4·10H20 : 50g/l의 조성을 갖는 도금용액을 50℃의 온도에서 사용하였으며, 이 도금용액의 수소이온 농도(pH)는 4로 하였다.

아연판을 양극으로 하고 전류밀도는 5-30A/dm2으로 하였다.

크롬의 침전은 도금용액속에서 3가 크롬이온농도와 전류밀도를 변경하여 조성하고, 재료강에는 구리로된 내층과 아연/크롬합금의 외층으로된 도금층을 형성하였다.

이때, 구리는 5중량%,크롬은 5중량% 그리고 아연은 90중량%로 하였다.

도금층의 두께는 강선의 드로오잉 한 후 5㎛였다.

2층 구조의 도금층을 재료강의 표면에 형성한 다음 재료강선은 단면적에서 88.9%의 도로오잉율로 8번 연속 드로오잉되어 직경이 0.60mm가 되었다.

이때,JISG 3521에서 규정하는 C형 경강선과 같은 강도를 갖는 스프링용 강재를 획득할수 있었다.

비교예 1로서, 상기 실시예 1에서와 유사하게 직경 1.80mm를 갖는 재료강선을 드로오잉하고 도금처리하지않은 직경 0.60mm의 강선을 준비하였다.

상기 강선들을 성형하여 외측 직경이 100mm이고 길이가 20mm 그리고 권선회수가 20인 헬리컴 스프링중간제품을 만들었다. 이 스프링 중간제품들을 300℃에서 10분동안 풀림처리하고 냉각시킨다음 색조를 비교하였다.

실시예와 비교예의 스프링 완제품을 갖는 각각의 기계적 특성을 측정하기 위해 스프링형태로 성형하지 않고 풀림처리를 하여 직선형태의 강선을 별도로 준비하였다. 이 강선들에 대해 인장강도, 비틀림특성 및 피로강도를 측정하였다.

여기서 피로감도는 나까무라 로타리 벤딩테스트 방식에 따라 측정하였다.

다음의 표 1은 실시예 및 비교예의 예비조건 및 측정결과를 나타낸다.

표에서 A, B, C, D는 각각 가열전의 색조, 가열후의 색조, 로타리 벤딩회수, 표면상태를 나다낸다.

상기 표 1에서 알 수 있는 것처럼, 실시예 1의 표면(원래는 백색이었다)이 미려한 흑색조(뚜렷히 구분가능한)로 변하였으나, 비교예 1의 색조는 원래의 백색상태를 그대로 유지하였고 따라서 구분가능한 색조가 되지 못하였다.

그러나, 이장강도, 비틀림특성 및 피로강도의 항목에서 실시예와 비교예 사이에 큰 차이가 없었다.

실시예와 비교예에 의한 스프링들을 권선할 때 각각의 성형성을 비교해보면 본 발명의 스프링이 재료강 표면에 도금층을 형성하고 있기 때문에 성형성이 보다 우수함을 알 수 있다.

따라서, 성형작업이 안정적으로 실시될수 있으며, 이로부터 스프링의 피치변화가 작고 권선작업이 보다 용이해진다.

또다른 비교를 실시하였는 바, 이때에는 재료강선으로 스테인레스 선을 사용하였다.

실시예 2로서 상기 스테인레스선은 1150℃에서 풀림처리하였고, 직경 2.5mm였다.

이 스테인레스 선에 대해 전기도금처리를 하여 실시예 1에서와 같이 2층 구조의 도금층, 내층은 아연층으로 하고 외층은 구리/크롬 합금층으로한 도금층을 표면에 형성하였다.

또한 상기 도금층은 30중량%의 아연, 5중량%의 크롬을 함유하였다. 상기 도금처리된 재료강선을 드로오잉 처리하여 직경 1.0mm, 도금층 두께 0.5㎛의 강선으로 만들었다.

도금조건은 아래과 같다.

아연도금처리에 있어서, ZnSO4·7H2O : 110g/l, H2SO4 : 50g/l의 조성을 갖는 도금용액을 30℃에서 사용하고, 아연판을 양극으로 사용하였으며 전류밀도는 5A/dm2으로 하였다.

한편, 구리/크롬합금 도금의 경우, CuSO4·5H2O : 240g/l, Cr2(SO4)3·3H2O : 1-50g/l, Na2SO4·10H20 : 50g/l의 조성을 갖는 도금용액을 50℃에서 사용하고 도금용액의 수소이온 농도(pH)는 4로 하였다.

구리판을 양극으로 사용하고 전류밀도는 5-30A/dm2으로 하였다.

크롬침전은 도금용액중의 3가 크롬이온 농도와 전류밀도는 조절하여 조정하였다.

강선은 JISG 4314에서 규정하는 스테인레스 선 WPB와 같은 강도를 나타냈다.

실시예 1에서와 마찬가지로, 이 강선을 헬리컬 스프링 중간제품으로 성형하고 350℃에서 10분동안 풀림처리하였다.

비교예 2로서, 동일한 스테인레스 강선을 실시예 2에서와 동일한 방식으로 헬리컬 스프링 중간제품으로 성형하였다.

그러나, 비교예 2의 경우 도금처리를 하지 않았다.

앞서와 유사한 비교테스트를 실시하였으며 스프링의 예비조건 및 측정결과를 표2에 나타낸다.

표에서 A, B, C, D는 각각 가열전의 색조, 가열후의 색조, 로타리 벤딩회수 그리고 표면상태를 나타낸다.

표 2에서 알수 있는 것처럼, 표 1에서의 비교결과와 마찬가지로 실시예 2의 표면색조(원래는 백색이었음)을 그대로 유지하였으므로 착색되지 않은 일반 스프링과 구별할수 없었다.

그러나, 실시예 2 및 비교예 2에 있어서 인장도, 비틀림특성 및 피로강도의 항목에서는 대차가 없었다.

이상의 설명에서 본 발명의 적절한 실시예에 대해 도면을 참조하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않았고 이하의 특허청구의 범위에서 정의하는 발명의 범위내에서 수정, 변경하는 것은 본 발명의 기술분야에서 정통한 기술자라면 물론 가능할 것이다.

Claims (10)

1. 재료강 및 상기 재료강의 표면상에 형성되는 금속도금층으로 구성되고, 상기 도금층은 가열에 의해 소정 색소를 띄게되는 산화물을 형성할 수 있는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라스프링을 강재.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속도금층은 구리, 아연 및 크롬을 포함하는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼라스프링을 강재.
3. 제2항에 있어서, 상기 금속도금층은 2개의 층으로 이루어지며, 그중 하나의 층은 구리 또는 아연을 함유하는 금속으로 이루어지고, 다른 하나의 층은 크롬을 함유하는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼라스프링을 강재.
4. 제3항에 있어서, 상기 2개의 도금층중에서 내측의 층을 구리층으로 하고, 외층의 층을 아연및 크롬의 합금층으로 하는 것을 특징으로 하는 칼라스프링용 강재.
5. 제3항에 있어서, 상기 2개의 도금층중에서 내측의 층을 아연층으로 하고, 외층의 층을 구리 및 크롬의 합금층으로 하는 것을 특징으로 하는 칼라스프링용 강재.
6. 제 2항에 있어서, 상기 도금층의 구성은 0.2-80.0중량%의 구리와 0.2-10.0중량%의 크롬을 함유하는 것을 특징으로 하는 칼라스프링용 강재.
7. 제2항에 있어서, 상기 도금층의 두께는 0.1-15㎛인 것을 특징으로 하는 칼라스프링용 강재.
8. 칼라스프링을 제조하는 방법에 있어서, 재료강의 표면상에 구리, 아연 및 크롬을 함유하는 금속도금층을 형성하는 단계; 상기 도금층이 형성된 재료강을 소정의 스프링형상을 갖는 중간제품으로 성형하는 단계l 및 상기 스프링중간제품을 200-250℃의 온도범위에서 풀림처리하여 상기 도금층이 흑색조를 띄도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 칼라스프링의 제조방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 도금층이 형성된 재료강을 드로오잉하여 상기 도금층의 두께가 0.1-15㎛가 되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 칼라스프링의 제조방법.
10. 재료강의 표면에 구리, 아연 및 크롬을 함유하는 금속도금층을 형성하고, 상기 도금층이 형성된 재료강을 소정의 스프링형상을 갖는 중간제품으로 성형한후 상기 스프링중간제품을 200-250℃의 온도범위에서 풀림처리하여 상기 도금층이 흑색조를 띄도록 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 칼라스프링.