KR100256168B1 - 이온빔 고융착을 이용한 벌집형 코어패널구조물의 부식방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온빔 고용착을 이용하여 벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키는 공정에 관한 것이다. 본 발명의 한 특징에 있어서, 몰리브텐 이온을 벌집형 코어의 전방 및 후방표면으로 소정의 깊이만큼 합체된다. 이온은 코어금속과 상호작용하여 부식되지 않는 알루미늄-몰리브덴 합금을 형성한다. 동시에 금속의 얇은 필름코팅은 금속-이온 합체된 코어금속의 표면상에 발생된다. 이 공정은 또한 이온을 외피층으로 합체하는데 사용하여 강화된 내부식성을 이룰 수 있다.

Description

[발명의 명칭]

이온빔 고용착을 이용한 벌집형 코어패널구조물의 부식방지방법

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 내부식성을 갖도록 처리되는 벌집형 코어패널구조물의 코어와 외피층의 개략도.

제2도는 본 발명의 공정에 포함된 펼치는 단계를 도시하는 다이어그램.

제3도는 본 발명의 공정에 포함된 주름잡는 단계를 도시하는 다이어그램.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 금속합금의 부식방지에 관한 것이며, 보다 상세히는 알루미늄 또는 그 합금으로 만들어진 벌집형 코어패널의 부식을 방지하는 방법에 관한 것이다.

[발명의 배경]

알루미늄 또는 그 합금으로 만들어진 벌집형 코어패널 구조물은 대기중의 수분에 의해 부식되기가 매우 쉽다. 벌집형 코어패널 구조물은 벌집형 코어를 사이에 끼우는 2개의 외피층을 이용하며, EF-111A 및 F-14 와 같은 고성능 전투기를 포함한 실제 모든 항공기의 핀, 날개 및 다른 구조에 광범위하게 사용된다. 대기중의 수분은 종종 벌집형 코어 패널구조물의 외피층 사이에 스며들어 갇히게 된다. 시간이 지나면, 스며든 물은 벌집형 코어를 부식시켜 항공기를 구조적으로 견고하지 않게 만들므로 비행에 안전하지 않다. 결국 열화된 벌집형 코어패널구조물로 이루어진 전체 항공기 제어표면은 많은 비용을 들여 다시 만들거나 교체되어야 한다.

내부식성을 증가시키기 위하여 금속박판위에 보호코팅을 형성하는 것이 알려져 있다. 예를들어, 미합중국 특허 제4,894,127호는 양극 산화처리방법을 개시하고 있으며, 이것은 알루미늄판의 표면위에 1 내지 3 미크론 두께의 알루미늄 산화코팅을 형성하는 데에 사용된다. 내부식성을 증가시키기 위한 다른 하나의 방법은 박판금속의 표면위에 0.002-0.005인치 두께의 순알루미늄의 필름을 입히는 것이다.

미합중국 특허 제5,007,225호에 개시된 내부식성을 증가시키기 위한 또 다른 하나의 기술은 금속 샌드위치 패널구조물의 내외면에 선박의 외피와 격벽을 제작하는데에 주로 사용되는 페인트, 폼 및 다른 부식방지물질을 입히는 것이다.

벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키기 위하여 표면코팅을 사용하는 것은 2가지의 이유로 인해 바람직하지 않다. 첫째, 벌집형 코어는 표면코팅이 덮지 못하는 부분에서 부식되기 쉽게 된다. 이 노출된 부분에서의 부식은 결국 전체 패널의 열화를 유발하며, 상당한 비용을 들여 항공기 제어표면을 수리 또는 교체해야 한다. 둘째, 벌집형 코어에 입힌 표면코팅은 항공기의 비행효율과 성능을 좌우하는 항공기의 중량을 실질적으로 증가시킨다.

다른 부식방지기술은 금속가공물의 표면으로 금속이온을 용착하는 것이다. 예를들어, 미합중국 특허 제5,055,318호는 아르곤 가스의 촉매빔이 금속물질의 표면에 크롬원자의 필름을 형성하는데 사용되는 방법을 개시한다. 이 동일한 이온빔용착방법은 금속칼날, 터빈날개 및 베어링 레이스에 다이아몬드 필름을 형성하는 데에 사용된다. 그러나, 상기 출원에도 불구하고 벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키는 다른 알려진 이온빔 용착방법이 존재하지 않는다.

알루미늄 벌집형 코어패널구조물의 부식을 방지하기 위한 효과적인 기술의 부족은 항공기 설계자로 하여금 더 무겁고, 덜 부식되는 금속 또는 다른 표준구조물 기술로 대체하게 한다. 더 무거운 대체금속은 항공기 제작비용을 실질적으로 증가시키며 항공기의 비행효율과 성능을 좌우한다. 티타늄과 같은 더 가벼운 금속일지라고 항공기의 증가된 중량의 비용으로 인해 바람직하지 않은 효율을 유발한다. 부식하지 않는 비금속성의 물질이 대체될 수 있다. 그러나, 이러한 물질도 또한 바람직하지 않은데, 왜냐하면 비용의 증가에 더하여 낮은 강도 대 중량 비율을 가지기 때문이다.

알루미늄이 통상 사용되는 금속중 최상의 중량 대 강도비율을 가지므로, 항공기 제어표면의 설계에 알루미늄 벌집형 코어패널구조물을 사용하는 것이 절대적으로 필요하다. 그래서, 알루미늄의 벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키기 위한 효과적인 방법을 제공할 필요가 있다.

[발명의 개요]

따라서 본 발명의 주요목적은 이온빔 고용착을 이용하여 벌집형 코어금속의 표면특성을 변경하여 대기중의 부식에 손상되지 않는 합금을 형성함으로써 벌집형 코어패널구조물의 내마모성, 내부식성 및 긁힘방지를 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래의 부식방지기술에 의한 중량의 증대없이 벌집형 코어패널 구조물의 내부식성을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 그 효과가 현존하는 부식방지기술보다 더 오래가는 벌집형 코어 패널구조물의 내부식성을 증가시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키는 방법을 제공하여 내부부식에 의해 항공기 제어표면이 크게 파손될 가능성을 감소시킴으로써 비행안전성을 개선하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키는 개선된 방법을 제공하여 시간이 경과해도 주요항공기의 제어표면을 다시 만들거나 교체할 필요를 없애므로써 내구수명의 주기에 있어서의 재료비용을 상당히 감소시키는 이점을 가지는 것이다.

본 발명의 상기 및 다른 목적은 이온빔 고용착 방법을 이용하여 벌집형 코어패널 구조물의 내부식성을 증가시키는 개선된 방법을 제공함으로써 이루어진다.

본 발명의 한 특징에 있어서, 미리 선택된 금속의 이온은 벌집형 코어금속의 전후표면으로 소정의 깊이만큼 용착된다. 이온이 표면내에 용착되는 깊이는 원하는 부식방지의 범위를 얻도록 조정될수 있다. 이 방법은 또한 코어금속의 표면위에 금속의 이온을 얇게 필름 코팅시킨다. 본 발명의 다른 한 특징에 있어서, 높은 내부식성은 금속이온을 벌집형 코어패널구조물의 2개의 외피층의 표면에 합체하므로써 얻을 수 있다.

바람직한 실시예는 도면을 참조하여 설명된다.

[바람직한 실시예의 설명]

본 발명의 방법은 통상 미리 선택된 물질의 이온을 벌집형 코어물질에 합체시키기 위해 이온 빔 고용착을 사용하여 벌집형 코어패널구조물의 내부식성을 증가시키는 것에 관한 것이다.

제1 도는 외피층(2 및 3)과 벌집형 코어(4)로 이루어진 전형적인 벌집형 코어패널 구조물(1)을 도시하고 있다. 벌집형 코어(4)는 통상 0.0007 내지 0.003인치의 두께로 매우 얇으며, 패널구조물의 구조적인 강도를 보강하도록 설계된 복수의 상호 연결된 육변형 셀(8)로 구성된다.

이온빔 고용착은 초기에 금속가공물을 주입될 물질인 금속성분의 샘플을 내포하는 진공챔버로 배치시키는 단계를 포함한다. 금속성분는 그 비등점까지 가열되어 가공물의 표면을 둘러싸는 챔버내부에 금속이온증기를 발생시킨다. 챔버내의 이온촉진기는 미리 선택된 물질의 흐름을 가공물의 목표표면쪽으로 촉진시킨다. 흐름내의 이온은 금속증기이온과 충돌하여 이것을 금속가공물의 표면으로 움직이는 운동에너지를 준다.

본 발명의 부식방지방법을 벌집형 코어의 초기 제작단계중에 시작되는 다단계 공정이다. 이 공정의 제1 단계는 미리 선택된 물질의 이온을 여전히 미가공의 박판금속형태인 벌집형 코어금속으로 합체하는 단계를 포함한다. 제1 도 및 제2 도에 도시된 바와같이 웨브 또는 로울형태의 코어금속(10)은 금속이온 증기(38)를 형성하는 증기발생기(36)를 내포하는 진공챔버(37)내에 설치된다.

챔버(37)의 내부와 연통하는 이온촉진기(35)는 미리 선택된 물질의 이온을 일정한 속도로 고 에너지 레벨까지, 통상 수백킬로 전자볼트까지 촉진시켜, 코어금속(10)의 표면쪽으로 향하는 고속이온흐름(14)을 형성한다. 이온흐름(14)은 증기(38)내의 금속이온을 두들겨, 이 금속증기이온을 코어금속(10)의 표면으로 소정깊이로 움직인다.

이온을 코어금속의 원자와 혼합되어 대기중의 수분으로 인해 부식되지 않는 합금을 형성한다. 합체된 금속이온은 매우 작아서 얇은 코어벽의 전체표면적을 무난하게 처리할 수 있다.

동시에 코어금속(10)의 표면에 걸쳐 진동하는 금속이온증기는 그 위에 금속의 얇은 필름코팅을 형성하여 부수적인 부식방지를 제공한다. 코어금속으로의 이온침투의 깊이는 이온촉진기의 촉진량에 의해 제어되며, 코팅의 두께는 용착공정의 지속기간에 의해 제어된다. 이온빔 고용착 공정은 금속가공물의 전체표면을 처리하여 부식방지를 최대화 한다.

이 공정의 제2 단계는 이온합체된 코어금속이 벌집형태로 작동되는 동안에 펼치거나 또는 주름잡는 단계를 포함한다. 펼치는 단계의 동안에 제2 도에 도시된 바와 같이 여전히 웨브형태인 이온합체 코어금속(10)은 구조접착제(11)의 연속적인 리본과 코어금속(10)의 표면을 처리하는 일련의 고정밀기계(도시되지 않음)로 이송된다.

제2 도에 부재번호 16으로 도시된, 처리된 이온합체 코어금속(10)은 원하는 치수로 절단되어 층층이 포개져서 원하는 두께를 가진 금속블럭(18)을 형성한다. 이 금속블럭은 상업적으로는 호브(HOBE : 펼치기 전의 벌집) 블럭으로 알려져 있다. 소정두께로의 수평으로 얇게 베는 것은 금속블럭(18)으로부터 잘라져 호브(HOBE) 슬라이스(20)를 형성한다. 그 다음 호브 슬라이스(20)는 종래의 기술을 사용하여 펼쳐져 친숙한 벌집형 코어(4)를 형성한다.

제3 도에 도시된 바와같이, 주름잡는 단계의 동안에 웨브형태의 이온합체 코어금속(10)은 원하는 폭으로 절단되어 한쌍의 주름잡힌 로울(30)의 념으로 이송된다. 주름잡힌 로울(30)은 코어금속(10)을 변형시켜 주름잡힌 박판(32)을 형성한다. 그 다음, 주름잡힌 박판(32)은 로울로부터 절단되며, 그 표면은 구조접착제(도시되지 않음)로 처리된다. 그런 다음 복수의 주름잡힌 박판은 다른 것의 위에 포개져서 단단하게 주름잡힌 블럭(34)을 형성한다. 각각의 주름잡힌 박판(32)상의 접착제는 각각의 인접한 박판에 묶여 견고한 벌집형 단면을 형성한다. 소정폭의 슬라이스는 블럭(34)을 잘라서 벌집형 코어(4)를 구성하는 주름잡힌 패널을 형성한다.

상기 공정은 물질특성의 변화를 유발하며, 즉 코어금속(10)의 경도는 다시 주름잡힌 로울(30)의 성능에 악영향을 미쳐서 코어금속(10)을 원하는 셀형상으로 변형시킨다. 따라서 주름잡는 단계중에 코어금속의 적당한 변형을 보장하기 위하여 이온빔 고용착 공정은 코어금속(10)이 주름잡힌 후, 임의의 지점에서 선택적으로 실행될수 있다. 예를들어 이온촉진기(35)는 이온을 주름잡힌 박판(32)의 표면으로 합체시키기 위하여 주름잡힌 로울(30)뒤의 위치에 위치될수 있다.

이 공정의 제3 단계는 벌집형 코어패널구조물의 외피층(2 및 3)을 그 치수가 제2 단계에서 전개된 벌집형 코어의 치수와 일치하도록 형성하는 단계를 수반한다. 외피층(2및 3) 의 형성은 종래의 기술을 사용하여 이루어진다.

이 공정의 최종단계는 외피층(2및 3)의 다듬어지지 않은 에지와 벌집형 코어(4)를 샌더 가공하는 단계, 드릴가공하는 단계 및 끼워맞추는 단계를 포함한다. 그런다음, 외피층(2 및 3)은 바람직하게는 접착공정을 사용하여 벌집형 코어(4)의 양측면에 고정되게 부착되며, 강화된 내부식특성을 가진 다듬질된 코어패널 구조물을 형성한다.

최상의 형태에서 본 발명의 제1 특성으로서, 벌집형 코어(4)는 알루미늄 또는 그 합금중의 하나로 만들어지며, 합체된 이온은 몰리브덴이다. 이온 촉진기는 촉진된 아르곤 이온을 코어금속의 전방표면상에서 진동하는 몰리브덴 이온증기로 향하게 한다. 아르곤 이온의 흐름은 증기내의 몰리브덴 이온과 충돌하여 코어금속의 전방표면을 통하여 몰리브덴 이온을 움직여서 이 코어벽으로 소정깊이만큼 합체된다. 이온은 알루미늄 코어의 표면특성을 변경시켜서 부식을 방지하는 알루미늄-몰리브덴 합금을 형성한다. 이온촉진기내에서 아르곤이온의 촉진을 증가시킴으로써, 몰리브덴 이온의 코어벽으로의 침투는 옹스트롬에서 마이크론으로 연장하는 범위인 필요한 최적 깊이를 이루도록 조정될수 있다.

본 발명의 방법의 제2 특징에 있어서, 벌집형 코어의 전후방 표면은 미리 선택된 물질의 이온과 합체되어 장기간에 걸쳐서 가장 효과적인 내부식성을 가진다.

본 발명의 방법의 제3 특징에 있어서, 외피층(2및 3)의 표면은 벌집형 코어(4)상에 사용된 이온빔 고용착공정과 동일한 방식으로 이온과 합체된다.

이온합체된 외피층(2및 3)은 아래에 놓이는 벌집형 코어에 대하여 바깥쪽 방해물로서 작용함으로써 강화된 부식방지를 제공한다.

본 발명의 이 공정은 다른 금속뿐만아니라 선반, 격벽 및 플로어와 같이 알루미늄과 알루미늄 합금 박판 및 플레이트로 만들어진 다른 구성물의 내부식성을 증가시키는 데에 사용될 수 있다. 또한, 이 공정은 스크루 구멍을 위한 카운터싱킹 및 카운터 보링과 같은 제조공정동안에 부식에 민감하게 만들어진 부분을 보호하는데에 사용될수 있다.

본 발명에 대한 다른 수정 및 변경은 상기 설명으로부터 당해 기술분야의 기술자에게 명백한 것이다. 그래서 본 발명의 일정한 실시예만이 여기에 상세하게 기재되었지만, 본 발명의 영역을 벗어나지 않는한 수많은 수정이 가능함을 알수 있다.

Claims (20)

1. 벌집형 코어의 양측면에 접착된 2개의 외피층을 가진 벌집형 코어패널구조물에 대기중의 수분에 의하여 야기되는 부식을 방지하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은, 알루미늄 또는 그 합금을 포함하는 코어금속을 제공하는 단계, 금속이온을 포함한 증기내에 코어금속을 가라앉히는 단계, 코어금속의 상기 표면을 통하여 금속이온을 합금이 상기 코어금속과 부식되지 않는 상기 금속이온과의 사이에 형성되도록 하는 깊이로 움직이기 위하여 상기 증기내의 금속이온과 충돌하는 물질의 이온흐름을 코어금속의 표면쪽으로 향하게 하는 단계, 및 벌집형 코어패널구조물의 벌집형 코어를 형성하도록 하기 위하여 상기 코어금속을 벌집형 구조물로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 이온이 상기 표면을 통하여 움직임에 따라 상기 표면 또는 금속이온위에 금속코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 코어금속은 주름잡는 방법이나 펼치는 방법을 이용하여 변형되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 금속이온은 코어금속의 전방 및 후방표면으로 움직이며, 코어표면으로 상기 소정의 깊이만큼 침투하는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 외피를 제공하고, 외피를 이온증기내에 가라앉힌 다음, 금속이온을 상기 외피의 적어도 한 표면으로 합체하며, 상기 외피를 상기 코어에 접착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속이온은 몰리브덴이온인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 물질은 아르곤인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제1항, 제4항 및 제5항에 있어서, 상기 소정의 깊이는 적어도 복수의 옹스트롬인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 벌집형 코어의 양측면에 접착된 2개의 외피층을 가진 벌집형 코어패널구조물에 대기중의 수분에 의하여 야기되는 부식을 방지하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은, 코어금속을 제공하는 단계, 금속이온을 포함한 증기내에 코어금속을 가라앉히는 단계, 이온흐름이 증기내의 금속이온과 충돌하여 상기 코어금속의 적어도 한 표면을 통하여 금속이온을 움직이며, 상기 금속이온이 코어금속내로 코어금속과 부식되지 않는 상기 금속이온과의 사이에 합금을 형성하도록 하는 깊이만큼 합체되며, 물질의 이온흐름을 증기를 통하여 코어금속의 표면쪽으로 향하게 하는 단계, 및 벌집형 코어패널구조물의 벌집형 코어를 형성하도록 하기 위하여 상기 코어금속을 벌집형 구조물로 변형시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 금속이온이 상기 표면을 통하여 움직임에 따라 상기 표면위에 이온증기내의 금속코팅을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 코어금속은 코어금속의 전방 및 후방표면상에 이온에 의해 충격을 받는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 코어금속은 또는 그 합금인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 코어금속은 주름잡는 방법이나 펼치는 방법을 이용하여 변형되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제9항에 있어서, 상기 금속이온은 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제9항에 있어서, 상기 물질은 아르곤인 것을 특징으로 하는 방법.
16. 보강구조물의 제작에 사용하기 위한 샌드위치 패널구조물에 있어서, 미리 선택된 금속으로 제작되는 제1및 제2외피층, 소정의 깊이로 합체된 미리 선택된 물질의 이온을 내포하는 벽을 가진 복수의 상호 연결된 육변형 셀로 제작되며, 상기 미리 선택된 물질의 이온과 코어금속이 상호 작용하여 부식되지 않는 물질을 형성하며, 소정의 금속으로 제작되고 상기 제1 및 제2 외피층 사이에 배치되는 벌집형 코어, 및 상기 벌집형 코어의 전방 및 후방표면을 상기 제1 및 제2 외피층에 각각 접착하기 위한 접착수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널구조물.
17. 제16항에 있어서, 상기 미리 선택된 금속은 알루미늄 또는 그 합금중의 하나로 이루어진 그룹중의 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널구조물.
18. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 외피층은 알루미늄 또는 그 합금중의 하나로 이루어진 그룹중의 하나로 제작되는 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널구조물.
19. 제16항에 있어서, 상기 미리 선택된 물질은 몰리브덴인 것을 특징으로 하는 샌드위치 패널구조물.
20. 제8항에 있어서, 상기 깊이는 적어도 복수의 마이크론인 것을 특징으로 하는 방법.