KR100312322B1

KR100312322B1 - 피스톤용 로드의 제조방법

Info

Publication number: KR100312322B1
Application number: KR1019990002423A
Authority: KR
Inventors: 이정섭; 정희수
Original assignee: 전말선
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2001-11-14
Also published as: KR20000051792A

Abstract

본 발명은 공해를 유발하는 크롬 도금을 실시함이 없이 차량의 엔진 격납부 본넷이나 후부 트렁크 개폐용 도아의 개폐 안내 유지에 사용되는 내식성 및 윤활내마모성이 우수한 피스톤용 로드의 제조방법에 관한 것으로, 탄소를 0.25 내지 0.47 중량% 함유하는 탄소강 소재로된 피스톤용 로드의 제조방법에 있어서, 상기 탄소강으로 된 피스톤 로드 제조용 봉강소재에 Al 또는 Al 합금을 피복하는 단계, Al 피복된 봉강 소재를 가공하여 직경을 조정하는 단계, 직경조정이 이루어진 Al 피복 봉강소재에 5∼150㎛의 Al피복층을 잔류시키도록 양극산화처리하는 단계, 상기 공정에서 형성된 양극산화피막의 다공층에 윤활내식성 물질을 함침시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

본 발명에서 양극산화피막의 다공층에 함침되는 물질은 몰리브덴황화물과 사불화에틸렌의 어느 하나이며, 양극산화피막의 다공층에 함침처리후 압축응력을 부여하고 표면조도를 조정하기 위한 가공을 실시할 수 있다.

Description

피스톤용 로드의 제조방법{Manufacturling Method of Piston Rod}

본 발명은 차량의 엔진 격납부 본넷이나 후부 트렁크 개폐용 도아의 개폐 안내 유지에 사용되는 피스톤용 로드의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공해를 유발하는 크롬 도금을 실시하지 않고도, 내식성 및 윤활내마모성이 우수한 피스톤용 로드의 제조방법에 관한 것이다.

종래 차량의 엔진 격납부나 트렁크의 개폐 도아 안내 유지용 부품으로 사용되는 피스톤 로드용 봉강은 기계구조용 탄소강인 S25C 또는 S45C(C:0.47%, Si:0.30%,Mn:0.54%, P:0.017%, S:0.011%) 탄소강 봉재에 10㎛ 두께로 경질크롬을 전기도금 처리하여 사용하고 있으나, 크롬 도금에 사용하는 서전트(Sergent) 도금욕을 중심으로 하는 6가 크롬 도금액 및폐액의 공해 문제 유발에 의해 크롬 도금 사용의 규제가 최근 크게 강화되고 있는 상황이다.

본 발명에서는 상기와 같은 크롬 도금욕 사용에 따른 습식 도금에 의한 봉강 제조기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 크롬 도금에 의하지 않고 동일한 수준의 내마모성과 내식성을 가지도록 기계적·전기화학적으로 코팅처리하여 피스톤용 로드를 제조하는 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 피스톤용 로드의 제조방법은, 유압실린더, 공기압 실린더, 가스압 실린더의 단동실린더의 피스톤형 또는 복동실린더의 편(片) 로드실린더의 피스톤 로드로서, 탄소를 0.25 내지 0.47 중량% 함유하는 탄소강 소재로된 피스톤 로드 제조방법에 있어서, 상기 탄소강으로 된 피스톤 로드 제조용 봉강소재에 Al 또는 Al 합금을 피복하는 단계, Al 피복된 봉강 소재를 조성가공 또는 절삭가공을 단독 혹은 병행하여 직경을 조정하는 단계, 직경조정이 이루어진 Al 피복 봉강소재에 5∼150㎛의 Al피복층을 잔류시키도록 양극산화처리하는 단계, 상기 공정에서 형성된 양극산화피막의 다공층에 윤활내식성 물질을함침시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

본 발명에서 양극산화피막의 다공층에 함침되는 물질은 몰리브덴황화물과 사불화에틸렌의 어느 하나이며, 양극산화피막의다공층에 함침처리후 압축응력을 부여하고 표면조도를 조정하기 위한 가공을 실시할 수 있다.

이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에서는 봉강 소재로 종래와 같이 탄소강 재질의 S25C 또는 S45C 소재를 사용한다.

환봉 형태로 제조된 탄소강 소재에 분말압축성형, 용융도금, 용사, 전기도금 또는 크라트 압출법의 어느 하나 이상의 방법을 복합하여 Al 또는 Al 합금을 일정 두께 만큼 코팅처리한다.

분말압축성형은 입도분포 325mesh 이하 분말 75%, 325mesh 이상 입도의 분말 25%를 포함하는 Al 100 재질의 아토마이즈알루미늄 분말을 5톤의 압력으로 직경 9.5㎜의 S45C 선재 위에 450℃로 가온하여 연속적으로 압축성형하고 외경 11㎜의밀착성이 우수한 알루미늄 피복 강선을 제조하는 방식으로 이루어진다.

이어서, 피스톤 로드 완성품의 최종 직경에 맞추어 Al이 코팅된 봉강재를 신선, 압연 등의 조성 가공 또는 절삭가공을 단독 또는 조합 실시하여 소정 치수로 직경을 조정한다.

다음에 직경이 조정된 Al 코팅 봉강 소재를 연속 또는 뱃치방식에 의해 다공질 양극산화피막을 형성하기 위하여 Al 코팅층에 양극산화피막(알루마이트) 처리를 실시하는데, 이 경우 알마이트 처리후의 잔류 Al 코팅층은 가능한 적은 것이 바람직하며, 봉강재의 진원도와 Al 코팅층의 편재를 고려하여 Al 코팅잔류층은5∼150㎛의 두께를 유지하는 것이 바람직하다.상기와 같이 Al 코팅 잔류층을 5-150㎛의 두께로 한정하는 이유는 Al이 황산욕중 양극산화에 의하여 산화피막을 형성하나 황산전해욕에서는 철, 강이 양극용해되기 때문에 Al과의 접촉면에 층이 생겨 부식을 유발하게 되므로 이들 철, 강선을 용해시키지 않게 하기 위해서는 최소 5㎛의 Al 잔류피막이 요구되며, 또한 완성제품에서 사용중 크랙이 발생하여 피막이 잔류 Al에 매몰되었을 경우에 그 반동으로서 표면에 부출되는 Al을 그 후의 소부(燒付)와 응착(凝着)이 진행되지 않도록 하기 위해서는 최대 150㎛의 Al 코팅잔류층을 가져야 하기 때문이다.즉, 5㎛ 이하의 Al 잔류피막은 철, 강선의 용해를 저지할 수 없고, 알루마이트 피막의 경한 파괴크랙이 매몰되어도 모재인 철, 강선이 경하기 때문에 Al은 양면의 경한 재료에 끼여 가공경화에 의해 Al의 변형량이 서서히 감소해 알루마이트가 파괴되어 Al 내부에 최대한 매몰되어도 Al이 표면까지 노출되지 않을 최대 잔류량이 150㎛인 것이다.

양극산화처리는 황산욕 농도를 10∼30%, 욕 온도를 0∼20℃, 전류밀도를 0.5∼5A/d㎡, 피막두께를 10∼90㎛로하여 실시하며, 전해액으로 10∼25% 황산과 0.5∼5% 수산(蓚酸)의 혼합용액을 사용할 수도 있으며, 이 경우의 욕 온도나 전류밀도는 황산욕의 경우와 동일하다.

양극산화처리 공정을 통해 형성된 알마이트 양극산화처리 피막의 다공질층에 몰리브덴황화물이나 사불화에틸렌과 같은 테프론(Teflon)의 윤활 내식 기능을 가지는 물질을 기계적, 전기화학적, 또는 화학적으로 함침시키는데, 황산욕에서의 양극산화처리를 통해 형성된 50㎛ 두께의 경질피막을, 테트라티오몰리브덴산암모니움{(NH4)2MoS4}을 탈이온수에 0.3중량% 가하여 만든 수용액에 넣고, 경질피막을 양극으로 하고 스테인레스강판을 음극으로하여 70A/d㎡의 전류밀도에서 극간 전압이 120V가 되기까지 약 6분 동안 정전류 전해를 실시하였다.

사불화에틸렌과 같은 테프론(Teflon)을 함침시키는 공정은 TUFRAM 법이라 불리는 것으로, 325mesh 이하 입도가 100%인 사불화에틸렌 분말을 3중량% 정도 IPA(Isopropylalcohol)에 현탁시키고 50㎛의 경질양극산화피막을 양극으로 하고 스테인레스판을 음극으로하여 500V의 정전압전해를 5분간 실시하여 피막의 다공 및 표면에 전착시키고 이어서 350℃의 불활성 가스 분위기에서 15분간 소성하여 균일한 사불화에틸렌 코팅을 실시하는 것이다.

본 발명에서는 양극산화처리한 알마이트 경질피막이 형성된 봉강 소재를 함침처리하기 전에, 10 중량%의 초산 수용액중에상온에서 1∼3분간 침적하여 피막 표면 및 다공 입구를 청정화하고 활성화하는 것에 의해 2차 전해처리인 함침 공정의 전착특성을 개선할 수 있다.

최종적으로 소정 크기, 형상으로 절단 조정가공을 행하는데, 이 시점에서는 재차 윤활 내식성 물질이 함침된 양극산화 표면을 바니싱(Burnishing)가공, 호닝(Horning)가공, 쇼트피닝(Shotpeening)가공하여 압축응력을 부여하고 표면조도를 조정한다. 이경우는 사전에 이를 위한 가공 치수를 고려하여 소정 직경으로 결정해둔다.

상기와 같은 과정을 통하여 봉강소재를 기계적으로 코팅 처리하여 피스톤 로드용 봉강 소재를 제조하면 6가 크롬 도금욕을 사용함이 없이도 동일 내지는 더 우수한 내식성과 내마모성을 가지는 소재를 제조할 수 있다.

이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

100% Al분말을 압분소결에 의해 직경 9.5㎜의 탄소강 봉재상에 연속적으로 코팅하여 최종 직경 11㎜의 Al 코팅 봉강재를제조하였다. 이때, Al 코팅 두께는 750㎛이다. 이어서, 얻어진 봉강재를 특수한 신선 다이스에 의하여 Al 코팅 면적과 봉강재의 감면율비가 동일하게 되도록 신선가공하여 최종 직경 10.0㎜, 봉강재 직경 8.7㎜의 소재로 가공하였다. 이 가공에의해 Al 코팅의 두께는 650㎛가 되었다. 이 신선가공은 선형 공차를 엄밀히 함과 동시에 압분소결된 Al의 소결 조직에 가공 효과를 부여하여 치밀한 조직을 얻기 위함이다.

이와 같이 하여 얻어진 Al 코팅 봉강재를 정직기(整直機)로 완전히 정직후 250㎜ 길이로 절단하여 절단면의 강제부를 마스킹(Masking)처리후 22% 황산전해욕중에서 10℃의 온도에서 정전류밀도로 전해를 실시하여 50㎛ 두께의 경질 피막을 형성하였다(비교재A).

얻어진 경질 피막이 이루어진 탄소강 봉강재(비교재A)를 10 중량%의 초산 수용액중에 상온에서 1∼3분간 침적하여 표면및 다공 입구를 활성화후 수세하고, 이어서 0.3% 농도의 테트라티오몰리브덴산암모늄 수용액중에서 2차전해처리하여 몰리브덴황화물(MoS)을 경질 피막의 다공층에 함침시켜 봉강재(발명재B)를 얻었다.

또한, 경질 피막이 이루어진 봉강재(비교재A)에 대해 상기와 같이 전처리후 사불화에틸렌 3중량%를 IPA에 현탁시켜 얻은수용액에 침적하여 경질피막이 형성된 봉강재를 양극으로 하고 스테인레스강판을 음극으로하고 500V의 정전압 전해를 5분간 행하고 이어 350℃의 불활성 가스 분위기에서 15분간 소성하여 사불화에틸렌을 함침시켜 봉강재(발명재C)를 얻었다.

비교를 위하여 S45C 탄소강 봉강재에 Cr 도금을 통하여 150㎛ 두께의 경질 크롬 도금을 실시하여 최종 직경 10.0㎜의 크롬도금된 봉강재(비교재D)를 얻었다.

또한, 상기 봉강재 제조 공정에서 양극산화처리전의 봉강재를 비교재E로 표시하고, 비교재D의 도금처리전 봉강재를 비교재F로 표시하여 6종의 시험재를 준비하고 내식성 및 윤활·내마모성의 평가를 행하였다.

내식성은 KSD 9502의 염수분무시험에 의하여 3, 10, 50, 100, 300, 500, 1000 시간후의 부식 발생 상황을 평가하였고, 윤활·내마모성 시험은 각각의 시료를 직각으로 배치하고 그 위에 5㎏의 하중을 걸면서 50㎜/분 정도의 일정속도로 일측 시편을100㎜ 길이로 이동시켜 그 사이의 마찰계수와 미끄럼이동면의 표면 상태의 변화를 상세히 관찰하여 평가하였다. 염수 분무시험에 의한 내식성 평가를 표 1에 나타내었고, 표 2에는 윤활·내마모성 평가 결과를 나타내었다.

시험재	염수분무시간(hr)
시험재	3	10	50	100	300	500	1000
비교재A	◎	◎	◎	◎	○	○	●
발명재B	◎	◎	◎	◎	◎	◎	◎
발명재C	◎	◎	◎	◎	○	○	○
비교재D	◎	◎	◎	○	●	●	△
비교재E	◎	○	○	●	△	△	×
비교재F	×

평가기준은 ×: 50% 이상 부식, △: 30∼50% 부식, ●: 15∼30% 부식,

○: 5∼15% 부식, ◎: 5% 이하 부식으로 평가하였다.

구 분

미끄럼이동측

비교재A

발명재B

발명재C

비교재D

비교재E

비교재F

마찰계수

표면상태

마찰계수

표면상태

마찰계수

표면상태

마찰계수

표면상태

마찰계수

표면상태

마찰계수

표면상태

고정측

비교재A

0.8

×

0.5

○

0.4

○

0.6

×

1.0

×

0.8

×

발명재B

0.6

△

0.2

◎

0.2

◎

0.2

◎

0.8

×

0.3

◎

발명재C

0.5

△

0.2

◎

0.2

◎

0.2

◎

0.8

×

0.3

◎

비교재D

0.8

×

0.3

○

0.4

○

0.6

×

0.9

×

0.6

×

비교재E

1.0

×

0.4

○

0.6

△

0.7

×

1.0

×

1.0

×

비교재F

0.8

×

0.4

○

0.5

△

0.7

×

1.0

×

1.0

×

표 2에서 ×는 고정측, 미끄럼이동측 모두 스크래치, 상대재의 이착(移着), 응착(凝着)이 나타나 있고 전혀 윤활·내마모성이 양호하지 못한 상태이며, △는 고정측 또는 미끄럼 이동측 어느측이든 스크래치, 이착, 응착 현상이 나타나지만, ×상태 보다는 정도가 나으나 실용상 문제인 상태이며, ○는 고정측 또는 미그럼이동측의 일측 또는 양측에서 눈으로 관찰할 수 있는 스크래치, 이착, 응착은 인정되나 실용상 아직 높은 PV 치(하중×속도)에 견디는 상태, ◎는 고정측, 미끄럼이동측 어느측에도 스크래치나, 압흔, 이착, 응착이 발견되지 않은 상태로, 윤활성과 내마모성이 우수한 상태이다.

표 2 로부터 알 수 있는 바와 같이, 고정측과 미끄럼 이동측을 모두 발명재로 사용한 경우는 마찰계수도 작고 표면상태도우수하다.

따라서, 상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 공해 문제로 사용이 규제되는 6가 크롬 도금액을 사용하여 봉강재를크롬 도금함이 없이 기게적, 전기화학적, 화학적으로 코팅을 실시하고 양극산화처리 및 몰리브덴황화물이나 사불화에틸렌과 같은 테프론을 함침시켜서 봉강재에 코팅을 형성함으로써, 크롬 도금에 의해 제조된 봉강재와 동일 내지는 보다 우수한 윤활성과 내마모성을 나타내고 내식성이 우수한 봉강재를 제조할 수 있어서 자동차의 엔진 격납부 본넷이나 후부 트렁크 개폐 도아의 안내 유지용으로 사용되는 피스톤 로드의 소재로 양호하게 적용될 수 있다.

Claims

유압실린더, 공기압실린더, 가스압실린더의 단동실린더의 피스톤형 또는 복동실린더의 편(片)로드실린더의피스톤 로드로서, 탄소를 0.25 내지 0.47 중량% 함유하는 탄소강 소재로된 피스톤 로드 제조방법에 있어서,

상기 탄소강으로 된 피스톤 로드 제조용 봉강소재에 Al 또는 Al 합금을 피복하는 단계,

Al 피복된 봉강 소재를 조성강공 또는 절삭가공을 단독 혹은 병행하여 직경을 조정하는 단계,

직경조정이 이루어진 Al 피복 봉강소재에 5∼150㎛의 Al피복층을 잔류시키도록 양극산화처리하는 단계,

상기 공정에서 형성된 양극산화피막의 다공층에 윤활내식성 물질을 함침시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 피스톤용 로드의 제조방법.
제1항에 있어서, Al 피복은 분말압축성형에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 피스톤용 로드의 제조방법.
제1항에 있어서, 양극산화피막의 다공층에 함침되는 물질은 사불화에틸렌인 것을 특징으로 하는 피스톤용 로드의 제조방법.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 양극산화피막의 다공층에 함침처리후 압축응력을 부여하고 표면조도를 조정하기 위한 기계가공을 실시하는 것을 특징으로 하는 피스톤용 로드의 제조방법.