KR100852144B1 - 고채도 및 고휘도의 색상 구현을 위한 휴대용 전자제품프레임용 다이캐스팅 알루미늄 합금 및 이를 이용한 휴대용전자제품 프레임에 대한 색상 구현 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다아캐스팅용 합금으로써 내식성, 강도 및 연신성이 우수한 것으로 알려진 알루미늄 합금에 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Ni, Zn, Ti, Pb, 그리고 Sn을 일정량씩 혼합하여, 각 성분특성으로 인하여 휴대용 전자제품, 특히 휴대전화에 있어 필수적인 내식성, 내마모성, 내충격성, 항복강도 등의 특성을 충족시키고, 주석 및 납의 첨가로 성형성과 피삭성이 증가되므로, 결국 탈형 후 뒤틀림이 방지되고 탕구 절단 및 타발 및 후처리시 버(Bur)를 쉽고 깔끔하게 제거할 수 있으며, 무엇보다도 색상 구현에 있어서 고채도 및 고휘도 색상에 표현될 수 있는 바탕을 마련하는 프레임용 합금에 관한 것이고

또한 이를 이용한 색상 구현 방법에 관한 것으로 도장공정은, 합금표면과의 밀착성을 증진시키기 위한 제 1 도장 단계와 1도장 단계 후 진행되는 제 1 건조단계와 상기 제 1 건조단계 후 진행되는 것으로 요구하는 색상을 입히는 제 2 도장 단계와 제 2 도장 단계 후 진행되는 제 2 건조단계, 그리고 상기 제 2 건조단계 후 진행되는 것으로 칼라 채색된 프레임에 투명색상을 입히는 제 3 도장 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자제품 프레임의 고채도 및 고휘도 색상 구현 방법에 관한 것이다.

휴대용 전자제품, 합금, 다이캐스팅, 알루미늄, 고채도, 고휘도

Description

고채도 및 고휘도의 색상 구현을 위한 휴대용 전자제품 프레임용 다이캐스팅 알루미늄 합금 및 이를 이용한 휴대용 전자제품 프레임에 대한 색상 구현 방법{DIE CASTING ALUMINUM ALLOY FOR FRAME OF MOBILE ELECTRONIC EQUIPMENTS AND PAINTING METHOD FOR FRAME USING THE SAME}

본 발명은 다이캐스팅용 알루미늄 합금과 이를 이용하여 고채도 및 고휘도의 색상 구현이 가능한 휴대용 전자제품 프레임에 대한 색상 구현방법에 관한 것으로,

보다 상세하게는 다아캐스팅용 합금으로써 내식성, 강도 및 연신성이 우수한 것으로 알려진 알루미늄 합금에 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Ni, Zn, Ti, Pb, 그리고 Sn을 일정량씩 혼합하여,

각 성분특성으로 인하여 휴대용 전자제품, 특히 휴대전화에 있어 필수적인 내식성, 내마모성, 내충격성, 항복강도 등의 특성을 충족시키고,

주석 및 납의 첨가로 성형성과 피삭성이 증가되므로,

결국 탈형 후 뒤틀림이 방지되고 탕구 절단 및 타발 및 후처리시 버(Bur)를 쉽고 깔끔하게 제거할 수 있으며,

무엇보다도 색상 구현에 있어서 고채도 및 고휘도 색상에 표현될 수 있는 바탕을 마련하는 프레임용 합금에 관한 것이고

또한 이를 이용한 색상 구현 방법에 관한 것이다.

주물용, 특히 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 용융시 유동성이 좋고, 열간취성이 적으며, 응고수축에 대한 용탕보급성이 좋아야 하고, 금형에 점착하지 않아야 한다는 요건을 충족하여야 하는데, 종래 주물용 알루미늄 합금의 종류는 다음 표와 같이 정리할 수 있다.

합금 종류	특성 및 용도
Al - Cu 계	O Cu 8% 첨가 O 주조성, 절삭성 우수 O 고온 메짐, 수축 균열 발생
Al - Si 계	O 실루민이 대표적 합금 O 주조성 좋으나 절삭성이 불량 O 열처리 효과 없고 개량처리로 성질을 개선 O 개량처리 O Si의 결정을 미세화 시키기 위해서 특수 원소를 첨가 O 금속 Na, F(불소), P, 등 첨가 O 로엑스합금 O Al-Si에 Mg첨가 O 내열성 우수, 열팽창이 적다 O 내연기관의 피스톤에 사용
Al - Mg 계	O Mg 12% 이하 O 열처리에 의해 시효경화하여 강도 연신율 향상 O 주조성 떨어지나 내해수성 우수 O 선박용, 화학 공업용 부품 O 하이드로날륨 O 4-7%Mg, 0.5%Mn 첨가 O 주조성, 내열성 나쁨 O 내식성 우수
Al - Cu - Si 계	O 라우탈이 대표적 O Si 첨가로 주조성 향상 O Cu 첨가로 절삭성 향상
Y 합금	O 4%Cu, 2%Ni, 1.5%Mg 함유 O 고온강도 우수(250℃에서 상온의 90% 유지) O 열팽창계수 작음 O 적열메짐 없음 O 실린더, 피스톤
다이캐스팅용 합금	O 유동성 우수 O Al-Cu, Al-Si계 합금을 사용하여 금형에 주입

한편, 종래 휴대용 전자제품, 특히 휴대전화용 합금과 관련된 기술로는 주식회사 대원합금 등의 특허등록 제0741660호(2007.07.16) 『휴대폰 및 전자제품 내외장용 알루미늄 -마그네슘 합금』이 있는데, 상기 등록특허는

중량 %로 Mg 11~14%, Fe 0.5%이하, Si 0.01~0.5%, Mn 0.1~0.5%, Ti 0.01~0.3%, Co 0.01~0.2%, Be 0.003~0.02%, 잔부 Al 및 기타 불가피하게 함유되어지는 성분을 포함하여 이루어지고, 상기 알루미늄 합금의 인장 강도가 250N/㎟ 이 상이고, 경도가 60HBW 이상이며, 샤르피 흡수에너지가 1.0J 이상이어서 경도 및 내충격성이 우수한 합금을 제시하고 있으며,

특히 경박단소(輕薄短小)화 경향을 보이는 휴대용 전자제품이나 노트북 등의 전자제품 케이스의 다이캐스팅에 적합한 합금 조성을 제시하고 있다.

그러나 다년간 휴대용 전자제품 부품 관련 다이캐스팅 업종에 종사한 본 발명의 발명자는 상기 등록특허의 합금의 단점으로써

다이캐스팅을 거쳐 탕구를 절단하고 타발 및 후처리시 버(Bur)를 제거하는 과정에서 깔끔하게 버가 제거되지 못하게 되어 불량을 일으키며, 프레임의 추가적인 도금, 도장, 기타 후가공 과정에서 뒤틀림이 발생하는 것을 발견하게 되었다.

특히 상기 등록특허의 단점은 경박단소화 경향과 관련하여 그만큼 박형화 된 제품에 도금 공정이나 커팅 등의 후가공 공정에서 열이나 물리적인 충격이 가해질 경우 불량이 발생하게 되므로 생산성 및 단가경쟁력, 심지어는 완성된 휴대폰의 품질에도 심각한 악영향을 끼치게 된다.

또한 소비자들의 제품에 대한 구매욕구를 충족시키기 위하여 제품 기능만이 나이라 제품 외관에 있어서도 시각성 내지 심미감을 높여 상품성을 증진시킬 필요성이 대두되고 있는데,

상기 등록특허에 의한 합금은 제품 프레임에 컬러를 입히는 도장 공정에 있어서 높은 채도 내지 휘도를 구현하기에는 문제점이 있고,

고채도 및 고휘도를 구현할 수 있는 특수한 도장 공정을 도입한다 하더라도 상기 등록특허에 의한 합금 자체가 도장 공정과 맞지 않는 성분 배합비를 가지고 있는바 도장 공정후 제품 외관에 기포 자국이 생기는 등 제품불량률이 높아진다는 문제점이 있다.

본 발명은 다이캐스팅 알루미늄 합금, 특히 이후 색상 구현 단계에서 원하는 고채도 및 고휘도의 색상 구현이 가능한 알루미늄 합금을 제안하고,

나아가 휴대용 전자제품의 고채도 및 고휘도 색상 구현 방법을 제안하고자 하는 것이다.

이에 본 발명은 캐스팅성과 마무리 처리 및 후가공시의 안정성, 그리고 휴대용 전자제품 중 휴대전화 등의 특성상 열고 닫거나(폴더 타입의 경우) 미끄러지는 과정(슬라이드 타입의 경우)에서 마찰이 일어나 마모 및 파손 또는 코팅된 컬러가 벗겨지는 문제점 등이 발생되는 것을 방지하기 위하여

점착성 감소 및 고용강화를 위한 Cu, 취성 개선을 위한 Zn, 그리고 성형성 및 피삭성 향상을 위한 Sn 및 Pb를 더 도입하고,

특히 Mg과 Si, 그리고 Zn의 성분 배합비를 변경하여

기계적인 특성(내충격성 등)은 물론 다이캐스팅 품질을 증대시키고(Cu), 탈형 후 후가공시 버 제거 등의 후처리 공정이 안정되게 이루어지고(Sn 및 Pb), 도금 및 기타 후가공 공정에서 뒤틀림이나 파손이 발생되지 않도록 하며(Ni 및 Zn), 완성된 휴대용 전자제품에서도 강도 및 형상이 유지되도록(Cr)하고, 또한 색상 구현에 있어서 고채도 및 고휘도 색상 발현을 위한 도장 공정에 가능한 합금(Mg. Si, 및 Zn)을 제안하도록 하여 고채도 및 고휘도의 색상 구현을 위한 휴대용 전자제품 프레임용 다이캐스팅 알루미늄 합금 및 이를 이용한 휴대용 전자제품 프레임에 대 한 색상 구현 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고채도 및 고휘도 색상 구현이 가능한 휴대용 전자제품 프레임용 다이캐스팅 알루미늄 합금은

용융물의 유동성 증진, 수출률 저하, 내열성 향상, 그리고 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 7.00~8.00 중량%의 Si,

점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 0.50~0.65 중량%의 Fe,

점착성 감소 및 고용강화를 위한 1.40~1.70 중량%의 Cu,

내식성 증진 및 Fe 첨가 효과 보조를 위한 0.40~0.70 중량%의 Mn,

취성, 내식성 및 인장강도 향상과 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 1.60~1.80 중량%의 Mg,

취성 및 내마모성 향상을 위한 0.01~0.03 중량%의 Cr,

취성 및 내열성 향상을 위한 0.03~0.07 중량%의 Ni,

내식성과 강도 향상, 그리고 취성 개선을 위한 0.80~1.30 중량%의 Zn,

취성 및 내식성 개선을 위한 0.01~0.03 중량%의 Ti,

피삭성 향상을 위한 0.04~0.08 중량%의 Pb,

성형성 및 피삭성 향상을 위한 0.01~0.02 중량%의 Sn,

잔량의 Al, 그리고 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 휴대용 전자제품 프레임에 대한 고채도 및 고휘도 색상 구현 방법은, 상기 다이캐스팅 알루미늄 합금을 이용한 프레임 표면에 컬러 구현을 위한 도장 공정을 실시하되, 상기 도장 공정은

합금표면과의 밀착성을 증진시키기 위해 1차 도장작업이 이루어지는 제 1 도장 단계,

제1도장 단계 후 진행되는 제 1 건조단계,

상기 제 1 건조단계 후 진행되는 것으로 제품에 표현될 색상으로 2차 도장작업이 이루어지는 제 2 도장 단계,

제 2 도장 단계 후 진행되는 제 2 건조단계, 그리고

상기 제 2 건조단계 후 진행되는 것으로 색상이 입혀진 프레임에 투명색상을 입히는 제 3 도장 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 제 1 및 제 2 건조단계에서 진행되는 건조온도는 150 내지 180℃이고, 상기 도장단계에서 형성되는 피막 두께비는 3: 3: 4인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 다이캐스팅용 알루미늄 합금은 주성분인 Al에 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Ni, Zn, Ti, Pb, 그리고 Sn을 일정량씩 혼합하여

캐스팅성과 마무리 처리 및 후가공시의 안정성, 그리고 휴대용 전자제품 중 휴대전화 등의 특성상 열고 닫거나(폴더 타입의 경우) 미끄러지는 과정(슬라이드 타입의 경우)에서 마찰이 일어나 마모 및 파손이 발생되는 것을 방지하기 위하여

점착성 감소 및 고용강화를 위한 Cu, 취성 개선을 위한 Zn, 그리고 성형성 및 피삭성 향상을 위한 Sn 및 Pb를 더 도입하고,

특히 제품에 외관불량률이 생기지 않는 고채도 및 고휘도 색상 구현을 가능하도록 하여 상품성을 증진시키기 위하여 기 도입된 Mg, Si, 그리고 Zn의 배합비를 최적 조건으로 하여

기계적인 특성(내충격성 등)은 물론 다이캐스팅 품질을 증대시키고(Cu), 탈형 후 후가공시 버 제거 등의 후처리 공정이 안정되게 이루어지고(Sn 및 Pb), 도금 및 기타 후가공 공정에서 뒤틀림이나 파손이 발생되지 않도록 하고(Ni 및 Zn),

완성된 휴대용 전자제품에서도 강도 및 형상을 유지(Cr)할 수 있고, 전자제품 표면에 기존 제품과는 퀄러티(Quality)에서 차이가 나는 고채도 및 고휘도 색상 구현이 가능하도록 하도록 하여(Mg. Si, 및 Zn) 우수한 심미감을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 다이캐스팅 알루미늄 합금은 주재료이며 나머지 성분 외에 잔량을 차지하는 Al 외에 Si, Fe, Cu, Mn, Mg, Cr, Ni, Zn, Ti, Pb, Sn, 그 외 불가피한 불순물을 포함하여 이루어진다.

상기 Si는 용융물의 유동성 증진, 수축률 저하, 내열성 향상, 그리고 고채도 및 고휘도를 가진 색상 구현을 위한 것으로, 7.00~8.00 중량% 첨가된다.

상기 Fe는 점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 전형적인 성분으로, 0.50~0.65 중량% 첨가된다.

상기 Cu는 점착성 감소 및 고용강화(특히 Mg에 대한)를 위한 것이며, 1.40~1.70 중량% 첨가되며, 일정정도 시효경화성(age-hardening)을 부여하여 경도와 내마모성을 향상시키지만, 상한치를 넘어서면 내식성 저하를 일으킨다.

상기 Mn은 내식성 증진 및 Fe 첨가 효과 보조를 위한 것으로, 0.40~0.70 중량% 첨가되며, 일정 정도 고온에서 연화 저항을 크게 하고 표면처리 특성을 개선하는 기능을 한다.

상기 Mg는 내식성 및 인장강도, 그리고 상기 Si와 제품 색상에 의한 외관불량률을 낮추기 위한 것으로 1.60~1.80 중량% 첨가되며, 그 미만이면 경도가 떨어지고 초과되면 과도한 경도로 인하여 내피로성과 내층격성이 저하될 뿐만 아니라 고밀도 제품을 유지할 수 없어 색상 구현 후 시간이 지남에 따라 제품 외관에 기포 등이 발생하게 된다.

상기 Cr은 결정입자 미세화를 통한 내마모성 향상을 위한 것이며, 0.01~0.03 중량% 첨가되고, 일정 정도 내열성 향상에 기여한다.

상기 Ni는 내열성 향상을 위한 것으로, 0.03~0.07 중량% 첨가되며, 그 미만일 경우에는 내열성이 저하되고 초과도리 경우에는 생산성이 저하된다.

상기 Zn은 내식성과 강도향상, 및 고채도 및 고휘도 구현 제품에 맞는 취성을 갖도록 하기 위한 것이며, 0.80~1.30 중량% 첨가되며, 상한치를 넘어서거나 최저치 미만이면 내식성이 저하되고 취성이 지나치게 강해진다.

상기 Ti는 내식성과 강도개선을 위한 것으로, 0.01~0.03 중량% 첨가된다.

상기 Pb 및 Sn는 함께 성형성 및 피삭성 향상을 위한 것으로, 각각 0.04~0.08 중량% 및 0.01~0.02 중량%가 첨가되며, 상한치를 넘어서면 열간 및 냉간 가공성이 저하된다.

앞서 언급한 특허등록 제0741660호에 제시된 합금의 성분과 차이나는 것은 점착성 감소 및 고용강화를 위한 Cu, 내식성과 강도향상, 및 취성 개선을 위한 Zn, 내마모성 향상을 위한 Cr, 성형성 및 피삭성 향상을 위한 Sn 및 Pb, 내열성 향상을 위한 Ni이며,

이러한 성분 차이로 인하여 휴대용 전자제품을 위한 프레임의 탈형, 버 제거 등의 후처리, 도금 등의 후가공시 파손 및 변형이 방지되며, 아울러 경박단소화 경향에 맞추어 최대한 박형화시켜도 불량 발생이 그만큼 적어지게 된다.

특히 상기 Mg, Cr, Ni, Ti 및 Zn는 상대적인 배합량의 상호작용으로 취성(脆性, brittleness) 특성 개선에 일조하여 휴대용 전자제품의 LCD나 메모리칩 등의 내장부품을 충격으로부터 보호하는 데 적합한 특성을 제공하는 것으로 나타났으며,

또한 Mg와 Si는 프레임 자체가 고밀도 제품이 가능하도록 하여 색상 구현 공정 즉, 도장 공정에서 진행되는 건조단계에 있어서 높은 온도에 의한 표면 처리시 온도에 의한 기포 등 공기층이 발생하게 되어 외관불량률이 발생된다는 문제점을 해소하게 된다.

이러한 알루미늄 합금 성분은 700~750℃의 주조온도에서 다이캐스트 등의 방법으로 성형되며, 본 명세서에서는 다이캐스팅 방법은 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은 다음의 실시예를 통하여 보다 상세히 이해될 수 있다.

[ 실시예 : 휴대용 전자제품 프레임의 제조]

< 표 1 : 취성 특성 개선을 위한 합금 성분의 조성비율(중량%) >

Si	Fe	Cu	Mn	Mg	Cr	Ni	Zn	Ti	Pb	Sn	Al
7.50	0.57	1.45	0.55	1.70	0.02	0.048	1.10	0.023	0.06	0.016	잔량

상기 <표 1>과 같은 비율을 갖는 12 종류의 성분들과, 불가피한 불순물이 함유된 혼합물을 도가니에 넣고, 공지의 방법에 따라 용탕화 하여 금형에 투입한 후, 도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은 휴대전화 전면 프레임(F) 및 LCD 브라켓(B)을 각각 10개씩 제조하였다.

이에 <표 1>에 따른 합금비율을 갖는 각 프레임은 취성 시험을 한 결과 38.4kg·f/㎠로 나타났으며,

이후 도금처리된 프레임에 색상을 입히는 도장 공정이 완료된 프레임은 기포 발생 등 외관 불량률이 시각적으로 발견되지 아니하며 또한 기존 제품보다 우수한 고채도 및 고휘도 색상 구현이 가능하였다.

즉, 이후 진행되는 도장 공정의 건조단계에서는 높은 온도에 의한 열처리가 진행되는데, 높은 온도에 의한 열처리시 프레임 표면에 공기층이 생기게 되어 결국 표면이 매끄럽지 못하는 등 외관 불량률이 높아진다는 문제점이 생기게 된다. 따라서 기존 합금 조성비율과는 달리 상기 표 1에서와 같이 합금 특히, 강도 향상에 도움이 되는 Mg와 이와 화학반응을 하는 Si의 조성 비율을 조절하였는바, 이로 인해 높은 온도에 있어서도 제품이 고밀도를 유지하여 공기층이 생기지 않도록 하고 우수한 고채도 및 고휘도 색상이 구현되면서 외관불량률이 없는 제품을 생산할 수 있게 된 것이다.

뿐만 아니라 Zn의 성분비를 조절하여 고채도 및 고휘도 제품에 요구되는 취성을 갖출 수 있게 되었다.

도 1에 도시된 프레임(F)은 인서트 사출방법에 따라 제조된 인테나 수용부를 구비한 무선통신기기(특히 휴대전화)용 프레임(F)으로,

다이캐스팅용 알루미늄 합금을 700~750℃로 가열 용융한 용탕을 금형 캐비티로 주입하여 성형하는 합금프레임성형단계를 거쳐,

상기 합금프레임성형단계에서 제조되어 냉각된 합금프레임(Fa) 금형에 배열하고 용융된 합성수지를 주입하여 성형하는 인테나수용부(Fi) 성형단계를 거쳐 제조된다.

특히 상기 인테나수용부(Fi) 성형단계에 사용되는 합성수지는 170℃ 이상의 융점을 갖는 것이 이후 프레임의 도금이나 도색 과정에서 180℃를 상회하는 온도가 가해져도 합성수지재 인테나수용부(Fi)의 변형을 방지할 수 있어 바람직하다.

상기 합성수지는 예를 들어 유리섬유 강화 수지일 수 있고,

상업적으로는 DuPont社의 상품명 Zytel과 같은 유리 강화 폴리아미드 수지나,

LG 화학社의 상품명 LUCEL N109WR과 같은 폴리옥시 메틸렌 수지를 구입하여 사용할 수 있다.

상기 합금프레임(Fa) 및 상기 인테나수용부(Fi)의 접면부에는 상호 요철부(Fa1)(Fi1)가 형성되어 있어 상호 결합력이 증대될 수 있도록 되어 있다.

또 도 2에 도시된 프레임(F)은 인서트 사출방법에 따라 제조된 합성수지재 힌지내피를 구비한 폴더형 무선통신기기(특히 휴대전화)용 프레임(F)으로,

다이캐스팅용 알루미늄 합금을 700~750℃로 가열 용융한 용탕을 금형 캐비티로 주입하여 힌지(H)를 포함하는 프레임(F)을 성형하는 단계, 및

상기 프레임성형단계에서 제조되어 냉각된 프레임을 금형에 배열하고 용융된 합성수지를 주입하여 성형하는 힌지내피(Hi) 성형단계를 거쳐 제조된다.

이를 통하여 폴딩-언폴딩 동작에 따라 접촉 마찰이 일어나는 힌지부분에서의 소음 절감 및 마모 방지 효과를 얻을 수 있다.

역시 상기 힌지내피(Hi)성형단계에 사용되는 합성수지는 170℃ 이상의 융점을 갖는 것이 바람직하며, 또 유리섬유 강화 수지일 수 있으며, 이를 통하여 프레임의 도금이나 도색 과정에서 180℃를 상회하는 온도가 가해져도 합성수지재 힌지 내피(Hi)의 변형을 방지할 수 있어 바람직하다.

다이캐스팅 및 후처리를 거친 휴대용 전자제품을 위한 프레임(또는 LCD 브라켓)은 도금을 통하여 강도 및 외관성능을 향상시키고, 도장을 통하여 촉감이나 다양한 외관 색상을 얻을 수 있다.

도 4에는 도금 및 도장과 관련된 다양한 후가공 공정이 도시되어 있다.

참고로 본 명세서에서 도 4와 관련하여 기술함에 있어, 엄밀하지 않은 의미로 '단계'(D,NP,CP,CC,DC)는 포괄적인 과정을 의미하고, '공정'은 각 단계를 이루는 세부 과정을 나타내고,

'코팅'이라는 용어는 도금과 도장을 구분하지 않고 지칭하는 경우 사용한다.

도 4와 관련된 각 제조단계의 조합은 예를 들어,

다이캐스팅(D)-크롬도금(CP),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-크롬도금(CP),

다이캐스팅(D)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)(특히 LCD 브라켓의 경우에는 블랙코팅(BC)),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)(특히 LCD 브라켓의 경우에는 블랙코팅(BC)),

다이캐스팅(D)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)-다이아몬드 커팅(DC),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-크롬도금(CP)-컬러코팅(CC)-다이아몬드 커팅(DC),

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-컬러코팅(CC)-크롬도금(CP), 그리고

다이캐스팅(D)-니켈도금(NP)-컬러코팅(CC)-크롬도금(CP)-다이아몬드 커팅(DC) 등의 조합으로 이루어질 수 있으며,

이러한 다양한 조합이 가능한 점을 고려하여 공정순서와 관련된 화살표는 실선, 점선, 일점쇄선, 이점쇄선으로 각각 나타내었다.

또 이하에서 도 4에 대한 설명은 이러한 다양한 제조단계의 조합을 모두 설명하지 않고 특정 조합에 대해서만 설명하도록 한다. 그러나 이러한 특정 조합에 대한 설명에 의하여 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

주로 강도 보강 목적과 함께 다양한 금속감을 제공하기 위한 도금공정에서는 광택특성과 강도보장, 그리고 무엇보다도 비용 절감을 위하여 니켈도금 단계(NP)를 거친 후 크롬도금 단계(CP)를 거치는 것이 바람직하며,

만약 마스킹 방식을 통하여 다양한 문양이나 레터링을 하는 경우의 컬러코팅(CC) 단계를 거칠 경우에도 주로 내마모성 향상을 목적으로 하는 크롬도금 단계(CP)는 컬러코팅 이후에 진행되는 것이 바람직하다.

그러나 LCD 브라켓(B)의 경우에는 도 3b에 도시된 바와 같이 투시창을 위한 개구부(B4)의 경계를 형성하는 내측면(B1)을 블랙코팅하여 난반사를 막는 것이 필요하므로 크롬도금 이후에 블랙코팅을 하는 것이 바람직하다.

다이캐스팅 단계(D)를 거친 휴대용 전자제품의 프레임 또는 브라켓은 도금설 비로 옮겨서 불량이 없는지를 확인하기 위한 입고검사를 한 다음, 본격적인 니켈도금 단계가 진행된다(NP).

상기 니켈도금단계(NP)는 먼저 알칼리성 계면활성화제를 이용하여 표면의 이물질과 유분 등을 제거하며, 이후 흐르는 물에 수세를 행한다.

다음으로 화학니켈(Ni)도금공정을 진행하는데(NP1), 이 공정은 프레임 또는 브라켓 표면상에 전도성 피막을 생성시켜 도금 품질을 높이기 위한 것이며, 상업적으로 구입가능한 일정 등급의 도금액을 사용하며, 28~33℃, pH 8.3~9.3, 15Ω/㎠ 이하의 피저항치를 적용하여 5~7분 정도 진행한 다음, 수세한다.

이어 유산동 도금공정을 진행하는데(NP2), 이 공정은 프레임 또는 브라켓 표면상에 제1 전기도금층을 형성하여 표면이 연성과 밀착성을 갖고, 전도성을 향상하고 각 도금층의 수축팽창률을 저하시키기 위한 것이며, 황산동(CuSO4·5H2O) 200~230g/ℓ, 황산(H2SO4) 50~60g/ℓ, 염소(Cl) 40~60ppm을 이용하고, 20~28℃, 전류650~750A/C.B, 전압 3~4V/C.B 하에서 40~50분 진행한다. 이어서 황산을 이용하여 산세하여 중화시키고, 수세를 거친다.

다음으로 반광택 니켈도금 공정(NP3)이 진행되는데, 이는 일종의 프라이머로써 이전 도금층(유산동 도금층)과 이후 도금층(광택니켈층) 사이의 결합력을 향상시키기 위한 것이다.

이러한 반광택 니켈도금 공정은 NiSO4 260~300g/ℓ, NiCl2 30~40g/ℓ, 붕산 35~45g/ℓ을 혼합 사용하며, 52~58℃, pH 3.9~4.5, 전류650~750A/C.B, 전압 5~7V/C.B 하에서 15~25분 진행한다.

다음으로 광택니켈 공정(NP4)이 진행되는데, 이 공정을 통하여 내스크래치 특성과 내식특성 개선을 도모할 수 있으며, NiSO4 250~310g/ℓ, NiCl2 30~40g/ℓ, 붕산 35~45g/ℓ을 혼합 사용하며, 52~58℃, pH 3.9~4.5, 전류750~850A/C.B, 전압 5~7V/C.B 하에서 13~17분 진행한다.

상기 반광택 니켈층과 광택 니켈층의 차이는 기본적으로 전류밀도의 세기와 소량 사용되는 광택제의 종류에 기반하는 것이며, 각 공정 후에는 회수 공정을 거치고, 광택니켈 도금 공정 후에는 회수에 이어 수세가 진행된다.

다음으로 상기 니켈 도금 단계 후에는, 니켈도금층과 다른 색상이나 질감을 위한 컬러코팅 단계(CC)를 진행하여 최종적으로 특정 문양이나 레터링이 가능하도록 하기 위하여 마스킹 방법을 채용하는 것을 고려하였다.

컬러코팅 단계(CC)는 먼저 최종 세척과정을 거칠 경우 이전의 니켈도금(NP)층이 드러날 부분에 문양, 숫자, 로고 등을 인쇄한다(CC1). 마스킹층의 인쇄(CC1)는 예를 들어 인쇄장비를 활용한 실크인쇄일 수 있으며, 이후 건조과정을 거친다.

이어 도장설비를 활용하여 본 발명의 특징인 고채도 및 고휘도 색상 구현을 위한 컬러도장 공정(CC2)을 진행하는데,

본 발명에서 실시되는 컬러도장 공정은 하도, 중도, 상도인 제1 도장단계, 제2 도장단계, 그리고 제3 도장 단계로 이루어지는 것은 공지의 도장공정과 동일하고 도장설비 라인 또한 기존에 사용하던 설비를 사용하게 되나

각 단계의 구체적인 작업 공정 즉, 도장되는 피막두께와 피막두께 비, 그리 고 건조온도에 있어서 기존 도장 공정과 차이점을 보인다.

즉, 도금처리가 완료된 프레임에 1차 도장이 이루어진다(제 1 도장단계). 상기 제 1 도장단계의 도료 분사 목적은 도금처리된 프레임 표면과의 나머지 도장 단계에서 분사되는 도료와의 밀착성을 증진시키기 위함이다. 따라서 제 1 도장단계에 분사되는 도료는 도금층을 부식시키면서 이후 분사되는 도료에 대한 접착제 기능을 수행하도록 하기 위하여 산성을 강하게 띄는 도료가 바람직하다.

다음으로 1차 도장이 완료된 프레임에 바로 2차 도장작업이 이루어지는 것이 아니라 1차 도장된 프레임을 건조시킨다(제 1 건조단계). 상기 건조단계는 열풍에 의한 건조가 바람직하며, 건조 온도는 150 내지 180℃인 것이 바람직하다.

다음으로 건조된 프레임에 2차 도장작업이 이루어진다(제 2 도장단계). 상기 단계의 목적은 원하는 컬러를 프레임에 표현하기 위함이다. 즉, 상기 단계에 사용되는 도료는 통상적인 컬러 도료로써 디자인 요구 사항에 따라 색상이 선택된다. 상기 2차 도장이 완료된 프레임은 다시 건조작업이 진행되는데(제 2 건조단계), 제 2 건조단계에서 진행되는 조건은 제 1 건조단계의 조건과 동일하다.

다음으로 2차 건조까지 완료된 프레임에 3차 도장작업이 이루어진다(제 3 도장단계). 본 단계 도장작업의 목적은 컬러까지 채색된 프레임에 투명층을 형성하여 사용에 따라 프레임에 도장된 색이 벗겨지는 현상을 방지하고 미관상으로도 우수한 고채도 및 고휘도 색상을 완성할 수 있도록 하기 위함이다. 따라서 본 도장단계에 분사되는 도료는 투명클리어 도료인 것이 바람직하다.

좀 더 구체적으로, 통상적으로 도금층 위에 도장 작업이 진행되는 경우 색상 구현이 어렵다. 이는 도금처리된 면이 마치 거울면처럼 표면의 레벨링이 우수 즉, 평활상태가 좋아 컬러 도장의 경우 색상 발현을 어렵게 하기 때문이다. 따라서 상기와 같은 도장공정이 필요하고 프레임에 입혀지는 피막 두께비 또한 다음과 같은 비를 유지해야 하는 것이다.

즉 상기 각 단계에서 입혀지는 도료의 피막 두께는 3: 3: 4 인 것이 바람직하다. 이는 상기 피막 두께비가 지켜지지 않을 경우, 고채도 및 고휘도 색상 구현이 우수하지 못할 뿐만 아니라 본 발명자가 신뢰성실험을 진행한 결과 제품 불량률이 나타났기 때문이다.

여기서 제품 신뢰성 실험은, 일정 크기의 실험통에 인조석과 물과 그리고 완성된 제품을 함께 집어넣어 믹스시켜 제품 표면에 컬러가 벗겨지느냐 여부에 따른 것이다. 즉, 컬러가 벗겨지지 않거나 모서리 부분에서 1~2mm 정도 크기로 컬러가 벗겨지는 경우에는 양품으로 합격을 받게 되나 상기 믹스 실험을 통하여 제품 표면에 컬러가 벗겨지면 불량품이 된다. 그런데 상기 도장 조건에 의해서 실험을 해 본 결과, 제품 불량률이 없었다.

만약 목적물이 도 3b에 도시된 바와 같은, LCD 브라켓(B)일 경우에는 상기 컬러코팅단계(CC)는 니켈도금단계(NP) 또는 크롬도금단계(CP)를 거친 브라켓에 대 하여 행하는 블랙코팅단계(BP)인 것이 바람직하다.

상기 LCD 브라켓(B)은 LCD를 위한 표시창 역할을 하는 개구부(B4) 외측으로 LCD의 외곽을 수용 고정할 수 있는 일정폭의 수용부(B2)가 형성되어 있고, 테두리에는 리벳 또는 볼트에 의하여 프레임에 고정되도록 복수의 통공이 형성된 결합부(B3)가 구비되어 있다.

블랙코팅 단계(BC)의 주요 대상은 상기 개구부(B4) 둘레의 내측면(B1)이며, 이 내측면이 단순히 니켈도금(NP) 또는 크롬도금(CP)된 상태에 그친다면 난반사에 의하여 LCD의 균일한 휘도를 방해하고 시인성을 떨어뜨리게 된다.

이러한 블랙코팅은 흑색안료를 포함하는 도료를 스프레이하여 형성되는 것일 수 있으며, 도장품질의 향상을 위하여 도장과 건조를 수회 반복할 수 있고, 무광택인 것이 바람직하다.

또 결합력의 향상을 위하여 상기 블랙코팅 이전에 브라켓을 강알칼리성(또는 강산) 용액을 이용하여 도금된 상기 브라켓 표면에 미세 요철을 형성하는 것이 바람직하다.

또 필요에 따라 도장 대신에 전기분해방법으로 표면을 산화시켜 알루미늄 표면에 산화알루미늄으로 된 부동태피막을 형성시켜주는 양극산화피막도금방법(anodizing)(예: 철착화합물을 첨가한 황산용액에 알루미늄 제품을 침지시키고 전류를 가하여 표면에 착색 양극산화피막을 형성)과, 크롬산염을 함유한 용액속에 알루미늄 소재를 침지시켜 일어나는 화학적 반응에 의하여 알루미늄 표면상에 크롬(Cr)을 주성분으로 하는 얇은 피막을 형성시켜 주는 화성피막도금방법 또는 크롬 산염 피막도금방법(chromate)을 이용하여 블랙코팅층을 형성할 수 있다.

특허 본 발명에 따른 합금과 도금 및 도장기술을 활용할 경우 완성된 브라켓의 두께는 0.45mm 정도까지 제조할 수 있어 휴대용 전자제품의 경박단소화 경향에 크게 일조할 수 있다.

다음으로 크롬도금 단계(CP)는 내마모성 향상기능에 기여할 수 있으며,

먼저 내식성 강화층 도금단계(CP1)를 진행하는 것이 바람직한데, 이는 특히 반도체 제조공정이나 평판디스플레이 제조공정을 위하여 개발 발전된 미소 다공성 코팅법을 일반 도금 분야에 적용한 다공성 니켈 도금(microporous nickel coatings) 공정인 것이 바람직하다.

상기 공정은 NiSO4 220~270g/ℓ, NiCl2 60~80g/ℓ, 붕산 35~45g/ℓ의 혼합액을 이용하여, 55~61℃, pH 3.9~4.5, 전류 650~750A/C.B, 전압 6.4~6.6V/C.B 하에서 2~4분 진행하고, 이후 수세과정을 거친다.

이어서 크롬 활성화 공정(CP2)을 거친다. 이 공정에서는 상업적으로 구입가능한 영국 Cookson Electronics社의 자회사인 Enthone, Inc.의 ANKOR® NFDS를 사용할 수 있고, NFDS 2~3g/ℓ를 사용하고, 20~30℃, 전압 2~4V/C.B 하에서 30~50초간 진행한다.

이어서 크롬도금공정(CP3)은 산화크롬(CrO3) 210~260g/ℓ, 황산(H2SO4) 0.7~1.3g/ℓ의 혼합액을 사용하고, 35~41℃, 전류 1600~2000A/C.B, 전압 4.8~5.8V/C.B 하에서 3~5분 진행하고, 이후 회수, 수세 및 이온수세과정을 거친 다(CP4).

도 1, 도 2, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같은, 본 발명에서 추구하는 프레임 및 브라켓이 최대한 박형화된 제품임에도 이상의 각 도금공정에서 가해지는 열에도 변형이 발생하지 않는 것은 그만큼 본 발명에 따른 합금이 기계적인 특성(내충격성 등)은 물론 다이캐스팅 품질을 증대시키고(Cu), 탈형 후 후가공시 버 제거 등의 후처리 공정이 안정되게 이루어지고(Sn 및 Pb), 도금 및 기타 후가공 공정에서 뒤틀림이나 파손이 발생되지 않도록 하며(Ni 및 Zn), 완성된 휴대용 전자제품에서도 외관 불량률이 생기지 않으며 강도 및 형상을 유지(Cr, Mg 및 Si)할 수 있기 때문이며,

또 최대한 박형화가 가능한 것은 용융된 합금의 유동성이 우수하기 때문이며,

나아가 또 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 인테나수용부(Fi) 및 힌지내피(Hi)에 특수한 내열성 합성수지를 도입하여 열변형이 방지되기 때문이다.

다음으로 도장된 프레임에서 특정부위만이 광택성을 갖도록 하기 위하여 도금 및 컬러코팅 과정을 거친 프레임을 다이아몬드 커팅 단계(DC)를 거치는 것을 고려할 수 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 프레임의 전면 외곽 테두리를 따라 형성한 커팅부(F1)로 인하여 외관의 미려함과 시선유도가 가능하다.

만약 합금 품질이 만족스럽지 못하다면 다이캐스팅 제품자체의 불량률이 높을 뿐 아니라, 치수 균일성이 만족스럽지 못하여 반복 오차가 크므로 폭치수의 산포가 커지게 된다면 커팅 프레스에서 커팅 후 각 프레임 마다 커팅 위치가 불균일해지므로 수율이 그만큼 떨어지게 될 것이다.

그러나 본 발명에 따른 합금 성능으로 인하여 경화 과정에서 수축변형차가 현저히 감소되었으므로,

버 제거를 위하여 완전한 수작업이 아니라 디게이팅시 프레스를 이용하여 트리밍(trimming)이 가능하여 작업효율이 개선되었으며, 프레스 방식을 취하므로 평탄도 변형이 방지된다.

또 다아이몬드 커팅에서도 그만큼 정밀한 커팅 문양을 형성하여도 불량발생을 현저히 줄일 수 있고, 프레임의 다이아몬드 커팅을 위하여 프레스의 지그는 실린더 방식으로 움직여 균일하게 프레임의 전면을 누른 상태에서 다이아몬드 커터에 의한 절삭작업이 가능하다.

이후, 상기 다이아몬트 커팅단계를 거친 프레임은 투명 보호층 형성단계(DC1)를 거쳐 커팅면(F1)의 방식 및 방청성능의 완벽화를 도모할 수 있다.

상기 투명 보호층은 예를 들어 알킬아민화합물 계통을 사용할 수 있으며, 추가적으로 상업적으로 구입 가능한 락카에나멜수지를 더 도포하여 내약품성 및 내후성을 보완하고 피막유지 광택성을 얻을 수 있다.

이상의 설명에서 각 합금, 다이캐스팅, 인서트 사출, 각 도금 단계 및 세부 공정, 다이아몬드 커팅장치 등과 관련된 통상의 공지된 기술을 생략되어 있으나, 당업자라면 용이하게 이를 추측 및 추론하고 재현할 수 있다.

또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 공정 순서에 따라 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금을 이용하여 제조한 합성수지재 인테나 수용부를 구비한 무선통신기기용 프레임의 개략적인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 알루미늄 합금을 이용하여 제조한 합성수지재 힌지내피를 구비한 폴더형 휴대용 전자제품을 위한 프레임의 사시도,

도 3a 및 도 3b는 각각 본 발명에 따라 제조된 휴대용 전자제품용 프레임 및 LCD 브라켓의 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 휴대용 전자제품용 프레임의 제조방법에 대한 공정블록도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

F: 프레임 Fa: 합금프레임

Fi: 인테나수용부 Fa1,Fi1: 요철부

H: 힌지 F1: 다이아몬드 커팅부

B: 브라켓 B1: 블랙코팅 내측면

B2: 수용부 B3: 결합부

Claims (3)

1. 용융물의 유동성 증진, 수출률 저하, 내열성 향상, 그리고 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 7.00~8.00 중량%의 Si,

   점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 0.50~0.65 중량%의 Fe,

   점착성 감소 및 고용강화를 위한 1.40~1.70 중량%의 Cu,

   내식성 증진 및 Fe 첨가 효과 보조를 위한 0.40~0.70 중량%의 Mn,

   취성, 내식성 및 인장강도 향상과 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 1.60~1.80 중량%의 Mg,

   취성 및 내마모성 향상을 위한 0.01~0.03 중량%의 Cr,

   취성 및 내열성 향상을 위한 0.03~0.07 중량%의 Ni,

   내식성과 강도 향상, 그리고 취성 개선을 위한 0.80~1.30 중량%의 Zn,

   취성 및 내식성 개선을 위한 0.01~0.03 중량%의 Ti,

   피삭성 향상을 위한 0.04~0.08 중량%의 Pb,

   성형성 및 피삭성 향상을 위한 0.01~0.02 중량%의 Sn,

   잔량의 Al, 그리고 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는

   고채도 및 고휘도 색상구현을 위한 휴대용 전자제품 프레임용 다이캐스팅 알루미늄 합금.
2. 용융물의 유동성 증진, 수출률 저하, 내열성 향상, 그리고 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 7.00~8.00 중량%의 Si,

   점착성 감소를 통한 탈형 성능 향상을 위한 0.50~0.65 중량%의 Fe,

   점착성 감소 및 고용강화를 위한 1.40~1.70 중량%의 Cu,

   내식성 증진 및 Fe 첨가 효과 보조를 위한 0.40~0.70 중량%의 Mn,

   취성, 내식성 및 인장강도 향상과 도장시 고채도 및 고휘도의 색상구현을 위한 1.60~1.80 중량%의 Mg,

   취성 및 내마모성 향상을 위한 0.01~0.03 중량%의 Cr,

   취성 및 내열성 향상을 위한 0.03~0.07 중량%의 Ni,

   내식성과 강도 향상, 그리고 취성 개선을 위한 0.80~1.30 중량%의 Zn,

   취성 및 내식성 개선을 위한 0.01~0.03 중량%의 Ti,

   피삭성 향상을 위한 0.04~0.08 중량%의 Pb,

   성형성 및 피삭성 향상을 위한 0.01~0.02 중량%의 Sn,

   잔량의 Al, 그리고 불가피한 불순물을 포함하여 이루어지는 다이캐스팅 알루미늄 합금 프레임 표면에 컬러를 구현하는 도장 공정에 있어서.

   상기 도장공정은

   합금표면과의 밀착성을 증진시키기 위해 1차 도장작업이 이루어지는 제 1 도장 단계;

   제1도장 단계 후 진행되는 제 1 건조단계;

   상기 제 1 건조단계 후 진행되는 것으로 제품에 표현될 색상으로 2차 도장작업이 이루어지는 제 2 도장 단계;

   제 2 도장 단계 후 진행되는 제 2 건조단계; 및

   상기 제 2 건조단계 후 진행되는 것으로 색상이 입혀진 프레임에 투명색상을 입히는 제 3 도장 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자제품 프레임의 고채도 및 고휘도 색상 구현 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 건조단계의 건조온도는 150 내지 180℃로 하고,

   상기 도장단계에서 형성되는 피막두께비는 3: 3: 4인 것을 특징으로 하는 휴대용 전자제품 프레임의 고채도 및 고휘도 색상 구현 방법.

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