KR101142979B1 - 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 (a)봉재 또는 파이프 형상의 헤드 레스트 스테이용 소재를 절단한 후, 걸림홈과 양끝단을 가공하는 단계, (b)상기 (a)단계를 거친 소재에 대해 질화-산화 열처리공정을 실시하는 단계, (c)상기 (b)단계를 거친 소재에 대해 표면기계가공을 실시하는 단계, 및 (d)상기 (c)단계를 거친 소재를 절곡하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법을 제공하여 고강도 및 경량화가 가능하고 내식성이 높으며 색상이 다양하고 외관이 미려한 헤드 레스트 스테이를 얻을 수 있다.

헤드 레스트 스테이, 고강도, 내식성, 질화-산화, 경량

Description

고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법{Method for Manufacturing Head Rest Stay Having High Strength and Light Weight}

본 발명은 헤드 레스트 스테이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 경질크롬도금공정을 대체한 질화-산화 (Oxynitrocarburizing) 공정을 적용하여 고강도 및 경량화가 가능하고 내식성이 우수한 헤드 레스트 스테이의 제조방법에 관한 것이다.

자동차용 헤드 레스트 스테이는 운전자 및 승객의 머리를 충격으로부터 보호하기 위한 헤드 레스트를 지지하고 자동차의 시트 상측에서 헤드 레스트를 일정한 높이로 조절할 수 있게 한다.

도 1은 일반적인 헤드 레스트 스테이의 사시도를 나타낸 것이고, 도 2는 종래의 헤드 레스트 스테이의 제조공정을 나타낸 절차도이다.

이에 관하여 구체적으로 설명하면, 헤드 레스트 스테이는 직경 7mm ~ 15mm 의 스틸 봉재 또는 직경 7mm ~ 15mm, 두께 1mm ~ 3mm 의 스틸 파이프를 절단하고(S10), 걸림홈(1) 및 양끝단(2)의 테이퍼 가공을 한 다음(S20), 절곡과정을 거쳐 절곡부(1)를 형성한 후(S30), 도금층 두께가 10㎛ 정도가 되도록 경질크롬도금을 실시하여(S40) 제품을 제조한다.

이러한 종래의 헤드 레스트 스테이는 용이한 가공을 목적으로 SM 20C 상당의 낮은 강도를 갖는 소재를 사용함으로서 차량 충돌시 휨 또는 파손으로 탑승자의 안전을 위협할 수 있다. 직경이 큰 소재를 사용하면 이러한 안전문제는 어느 정도 해결할 수 있으나 소재 비용 및 중량증가 문제가 대두된다.

내마모성 및 내식성 향상을 목적으로 실시하는 경질크롬도금은 도금 후에는 크롬 금속이므로 규제대상이 아니나 공정 중 또는 폐수처리과정에서 6가 크롬이 발생하여 대기 또는 수질오염을 일으킨다. 또한 공정 중 여러 번의 수세과정을 거치는 등 공정이 복잡하며, 수세 후에도 6가 크롬이 제품 표면에 잔존하는데 특히 파이프의 내부는 수세가 용이하지 않아 잔존하는 6가 크롬이 인체에 나쁜 영향을 주므로 전 세계적으로 규제의 대상이 되고 있다. 또한 그 색상이 은백색의 단일색상만 제공할 수 있으므로 제품의 외양이 단조롭다.

이렇게 유해한 6가 크롬을 대체하기 위하여 3가 크롬을 사용하는 경질크롬 도금공정이 개발되고 있으나, 3가 크롬도금은 도금액에 불순물의 축척에 따라 도금액의 불안정성으로 인해 제품별 품질 편차가 있고 내식성이 낮다. 또한 색상이 어두운 회색으로 6가 크롬에서와 같은 광택이 없고, 생산비용이 6가 크롬도금에 비해 2 ~ 3배 인 점 등으로, 상용화가 진행되고 있으나 생산측면에서는 여러 문제점이 있다.

또 6가 크롬 및 3가 크롬 도금 모두 도금 중 발생한 수소가 제품 내부로 확 산되어 차량 충돌시 수소취성에 의한 파손으로 탑승자를 보호할 수 없는 문제도 아울러 지니고 있다.

상기와 같이, 종래의 헤드 레스트 스테이의 제조공정에서는, 경질크롬도금 공정중 발생하는 6가 크롬으로 환경오염문제가 있으며, 강도가 낮고, 충돌시 수소취성에 의한 파손 또는 휨 발생의 염려가 있고 제품품질의 불안정성 등의 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고강도로 충돌 시 탑승자의 안전을 도모하고 공정 중 배출되는 공해물질이 없어 제조공정이 친환경적일 뿐만 아니라, 내식성이 높고 가벼우며 다양한 컬러의 구현이 가능하여 미적 특성을 고양시킬 수 있는 헤드 레스트 스테이의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의하면, (a)봉재 또는 파이프 형상의 헤드 레스트 스테이용 소재를 절단한 후, 걸림홈과 양끝단을 가공하는 단계, (b)상기 (a)단계를 거친 소재에 대해 질화-산화 열처리공정을 실시하는 단계, (c)상기 (b)단계를 거친 소재에 대해 표면기계가공을 실시하는 단계, 및 (d)상기 (c)단계를 거친 소재를 절곡하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법이 제공된다.

본 발명에 의하면, 바람직하기는, 상기 (d)단계를 거친 후, 컬러 산화층을 형성하기 위한 산화열처리를 실시하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 의하면, 바람직하기는, 상기 (d)단계를 거친 후, 수지코팅 처리를 실시하는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명에 의하면, 바람직하기는, 상기 컬러 산화층을 형성하기 위한 산화열처리를 실시하는 단계를 거친 후, 상기 소재에 대해 수지코팅 처리를 실시하는 단계를 더 포함한다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 직경 7mm ~ 15mm 의 스틸 봉재 또는 직경 7mm ~ 15mm, 두께 1mm ~ 3mm 의 스틸 파이프를 소정의 길이로 절단하고, 걸림홈 및 양끝단을 가공하고 질화-산화 열처리공정을 실시한다.

이 후 버프(Buff), 폴리싱(polishing), 래핑(Lapping) 등과 같은 표면기계가공을 실시한 후, 절곡한 다음, 필요에 따라서 수지코팅을 하거나 또는 절곡한 다음 필요에 따라서 산화처리만 실시하거나 또는 산화처리후 수지코팅을 실시하는 단계로 구성된다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 헤드 레스트 스테이의 제조방법을 나타낸 절차도이다.

도 3을 참조하면, 먼저 본 발명은 직경 7mm ~ 15mm 의 스틸 봉재 또는 직경 7mm ~ 15mm, 두께 1mm ~ 3mm 의 스틸 파이프를 소정의 길이로 절단한다.(S10)

이때 소재의 표면조도는 특별히 제한하지 않으나 최종제품의 내식성, 광택도, 외관 등을 고려하여 2 ㎛Ra 이하가 바람직하다.

이렇게 절단한 소재에 헤드 레스트 스테이의 높낮이를 조절하는 걸림홈(1)과 헤드 레스트 스테이가 시트상부에 용이하게 조립될 수 있도록 양끝단부(2)의 테이퍼 가공을 실시한다.(S20)

이후 질화-산화 (Oxynitrocarburizing) 열처리 공정을 실시한다.(S40) 이 질화-산화 공정은 강도, 내식성 및 내마모성 향상 등을 목적으로 실시하는 것으로, 상기 공정은 질화성 분위기에 산화성 가스를 혼합하여 형성된 질화-산화 가스 분위기 중에서 강을 산질화침탄할 때, 질소, 탄소 및 산소가 동시에 확산, 침투되는 열화학적 처리법이다.

이러한 질화-산화 공정에 의해 헤드 레스트 스테이 최표면에는 소량의 Fe₃O₄ 와 Fe₂O₃ 의 산화물층이 형성되고, 바로 그 아래에 ε-상의 질화물층 또는 질탄화물층이, 그리고 상기 질화물층 또는 질탄화물층 아래에 질소가 확산, 고용된 질소확산층이 형성되며, 이후 표면기계가공에 의해 상기 산화물층을 제거함으로써 은백색의 내식성이 우수한 소재를 확보할 수 있다.

상기 질화-산화 공정은 내식성이 높은 ε-상의 질화물층 또는 질탄화물층을 형성하므로써 경질크롬도금공정을 대체할 수 있고, 또 질소확산층에 의해 강도가 향상되므로 차량충돌시 헤드 레스트 스테이의 변형 또는 파손을 방지하여 탑승자의 안전을 확보할 수 있으며, 이러한 강도 향상에 따라 10 ~ 20% 정도의 경량화가 가능한 이점도 있다.

또한 경질크롬도금에서는 도금공정 중 발생한 수소원자가 강의 표면에 확산하여 수소취성을 일으켜 작은 충격에도 파손될 가능성이 있으나, 이러한 질화-산화공정에서는 수소취성이 발생하지 않고, 오히려 강도를 높일 수 있다.

본 발명에서 상기 질화-산화 열처리 공정은 동일한 로내에서 질화와 산화가 동시에 일어남을 의미하며, 여기서 질화열처리 공정은 광의의 의미에서 질화와 질화침탄을 포함하는 열처리 공정이다.

상기 질화-산화 열처리는 가스법, 플라즈마법, 염욕법, 진공법 등을 포함한 모든 열처리과정으로 실시할 수 있다.

고내식성과 고내마모성을 고려하여 단일의 ε- 상 질화물층 두께는 10 ~ 30㎛이 바람직한데, 이를 위하여 질화-산화 처리온도는 500℃ ~ 600℃로 한다. 이 보다 온도가 낮을 경우 화합물층의 성장속도가 낮아 단시간에 충분한 두께의 질화물층을 얻기 어렵고, 이 보다 온도가 높으면, 단일의 ε- 상을 얻을 수 있을 만큼 질화물층내의 질소의 농도를 높이기 어렵기 때문이다.

질화-산화 처리시간은 2시간 ~ 8시간으로 하는 것이 좋은데, 이보다 짧으면 질화물층의 두께가 얇고, 이보다 길면 질화물층이 지나치게 두꺼워져 박리가 일어날 수 있기 때문이다.

상기 질화-산화 공정을 실시한 헤드 레스트 스테이는 그 후 표면의 산화물을 제거하고, 균일한 조도를 얻기 위해 연마, 버핑(buffing), 래핑(lapping) 혹은 폴리싱(polishing)과 같은 표면기계가공을 실시하여 은백색의 헤드 레스트 스테이를 얻는다.(S50)

그런 다음, 상기 표면기계가공을 통해 얻어진 헤드 레스트 스테이를 절곡하여(S30) 제품을 완성한다.

그런데, 도 2에 도시한 종래의 제조공정에서는 절곡 후(S30), 경질크롬도금 (S40)을 실시하는데, 그 이유는, 걸림홈 및 양끝단 가공(S20) 후 절곡 전에는, 일직선의 형태인데 비해 절곡한 상태(S30)는 'ㄷ' 자 형태로, 이러한 형태가 경질크롬도금공정 시(S40), 제품을 치구에 장착하여 음극의 전기를 흘려주기 용이하기 때문이다.

반면, 본 발명에서 질화-산화 공정을 위한 제품의 치구장착 시 절곡한 상태는 많은 공간을 차지하므로 로내에 장입할 수 있는 제품의 수량에 제한이 있고 표면기계가공이 용이하지 않은 문제가 있다.

따라서 걸림홈 및 양끝단 가공을 실시하고 질화-산화 공정과 표면기계가공을 거친 후 절곡을 실시하면, 다량의 제품을 열처리할 수 있고, 표면기계가공이 용이하다는 이점이 있다.

이러한 공정으로 제조된 제품의 색상은 은백색으로, 은백색 이외에 다양한 컬러 색상을 필요로 하는 경우에는 후속공정으로 컬러산화층 피막형성을 위한 산화처리를 더 실시할 수 있다.(S60)

이 산화처리는 표면기계가공을 거친 은백색의 헤드 레스트 스테이를 고온의 산화성 분위기에서 가열하여 ε-상의 질화물 또는 질탄화물층 위에 두께 수 ㎚ 이하의 철산화물층을 형성하고, 이 철산화물층 표면에서 반사된 빛과 철산화물층을 투과하여 질화물 또는 질탄화물층 표면에서 반사된 빛이 서로 간섭하여 독특한 색상을 발현시키기 위한 것으로, 그 색상은 산화처리 온도, 시간, 산화분위기에 따라 금색, 보라색, 청색 및 흑색 등으로 발현될 수 있다. 이 철산화물층은 그 색상이 다양하고 미려할 뿐만 아니라 동시에 우수한 내식성도 부여하므로, 차량 설계자에게 설계 선택의 폭을 넓힐 수 있다. 또한 이 철산화물층은 절곡부위에 발생한 미세한 균열을 메워, 내식성을 보완할 수도 있다.

상기 산화처리 조건은 발현하고자 하는 색상에 따라, 온도는 200℃ ~ 400℃ 의 범주로 하고, 산화처리 시간은 30분 ~ 4시간으로 한다. 이러한 이유는 산화처리온도를 200℃ 미만으로 하면 산화처리가 수행되지 않아 원하는 철산화물층을 얻을 수 없으며, 산화처리 온도가 400℃를 초과하면 광택도가 낮은 흑색이 발현하기 때문이다.

또한 산화처리 시간이 30분 미만인 경우, 산화물층이 형성되는 온도에 도달하지 못하여 원하는 컬러 산화물층을 얻기 어려우며, 산화처리 시간이 4시간 초과시 흑색으로만 유지되기 때문에 경제적인 관점에서 불필요한 시간을 초래한다.

이후에 수지코팅을 더 실시할 수도 있다.(S70)

이 수지코팅은 헤드 레스트 스테이에 고광택성, 내지문성 및 내오염성을 부여하고 내식성을 향상시키기 위한 것으로, 그 방법은 폴리-에틸렌계, 폴리-우레탄계, 폴리-아크릴계 또는 폴리-알키드계 등의 액상 도료를 스프레이, 침적 또는 상 기 수지의 분체도장 또는 전착 등의 방법으로 헤드 레스트 스테이의 표면에 3㎛ ~ 50㎛ 두께로 도포하고 30℃ ~ 300℃ 의 온도범위에서 건조하는 과정으로 구성되며, 이러한 공정에 따라 상기 헤드 레스트 스테이의 표면에는 투명한 수지코팅층이 형성된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 경질 크롬도금법에 비해 강도를 높여 차량 탑승자의 안전을 확보하고 경량화가 가능하다. 또 내식성이 우수하고 경질 크롬도금법으로는 구현할 수 없는 다양한 색상을 발현할 수 있어 장식성이 우수한 고강도 경량 헤드 레스트 스테이를 제조할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 헤드 레스트 스테이의 제조방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 종래에 비해 수소취성이 없는 고강도 및 경량 헤드 레스트 스테이를 제공할 수 있다.

둘째, 종래의 경질크롬도금법과는 다른 무공해 방법으로서 환경오염을 방지할 수 있다.

셋째, 종래의 방법으로는 발현할 수 없는 각종 색상의 컬러를 구현할 수 있어 차량 인테리어를 다양화할 수 있다.

넷째, 질화-산화 공정 후 컬러 산화처리 및 수지코팅을 실시하는 경우 우수한 내식성을 확보하는 것이 가능하다.

<실시예 1>

SM 20C 상당의 소재를 직경 10mm, 길이 65cm 로 절단하고, 걸림홈과 양끝단을 가공하였다. 이 소재를 직경 1,200mm, 높이 3,000mm 의 피트형 로에서 총 유량 35㎥/hr으로 하고 가스 조성은 부피비로 60% 암모니아 - 4% 프로판가스 - 16%공기 - 20% 질소의 분위기에서 3.5시간동안 가스 질화-산화 열처리를 실시하고, 이후 버핑을 실시하여 은백색의 제품을 얻었다.

본 실시예에 따른 제품과, 이와 동일한 규격의 소재에 종래와 같이 도금층 두께가 10㎛이 되도록 경질크롬도금을 실시한 제품의 인장강도를 동일한 조건에서 각각 측정하여 비교한 결과, 경질크롬도금품은 39kgf/㎟ 인데 비해, 본 실시예 제품은 48kgf/㎟ 로서 본 실시예 제품의 인장강도가 23% 향상되었다.

<실시예 2>

SM 20C 상당의 소재를 직경 10mm, 길이 65cm 로 절단하고, 실시예 1과 같은 순서로 처리하여 제품을 제작하였다. 다만, 이때 질화-산화 공정은 실시예 1과 동일한 피트형 로에서 총 유량 40㎥/hr으로 하고 가스 조성은 부피비로 60% 암모니아 - 2% 프로판가스 - 18%공기 - 20% 질소의 분위기에서 4시간 동안 가스 질화-산화처리를 실시하고, 이후 버핑을 실시하여 은백색의 제품을 얻었다.

이후 이 제품을 절곡한 후, 220℃ 의 공기 분위기에서 2시간 동안 산화 열처리를 하여 황금색의 색상을 갖는 제품을 얻었다. 본 실시예의 제품과, 이와 동일한 규격의 소재에 종래와 같이 도금층 두께가 10㎛이 되도록 경질크롬도금을 실시한 제품의 내식성을 동일한 조건에서 각각 측정하여 비교한 결과, 경질크롬도금품은 96시간 후 발청이 있었으나, 본 실시예의 제품은 250시간 이후에도 발청이 없었다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 일반적인 헤드 레스트 스테이의 사시도,

도 2 는 종래의 방법에 의한 헤드 레스트 스테이의 제조방법을 나타낸 절차도,

도 3 은 본 발명에 따른 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법을 나타낸 절차도이다.

Claims (5)

1. (a)봉재 또는 파이프 형상의 헤드 레스트 스테이용 소재를 절단한 후, 걸림홈과 양끝단을 가공하는 단계,

   (b)상기 (a)단계를 거친 소재에 대해 질화-산화 열처리공정을 실시하는 단계,

   (c)상기 (b)단계를 거친 소재에 대해 표면기계가공을 실시하는 단계,

   (d)상기 (c)단계를 거친 소재를 절곡하는 단계, 및

   (e)상기 (d)단계를 거친 소재에 대해 컬러 산화층을 형성하기 위한 산화열처리를 200 ~ 400℃에서 30분 ~ 4시간 동안 실시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (e)단계를 거친 후, 수지코팅 처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 컬러 산화층을 형성하기 위한 산화열처리를 실시하는 단계를 거친 후, 수지코팅 처리를 실시하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 (b)단계의 질화-산화 열처리공정은 동일한 로내에서 수행함에 의해 질화와 산화가 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 고강도 및 경량의 헤드 레스트 스테이의 제조방법.

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