KR101180502B1 - 금속 기판을 위한, 내부식성이 있으며 심미적인 코팅을 형성하기 위한 방법 및 적층 시스템 - Google Patents

금속 기판을 위한, 내부식성이 있으며 심미적인 코팅을 형성하기 위한 방법 및 적층 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 양호하게는 경금속인 금속으로 제조된 기판을 위해 내부식성이 있으며 심미적인 코팅을 형성하기 위한 방법 및 적층 시스템에 관한 것이다. 작업될 금속 기판을 위해 심미성 및 내부식성을 가지는 코팅 및 적층 시스템을 제작하기 위한 방법으로서, 높은 하중을 견딜 수 있는 표면이 생산될 수 있다. 도포될 기판에 다음과 같은 층상 구조를 도포할 것을 제안한다.
- 접착층 (예컨대, 크롬 도포를 통한)
- 래커층
- 전처리 및 후속층의 개선된 접착을 위한 플라즈마 에칭 프로세스, 또는
동일한 목적의 산화물 또는 금속으로 된 PVD 층
- 금속 또는 금속합금의 PVD 층
- 대부분 갈바닉 도포된 구리, 니켈 크롬.
Figure R1020050010300
코팅, 적층 시스템, 접착층, 래커층, 금속층

Description

금속 기판을 위한, 내부식성이 있으며 심미적인 코팅을 형성하기 위한 방법 및 적층 시스템 {Corrosion Resistant and Decorative Coating Manufacturing Method, and Layer System for Substrates Made of Metals}
도1은 본 발명의 코팅 및 적층 시스템을 개략적을 도시하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 기판
2 : 크롬층
3 : 그라운드 코팅층
4 : 그 외의 래커층
5 : 크롬층 시스템
6 : 크롬 금속 플러쉬층
7 : 플라즈마 기술로 도포된 구리층
8 : 갈바닉 도포된 구리층
9 : 니켈층
10 : 니켈층, 미세 공극성
11 : 함유물
12 : 크롬층
본 발명은 양호하게는 경금속인 금속으로 제조된 기판을 위한, 내부식성이 있으며 심미적인 코팅을 형성하기 위한 방법 및 적층 시스템에 관한 것이다.
구리, 크롬, 니켈과 같은 갈바닉 층을 포함하는 경금속 합금 또는 강판으로 제조된 차량 휠을 제공하는 것은 공지되어 있다.
금속 휠, 특히 주조된 경금속 휠의 갈바닉 공정에 있어서, 침액체가 상기 갈바닉 공정으로부터 모세관 현상을 통해 자동차의 휠 림 기부 사이의 융합 영역인 공극으로 점착된다. 상기 융합 영역으로, 일반적으로 행해지지 않는 코팅이 가해진다. 양쪽 모두 추후 갈바닉 층의 부분적 파손과 부식 현상이 나타난다. 경금속 휠에 있어서, 갈바닉 층은 또한 휠의 표면에서 응력 상태의 원치 않는 변동을 초래하는데, 이것은 휠의 기능 및 수명에 영향을 줄 수 있다.
공지된 갈바닉 공정은 필요한 층 두께로 인해 재료가 많이 들고, 코팅된 휠의 현저한 무게 증가를 초래한다. 따라서, 표면 조정에 필요한 두께의 구리층 때문에 8J x 17" 크기의 경금속 휠의 무게는 평균적으로 1 Kg 정도 증가한다.
독일 공개 특허 공보 제196 21 861호는 알루미늄 합금으로부터 제조된 자동차 휠 림을 크롬 도금하는 방법을 개시하는데, 상기 방법에서는 분말 래커 또는 수성 래커로 만들어진 그라운드 코팅층이 맨 먼저 휠 표면에 도포된다. 그 다음, 상기 그라운드 코팅층 상에, 갈바닉-알킬벤젠술폰(ABS; AlkylBenzolSulfonat)-플라스틱으로 만들어진 층이 도포된 다음 갈바닉 크롬 도금이 된다. 이러한 코팅을 사용하는 데 있어서의 제한은 무엇보다 갈바닉-알킬벤젠술폰-플라스틱의 제한된 온도 안정성 때문인데, 이것은 휠에서 더 많은 열을 받은 영역에서 코팅층의 박리를 야기한다.
독일 공개 특허 공보 제198 07 823호에는, 경금속으로 제조된 기판을 위한 내부식성 코팅 형성 방법 및 적층 시스템이 개시되어 있는데, 상기 방법에서는 맨 먼저 비전도성 제1 층이 PVD-공정, CVD-공정, 래커칠, 또는 양극 산화 및 재가압(repressing)을 통해 도포된다. 그 다음, 금속의 제2 층이 비전기 도포된다. 마지막으로, 니켈 및/또는 구리로 형성된 그라운드 코팅층과 크롬 커버층을 갖는 크롬층 시스템이 갈바닉 도포된다.
이러한 종래 기술에 근거하여, 본 발명의 목적은 심미적이고 내부식성이 있으며 높은 하중을 견딜 수 있는 표면을 생산할 수 있는, 금속 기판용 코팅 형성 방법 및 적층 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 본원 독립항의 특징으로 해결될 수 있다. 도포될 기판에 다음과 같은 층상 구조를 도포할 것을 제안한다.
- 접착층 (예컨대, 크롬 도포를 통한)
- 래커층
- 전처리 및 후속층의 개선된 접착을 위한 플라즈마 에칭 프로세스, 또는
동일한 목적의 산화물 또는 금속으로 된 PVD 층
- 금속 또는 금속합금의 PVD 층
- 대부분 갈바닉 도포된 구리, 니켈 크롬.
양호한 실시예에서는, 래커층의 접착 및 그에 따른 내부식성이 접착층에 의해 현저히 증가하였다. 접합 지점들 및 다른 문제 지점들이 상기 래커층에 의해 평활화 또는 메움 처리되었고, 일반적인 코팅이 가능하게 되었다. 경금속 휠에 있어서, 공극이 메워짐으로써 이러한 방식으로 프로세스 액체의 침투가 방지된다는 특별한 장점이 달성된다. 또한, 경금속 기판의 표면은 프로세스 액체의 영향으로부터 보호되는데, 이로써 물질의 고유 성질의 완전한 보존이 가능해진다.
본 발명의 그 외의 양호한 구현예는 종속 청구항에 나타나 있다.
적층 시스템의 실질적인 도포 전에, 예컨대, 드래그 다듬질(drag finishing)과 같은 기계적 표면 연마가 선행된다. 이러한 처리는 차후에 후속하는 더 얇은 층에 도움이 되고 휠 무게에 영향을 준다.
접착층은 양호하게는 크롬 도포, 인산염 도포 또는 다른 환경 친화적 치환 공정으로(Cr6-없음) 도포된다.
래커 그라운드 코팅층은 탁월한 표면 거동을 달성하기 위해 예컨대 180℃ 내지 210℃ 에서 구워지는 EP-래커로 형성될 수 있다. 래커 그라운드 코팅층의 표면은 크롬층 시스템의 표면 품질에 결정적인 역할을 한다.
양호하게는, 래커 그라운드 코팅층의 표면은 진공 상태에서 예컨대 화학적으로 활성인 프로세스 가스가 첨가되는 플라즈마 처리를 통해 플라즈마 기술로 에칭된다. 이렇게 전처리된 표면 상에, 플라즈마 기술의 코팅을 통해, 특히 금속 또는 산화물 플래쉬와 같은 PVD 공법을 통해, 마감 플래쉬층이 도포된다. 이를 위해, 양호하게는 크롬이 이용된다. 플래쉬층은 광학적으로 조밀할 필요가 없고 전기적으로 도전성이지 않아도 된다는 점에서 지지층과는 다르다. 양 방법(에칭 및 플래쉬층)은 모두 후속하는 금속 중간층의 개선된 접착 능력을 돕는데, 상기 중간층은 대부분 구리로 형성되거나, 니켈 또는 니켈 화합물로 형성될 수 있다. 이러한 방법으로써, 20 ㎛ 두께 이하의 3차원의 균일한 표면 코팅이 가능해진다.
이렇게 형성된 전기 전도성 중간층 상에는, 이제 최종 크롬층 시스템이 도포될 수 있다.
이를 위해, 일반적인 갈바닉 프로세스가 양호하게 이용된다. 여기서 제1 층으로서, 150 ㎛ 의 층 두께 이하의 구리층 또는 반광택 니켈층이 도포된다. 그 다음, 광택 니켈, 미세 공극성 니켈 및 그에 이어서 크롬으로 구성된 구조가 상기 층 위에 덮힌다. 미세 공극성 니켈은(크롬층과 관련해서는 미세 공극성 크롬 도금층으로도 지칭됨) 현탁물로서 미세하게 분포하는 고형물을 포함하는 전해 도금 니켈층을 의미한다. 공기 분사를 통해 전해액 내에 부유 상태로 보유되는 이러한 비전도성 미립자는 침전물을 형성한다. 후속하는 크롬 도금에 있어서, 함유물은 크롬 도금되지 않으며, 침전물 내에 미세 공극을 형성한다. (멧츠거 외 공저, 1970년 발행된 Galvanotechnik 61, 998페이지 이후 참조)
그 대안으로, 구리, 반광택 니켈 또는 이들의 화합물로 갈바닉 형성된 층이 상기 중간층에 도포될 수 있다. 갈바닉 형성된 다른 층들도 가능하다. 그러나, 마지막으로 갈바닉 도포된 층으로서는 미세 공극성 니켈 층이 제공되며, 그 위에PVD 공법으로 마지막 크롬층이 도포된다. 이러한 화합물은 마감 코팅층 없이도 정상 기능을 할 수 있는 향상된 내부식성을 제공한다.
본 발명은 도면에서 나타난 실시예에 따라 보다 상세히 설명될 것이다.
알루미늄 본체, 여기서는 기판(1; 예컨대, 휠 림)은 버링(burring) 공정 후에 맨 먼저 드래그 다듬질으로 전처리된다. 드래그 다듬질에서, 휠은 다듬질기 본체와 함께 수조에 침지되고 그 안에서 휘저어진다. 상기 드래그 다듬질을 통해, 평활화는 되었지만 연마되지는 않은 표면이 생산된다.
상기 층상 구조에, 맨 먼저 접착층으로서 크롬층(2)이 도포된다. 상기 크롬층(2) 상에 180℃ 내지 210℃ 로 구워지고, 50 ㎛ 내지 60 ㎛ 두께인, 예컨대 EP-래커 그라운드 코팅층(3)이 덮힌다. 상기 그라운드 코팅층(3)에는 필요에 따라, 특히 기포 또는 함유물의 연마와 같은 재작업이 상기 그라운드 코팅층(3)에 필요하게 되었을 때, 추가적인 래커층(4)이 보충될 수 있다.
기판(1)은 상기 래커층(3, 4)을 통해 전기적으로 더 이상 도전성이 아니며, 액체와의 접촉으로부터 보호된다.
크롬층 시스템(5) 도포의 준비를 위해, 기판(1)은 코팅될 표면에서 에칭된다. 이를 위해, 기판(1)은 (도시되지 않은) 진공 챔버 내에서 화학적으로 활성인 프로세스 가스 첨가 하에 플라즈마로 처리된다. 접착력을 더욱 개선하도록, 이어서 (예컨대, PVD- 또는 CVD-공법에 의해) 플라즈마 기술의 코팅을 통해 크롬 금속 플래쉬층(6)이 도포된다. 상기 금속 플래쉬층은 5 nm 내지 20 nm 의 두께를 가진다.
이어서, 후속하는 갈바닉 프로세스로 전기적으로 전도성인 중간층을 생산하기 위해, 추가의 플라즈마 기술의 코팅을 통해, 약 0.3 ㎛ 의 두께를 가지는 구리층(7)이 물리적 방법으로 도포된다.
이렇게 만들어진 베이스에, 이제 일반적인 방법으로 크롬층 시스템(5)이 도포된다. 25 ㎛ 의 두께를 가지는 갈바닉 생산된 구리층(8) 상에, 마찬가지로 갈바닉 도포된 니켈층(9)이 덮힌다. 추가의 미세 공극성 니켈층(10)이 형성되며, 이를 위해 의도된 함유물(11)을 포함하는데, 상기 함유물은 갈바닉 프로세스에서 현탁 고형물의 형태로 니켈 침전물로 형성되며 전기적으로 비전도성이다. 니켈층(9, 10)의 두께는 총 15 ㎛ 에 이른다. 후속하는 크롬층(12)은 0.3 ㎛ 내지 0.5 ㎛의 두께이고 크롬층 시스템(5)을 마감한다. 갈바닉 도포된 크롬층(12) 대신에, PVD-공법으로 도포된 크롬층(12)도 가능하다.
본 발명은 금속 또는 경금속으로 제조된 기판에 내부식성이 있으면서 심미적인 코팅을 형성하기 위한 방법 및 적층 시스템을 제공한다.

Claims (11)

  1. 기판(1)에 접착층(2)을 도포하는 단계와, 래커층(3, 4)을 도포하는 단계와, 금속으로 플라즈마 증착에 의해 코팅하는 단계와, 갈바닉 크롬을 도금하는 단계를 포함하고, 표면의 기계적 연마를 통해 기판(1)을 전처리하고, 플라즈마 증착에 의한 코팅 전에 래커층(3, 4)이 플라즈마 기술로 에칭되고, 플라즈마 증착에 의한 코팅 후에 PVD 프로세스에서 금속, 금속 합금 또는 산화 금속으로 구성된 마감 중간층(7)이 도포되는, 경금속 또는 경금속 합금 기판(1)에 고광택 코팅을 형성하기 위한 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 접착층(2)의 도포는 크롬 도포(chromizing) 또는 인산염 도포(phosphatizing)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 갈바닉 크롬을 도금하는 단계는, 구리, 반광택 니켈 또는 그 화합물로 형성된 제1 층(8)을 갈바닉 도포하는 단계와, 광택 니켈로 된 적어도 하나의 제2 층(9) 또는 미세 공극성 니켈층(10)을 적어도 갈바닉 도포하는 단계와, 크롬층(12)을 갈바닉 도포하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 갈바닉 크롬을 도금하는 단계는, 구리, 반광택 니켈 또는 그 화합물로 형성된 제1 층(8)을 갈바닉 도포하는 단계와, 니켈로 형성된 미세 공극성 제2 층(10)을 갈바닉 도포하는 단계와, 크롬으로 PVD 코팅(12)하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 경금속 또는 경금속 합금 기판용 적층 시스템이며,
    경금속 또는 경금속 합금 기판(1)과, 접착층(2)과, 래커 그라운드 코팅층(3)과, 플라즈마 증착에 의한 코팅으로 도포된 금속 중간층(6)과, 갈바닉 도포된 크롬층 시스템(5)으로 구성되고, 기판(1)은 표면의 기계적 연마를 통해 전처리 되어 있고, 상기 금속 중간층(6)은 금속 또는 산화 금속으로 구성되고, 중간층(6)과 크롬층 시스템(5) 사이에는 구리, 니켈 또는 이들 금속의 합금으로 된 추가의 중간층(7)이 배치되는, 적층 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 접착층(2)은 크롬 또는 인산염인 것을 특징으로 하는 적층 시스템.
  9. 삭제
  10. 제7항 또는 제8항에 있어서, 갈바닉 도포된 크롬층 시스템(5)은, 구리, 반광택 니켈 또는 이들의 화합물로 형성된 제1 층(8)과, 광택 니켈로 형성된 제2 층(9) 및 미세 공극성 니켈층(10)과, 크롬층(12)으로 구성된 것을 특징으로 하는 적층 시스템.
  11. 제7항 또는 제8항에 있어서, 갈바닉 도포된 크롬층 시스템(5)은, 구리, 반광택 니켈 또는 이들의 화합물로 형성된 갈바닉 도포된 제1 층(8)과, 갈바닉 도포된, 미세 공극성 제2 니켈층(10)과, PVD 공법으로 도포된 크롬층(12)으로 구성된 것을 특징으로 하는 적층 시스템.
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