KR101309884B1 - 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 마그네슘 판재 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일측면은 마그네슘 강판의 제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 강판에 접착제 공급롤을 이용하여 접착제를 도포시키는 단계, 상기 접착제가 도포된 마그네슘 강판에 불소수지 공급롤을 이용하여 불소수지층을 도포시키는 단계 및 상기 불소수지가 도포된 마그네슘 강판을 부착롤을 이용하여 불소수지층과 마그네슘 강판을 결합시키는 단계를 포함하는 마그네슘 강판의 제조방법을 제공함으로써, 마그네슘 강판에 불소수지층 부착시켜 골링 및 표면 스크래치 문제를 해결하여 외관품질을 향상시킬 수 있고, 불소수지층에 의해 윤활성, 성형성 및 내식성도 확보할 수 있으며, 온간성형 후에는 불소수지층의 제거가 용이하여 별도의 화학 공정이 필요하지 않아 오염물질의 발생이 적고 친환경적인 마그네슘 강판을 얻을 수 있다.

Description

표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 마그네슘 판재{METHOD FOR MANUFACTURING MAGNESIUM PLATE HAVING EXCELLENT SURFACE PROPERTIES, FORMABILITY AND CORROSION RESISTANCE AND MAGNESIUM PLATE MANUFACTURED BY THE SAME}
본 발명은 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 강판의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 마그네슘 강판에 관한 것으로, 마그네슘 강판에 기계적 방법으로 불소수지 필름을 접착시킴으로써 골링 및 표면 스크래치 문제를 해결하여 표면품질을 향상시키고, 불소수지에 의해 성형성 및 내식성도 확보할 수 있으며, 성형 후 불소수지층의 용이한 제거가 가능한 마그네슘 강판의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 마그네슘 강판에 관한 것이다.
다양한 제품들의 부품 제작을 위해 프레스를 사용한 성형기술이 일반적으로 이용되고 있다. 지금까지 부품 성형에 사용되던 소재들은 주로 철 또는 알루미늄 같은 소재들이었으나, 최근 들어 마그네슘이나 티타늄 같은 비철계 소재의 적용이 늘어나면서 이들 소재의 부품 성형성도 점차 중요해져 가고 있다.
이 중에서도 특히 마그네슘은 지금까지 주로 주조 또는 다이캐스팅 방법에 의해 부품을 제작해 왔으나, 가공기술의 발달로 판재 형태로 생산이 가능해졌고, 이러한 마그네슘 강판을 이용한 제품 적용이 점차 확대되어 가고 있는 추세이다. 마그네슘 강판 성형품은 기존 주조 또는 다이캐스팅 제품에 비해 내부 결함이 적어 더 얇은 두께로도 동일한 강성을 얻을 수 있다. 따라서 자동차, 비행기 같은 경량화가 중요한 수송기기의 경우 기존 스틸 또는 알루미늄이나 마그네슘 다이캐스팅 부품을 마그네슘 강판 부품으로 대체할 경우 더욱 큰 무게 절감효과를 얻을 수 있는 장점도 있다.
그러나, 마그네슘 강판의 경우 소재 특성상 상온 성형이 불가능하여 성형시 250℃ 이상에서 온간 성형을 실시하는데, 이러한 온도에서는 양호한 성형성을 얻을 수 있는 반면에 여러 가지 문제점들도 나타나는데, 그 중 한가지가 블랭크와 금형 사이의 윤활 문제이다. 현재 일반적으로 사용되는 윤활제의 경우 250℃ 정도의 고온에서는 대부분 적용하기가 어려우며, 텅스텐 설파이드나 보론 나이트라이드 같은 고체 윤활제의 경우 고온 적용이 가능하기는 하나, 윤활제가 금형이나 소재에 달라붙는 문제로 제거가 어려워 양산에 적용하기는 어렵다. 이 외에도 실리콘 오일이 내열성이 있어 적용이 되고 있긴 하지만, 이 또한 250℃ 근처에서 타며 연기를 내뿜기 시작하여 작업 환경에 좋지 못한 영향을 미치므로 양산 적용에는 문제가 있었다.
이러한 윤활 문제 외에도 마그네슘 온간 성형에 있어 또 다른 중요한 문제는 골링(Galling)과 표면 스크래치에 의한 표면품질 저하 문제이다. 골링과 스크래치는 서로 연관되어 있는데, 골링이란 블랭크와의 마찰에 의해 소재가 금형에 달라붙고 쌓이는 것으로, 달라붙은 소재가 블랭크에 스크래치를 유발하여 제품표면에 손상을 일으키게 된다. 이러한 골링은 마그네슘 온간 성형에 있어 더욱 두드러진 현상으로, 온간 성형 시 상온 성형보다 상대적으로 마찰이 크고, 또한 마그네슘 소재의 경도가 낮아 쉽게 스크래치가 발생하기 때문이다. 즉, 마그네슘 소재 특성상 스크래치 발생이 쉽고 이것이 골링을 유발하여 다시 스크래치를 생성하는 식이다.
마그네슘 강판 성형은 근래에 적용되기 시작하였으며 전 세계적으로 보더라도 마그네슘 강판를 적용한 사례는 극소수며 양산에 적용한 사례는 더욱 찾기 힘든 실정이다. 따라서, 이에 따른 기술 개발도 매우 초기 단계 수준이며 윤활 및 스크래치 방지에 대한 연관 기술도 찾기 힘들다.
한국공개공보 제2008-0138451호와 제2009-0050667호에 마그네슘 강판의 표면 처리에 관한 기술이 개시되어 있는데, 상기 종래기술은 불소 화합물을 포함한 여러 종류의 화합물을 사용하여 표면에 코팅함으로써 마그네슘 판재의 윤활성을 향상시킨 것이기는 하나, 성형성 확보와 관련된 설명이 없고, 특히 코팅방식은 불소수지의 부착 방법으로서 상대적으로 공정이 복잡하며, 코팅에 의해 수지를 부착할 경우 성형 후 제거하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있었다.
따라서, 마그네슘 판재의 표면품질 및 성형성, 내식성을 향상시키면서 성형 후 불소수지층을 용이하게 제거할 수 있는 부착방식을 채택하는 기술에 대한 연구가 매우 절실한 시점이라 할 수 있다.
본 발명은 골링 및 표면 스크래치 문제를 해결하여 외관품질이 우수하고, 불소수지층에 의해 윤활성, 성형성 및 내식성도 우수하며, 성형 후 불소수지층의 제거가 용이한 마그네슘 강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일측면은 마그네슘 강판의 제조방법에 있어서, 상기 마그네슘 강판에 접착제 공급롤을 이용하여 접착제를 도포시키는 단계, 상기 접착제가 도포된 마그네슘 강판에 불소수지 공급롤을 이용하여 불소수지층을 도포시키는 단계 및 상기 불소수지층이 도포된 마그네슘 강판을 부착롤을 이용하여 불소수지와 마그네슘 강판을 결합시키는 단계를 포함하는 마그네슘 강판의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 접착제 및 불소수지층은 마그네슘 강판의 한면 또는 양면에 결합될 수 있다.
상기 불소수지층의 두께는 0.05~0.5㎜인 것이 바람직하다.
상기 불소수지는 PTFE(Polytetra Fluoro Ethylene) 및 PFA(Perfluoroalkoxy) 계열 중 1종 일 수 있다.
또한, 상기 접착제는 열가소성 수지이고, 융점이 250℃ 이하인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 접착제는 폴리 올레핀(Polyolefin), 폴리 아마이드(Polyamide), 폴리 에스테르(Polyester) 및 합성 고무 계열의 열가소성 수지 중 1종일 수 있다.
본 발명의 일측면은 상기 제조방법에 의해 제조된 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 강판을 제공한다.
본 발명의 일측면은 마그네슘 강판에 불소수지 필름을 부착시켜 골링 및 표면 스크래치 문제를 해결하여 외관품질을 향상시킬 수 있고, 불소수지층에 의해 윤활성, 성형성 및 내식성도 확보할 수 있으며, 온간성형 후에는 불소수지층의 제거가 용이하여 별도의 화학 공정이 필요하지 않아 오염물질의 발생이 적고 친환경적인 마그네슘 강판을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 불소수지층이 부착된 마그네슘 강판의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따라 마그네슘 판재에 불소수지층을 부착하는 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 2d-draw bending 시험 후 시편의 표면 상태를 나타낸 것이고, (a)는 불소수지를 부착한 시편에 대한 것이고, (b)는 불소수지를 부착하지 않은 일반 시편에 대한 것이다.
도 4는 불소수지를 부착하지 않은 마그네슘 강판이 성형과정에서 금형에 달라붙은 모습을 나타낸 것이다.
본 발명은 소지강판으로 마그네슘 강판을 사용하고 있는데, 과거에는 주로 주조 또는 다이캐스팅 방법을 통해 마그네슘 소재를 제작해 왔으나, 가공기술의 발달로 판재 형태로 생산이 가능해졌고, 이러한 마그네슘 강판을 이용한 제품 적용이 점차 확대되어 가고 있는 추세이다.
이러한 마그네슘 강판 성형품은 기존 주조 또는 다이캐스팅 제품에 비해 내부 결함이 적어 더 얇은 두께로도 동일한 강성을 얻을 수 있다. 따라서 자동차, 비행기 같은 경량화가 중요한 수송기기의 경우 기존 스틸 또는 알루미늄이나 마그네슘 다이캐스팅 부품을 마그네슘 강판 부품으로 대체할 경우 더욱 큰 무게 절감효과를 얻을 수 있는 장점도 있다.
그러나, 마그네슘 강판의 경우 소재 특성상 상온 성형이 불가능하여 성형시 250℃ 이상에서 온간 성형을 실시하는데, 일반적으로 이 경우 윤활제가 금형이나 소재에 달라붙어 윤활성에 문제를 발생시키고, 또한 골링이나 표면 스크래치에 의한 외관품질의 저하도 가져오는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 일측면은 마그네슘 강판 위에 불소수지층을 형성시키는 방법을 통해 성형시 금형과 마그네슘 블랭크의 직접적인 접촉을 차단하여 골링이나 표면 스크래치가 발생하는 것을 방지하고, 이에 따라 마그네슘 강판의 외관 품질을 향상시킬 수 있다. 또한, 불소수지층은 낮은 표면에너지로 인해 성형시 윤활효과도 발생시키기 때문에 마그네슘 강판의 성형성 확보에도 기여할 수 있으며, 불소지층에 의한 내식성 효과도 얻을 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 마그네슘 강판에 접착제 공급롤을 이용하여 접착제를 도포시키는 단계, 상기 접착제가 도포된 마그네슘 강판에 불소수지 공급롤을 이용하여 불소수지층을 도포시키는 단계 및 상기 불소수지층이 도포된 마그네슘 강판을 부착롤을 이용하여 불소수지층과 마그네슘 강판을 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 마그네슘 강판의 제조방법의 일례를 도1을 통해 간략히 살펴보면, 먼저 한 쌍의 가이드롤(7)을 통해 마그네슘 강판(1)이 공급되고, 공급된 마그네슘 강판(1)은 한 쌍의 접착체 공급롤(4)을 거친다. 이 때 접착제가 마그네슘 강판의 일면 또는 양면에 도포될 수 있다. 그 후 한 쌍의 불소수지 공급롤(5)에 의해 공급된 고상의 불소수지 필름(결합 후 불소수지층 형성(2))이 한 쌍의 불소수지 부착롤(6)에 의해 부착되게 된다. 이러한 공정은 연속적인 공정으로 적용 가능하며, 그 구현이 용이하다. 도2를 살펴보면, 마그네슘강판(1)에 불소수지층(2)이 형성되고, 상기 마그네슘강판과 불소수지층 사이에 접착제(3)가 존재한다.
화학적으로 코팅하는 방법으로 불소수지층을 형성시키게 되면 성형 후에 불소수지층을 제거하기가 용이하지 않고, 이를 위해서는 화학 처리가 필요하기 때문에 상당량의 오염물질을 발생시켜 환경오염을 일으키는 문제점이 있다. 따라서, 접착제를 도포한 후에 불소수지층을 부착시키는 기계적 방법을 통해 친환경적인 마그네슘 강판을 얻을 수 있는 것이다. 또한, 이러한 기계적 제조방법은 기존의 스프레이 코팅, 스퍼터링, PVD 공법 등에 의한 불소수지 코팅법에 비해 공정이 단순하고 제조가 용이한 장점이 있다.
이를 통하여, 본 발명은 상기와 같은 불소수지층 및 접착제를 마그네슘 강판의 일면 또는 양면에 형성시킬 수 있다. 일측의 롤에 의하여 접착제, 불소수지가 공급되는 경우 마그네슘 강판의 일면에만 불소수지층을 형성시킬 수 있으며, 양측의 롤에 의하여 접착제 및 불소수지가 공급되는 경우 마그네슘 강판의 양면에 불소수지층을 형성시킬 수 있다.
이때, 상기 불소수지층은 PTFE(Polytetra Fluoro Ethylene) 및 PFA(Perfluoroalkoxy) 계열의 불소수지 중 1종으로 이루어질 수 있다. 상기 불소수지는 그 융점이 230℃ 이상인 것이다. 더불어 이러한 특성을 갖는 불소수지는 본 발명이 제어하는 불소수지 범위에 포함될 수 있다.
또한, 상기 불소수지층의 두께는 0.05~0.5㎜인 것이 바람직하다. 만약, 상기 두께가 0.05㎜ 미만이면 불소수지층이 너무 얇아 상기 외관품질 향상 및 성형성 확보 효과가 미미한 문제가 있고, 반대로 상기 두께가 0.5㎜를 초과하면 경제성 측면에서 바람직하지 않고, 원활한 성형을 위한 금형과 블랭크 사이의 간격 확보에 어려움이 있다.
또한, 상기 불소수지층을 마그네슘 강판에 부착시키기 위해 그 사이에 접착제층을 형성시킬 필요가 있는데, 이와 같이 접착제를 이용한 기계적 방법으로 불소수지층을 부착시키는 것은 성형 후 불소수지층을 제거하는 과정에서 별도의 화학 처리 공정 없이 불소수지층을 제거할 수 있도록 하여 친환경성에 기여하기 위함이다.
이때 상기 접착제는 폴리 올레핀(Polyolefin), 폴리 아마이드(Polyamide), 폴리 에스테르(Polyester) 및 합성 고무 계열의 열가소성 수지 중 1종 일 수 있다. 또한, 상기 접착제의 융점은 250℃ 이하인 것이 바람직한데, 이는 상기 불소수지층의 효율적인 제거에 기여하는 것으로, 상기 마그네슘 강판을 통상적으로 250℃ 정도에서 온간성형을 행하게 되므로 성형 후 접착체층이 용융되게 되고, 이에 따라 성형 후 불소수지층의 기계적 제거가 매우 용이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 이러한 특성을 갖는 접착제로 불소수지층을 사용하게 되면 온간성형 후 불소수지층의 제거가 용이하여 별도의 화학 공정이 필요하지 않아 오염물질의 발생이 적고 친환경적인 마그네슘 강판을 얻을 수 있다.
화학적으로 코팅하는 방법으로 불소수지층을 형성시키게 되면 성형 후에 불소수지층을 제거하기가 용이하지 않고, 이를 위해서는 화학 처리가 필요하기 때문에 상당량의 오염물질을 발생시켜 환경오염을 일으키는 문제점이 있다. 따라서, 접착제를 도포한 후에 불소수지층을 부착시키는 기계적 방법을 통해 친환경적인 마그네슘 강판을 얻을 수 있는 것이다. 또한, 이러한 기계적 제조방법은 기존의 스프레이 코팅, 스퍼터링, PVD 공법 등에 의한 불소수지 코팅법에 비해 공정이 단순하고 제조가 용이한 장점이 있다.
본 발명의 일측면은 상술한 제조방법에 의하여 제조된 마그네슘 강판을 제공한다.
이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하지만, 이는 본 발명의 보다 완전한 설명을 위한 것이고, 하기 개별실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
( 실시예 )
Numisheet'93에 실린 2d-draw bending benchmark 문제를 기준으로 하여 마그네슘 판재에 대한 2d-draw bending 시험을 실시하였다. 성형 시험은 유압식 50톤 더블 액션 타입(double action type) 온간성형기로 실시하였다. 시험 조건은 BHF(블랭크 홀딩력, Blank Holding Force)는 0.5톤, Punch speed는 1mm/s이고, 성형온도는 금형 및 블랭크 모두 250℃로 설정하였고, 블랭크는 금형 내에서 가열되었다. 사용된 Mg 소재는 AZ31B이며 블랭크의 두께는 1mm이다.
불소수지층에 따른 효과의 차이를 확인하기 위하여 불소수지층이 부착된 시편과 부착되지 않은 시편에 대해 각각 시험을 실시하였다. 불소수지가 부착된 시편의 경우, 시편의 양쪽 면에 불소수지를 부착하였으며, PVB(polyvinyl butyral) 계열의 접착제를 사용하였고, 부착된 불소수지의 두께는 0.1mm이다. 불소수지가 부착된 시편의 시험에서는 별도의 윤활제가 사용되지 않았으나, 불소수지가 부착되지 않은 시편의 경우 윤활을 위해 실리콘 오일을 사용하였다.
실험 후 결과를 도3에 사진으로 찍어 나타내었는데, 불소수지를 부착한 시편의 경우 시험 전 표면 상태와 동일한 표면 상태를 얻어 외관 품질이 매우 우수함을 확인할 수 있었으나, 불소수지를 부착하지 않고 실리콘 오일을 사용하여 윤활한 경우 스크래치에 의해 표면 손상이 발생한 것을 확인할 수 있다.
이는 불소수지가 부착된 시편의 경우 불소수지층이 물리적으로 금형과 블랭크의 직접적인 접촉을 차단하는 반면, 실리콘 오일 같은 액체 윤활제의 경우에는 상호간 접촉에 의해 마찰이 발생하기 때문이다. 또한, 이와 같이 블랭크와 금형이 접촉한 상태로 수십 회 이상 온간 성형이 실시될 경우, 도 4에서 보는 바와 같이 골링에 의해 마그네슘 소재가 금형에 달라붙게 되고, 상기 달라붙은 소재는 블랭크에 손상을 가하므로 제거되어야 하며 이는 작업성을 저하시키는 원인이 된다.

Claims (7)

  1. 마그네슘 판재의 제조방법에 있어서,
    상기 마그네슘 판재에 접착제 공급롤을 이용하여 접착제를 도포시키는 단계;
    상기 접착제가 도포된 마그네슘 판재에 불소수지 공급롤을 이용하여 불소수지층을 도포시키는 단계 및 상기 불소수지층이 도포된 마그네슘 판재를 부착롤을 이용하여 불소수지층과 마그네슘 판재를 결합시키는 단계를 포함하는 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착제 및 불소수지층은 마그네슘 판재의 한면 또는 양면에 결합시키는 것을 특징으로 하는 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 불소수지층의 두께는 0.05~0.5㎜인 것을 특징으로 하는 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 불소수지층은 PTFE(Polytetra Fluoro Ethylene) 및 PFA(Perfluoroalkoxy) 계열 중 1종인 것을 특징으로 하는 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착제는 열가소성 수지이고, 융점이 250℃ 이하인 것을 특징으로 하는 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 접착제는 폴리 올레핀(Polyolefin), 폴리 아마이드(Polyamide), 폴리 에스테르(Polyester) 및 합성 고무 계열의 열가소성 수지 중 1종인 것을 특징으로 하는 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법.
  7. 삭제
KR1020110062989A 2011-06-28 2011-06-28 표면품질, 성형성 및 내식성이 우수한 마그네슘 판재의 제조방법 및 그에 의하여 제조된 마그네슘 판재 KR101309884B1 (ko)

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