KR102055682B1 - 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅방법 - Google Patents

마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법은 (a)단계인 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계와 (b)단계인 상기 (a)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 금속간 화합물을 형성하는 단계와 (c)단계인 상기 (b)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금 소재에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 단계 및 (d)단계인 상기 (c)단계를 수행한 후에 마그네슘 합금소재를 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명은, Mg-Al 금속간 화합물인 Mg17Al12층 및 Mg2Al3를 형성하여 고내식성을 확보할 수 있으며, 일정시간이 경과 시에 색상의 노화로 인한 변색이 없이 다양한 컬러의 광택을 그대로 유지할 수 있으면서 경량화 및 처리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

Description

마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅방법{High Corrosion Resistant Surface Treatment Coating Method of Magnesium Die-Casting Alloy}
본 발명은 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성을 확보하기 위한 표면처리 코팅방법에 관한 것으로서, 도장하기 전에 논크롬 코팅처리 기술인 NCP 공정처리 기술에 의한 Mg-Al 금속간에 화합물층을 형성하여 내식성을 강화시켜서 부식현상의 발생을 방지할 수 있기 때문에 보다 향상된 제품 신뢰성을 확보할 수 있는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 표면처리 코팅방법에 관한 것이다.
최근 통신부품에 대한 산업 기술이 발달함에 따라 경량소재의 물성 및 이에 대한 개발이 집중되고 있으며, 특히 마그네슘(Mg)은 구조용으로 이용되는 마그네슘(Mg)은 구조용으로 이용되는 금속 재료 중에서 가장 가벼운 금속으로 알려져 있고, 밀도는 1.74(g/cm2,상온)이며, 알루미늄(Al), 타이타늄(Ti) 및 철(Fe) 등의 다른 금속에 비하여 현저하게 낮은 밀도를 가지고 있다.
한편, 마그네슘은 종래의 플라스틱에 비해 강성 및 강도가 우수하고 가공성이 우수하며, 박형화가 가능하여 설계, 정밀금형, 정밀가공, 금속공학, 도장 등 여러 분야의 기술을 필요로 하는 고정밀, 고부가가치의 제품으로 자동차, 우주항공, 전기, 전자 통신부품 소재 분야에서 사용량이 급속히 확대되고 있는 실정이다. 또한, 마그네슘합금은 마그네슘에 각종 원소를 첨가하여 기계적 강도를 갖게 한 경합금으로, 컴퓨터, OA기기, 비디오, 오디오, MD/CD 플레이어 케이스, 텔레비전 프레임, 휴대용 전자기기, 노트북 컴퓨터, MP3 플레이어, 디지털 카메라, TV 카메라, 액정프로젝터 등과 같은 경량성 고강도를 요하는 전기전자 및 정보통신 주요부품의 재료이고, 핸들, 센터페시아, 실린더 헤드 및 환기팬과 같은 차량의 주요부품의 재료이며, 낚시용이나 등산용 등의 고급 경량화 스포츠용품 주요부품의 재료이고, 우주항공분야의 신소재로 적용되고 있다.
그러나, 마그네슘합금은 비교적 낮은 표준전극전위를 가지고 있어서 내식성이 매우 취약하므로, 마그네슘합금의 표면처리를 반드시 필요로 하고 있으며. 또한, 마그네슘합금 제품의 외관 특성 및 내마모 특성 등과 같은 표면 기능을 향상시키기 위해서도 표면처리가 요구된다.
한편, 금속 표면에 화학처리로 산화막이나 무기염의 얇은 피막을 형성하는 것을 화성처리라 하는데, 이는, 방식, 피막, 도색, 착색 등의 우수한 성질을 금속에 적용하기 위함이다.
등록특허공보 제10-0967713호는 마그네슘합금의 표면처리방법 및 표면처리된 마그네슘합금에 관한 것으로, 마그네슘합금의 표면을 화학 처리하는 단계, 화학 처리된 마그네슘합금의 표면을 내식코팅 조성물로 내식코팅하는 단계, 내식 코팅된 마그네슘합금의 표면을 도장용 조성물로 도장하는 단계를 포함하여 마그네슘합금 표면의 내식성을 향상시키는 마그네슘합금의 표면처리방법에 대하여 개시하고 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 기술에서는 마그네슘합금의 표면을 화학 처리하는 단계 및 내식코팅을 하는 단계에서 화학물질이 사용되어 화학 폐기물이 발생하는 문제점이 있으며, 마그네슘합금의 화학처리 공정에서 마그네슘 판재의 표면을 탈지, 탈지한 마그네슘 판재의 표면을 세정, 세정한 마그네슘 판재의 표면을 에칭, 에칭한 마그네슘 판재의 표면을 세정, 세정한 마그네슘 판재의 표면을 탈스머트, 탈스머트한 마그네슘 판재의 표면을 세정하는 각각의 단계를 포함하여 복잡한 공정으로 인한 경제적으로 손실이 발생되고 있다.
또한, 마그네슘 합금 소재의 부식에 매우 취약한 단점을 극복하기 위한 다양한 후막 코팅(약 수십 ㎛) 공정들이 적용되고는 있으나, 전자기기 부품 소재의 적용 특성상 표면처리 후의 마그네슘 산화 코팅층의 두께가 수 ㎛ 정도로 얇아야 하며, 내부식 및 내마모 특성이 우수한 산화층을 형성하면서 균일한 코팅 처리 기술이 요구되고 있다.
한편, 알루미늄 합금 소재(Al2O3)인 경우 내식성을 강화하기 위한 도장 부위에서 스크래칭이 발생되기 쉽고 또한 산화피막이 형성되어 변색이 발생되고 있으나, 마그네슘 합금 소재는 상기와 같이 내식성 내마모성이 높고, 광택도가 높을 뿐만 아니라, 광택도가 높을 뿐 아니라 균일하고 다양한 색조를 갖기 때문에 최근의 휴대용 스마트 기기 등에서 미려하며 장식성이 우수한 Ni도금층 표면에 고내식성 컬러 산화피막층을 갖는 금속소재로 크게 각광을 받고 있으며, 산업이 발달하고 생활이 윤택해지면서 금속의 고유한 특성을 그대로 갖고 있으면서도 각종 생활용품이나 장식, 금속공예품 등에 적용이 가능한 고기능, 고부가가치를 얻을 수 있는 다양한 색조개념을 반영한 컬러 금속소재에 대한 수요가 증가되고 있어, 금속소재에 컬러 산화피막층을 형성하여 컬러 색조를 얻고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
금속소재에 컬러 산화피막층을 형성시키는 방법으로 종래에는 금속소재의 표면에 직접 컬러도료로 도장을 하여 착색을 하거나, 아연도금, 금도금, 크롬도금 등을 실시하거나, 컬러 코팅 조성물로 코팅한 후 열처리하여 색상을 발현하는 방법이 이용되고 있으나, 종래의 기술과 같이 금속소재에 컬러 산화피막층을 형성시키는 방법은 처리비용이 고가이거나, 다양한 색상을 구현하는 데 한계가 있었으며, 제조후 세척, 이물질과의 반복접촉, 긁힘 등에 의한 코팅층의 마모, 박리 등으로 인해 변색되거나 광택도가 떨어지며 일정시간이 경과 시에 색상이 노화되는 문제점이 있었다.
또한, 상기한 종래의 마그네슘 다이캐스팅 합금의 제조방법으로는 NCP(non-chromate Plate) 공정에 의하여 다양한 색상의 컬러 산화피막층이 형성된 금속소재를 얻을 수 있었으나, 단순한 NCP 코팅 공정과 도장공정에 의해서는 내식성의 신뢰성을 보증할 수 없는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-0967713호 (2010.06.25)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 본 발명은, NCP 공정 단계 및 도장 공정 이전에 Al 스퍼터링 코팅과 확산 열처리에 의하여 금속간 화합물 층을 형성시킴으로 인하여 고내식성을 확보할 수 있으며, 일정시간이 경과 시에 색상의 노화로 인한 변색이 없이 다양한 컬러의 광택을 그대로 유지할 수 있으면서 경량화 및 처리 비용을 절감할 수 있는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법은, 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계(S-a); 상기 (S-a)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 금속간 화합물을 형성하는 단계(S-b); 상기 (S-b)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금 소재에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 단계(S-c); 및 상기 (S-c)단계를 수행한 후에 마그네슘 합금소재를 도금하는 단계(S-d); 를 포함할 수 있다.
상기 Al 코팅 및 Mg-Al 금속간 화합물을 형성하는 단계는, 마그네슘 합금소재에 Al을 박막 증착 코팅하는 Al에 의한 스퍼터링 코팅 단계와, 상기 Al이 코팅된 마그네슘 합금소재에 금속간 화합물을 형성하기 위하여 확산 열처리 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 마그네슘 합금소재에 형성된 금속간 화합물은, Mg17Al12, Mg2Al3인 것을 특징으로 한다.
마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계는, 주조처리 단계로서 마그네슘 합금소재를 주조 처리하는 단계(S-1); 상기 마그네슘 합금소재를 주조 처리한 상기 (S-1)단계 이후에 마그네슘 합금소재 표면의 이물질과 불순물을 제거하기 위해 표면에 연마하는 실시하는 사상단계(S-2); 상기 마그네슘 합금소재 표면을 연마한 (S-2)단계 이후에 주조 처리한 마그네슘 합금소재 표면에 잔존하는 이물질인 산화피막을 제거하기 위한 샌드 블라스트단계(S-3); 상기 마그네슘 합금소재의 표면에 잔존하는 산화피막을 제거한 (S-3)단계 이후에 실시하는 머시닝 가공 단계(S-4); 인 것을 특징으로 한다.
마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 금속간 화합물을 형성하는 단계는, 마그네슘 합금소재에 Al을 박막 증착 코팅하는 Al에 의한 스퍼터링 코팅단계(S-5)와; 상기 (S-5)단계에 의하여 Al이 코팅된 마그네슘 합금소재에 금속간 화합물을 형성하기 위하여 확산 열처리 단계(S-6); 인 것을 특징으로 한다.
상기 마그네슘 합금 소재에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 단계는, 논크롬으로 코팅 처리하는 NCP공정 단계(S-7); 상기 논크롬으로 코팅 처리된 마그네슘 합금표면을 건조하는 열처리 단계(S-8); 도장을 수행하기 위하여 마그네슘 합금 표면에 마스크를 부착하는 마스킹 처리 단계(S-9); 상기 마스크 부착 후에 액상도장을 수행하여 내식성을 강화하기 위한 하도도장 단계(S-10); 상기 하도도장된 마그네슘 합급을 건조하는 열처리 단계(S-11); 상기 하도도장을 수행한 마그네슘 합금 표면에 분말도장인 미장성, 방식성을 증대하는 상도도장 단계(S-12); 상기 상도도장된 마그네슘 합급을 건조하는 열처리 단계(S-13); 상기 도장이 완료된 마그네슘 합금 표면의 마스크를 제거하는 단계(S-14);인 것을 특징으로 한다.
마그네슘 합금소재의 표면에 도금하는 단계는, 마그네슘 합금소재의 표면에 Cu, 또는 Ni 도금 공정을 수행하는 단계(S-16); 상기 (S-16) 단계 이후에 Ag 도금 공정을 수행하는 단계(S-17);인 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 내식성 표면처리 코팅 방법은, NCP 공정 단계 및 도장 공정 이전에 Al 스퍼터링 코팅과 확산 열처리에 의하여 Mg-Al 금속간 화합물 층을 형성시킴으로 인하여 고내식성을 확보할 수 있으며, 일정시간이 경과 시에 색상의 노화로 인한 변색이 없이 다양한 컬러의 광택을 그대로 유지할 수 있으면서 경량화 및 처리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 고내식성 표면처리 코팅된 마그네슘 다이캐스팅 합금의 SST(Salt mist Spray Test)에 의한 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 갖는 것으로 해석될 수 없다.
본 발명에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅방법을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a)단계 : 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계; (b)단계 : 상기 (a)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 Mg-Al 금속간 화합물을 형성하는 단계; (c)단계 : 상기 (b)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금 소재에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 단계; 및 (d)단계 : 상기 (c)단계를 수행한 후에 마그네슘 합금소재를 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 상세하게는, 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅방법은 상기 (a)단계로서, 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계는, (S-1)단계인 마그네슘 합금소재를 주조 처리하는 단계와, (S-2)단계인 상기 (S-1)단계 이후에 상기의 주조 후처리 단계로서, 주조 처리된 이후에 마그네슘 합금소재 표면의 이물질(이형물질)와 불순물(유기물)을 제거하기 위하여 표면을 연마하는 사상(grinding 공정)단계와, (S-3)단계인 주조 처리한 마그네슘 합금소재 등 금속물질의 표면을 깨끗하게 마무리하는 공정으로서, 금속물질 표면에 잔존하는 이물질인 주물사 및 산화피막을 제거하는 샌드 블라스트(Sand Blast)단계와, (S-4)단계인 밀링공정으로서 머시닝(Machining) 공정 단계를 포함한다.
상기 (b)단계는, 상기 (a)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 금속간 화합물을 형성하는 단계로서, (S-5)단계인 마그네슘 합금소재에 Al을 박막 증착 코팅하는 Al에 의한 스퍼터링 코팅(Al Sputtering Coating)단계와, (S-6)단계인 Al이 코팅된 Mg 금속 소재인 Mg-Al 금속간 화합물을 형성하기 위하여 확산 열처리 단계를 포함한다.
상기 (c)단계는, 상기 (b)단계를 처리한 이후에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 공정으로서, 우선 먼저 도장 전처리 공정은, 도장을 수행하기 이전 단계로서 도장 전 표면에 논크롬 코팅 처리인 NCP(Non Chromate Plating, Al 산화피막을 형성))를 형성하여 도장 이전에 표면을 코팅하는 공정을 먼저 수행한 이후에 도장을 진행한다. 보다 상세하게 공정 단계를 구분하면, (S-7)단계인 논크롬으로 코팅 처리하는 NCP(Non Chromate Plate)공정 단계와, (S-8)단계인 열처리 단계를 포함한다.
상기 (c)단계에서, 도장 전처리 공정을 모두 수행한 이후에는 내식성을 강화하기 위하여 도장(Coating)단계를 수행한다. 보다 상세하게는, 금속 표면에 부식을 방지하기 위하여 (S-9)단계인 마스킹(Masking) 처리 단계와, (S-10)단계로서 액상도장을 수행하여 내식성을 강화하기 위한 하도도장(Primer Coating) 단계와, (S-11)단계인 열처리 단계와, (S-12)단계로서 분말도장을 수행하여 미장성, 기능성 및 방식성을 증대하기 위한 상도도장(Top Coating) 단계와, (S-13)단계인 열처리 단계와, (S-14)단계인 마스킹 제거 단계를 포함하며, 이와 같이 일련의 도장단계는 금속 전체 표면에 녹이 슬지 않도록 도장을 수행하여 부식을 방지한다. 이상과 같이 도장을 실시한 이후에는 (S-15)단계와 같이 도장 제품이 생성된다.
상기 (d)단계는, 도장 금속 제품이 보다 향상된 전기적인 특성이 나타날 수 수 있도록 수행하는 도금(Plated)공정 단계로서, (S-16)단계인 Cu, 또는 Ni 도금단계와, (S-17)단계인 Ag 도금단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법의 전체 공정 단계를 순차적으로 나타내는 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마그네슘(Mg) 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법은, 상기 (a)단계로서, 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계로 이루어진다.
도시된 바와 같이 우선 먼저 주조처리 단계로서 마그네슘 합금소재를 주조 처리한다((S-1).
상기 마그네슘 합금소재를 주조 처리한 상기 (S-1)단계 이후에 실시하는 사상(Grinding 공정)단계로서, 마그네슘 합금소재 표면의 이물질(이형물질)과 불순물(유기물)을 제거하기 위하여 표면을 연마한다(S-2).
또한, 상기 마그네슘 합금소재 표면을 연마한 (S-2)단계 이후에 실시하는 샌드 블라스트(Sand Blast)단계로서, 주조 처리한 마그네슘 합금소재 등 금속물질의 표면을 깨끗하게 마무리하는 공정으로서, 금속물질 표면에 잔존하는 이물질인 주물사 및 산화피막을 제거한다(S-3).
상기 (S-3)단계는 금속 또는 세라믹 블레이드(metallic or ceramic blades), 사포(emery paper) 또는 브러쉬 중 어느 하나에 의하여 수행될 수 있다. 이는 마그네슘 합금소재 표면에서 반복적인 운동에 의하여 수행된다.
상기 마그네슘 합금소재의 표면에 잔존하는 이물질인 주물사 및 산화피막을 제거한 (S-3)단계 이후에 실시하는 밀링공정으로서 머시닝(Machining) 가공 공정 단계를 수행한다(S-4).
이와 같이, 상기 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계인 (a)단계는 주조 처리된 마그네슘 합금소재의 표면을 깨끗하게 이물질 및 산화피막을 제거하는 공정이다.
다음으로는, (b)단계로서, 상기 (a)단계인 주조 처리한 마그네슘 합금소재 등 금속물질의 표면에 잔존하는 이물질인 산화피막을 제거한 이후에 수행하는 단계로서, 마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 금속간 화합물을 생성한다.
보다 상세하게는, 주조 처리한 마그네슘 합금소재 등 금속물질의 표면에 잔존하는 이물질인 산화피막을 제거한 이후 침식을 방지하여 내식성을 강화하기 위하여 마그네슘 합금소재에 Al에 의한 박막 증착 코팅하는 Al 스퍼터링 코팅(Al Sputtering Coating)단계를 수행한다(S-5).
이와 같이 마그네슘 합금소재 표면에 Al에 의하여 박막 증착시키는 스퍼터링 코팅을 실시하는 이유는 마그네슘 합금소재에 스크래칭(Scrach) 등이 발생할 경우에 마그네슘 합금소재가 공기 중의 Cl- 또는 So4 2 + 등과 화학반응이 진행되어 부풀어 오르면서 터지는 현상이 발생되어 침식현상이 진행될 수 있으며, 이로 인하여 마그네슘 합금소재의 양이 침식되어 그 양이 점차적으로 줄어드는 현상이 발생될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위하여 Al에 의한 스퍼터링 공정에 의한 코팅층을 형성하여 내식성을 강화시킴으로 침식현상의 발생을 방지한다,
또한, 마그네슘 합금소재에 Al에 의하여 스퍼터링 코팅 처리된 (S-5)단계 이후에 Al이 코팅 처리된 마그네슘 합금소재인 Mg-Al에 금속간 화합물을 형성하기 위하여 확산 열처리 단계를 실시한다(S-6).
이는 마그네슘 합금소재와 스퍼터링 코팅처리된 Al 소재 간에 열처리 확산에 의하여 금속간 화합물이 생성될 수 있도록 한다.
보다 상세하게는, Al의 습식에 의한 도금 공법으로 수행되는 경우에는 도금 공정 자체가 불가능하기 때문에, 본 발명에 따르면, Al을 건식도금에 의하여 마그네슘 합금소재의 표면에 도금 공정에 의한 스퍼터링 코팅을 수행한 이후에 열처리 공정을 진행하여 마그네슘 합금소재 표면에 Mg17Al12 및 Mg2Al3인 금속간 화합물을 형성시켜서 내식성을 강화하는 마그네슘 금속 합금층(layer)을 형성한다.
한편, 종래의 내식성을 강화하기 위한 방법으로서 PEO(Plasma Electrolytic Oxidation) 코팅 또는 마그네슘 합금소재에 특수원소를 첨가하여 내식성을 강화하는 방법이 있으나, PEO 코팅의 경우에는 전도성이 없기 때문에 Al 전도성 코팅 후 도금을 하는 공정에서는 적용이 불가능하며, 마그네슘 합금소재에 특수원소를 첨가하는 방법은 아직 기술적으로 미숙한 단계에 있기 때문에, 따라서 본 발명에서는 내식성 강화하기 위하여 상기와 같이 마그네슘 합금소재 표면에 Al 전도성 스퍼터링 코팅 후 열처리 확산에 의한 Mg17Al12 및 Mg2Al3인 금속간 화합물층을 형성시킨 후에 Cu, 또는 Ni 도금 및 Ag 도금을 진행한다,
다음으로는, (c)단계로서, 상기 (b)단계인 마그네슘 합금소재 표면에 Al 전도성 스퍼터링 코팅 후 열처리 확산에 의한 Mg17Al12 및 Mg2Al3인 금속간 화합물층을 형성시킨 이후에 수행하는 단계로서, 상기 (b)단계를 처리한 이후에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 공정이다.
먼저 도장 전처리 공정은, 도장을 수행하기 이전 단계로서 도장 전에 표면에 NCP(Non Chromate Plating, Al 산화피막을 형성))를 형성하여 도장 이전에 표면을 코팅하는 공정을 먼저 수행한 이후에 도장을 진행한다. 보다 상세하게 공정 단계를 구분하면,
금속간 화합물층인 Mg17Al12 및 Mg2Al3 층을 도장 처리하기 전에 논크롬 코팅 처리하는 NCP(Non Chromate Plate)공정 단계를 수행한다(S-7).
상기 논크롬 코팅 처리하는 NCP(Non Chromate Plate)공정인 (S-7)단계를 수행한 후 건조과정으로서 논크롬 코팅 처리된 마그네슘 합금표면을 건조하는 열처리 단계를 수행한다(S-8).
상기 (c)단계에서, 도장 전처리 공정인 (S-7)단계인 NCP 공정단계 및 (S-8)단계인 열처리 단계를 모두 수행한 이후에는 내식성을 강화하기 위하여 도장(Coating)단계를 수행한다.
보다 상세하게, 상기 도장단계는 금속 표면에 부식을 방지하기 위한 도장공정을 수행하기 위하여 우선 먼저 도장 전처리 과정을 마친 마그네슘 합금소재 표면에 마스크를 부착하는 마스킹(Masking) 처리한다(S-9).
마스킹 처리된 마그네슘 합금소재 표면에 내식성을 강화하기 위한 액상도장인 하도도장(Primer Coating)을 실시한다(S-10).
하도도장을 실시한 마그네슘 합금소재를 건조하기 위하여 열처리 단계를 수행한다(S-11).
상기 열처리되어 건조된 마그네슘 합금소재에 미장성, 기능성 및 방식성을 증대하기 위한 분말도장인 상도도장(Top Coating)을 실시한다(S-12).
상기 상도도장을 실시한 마그네슘 합금소재를 건조하기 위하여 열처리 단계를 수행한다(S-13).
상기 (S-13)인 열처리 단계를 마친 마그네슘 합금소재에서 마스크를 제거하는 마스킹 제거 단계를 실시한다(S-14).
이와 같이 일련의 도장 전처리 및 도장단계에 의하여 금속 전체 표면에 녹이 슬지 않도록 하여 부식을 방지한다.
이상과 같이 (c)단계인 도장 전처리 및 도장 을 실시한 이후에는 도장된 마그네슘 합금이 생성된다(S-15).
상기 (d)단계는, 도장된 마그네슘 금속합금이 보다 향상된 전기적인 특성이 나타날 수 있도록 수행하는 도금(Plated)공정 단계이다.
도금 공정 단계는, Cu, 또는 Ni 도금 공정을 수행하는 단계(S--16)와, Ag 도금 공정을 수행하는 단계(S-17)를 실시한다.
도 2는 도 1에 도시된 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, (a)는 노멀한 마그네슘 합금소재에 대한 층(layer)별 특성을 나타낸 도면이고, (b)는 금속간 화합물층(Mg17Al12 및 Mg2Al인)이 형성된 마그네슘 합금소재에 대한 층(layer)별 특성을 나타낸 도면이다.
(b)에 도시된 바와 같이 마그네슘 합금소재의 표면 상부층에 금속간 화합물층인 (Mg17Al12 및 Mg2Al3)층이 형성됨을 알 수 있으며, 이와 같이 형성된 금속간 화합물층에 의하여 내식성이 강화되어 마그네슘 합금소재에 스크레치가 발생되더라도 부식을 억제하여 침식 현상을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 3은 본 발명에 따른 고내식성 표면처리 코팅된 마그네슘 다이캐스팅 합금의 SST(Salt mist Spray Test)에 의한 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도시된 바와 같이, 상기 (S-1)단계 ~ (S-6) 단계를 수행하여 진행된 Mg17Al12인 금속간 화합물을 형성된 마그네슘 합금소재를 크로스 컷(cross-cut)하여 SST 테스트를 수행한 경우로서, 크로스 컷된 마그네슘 합금소재에 염소 분무를 실시하여 약 30일(4weeks)인 720 시간이 경과한 후의 크로스 컷 부위의 침식 상태를 나타낸 도면이다.
도 3과 같이 우측의 노멀한 마그네슘 합금소재인 경우에는 크로스 컷 부위에서 침식이 발생되었으나, 좌측의 Al 코팅된 마그네슘 합금소재인 경우에는 침식이 거의 발생되지 않았음을 확인할 수 있으며, 이와 같이 상기와 같은 Mg17Al12 및 Mg2Al3 및 Mg2Al3인 금속간 화합물층을 형성함으로써 부식을 억제할 수 있음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 마그네슘 다이캐스팅 합금의 내식성 표면처리 코팅 방법은, Mg-Al 금속간 화합물층인 Mg17Al12 및 Mg2Al3층을 형성하여 고내식성을 확보할 수 있으며, 일정시간이 경과 시에 색상의 노화로 인한 변색이 없이 다양한 컬러의 광택을 그대로 유지할 수 있으면서 경량화 및 처리 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의하여 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처할 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
(a)단계 : 주조 및 주조 후처리 공정
(b)단계 : Al 스퍼터링 코팅 및 금속간 화합물층 형성 공정
(c)단계 : 도장 전처리 및 도장 공정
(d)단계 : 도금 공정

Claims (7)

  1. 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계(S-a);
    상기 (S-a)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금소재에 Al 코팅 및 금속간 화합물을 형성하는 단계(S-b);
    상기 (S-b)단계를 수행한 이후에 마그네슘 합금 소재에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 단계(S-c); 및
    상기 (S-c)단계를 수행한 후에 마그네슘 합금소재를 도금하는 단계(S-d);
    를 포함하여 이루어지며,
    상기 (S-b)단계는,
    마그네슘 합금소재에 Al을 박막 증착 코팅하는 Al에 의한 스퍼터링 코팅 단계와,
    상기 Al이 코팅된 마그네슘 합금소재에 금속간 화합물을 형성하기 위하여 확산 열처리 단계인 것을 특징으로 하는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 마그네슘 합금소재에 형성된 금속간 화합물은, Mg17Al12 및 Mg2Al3인 것을 특징으로 하는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 마그네슘 합금소재의 주조 및 주조 후처리 공정단계는,
    주조처리 단계로서 마그네슘 합금소재를 주조 처리하는 단계(S-1);
    상기 마그네슘 합금소재를 주조 처리한 상기 (S-1)단계 이후에 마그네슘 합금소재 표면의 이물질과 불순물을 제거하기 위해 표면에 연마하는 실시하는 사상단계(S-2);
    상기 마그네슘 합금소재 표면을 연마한 (S-2)단계 이후에 주조 처리한 마그네슘 합금소재 표면에 잔존하는 이물질인 산화피막을 제거하기 위한 샌드 블라스트단계(S-3);
    상기 마그네슘 합금소재의 표면에 잔존하는 산화피막을 제거한 (S-3)단계 이후에 실시하는 머시닝 가공 단계(S-4);
    인 것을 특징으로 하는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 마그네슘 합금 소재에 도장 전처리 및 도장을 수행하는 단계는,
    논크롬으로 코팅 처리하는 NCP공정 단계(S-7);
    상기 논크롬으로 코팅된 마그네슘 합금표면을 건조하는 열처리 단계(S-8);
    도장을 수행하기 위하여 마그네슘 합금 표면에 마스크를 부착하는 마스킹 처리 단계(S-9);
    상기 마스크 부착 후에 액상도장을 수행하여 내식성을 강화하기 위한 하도도장 단계(S-10);
    상기 하도도장된 마그네슘 합금을 건조하는 열처리 단계(S-11);
    상기 하도도장을 수행한 마그네슘 합금 표면에 분말도장인 미장성, 방식성을 증대하는 상도도장 단계(S-12);
    상기 상도도장된 마그네슘 합급을 건조하는 열처리 단계(S-13);
    상기 도장이 완료된 마그네슘 합금 표면의 마스크를 제거하는 단계(S-14);
    인 것을 특징으로 하는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 마그네슘 합금소재의 표면에 도금하는 단계는,
    마그네슘 합금소재의 표면에 Cu, 또는 Ni 도금 공정을 수행하는 단계(S-16);
    상기 (S-16) 단계 이후에 Ag 도금 공정을 수행하는 단계(S-17);
    인 것을 특징으로 하는 마그네슘 다이캐스팅 합금의 고내식성 표면처리 코팅 방법.
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