KR102473755B1 - 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 시, 소재 전체에 균일한 도금이 이루어질 수 있는 도금방법을 제공한다.
이를 위하여, 분말야금단조 가공된 소재를 준비하는 단계; 상기 분말야금단조 소재의 ??칭유 및 스케일을 제거하기 위한 탈지 단계; 상기 탈지된 분말야금단조 소재의 돌출부를 제거하기 위한 1차 바렐 연마 단계; 상기 1차 바렐 연마된 분말야금단조 소재의 표면 조도를 조절하기 위한 2차 바렐 연마 단계; 및 상기 2차 바렐 연마 처리된 분말야금단조 소재에 경질크롬도금을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 방법을 제공한다.

Description

분말야금단조 소재의 경질크롬도금 방법{HARD CHROMIUM PLATING METHOD FOR POWDER FORGED PARTS}

본 발명은 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 방법에 대한 것이며, 보다 상세하게는 도금이 잘 되지 않는 분말야금단조 소재에도 양호한 품질의 도금이 형성되게 할 수 있는 경질크롬도금 방법에 대한 것이다.

경질크롬도금은 불용성 양극을 이용하여 도금액 속의 크롬산에서 전기분해에 의해 크롬을 소재 표면에 석출시키는 도금 방법으로서, Cu, Ni 등 하지도금 없이 직접 두껍게 도금이 이루어진다. 경질크롬도금은 도금층이 가지는 경도 및 내마모성이 우수하고, 마이크로 크랙에 의한 자체 윤활성이 양호하기 때문에 내부식 및 내마모성 재료로 널리 사용되고 있다.

한편, 분말야금단조(powder forging) 공정은 열기계적 분말 공정(thermomechanical powder metallurgy) 기술의 하나로서, 유사 실형상(near net shape)의 분말 프리폼 성형공정과 소결공정 및 열간단조공정으로 구성되며, 신뢰성 있는 부품 제조가 가능하다는 장점이 있다.

그러나 분말야금단조에 의해 얻어지는 소재는 함유하고 있는 기공이 주물소재처럼 많고, 발청 방지 및 ??칭처리를 위하여 ??칭유를 함침시키는 것이 일반적이어서, 경질크롬도금을 적용하고자 할 경우 도금액 온도변화에 따라 소재 내부의 기공에서 ??칭유가 도금액으로 배출되기 때문에, 균일한 도금에 어려움이 있었다.

특히, 고전류 부위와 저전류 부위의 도금 상태가 균일하지 않은 문제가 있었다. 즉 소재의 모서리와 같은 부위는 전류가 집중되는 고전류부가 되어 도금이 과도해지고, 소재의 오목한 부위는 전류밀도가 낮은 저전류부가 되어 도금이 되지 않거나 도금 두께가 매우 얇게 되는 현상이 발생되었다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 시, 소재 전체에 균일한 도금이 이루어질 수 있는 도금방법을 제공하기 위한 것이다.

또한, 본 발명은 밀착성이 개선된 경질크롬도금 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명에 따른 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 방법은 아래와 같은 공정으로 이루어진다.

분말야금단조 가공된 소재를 준비하는 단계;

상기 분말야금단조 소재의 ??칭유 및 스케일을 제거하기 위한 탈지 단계;

상기 탈지된 분말야금단조 소재의 돌출부를 제거하기 위한 1차 바렐 연마 단계;

상기 1차 바렐 연마된 분말야금단조 소재의 표면 조도를 조절하기 위한 2차 바렐 연마 단계; 및

상기 2차 바렐 연마 처리된 분말야금단조 소재에 경질크롬도금을 수행하는 단계.

탈지 단계는 약산성 분위기에서 이루어지는 것이 바람직하다.

분말야금소결 공정에서는 성형 후 600℃ 정도에서 소결이 이루어는데, 이때 표면에 산화스케일이 형성된다. 따라서 탈지 공정에서는 방청유 외에 이러한 스케일도 함께 제거가 이루어진다.

또한 탈지는 초음파를 이용하여 이루어질 수 있고 탈지 시간은 20~30분이 적절하다. 탈지 시간이 20분보다 짧으면 잔류 ??칭유가 존재하게 되고, 30분이면 거의 완전한 탈지가 이루어진다.

탈지 온도는 70~90℃가 바람직하다. 탈지 온도는 60℃ 전후로 유지되는 경질크롬도금의 도금액 온도보다 약 10℃ 이상 높은 온도로 하는 것이 ??칭유의 배출이 원활하고 이후 도금 공정에서 도금액 내에 ??칭유가 배출되지 않아 바람직하다. 반면, 탈지 온도가 90℃보다 높으면 산성 탈지제의 특성 상 소재를 탈지액에서 외부로 꺼낼 때 순식간에 산화피막이 발생되고 건조됨으로 인해 얼룩 불량이 발생된다.

한편, 소재의 형상에 모서리와 같이 날카로운 돌출부가 존재하면 이 부분에서는 전류밀도가 높아져 도금이 과도하게 집중되는 문제가 생긴다. 따라서 이러한 부분을 제거하기 위해 본 발명에서는 1차 바렐 연마 공정이 채택된다.

일반적으로 바렐 연마는, 처리 대상 제품을 연마석, 물, 콤파운드 등과 함께 장입하여 회전, 원심선회, 진동, 왕복운동 등을 통한 마찰이 이루어지게 함으로써 스케일 또는 버(burr)를 제거하는 공정이다.

1차 바렐 연마 공정은 정삭 바렐 연마 또는 중삭 바렐 연마로서 이루어질 수 있다.

1차 바렐 연마는 4~6시간 정도로 하는 바람직하며, 4시간 정도가 더욱 바람직하다. 4시간보다 짧을 경우 분말야금소재의 모서리에 날카로운 부위가 여전히 존재하여 이후 도금 작업 시 전류가 이 부분에 집중되어 과도금되는 현상이 발생한다. 반면, 6시간을 초과할 경우에는 소재의 모서리가 깨지는 현상이 발생하여 불량의 원인이 된다.

또한 본 발명에서는 소재에 균일한 도금이 이루어지도록 소재 표면 조도를 개선하기 위해 1차 바렐 연마에 이어 2차 바렐 연마를 수행한다.

2차 바렐 연마는 광택 바렐 연마 공정으로서 이루어질 수 있다. 2차 바렐 연마는 4~6시간 정도로 연마하는 것이 바람직하며, 4시간 정도가 더욱 바람직하다. 4시간 보다 짧을 경우에는 분말야금소재의 표면 조도 개선이 충분히 이루어지지 않아 표면적이 넓어서 도금속도가 늦어진다. 반면 6시간을 초과할 경우에는 소재의 표면 조도 개선, 즉 광택도의 향상이 없어서 시간만 소비된다.

전술한 바렐 처리가 이루어진 소재에 경질크롬도금을 할 경우 양호한 도금이 이루어질 수 있다. 이때, 바렐 연마 후 대기 상태에서의 산화스케일이 발생하는 것을 방지하기 위하여, 도금 작업은 바렐 연마 후 5시간 이내에 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 도금 시에는 밀착성을 높이기 위해 높은 전류 밀도에서 짧은 시간 동안 스트라이크 도금이 먼저 이루어지는 것이 보다 바람직하다.

또한, 도금이 종료된 소재의 기공에는 크롬도금액이 잔류할 수 있고, 경질크롬도금의 도금액은 강산성이어서 소재 내에 잔류할 경우에는 부식을 유발할 수 있어, 본 발명에서는 잔류 도금액을 제거하기 위한 공정이 추가된다. 이를 위해 약알칼리성 용액으로 소재를 처리하여 기공에 남아 있는 크롬도금액을 배출시킨다.

본 발명에 따르면 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 시, 소재의 특정 부위에 과도한 도금 또는 미도금의 발생이 없이 소재 전체에 균일한 도금이 이루어지는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따르면 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 시 밀착성이 개선될 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 경질크롬도금된 분말야금단조 소재의 사진이다.
도 2는 비교예의 조건에 따라 경질크롬도금된 분말야금단조 소재의 사진이다.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 통해 보다 상세히 설명한다.

먼저 피도금물로서 분말야금단조 처리된 소재를 준비하였다. 본 실시예에서 소재는 강재 부품으로서 디젤 엔진 인젝션 펌트의 연료분사 조절장치에 사용되는 부품이다.

상기 소재에 대해 전처리로서 탈지 공정을 수행하였다. 탈지 공정은 약 80℃의 약산성 탈지액(탈지제: ACE clean)에 소재를 침지하고 초음파로 20분 동안 탈지함으로써 이루어졌다. 이러한 탈지 공정에 의해서 소재에 함침된 ??칭유를 제거하였다.

이어서, 소재에 대해 1차 바렐 연마를 수행하였다. 1차 바렐 연마는 정삭 바렐 연마로서 이루어졌다. DP6 연마석을 이용하여 연마석과 소재의 부피비를 70%대 30%로 하여 장입하고, 물 50ℓ와 콤파운드로서 유니샤인 #700 500㎖를 사용하였다. 용액 조건은 pH 7 및 실온으로 하고 4시간 동안 바렐 연마를 실시하였다.

이러한 1차 바렐 연마에 의해 소재의 날카로운 모서리 부위가 연마되었다.

1차 바렐 연마 후 2차 바렐 연마를 통해 소재의 표면조도를 조정하는 공정을 실시하였다.

2차 바렐 연마는 DP6 세라믹 연마석을 이용하여 연마석과 소재의 부피비를 70%대 30%로 하여 장입하고, 물 50ℓ와 콤파운드로서 유니샤인 #700 500㎖를 사용하였다. 용액 조건은 pH 7 및 실온으로 하고 4시간 동안 바렐 연마를 실시하였다.

이와 같은 2차 바렐 연마에 의해서는 소재의 표면 조도가 균일하게 개선되었다.

다음으로, 1차 바렐 연마 및 2차 바렐 연마된 소재에 대해 다음 공정으로서 도금 공정을 실시하였다.

도금 작업은 바렐 작업 공정 후 5시간 내에 실시하여야 대기 상태에서의 표면 산화로 인한 도금불량을 예방할 수 있다.

먼저, 원활한 도금을 위해 에칭 공정을 DC 4V에서 약 10초간 수행하여, 금속불순물을 포함하는 표면 피막을 제거하였다.

이어서, 도금의 평활성과 밀착성이 향상되도록 경질크롬도금 전에 스트라이크 도금을 수행하였다. 스트라이크 도금은 비중 20, 온도 58℃의 용액에서 50초간 8V의 전압을 인가하여 이루어졌다.

이어서, 경질크롬도금 공정을 수행하였다. 도금은 무수크롬산(CrO₃) 200g/l, 황산 2g/l의 조성의 도금액에서 온도 58℃에서 이루어졌다.

도금이 종료된 뒤에는 실온에서 수돗물에 의한 수세를 하였다.

한편, 수세를 한 뒤에도 소재의 기공에는 크롬도금액이 잔류할 수 있다. 경질크롬도금의 도금액은 강산성이어서 소재 내에 잔류할 경우에는 부식을 유발할 수 있어 제거할 필요가 있다.

이를 위해 약알칼리성 용액을 이용하여 80℃에서 20분간 처리하여 소재의 기공에 남아 있는 크롬도금액을 배출시켰다. 마지막으로, 실온에서 수세 후 열풍 건조를 통해 제품의 후처리를 완료하였다.

이상과 같은 처리에 의해, 도 2의 사진에 나타난 것과 같은 최종 처리된 소재를 획득하였다. 사진으로부터 소재의 모든 부위에 균일하게 경질크롬도금이 이루어진 것을 육안으로도 확인할 수 있었다.

한편, 본 발명 실시예의 효과를 비교하기 위해 탈지와 바렐 연마 조건을 바꾼 비교예를 수행하였다.

[비교예1]

실시예와 다른 조건은 동일하게 하되 탈지 공정을 다르게 하였다. 즉 40℃에서 알칼리성 탈지액을 사용하여 초음파로 10분 탈지를 수행한 뒤, 1차 바렐 연마 및 2차 바렐 연마에 이어 경질크롬도금을 하였다. 비교예1에 따라 처리된 소재는 도금 중에 ??칭유가 누출되어 도금이 양호하게 이루어지지 않았다.

[비교예2]

실시예와 다른 조건은 동일하게 하되 탈지 공정을 다르게 하였다. 40℃에서 중성 탈지액을 사용하여 초음파로 10분 탈지를 수행한 뒤, 1차 바렐 연마 및 2차 바렐 연마에 이어 경질크롬도금을 하였다. 비교예2에 따라 처리된 소재도 도금 중에 ??칭유가 누출되어 도금이 양호하게 이루어지지 않았다.

이로부터 탈지액의 종류, 탈지 온도 또는 시간 등에 따라 도금 결과가 달라짐을 확인할 수 있었다.

[비교예3]

비교예3에서는 실시예와 동일한 공정 조건으로 작업을 하되, 1차 바렐 연마 만 하고 2차 바렐 연마 없이 경질크롬도금을 하였다. 그 결과 저전류 부위에서 도금이 충분히 이루어지지 않은 현상이 발생되었다.

이상과 같은 실시예와 비교예들의 공정과 결과를 표 1에 기재하였다.

공정 조건		실시예	비교예1	비교예2	비교예3
탈지조건	탈지액	약산성	알칼리성	중성	약산성
	탈지온도	80℃	40℃	40℃	80℃
	탈지시간	20분	10분	10분	20분
바렐연마실시	1차 바렐 연마	실시	실시	실시	실시
	2차 바렐 연마	실시	실시	실시	미실시
도금 결과		양호	불량	불량	불량

표 1로부터 본 발명의 실시예에 따른 탈지 조건에서 1차 바렐 연마 및 2차 바렐 연마를 하는 경우 분말야금단조 소재에 대한 경질크롬도금의 품질을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

이러한 결과는 도면으로부터도 확인 가능한데, 본 발명의 실시예에 따라 도금된 도 1의 소재는 도금 상태가 양호함을 알 수 있다. 반면, 도 2의 (a)와 (b)는 각각 비교예1과 비교예2에 의해 도금된 소재로서 탈지가 충분히 이루어지지 않은 상태에서 도금되어 ??칭유 누출로 인한 얼룩이 형성되었음을 확인할 수 있고, 도 2의 (c)는 비교예3에 의해 도금된 소재로서 오목한 저전류 부위에서 도금이 충분히 이루어지지 않았음을 확인할 수 있다.

Claims (10)

1. 분말야금단조 가공된 소재를 준비하는 단계;
   상기 소재의 ?칭유 및 스케일을 제거하기 위해, 80℃의 약산성 탈지액에 소재를 침지하고 초음파로 20분 동안 탈지하는 단계;
   상기 탈지된 소재의 돌출부를 제거하기 위해 연마석과 소재의 부피비를 70%대 30%로 하여 장입하고, 실온에서 4시간 동안 정삭 바렐 연마를 실시하는 1차 바렐 연마 단계;
   상기 1차 바렐 연마된 분말야금단조 소재의 표면 조도를 조절하기 위해, 세라믹 연마석을 이용하여 연마석과 소재의 부피비를 70%대 30%로 하여 장입하고, 실온에서 4시간 동안 광택 바렐 연마하는 2차 바렐 연마 단계;
   도금의 평활성과 밀착성이 향상되도록 58℃의 용액에서 50초간 스트라이크 도금을 수행하는 단계;
   무수크롬산(CrO₃) 200g/l, 황산 2g/l 조성 및 58℃의 도금액에서 경질크롬도금을 수행하는 단계;
   상기 경질크롬도금된 소재에 대해 약알칼리성 용액을 이용하여 80℃에서 20분간 처리하여 소재의 기공에 잔류하는 크롬도금액을 배출시키는 단계; 및
   실온에서 수세 후 열풍 건조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말야금단조 소재의 경질크롬도금 방법.
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