KR20080092236A - 마그네슘합금 부재의 체결구조 - Google Patents
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Abstract
마그네슘합금 부재와, 그 마그네슘합금 부재를 기체에 고정하는 볼트를 가지는 마그네슘합금 부재의 체결구조에 있어서, 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제 판의 표면을 양극 산화처리하고, 판금 프레스 또는 절단에 의해 성형한 좌금을 사용하는 것, 마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변이, 압축 가공에 의해 요부가 형성되고, 가공 경화되어 있는 것, 그 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 좌금이 그 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부에 고착되어 있는 것, 및 철제, 스테인리스 스틸제, 티탄제 또는 동제의 볼트를 사용하는 것에 의해, 저렴한 전해부식 대책, 체결축력 향상이 가능한 마그네슘합금 부재의 체결구조를 얻을 수 있다.
마그네슘합금 부재, 좌금, 볼트, 전해부식, 체결축력, 양극 산화처리
Description
본 발명은 마그네슘합금 부재의 체결구조에 관한 것으로, 구체적으로는 경량화를 필요로 하는 자동차, 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 민생전기ㆍ정보기기, 전동공구, 범용엔진 등의 산업기계 등에 있어서, 볼트를 사용해서 마그네슘합금 부재를 다른 부재에 고정하는 마그네슘합금 부재의 체결구조에 관한 것이다.
마그네슘합금 부재를 다른 부재에 체결시켰을 경우에 두 가지의 문제가 있다. 하나는 마그네슘합금 부재와 철 볼트 등과의 직접접촉 및 수분에 의한 전해부식의 발생이고, 다른 하나는 체결부의 잔존축력의 낮음이다. 전자에 대해서는 마그네슘합금 부재에 도장 등의 표면처리를 실시하는 것(예는, 특허문헌 1, 2 및 3 참조), 철 볼트에 아연도금이나 코팅을 실시하는 것(예를 들면, 특허문헌 4 및 5 참조), 볼트재 자신을 알루미늄합금이나 마그네슘합금으로 하는 것(예를 들면 특허문헌 3 참조) 등에 의해 전해부식을 억제하는 것이 실시되어 있다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2002-188616호
특허문헌 2: 일본 공개특허공보 2003-253480호
특허문헌 3: 일본 공개특허공보 2005-121098호
특허문헌 4: 일본 공개특허공보 2006-077953호
특허문헌 5: 일본 공개특허공보 2006-242213호
그러나, 도장이나 표면처리는 어떠한 요인에 의해 박리되는 경우가 있고, 알루미늄합금이나 마그네슘합금의 볼트는 강도적으로 약하므로 중요부재의 체결에는 경원시되는 경향이 있다. 또, 좌금(座金)에 알루마이트판을 사용하는 경우가 있지만, 일반적으로 비싸서 고객에 의해 다른 부재로 변경되어버리는 경우가 있다. 전해부식은 볼트 탈락의 원인도 되는 심각한 현상이며, 이것에 대한 값이 싸고, 확실한 대책이 확립되어 있지 않은 것이 마그네슘합금 부재의 수요확대의 장애가 되고 있다.
체결부의 잔존축력의 낮음에 대해서는, 마그네슘합금 부재의 잔존 체결력은 알루미늄합금 부재의 잔존 체결력과 비교해서 30% 정도 낮기 때문에, 알루미늄합금 부재를 마그네슘합금 부재로 변경할 때에 체결부의 설계사양을 변경할 필요가 발생한다. 그 때문에 자동차의 부품에 대해서는 새롭게 시작금형을 제작해서 검증할 필요가 발생하여, 거액의 개발 코스트와 개발시간이 필요하게 된다. 이것도 마그네슘합금 부재의 수요확대의 장애가 되고 있다.
마그네슘합금의 체결력 상승을 위해서는 재질로서 내력(耐力), 영율, 크리프 강도가 향상된 것을 사용할 것, 체결방법으로서 좌금 등을 사용하는 체결 좌면(座面)의 확대를 들 수 있다. 영율은 합금의 1차 물성이기 때문에 영율의 향상은 어렵다. 크리프 강도에 대해서는 많은 내크리프성 마그네슘합금이 개발되어 있다. 그러나, 내력을 향상시키는 시도는 이루어지지 않고 있다. 또, 체결 좌면의 확대에 대 해서는 설계상의 제약이 커서, 이 방법에만 의존하는 것은 상기의 시작개발과 동일한 결과를 낳게 된다.
본 발명은 저렴한 전해부식 대책, 체결축력향상이 가능한 마그네슘합금 부재의 체결구조를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명자들은 상기의 목적을 달성하기 위한 방책을 여러 가지로 검토한 결과, 다음 지견을 얻기에 이르었다. 즉, 전해부식 대책이 필요한 부위에 대해서는, 철과 마그네슘의 직접접촉을 피하는 체결구조인 것이 가장 적합하다고 판단되고, 그것을 위해서는 표면을 양극(陽極) 산화처리한 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 좌금을 사용하는 것이 가장 저렴하다고 판단되었다. 또, 체결부재는 고객 등에 의해 손쉽게 변경될 가능성이 있고, 그 방지책으로서 좌금을 마그네슘합금 부재 측에 접착 혹은 용착해 버리는 것을 생각하였다.
다음에 체결축력의 향상이지만, 마그네슘합금 다이캐스팅 부재의 경우, 주조성형으로 각 부위의 강도는 일의적으로 결정되어버리므로, 체결부만 내력을 향상시킬 수 없다. 그러나, 체결부만을 압축 변형시켜서 가공경화 시키는 것에 의해 그 체결부의 내력을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 마그네슘합금 부재의 체결구조는 마그네슘합금 부재와, 그 마그네슘합금 부재를 기체에 고정하는 볼트를 가지는 마그네슘합금 부재의 체결구조에 있어서, 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 판의 표면을 양극 산화처리하고, 판금 프레스 또는 절단에 의해 성형한 좌금을 사용하는 것, 마그네슘합금 부재 의 볼트 체결부 주변이 압축가공에 의해 요부가 형성되고, 가공 경화되어 있는 것, 그 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 좌금이 그 마그네슘합금 부재의 가공경화되어 있는 요부에 고착되어 있는 것, 및 철제, 스테인리스 스틸제, 티탄제 또는 동제(銅製)의 볼트를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 마그네슘합금 부재의 체결구조에 의해 저렴한 전해부식 대책, 체결축력 향상이 가능하게 되고, 알루미늄합금 다이캐스팅 부재의 체결과 동등한 신뢰성을 확보할 수 있게 되어, 자동차, 휴대전화, 노트북 컴퓨터 등의 민생전기ㆍ정보기기, 전동공구, 범용엔진 등의 산업기계의 경량화의 진전이 가능하게 된다.
마그네슘합금 부재의 전해부식 대책이 필요한 부위에 대해서는 전해부식의 발생요인인 이종금속과의 직접접촉, 수분의 존재 중 어느 하나를 확실하게 배제하는 것이 필요하다. 그것으로 좌면에 비전도성의 수지제, 세라믹스제 등의 좌금을 사용하는 것을 들 수 있지만, 좌금의 크랙 등의 문제가 걱정된다. 그래서, 금속 좌금으로의 비전도성의 코팅을 생각할 수 있지만, 도장은 사용시에 벗겨질 가능성이 있다. 그래서, 표면을 양극 산화처리한 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 좌금을 사용하는 것이 바람직하다.
그러나, 일반적으로 알루마이트 좌금은 고가이고, 입수할 수 있는 형상에 자유도가 없다. 그래서, 본 발명에 있어서는 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 판, 바람직하게는 다이캐스팅 주조에 의해 제작된 마그네슘 합금제 또는 알루미 늄 합금제의 판의 표면을 양극 산화처리하고, 판금 프레스 또는 절단에 의해 소망하는 형상으로 성형한 좌금을 사용한다. 따라서, 설계상 허용되는 형상으로, 종래의 좌금ㆍ와셔의 형상에 구애받지 않고, 좌금면적의 확대를 도모할 수도 있다. 이 경우, 좌금의 측면이 양극 산화처리되어 있지 않아도 전해부식 대책상 문제는 없다. 또, 다이캐스팅 주조의 알루미늄 합금제의 좌금을 사용하였을 경우에는, 철 볼트로의 체결에서도 심각한 전해부식은 발생하고 있지 않으며, 다이캐스팅 주조의 알루미늄 합금제의 좌금 표면의 알루마이트가 만일 벗겨졌을 경우라도 안전하다.
마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제 판의 표면의 양극 산화처리는 주지 중 어느 하나의 양극 산화처리방법으로도 실시할 수 있고, 본 발명에 있어서는 양극 산화처리방법에 의해 제한되는 것은 아니다.
다음에, 체결축력의 향상이지만, 다이캐스팅 주조에 의해 제작된 마그네슘합금 부재의 경우, 주조 성형으로 각 부위의 강도는 일의적으로 결정되어버리기 때문에, 체결부 주변만 내력을 향상시킬 수 없다. 그래서, 마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변만을 압축 가공하여 요부를 형성하고, 또, 가공 경화시키는 것에 의해 그 체결부 주변의 내력을 향상시킬 수 있다. 이 경우, 마그네슘합금의 재결정 온도보다 낮은 473K 이하의 온도에서 압축가공을 가하는 것에 의해, 가공경화 정도를 크게 할 수 있어, 체결강도를 30% 이상 향상시킬 수 있다. 예를 들면, 자동차부품에 많이 사용되고 있는 AM50 합금의 다이캐스팅재에 있어서는, 압축가공율 20%에서의 가공경화에 의해 경도를 50% 향상시킬 수 있고, 체결강도도 40% 향상시킬 수 있다. 알루미늄합금 다이캐스팅 부재에 대해서 마그네슘합금 다이캐스팅 부재의 체결 축력은 30% 정도 낮지만, 본 발명에 의해 마그네슘합금 다이캐스팅 부재는 전해부식ㆍ체결축력의 쌍방에 있어서 알루미늄합금 다이캐스팅 부재와 동등한 신뢰성을 달성할 수 있다.
또, 체결부재는 고객 등에 의해 쉽게 변경될 가능성이 있으며, 그 방지책으로서 상기한 바와 같이 해서 제작한 좌금을 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부에 접착제 또는 용착에 의해 고착시켜버리는 것이 바람직하다. 또, 이 경우, 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부의 형상과 좌금의 형상을 동일하게 하는 것에 의해, 외관상의 위화감을 없애고, 쉽게 의해 벗겨지는 것도 방지할 수 있다.
본 발명의 마그네슘합금 부재의 체결구조에 있어서는, 마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변에 좌금을 중첩해서 압축 가공하는 것에 의해서 마그네슘합금 부재에 요부를 형성시키며, 또한 가공경화 시키고, 동시에 그 좌금의 일부 또는 전부를 그 마그네슘합금 부재의 가공 경화하고 있는 요부에 매몰시키고, 압착시킬 수도 있다.
또, 본 발명의 마그네슘합금 부재의 체결구조에 있어서는, 마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변에 좌금을 고착시켜 압축 가공하는 것에 의해서, 마그네슘합금 부재에 요부를 형성시키고, 또, 가공 경화시키고, 동시에 그 좌금의 일부 또는 전부를 그 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부에 매몰시키고, 고착시킬 수도 있다.
본 발명의 마그네슘합금 부재의 체결구조에 있어서는 상기와 같은 구성을 채 용하고 있으므로, 철제, 스테인리스 스틸제, 티탄제 또는 동제의 볼트를 사용하여도 전해부식의 문제는 발생하지 않는다.
이하에, 실시예 및 비교예 에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예
1∼6 및
비교예
1∼3
판두께 2mm의 알루미늄 압연판 (A7075=Al-5.5%Zn-1.6%Cu-1.5%Mg-0.3%Mn- 0.2%Ti), 다이캐스팅 주조에 의해서 제조한 판두께 2mm, A4사이즈의 마그네슘합금판 (AZ91=Mg-9%Al-0.7%Zn-0.2%Mn) 및 다이캐스팅 주조에 의해 제조한 판두께 2mm, A4 사이즈의 알루미늄합금판 (ADC12=Al-11%Si-2.5%Cu)을 준비하였다. 이것들의 판재를 양극 산화처리하고, 판금 프레스에 의해 두께 2mm, 외경 18mm, 홀 직경 10mm의 좌금을 제작하였다. 또, 동일형상의 철(SS400)제의 좌금을 준비하였다.
마그네슘 체결부를 모방하여, AM50 합금(Mg-5%A1-0.2%Mn) 다이캐스팅 판재로부터 제작한 두께 15mm, □100mm×200mm의 판재에 그 길이방향의 중심선을 따라서 직경 10mm의 관통구멍을 4군데 설치하고 시험편으로 하였다. 체결 상대재로서 ADC12 합금 다이캐스팅 판재로부터 제작한 두께 10mm, □100mm×200mm의 판재에, AM50 합금판재 시험편의 관통구멍에 대응하는 위치에 직경 10mm의 관통구멍을 설치하고 시험편으로 하였다. 이것들의 시험편에는 화성처리는 실시하지 않았다.
AM50 합금판재 시험편의 체결부 4군데에 각각 프레스에 의한 압축가공에 의해 외경 18mm, 깊이 2mm의 요부를 형성하였다. 이 요부를 형성한 AM50 합금판재 시 험편과 ADC12 합금판재 시험편을 중첩하고, 그 4군데의 요부에 상기의 A7075 알루미늄 압연판, ADC12 알루미늄합금 다이캐스팅판, AZ91 마그네슘합금 다이캐스팅판으로 제작한 3종류의 좌금, 및 SS400 철제 좌금을 각각 1개 접착하였다. 그것들의 시험편을 10mm 직경의 철제(아연도금 없음)의 볼트로 체결하였다.
이것들의 체결구조에 대해서 염수분무 시험법(JIS Z 2371)에 의한 염수분무시험을 실시하고, 염수분무 144시간 후의 체결부의 두께감소를 측정하였다. 그 결과는 표 1에 나타내는 바와 같았다.
또, AM50 합금판재 시험편과 ADC12 합금판재 시험편을 중첩하고, 표 2에 나타내는 재질의 두께 2mm, 외경 18mm, 홀 직경 10mm의 좌금을 AM50 합금판재 시험편의 볼트 체결부 주변에 접착시키고, 10mm 직경의 철제(아연도금 없음)의 볼트로 체결한 체결구조(비교예 2 및 비교예 3), 표 2에 나타내는 재질의 두께 2mm, 외경 18mm, 홀 직경 10mm의 좌금을 AM50 합금판재 시험편의 볼트 체결부 주변에 접착시키고, 압축 가공하는 것에 의해서 AM50 합금판재 시험편에 요부를 형성시키고, 가공 경화시키고, 동시에 그 좌금의 전부를 AM50 합금판재 시험편의 가공 경화되어 있는 요부에 매몰시키고, 고착시킨 AM50 합금판재 시험편과 ADC12 합금판재 시험편을 중첩하고, 10mm 직경의 철제(아연도금 없음)의 볼트로 체결한 체결구조(실시예 4), AM50 합금판재 시험편의 체결부에 프레스에 의한 압축가공에 의해 외경 18mm, 깊이 2mm의 요부를 형성하고, 이 요부를 형성한 AM50 합금판재 시험편과 ADC12 합금판재 시험편을 중첩하고, 그 요부에 표 2에 나타내는 재질의 두께 2mm, 외경 18mm, 홀 직경 10mm의 좌금을 접착하고, 10mm 직경의 철제(아연도금 없음)의 볼트로 체결한 체결구조(실시예 5 및 6)에 대해서, 볼트를 토크렌치로 1000kgf로 체결시키고, 24 시간경과 후의 볼트를 풀 때의 잔존 체결력을 측정하였다. 그 측정 결과는 표 2에 나타내는 바와 같았다.
Claims (7)
- 마그네슘합금 부재와, 그 마그네슘합금 부재를 기체에 고정하는 볼트를 가지는 마그네슘합금 부재의 체결구조에 있어서,마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제 판의 표면을 양극 산화처리하고, 판금 프레스 또는 절단에 의해 성형한 좌금을 사용하는 것,마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변이 압축가공에 의해 요부가 형성되고, 가공 경화되어 있는 것, 그 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제의 좌금이 그 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부에 고착되어 있는 것, 및철제, 스테인리스 스틸제, 티탄제 또는 동제의 볼트를 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재의 체결구조.
- 제 1 항에 있어서,다이캐스팅 주조에 의해 제작한 마그네슘 합금제 또는 알루미늄 합금제 판의 표면을 양극 산화처리하고, 판금 프레스 또는 절단에 의해 성형한 좌금을 사용하는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재의 체결구조.
- 제 1 항에 있어서,마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변이 473K이하의 온도에서의 압축가공에 의해 요부가 형성되고, 가공 경화되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재 의 체결구조.
- 제 3 항에 있어서,마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부의 형상과 좌금의 형상이 동일한 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재의 체결구조.
- 제 1 항에 있어서,고착이 접착제 또는 용착에 의해 실시되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재의 체결구조.
- 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변에 좌금을 중첩하여 압축 가공하는 것에 의해서 마그네슘합금 부재에 요부가 형성되고, 가공 경화되어 있으며, 그 좌금의 일부 또는 전부가 그 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부에 매몰되고, 압착되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재의 체결구조.
- 제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,마그네슘합금 부재의 볼트 체결부 주변에 좌금을 고착시켜 압축 가공하는 것에 의해서 마그네슘합금 부재에 요부가 형성되고, 가공 경화되고 있으며, 그 좌금의 일부 또는 전부가 그 마그네슘합금 부재의 가공 경화되어 있는 요부에 매몰되 고, 고착되어 있는 것을 특징으로 하는 마그네슘합금 부재의 체결구조.
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