KR20090056196A - 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내구 강성이 필요한 고급 차량의 내장용 기능성 장식품을 마그네슘 합금으로 적용하여 제조하되, 마그네슘 합금을 기능성 장식품 형상으로 다이캐스팅을 하여 주조품을 제조하고, 장식 유효 표면을 연마한 후 3가 크롬으로 장식용 도금을 하여 최종 기능성 장식 제품을 만들 수 있도록 한 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 중량%로서 마그네슘(Mg)을 주성분으로 하고, 여기에 알루미늄(Al) 8.3~9.7, 아연(Zn) 0.4~1.0, 망간(Mn) 0.15~0.5, 실리콘(Si) 0.1 이하, 구리(Cu) 0.03이하, 니켈(Ni) 0.002이하, 철(Fe) 0.005 이하가 함유된 마그네슘 합금을 다이캐스팅 주조 공법으로 소저의 형상의 기능성 장식품으로 주조하는 단계와; 주조 제품에 대한 표면을 연마하는 단계와; 연마된 표면에 구리, 니켈, 3가 크롬 도금을 차례로 실시하여 3개 층의 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법을 제공한다.

마그네슘 합금, 기능성 장식품, 차량 내장용, 제조 방법

Description

마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법{Method for manufacturing cluster molding using Mg alloy}

본 발명은 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내구 강성이 필요한 고급 차량의 내장용 기능성 장식품을 마그네슘 합금으로 적용하여 제조하되, 마그네슘 합금을 기능성 장식품 형상으로 다이캐스팅을 하여 주조품을 제조하고, 장식 유효 표면을 연마한 후 3가 크롬으로 장식용 도금을 하여 최종 기능성 장식 제품을 만들 수 있도록 한 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법에 관한 것이다.

최근 자동차의 고급화에 따라 차량 내부에 금속 색감 및 질감의 장식 부품을 사용하고 있다.

일반적으로 이러한 장식품은 플라스틱 사출 부품에 표면 처리를 하는 것으로 실버 페인팅에서부터 플라즈마를 이용한 금속 코팅에 이르기까지 다양하게 이루어지고 있으며, 실질적인 금속 질감을 위해 알루미늄 등의 금속 소재를 사용하기도 한다.

이러한 대부분의 장식품은 기능적인 면이 없으나, 일부의 장식품은 주변의 부품을 지탱하거나 자체적인 형상 변형이 없어야 하는 기능성이 요구된다.

이러한 차량 내장용 기능성 장식품은 내구 강성과 표면 미려함이 동시에 필요한 바, 외국 경쟁사 및 국내 자동차 업체의 경우 기능성 장식품으로 아연 다이캐스팅 제품을 사용해 왔는데, 이는 녹는점이 낮고 주조성이 좋아 제작하기가 용이하고 표면 처리가 쉽기 때문이다.

그러나, 아연 다이캐스팅 제품은 밀도가 높아 무게가 무겁고, 최근 가격 상승으로 제품 단가가 높은 단점을 가지고 있으며, 기존의 장식품에 사용되고 있는 소재의 물리적 기계적 성질은 아래의 표 1에 나타낸 바와 같다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 마그네슘 합금을 기능성 장식품 형상으로 다이캐스팅을 하여 주조품을 제조하고, 장식 유효 표면을 연마한 후 3가 크롬으로 장식용 도금을 하여 최종적인 기능성 내장 장식품을 제조할 수 있도록 함으로써, 기존 아연 다이캐스팅 제품을 대체하여 동일한 역할(내구 강 성이 필요한 기능성 장식품)을 할 뿐만 아니라, 경량화 및 원가절감을 실현할 수 있는 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 중량%로서 마그네슘(Mg)을 주성분으로 하고, 여기에 알루미늄(Al) 8.3~9.7, 아연(Zn) 0.4~1.0, 망간(Mn) 0.15~0.5, 실리콘(Si) 0.1 이하, 구리(Cu) 0.03이하, 니켈(Ni) 0.002이하, 철(Fe) 0.005 이하가 함유된 마그네슘 합금을 다이캐스팅 주조 공법으로 소저의 형상의 기능성 장식품으로 주조하는 단계와; 주조 제품에 대한 표면을 연마하는 단계와; 연마된 표면에 구리, 니켈, 3가 크롬 도금을 차례로 실시하여 3개 층의 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법을 제공한다.

바람직한 구현예로서, 상기 도금층에서 각 도금 두께는 Cu: 20~40㎛, Ni: 8~15㎛, 크롬(Cr): 0.3~0.6㎛로 이루어진 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 주조하는 단계에서, 2캐비티이면서, 각 캐비티의 중간부분에 용탕 주입구가 형성되며, 각 캐비티의 입구에 게이트를 10개씩 형성시킨 금형을 이용한 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

기존에 아연 또는 플라스틱을 이용하여 기능성 장식품을 제조하였지만, 본 발명에서는 마그네슘 합금을 이용하여 제조함에 따라, 기존 아연 부품 대비 70% 경량화를 이룰 수 있다.

또한, 마그네슘 합금으로 만들어진 기능성 장식품에 표면 연마후, 3개층의 도금층 두께를 최적화시킴으로써, 최소의 비용으로 기능성 장식용 부품으로서의 역할을 충분히 수행할 수 있다.

또한, 주조 단계에서 사용되는 금형의 구조를 게이트 수를 증가하는 등의 구조로 개선하여, 주조품 표면에 미세한 웰드라인이 생성되는 문제점을 제거할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 차량의 실내 장식용 기능성 장식품을 제조하고자 한 것으로서, 이 기능성 장식품은 주변의 부품을 지탱하거나 자체적인 형상 변형이 없어야 하며 외관미를 고려한 표면 처리로 운전자가 만족하는 디자인이어야 한다.

기능성 장식품 중 대표적인 예로서, 첨부한 도 1은 클러스터 주위를 지지해 주며 광택을 나타내는 클러스터 몰딩 제품을 보여 주고 있는 바, 이러한 클러스터 몰딩 제품 뿐만 아니라 다른 기능성 장식품의 경우도 표면 처리가 잘 되어 있어야 하고, 강성이 높아 구조적으로 변형 없이 구조물을 지탱하고 있어야 한다.

이에, 본 발명은 차량 내장용 기능성 장식품(예를 들어, 도 1에 나타낸 클러스터 몰딩)을 마그네슘 합금으로 제조하되, 이 마그네슘 합금(AZ91D)은 하기의 표 2에 나타낸 바와 같이, 중량%로서 마그네슘(Mg)을 주성분으로 하고, 여기에 알루미늄(Al) 8.3~9.7, 아연(Zn) 0.4~1.0, 망간(Mn) 0.15~0.5, 실리콘(Si) 0.1 이하, 구리(Cu) 0.03이하, 니켈(Ni) 0.002이하, 철(Fe) 0.005 이하가 함유된 것을 이용한다.

기존에는 플라스틱 및 이 보다 기계적 성질이 우수한 아연 소재를 사용하고 있는데, 표 1에서 보듯이 아연이 갖는 탄성계수나 항복강도가 플라스틱에 비해 매우 높다.

본 발명에 따른 기능성 장식품(특히, 클러스터를 지지하고 있는 몰딩 부품)을 제조하기 위해 사용된 마그네슘 합금은 AZ91D 합금으로 표 3에서 보는 바와 같이 그 기계적 성질을 보면 플라스틱에 비해 탄성계수와 항복강도가 높아 변형없이 구조적으로 지지하는 부품을 제조하는데 문제가 없으며, 또한 아연 합금에 비해 연성이 적어 제조하는 과정에서 변형이 적어 치수 안정성을 확보할 수 있다.

이에, 본 발명은 마그네슘 합금을 기능성 장식품을 제조하는 소재로 채택한 것이다.

또한, 본 발명에서 선정한 마그네슘 합금(AZ91D 합금)은 다이캐스팅을 위한 주조성이 매우 우수한 소재로 불순물 최소화로 내식성과 물성, 가격 경쟁력이 상대적으로 우수하여, 본 발명의 기능성 장식품 제조에 가장 적절한 합금이라 하겠다.

여기서, 본 발명의 기능성 장식품에 대한 제조 방법을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

본 발명의 기능성 장식품을 다이캐스팅 공법으로 제조하되, 제조시 주조 방안 선정이 중요하므로, 그 거시적인 선정 과정은 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2의 (a) 도면에서 보듯이, 기존 방안은 한쪽 끝에서 용탕이 채워져 나가는 방식을 택하였으나, 채워지는 끝 부분에서 냉각이 빨리 되어 품질이 균일하게 되지 않는 것으로 분석되었고, 또한 생산성을 높이기 위해 2 캐비티(Cavity) 금형을 제조해야 하는데, 용탕 주입구와 게이트 장착에 있어 두 제품을 연결하는 런너 길이가 불균일한 단점을 가지고 있으며, 동일하게 할 경우 런너 길이가 너무 길어지는 문제점이 따른다.

본 발명은 이러한 단점을 보완하기 위해 도 2의 (b)와 같이, 제품 중간에서 용탕이 공급되는 방안을 채택하고, 런너의 길이도 동일하게 양분함으로써, 용탕의 냉각이 미리 이루어지는 것을 방지할 수 있다.

첨부한 도 3은 이렇게 선정된 주조 방안을 상세하게 최적화하는 단계를 보여주고 있다.

용탕의 흐름을 좋게 하기 위해, 런너(runner)가 2개로 갈라지는 부분을 볼록형상에서 점차 음각으로 변경하였는 바, 이때 가장 중요한 것은 표면 결함이므로 볼록으로 할 경우 제품의 표면이 깨끗하지 못한 문제가 있었다.

제품 표면은 장식용 도금이므로 웰드라인(weld line)없이 깨끗해야 하고, 또한 결함없이 우수한 표면 특성을 갖는 주조품을 얻을 수 있어야 한다.

이에, 본 발명의 주조 과정에서 게이트를 각각 10개씩 설치하였고, 그 이유는 초기에는 게이트를 4개에서 7개로 증가시켰으나, 주조품 표면에 미세한 웰드라인이 생성되어 후공정에서 지속적으로 문제가 되기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는 최종적으로 게이트를 10개로 증가시킬 경우 이러한 문제가 대폭 축소됨을 감안하여, 거시적 및 상세적인 주조 과정을 거쳐 최종적인 주조방안을 도 3의 (c)로 선정하였다.

첨부한 도 4는 도금하기 전에 장식면을 표면 연마한 주조품을 보여주고 있다.

장식품 표면 연마는 불순물을 완전히 제거해야만 이후 도금 공정에서 문제가 없도록 실시하는 것으로서, 주조품의 변형없이 표면 연마를 하는 것이 매우 중요하다.

첨부한 도 5는 본 발명의 방법을 설명하는 공정 개략도를 보여주고 있다.

상기한 두 단계는 주조품에 대한 공정이며, 이후는 주조품의 전기도금에 대한 공정도이다.

전기 도금에 대한 공정변수(전류, 시간, 용액 등)는 널리 알려진 것이며, 이러한 공정변수의 변경에 따라 각 도금층의 두께가 달라지게 되지만, 본 발명에서는 구리. 니켈, 3가 니켈 도금을 실시하여 3개 층의 도금층을 형성해준다.

본 발명에서 중요한 것은 전기 도금된 각 층의 구성과 그 두께이다.

즉, 차량 내장용 기능성 장식품으로 사용 가능하게 하는 표면 처리 결과물이 중요한 것이다.

도 6은 다이캐스팅으로 제조한 부품을 표면 처리한 완제품을 보여 주고 있는데, 환경 친화적인 3가 크롬 도금을 하여 장식용 광택을 낸 것이며, 도 7은 이에 대한 분석을 위해 단면을 절단하여 관찰한 광학현미경 사진이다.

도 7의 사진에서 보는 바와 같이, 장식용 크롬 도금은 여러 금속 층으로 구성되어 있는데, 마그네슘 합금의 경우 아연 합금과는 다르며, 특히 주조품의 전처리후에 Cu 층이 있어야 한다.

본 발명에 따른 제품의 장식용 도금시 각 층의 두께는 Cu: 20~40㎛, Ni: 8~15㎛, Cr: 0.3~0.6㎛로 구성되어 있다.

이러한 각 도금층 두께 범위는 차량 내장용 기능성 장식품의 역할을 충분히 할 수 있는 조건이다.

즉, 본 발명의 도금층 범위를 벗어나면 기능성 장식용 부품으로서의 역할을 하지 못하는 것이며, 더 두껍게 된다면 비용 증가를 초래하므로, 제품의 장식용 도금시 각 층의 두께는 Cu: 20~40㎛, Ni: 8~15㎛, Cr: 0.3~0.6㎛가 최적이라 하겠다.

이와 같이, 본 발명에 따르면 마그네슘 합금을 기재로 하여 다이캐스팅 주조 공정에서 게이트의 위치 및 갯수를 변경시켜 주조를 실시하고, 표면 연마후, 전기 도금에 의한 3가 크롬 도금을 실시하여 각 도금층의 두께를 장식품 역할을 충분히 하면서 비용을 최소화시킬 수 있는 두께로 최적화킬 수 있다.

본 발명의 기능성 장식품에 대한 실험예로서, 염수분무 시험을 실시하였다.

첨부한 도 8은 본 발명 기능성 장식품(클러스터 몰딩재)의 최종 제품에 대한 염수분무 시험후의 사진을 나타낸다.

즉, 24시간 동안 염수에 클러스터 몰딩재를 노출시킨 후, 그 표면을 관찰하였는 바, 유효면의 부식이 없어 부품 적용시 문제가 없는 것으로 평가되었다.

또한, 96시간 염수분무 노출과 내수성 분무시험 264시간에서도 유효면의 부식이 없는 것으로 평가되었다.

본 발명의 기능성 장심품에 대한 다른 실험예로서, 통상의 내열 반복 시험을 실시하였다.

첨부한 도 9는 본 발명의 제품을 클러스터에 실제로 장착하여 내열 반복 시험을 한 후의 사진을 나타낸다.

시험결과, 최종 제품의 비틀림, 변형, 균열, 잔금 등의 변화가 없기 때문에 부품 적용시 문제가 없는 것으로 평가되었으며, 또한 내광성 시험에서도 도금 외관의 변화가 없이 만족하였다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마그네슘 클러스터 몰딩 제품의 경우, 차량 내장용 기능성 장식 부품으로 유용하게 적용할 수 있으며, 물론 다른 내구 강성이 필요한 자동차 내장용 장식품을 제조하여 사용할 수 있으며, 특히 본 발명의 기능성 장식품(클러스터 몰딩재)의 경우 마그네슘 합금을 사용함에 따라 기존 아연 부품 대비, 70% 경량화를 이룰 수 있다(아연 제품: 170g, 마그네슘 제품: 50g).

도 1은 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법중 대표적인 클러스터 몰딩재를 보여주는 사진,

도 2는 본 발명의 기능성 장식품을 다이캐스팅 공법으로 제조하되, 제조시 주조 금형에 대한 선정 방안을 설명하는 사진,

도 3은 본 발명의 기능성 장식품을 다이캐스팅 공법으로 제조하되, 제조시 주조 금형에 대한 선정예를 설명하는 사진,

도 4는 본 발명의 공정중 도금하기 전에 장식면을 표면 연마한 후, 주조품을 보여주는 사진,

도 5는 본 발명의 방법을 설명하는 공정 개략도,

도 6은 본 발명의 장식품을 다이캐스팅으로 주조한 후, 표면 처리한 후 완제품 사진,

도 7은 본 발명의 장식품에 장식용 크롬 도금등 여러 금속층으로 표면 도금이 이루어진 것을 보여주는 광학현미경 사진,

도 8은 본 발명의 장식품에 대한 염수분무 시험후 사진,

도 9는 본 발명의 장식품에 대한 내열 반복 시험후 사진.

Claims (3)

1. 중량%로서 마그네슘(Mg)을 주성분으로 하고, 여기에 알루미늄(Al) 8.3~9.7, 아연(Zn) 0.4~1.0, 망간(Mn) 0.15~0.5, 실리콘(Si) 0.1 이하, 구리(Cu) 0.03이하, 니켈(Ni) 0.002이하, 철(Fe) 0.005 이하가 함유된 마그네슘 합금을 다이캐스팅 주조 공법으로 소저의 형상의 기능성 장식품으로 주조하는 단계와;

   주조 제품에 대한 표면을 연마하는 단계와;

   연마된 표면에 구리, 니켈, 3가 크롬 도금을 차례로 실시하여 3개 층의 도금층을 형성하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 도금층에서 각 도금 두께는 Cu: 20~40㎛, Ni: 8~15㎛, 크롬(Cr): 0.3~0.6㎛로 이루어진 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 주조하는 단계에서,

   2캐비티이면서, 각 캐비티의 중간부분에 용탕 주입구가 형성되며, 각 캐비티 의 입구에 게이트를 10개씩 형성시킨 금형을 이용한 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금을 이용한 차량 내장용 기능성 장식품 제조 방법.

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