KR20110133119A

KR20110133119A - 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물과 그 제조방법

Info

Publication number: KR20110133119A
Application number: KR1020100052675A
Authority: KR
Inventors: 이완식; 한승진; 조용완
Original assignee: (주)일광폴리머
Priority date: 2010-06-04
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2011-12-12

Abstract

본 발명은 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 이러한 본 발명은 각형의 홈부와 돌출부로 덮인 금속합금의 구조물을 사출성형 금형에 투입한 후 이러한 사출성형금형에 수지 조성물을 인서트 사출한 것으로, 이를 통하여 이종재질인 금속 합금재와 수지재의 일체화에 따른 접합상태가 강하게 유지될 수 있도록 하고, 제조 공정의 간소화, 낮은 관리기준, 일반화된 저가 약품, 그리고 더욱 향상된 인장력을 제공하며, 종래 나노 방법에 의한 접합기술 사용시 발생하는 수지재 사용의 제약 문제를 개선하면서 저렴한 수지재 사용을 가능하게 하여 산업분야에서의 활용 가능성을 높인 것이다.

Description

이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물과 그 제조방법{METALLIC ALLOY-RESIN COMPOSITE AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}

본 발명은 전자기기와 가전기기의 케이스, 구조용 부품, 기계 부품 등에 사용되는 금속 수지 복합 구조물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 기계 가공으로 만들어진 금속 합금재 구조물에 이종 재질인 수지를 일체화시켜, 각종 전자 기기, 가전제품, 의료 기기, 차량용 구조 부품, 차량 탑재용품, 건축 자재의 부품, 그 외의 구조용 부품, 외장용 부품 등에 이용되는 경량화된 복합 구조물을 제공할 수 있도록 하는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물과 그 제조방법에 관한 것이다.

이종 재질인 금속 합금재와 수지재를 접착제로 일체화하는 기술은, 자동차, 가정 전자 제품, 산업기기 등의 넓은 산업 및 기술 분야로부터 요구되고 있고, 이 때문에 많은 접착제와 접착테이프, 그리고 융착기술과 접합용 플라스틱 등이 개발되어왔다.

이때, 상기 개발된 접착제 중에서는 뛰어난 접착성능을 발휘하는 것도 있으며, 이러한 접착제는 상온 또는 가열에 의하여 접착기능을 발휘하면서 금속 합급재와 수지재를 일체화하는 접합에 사용되었으며, 그 적용분야로는 자동차, TV, 핸드폰, 노트북 등이 있다.

한편, 종래에는 접착제를 사용하지 않고 이종재질인 금속 합금재와 수지재를 접합하는 방법들이 연구되고 있는데, 그 중에서 하나의 방법으로는 나노 방법이 현재 활발하고 연구되고 있다.

즉, 상기 나노 방법에 의한 이종재질의 접합기술은 금속 합급재의 표면에 나노 사이즈의 홀을 만들어 수지재를 인서트하는 것이다.

그러나, 상기와 같은 인서트 기술은 접착제보다 인장력이 높은 이점이 있는 반면, 재질 선택에 대한 관리기준이 엄격하고 처리가 복잡하며, 단가가 높고, 고위험 약품을 사용함에 따라 폐수 양이 많아 생산비를 증가시키는 단점이 있다.

즉, 종래 나노 방법에 의한 인서트 기술은 나노 크기의 홀에 수지재를 인서트시켜야 하는데, 이 경우 수지재의 침투 성능을 높이기 위해서는 반드시 특정 수지재만을 사용해야 하는 제약이 따랐다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 개선한 것으로, 각형의 미세 홈부와 돌출부로 덮인 금속합금의 구조물을 성형금형에 투입한 후 이러한 성형금형에 수지조성물을 인서트 사출함으로써, 이종재질인 금속 합금재와 수지재의 일체화에 따른 접합상태가 강하게 유지될 수 있도록 함은 물론, 제조 공정의 간소화, 낮은 관리기준, 일반화된 저가 약품, 그리고 더욱 향상된 인장력을 제공하고, 종래 나노 방법에 의한 접합기술 사용시 발생하는 수지재 사용의 제약 문제를 개선하면서 저렴한 수지재 사용이 가능하도록 하여 산업분야에서의 활용 가능성을 높일 수 있도록 하는 이종 재질의 일체형 복합 구조물과 그 제조방법을 제공하는데 그 주된 목적이 있는 것이다.

상기 목적 달성을 위한 본 발명의 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물은, 금속을 염산, 황산, 질산 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 수용액으로 애칭하는 공정을 거쳐 현미경 관찰로 평균 직각의 길이가 1∼10 ㎛인 사각형태의 홈부와 돌출부 언더컷이 형성된 금속합금부와, 상기 금속합금부의 표면을 사출 성형으로 고착한 수지재로 이루어진다.

그리고, 상기 금속 수지 복합 구조물의 제조방법은, 금속 표면을 세척하고 금속 표면에 있는 산화막을 수산화나트륨 수용액에 침지하여 제거하는 단계; 금속을 염산, 황산, 질산 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 수용액으로 애칭하여 평균 직각의 길이가 1∼10 ㎛인 사각형태의 홈부와 돌출부 언더컷이 구비된 금속합금부를 형성하는 단계; 및 상기 애칭 공정이 행해진 금속합금부를 사출성형 금형에 투입한 후 수지재를 금속합금부의 표면에 사출 접합하는 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 금속합금부는 알루미늄 합금이고, 상기 수지재는 폴리아마이드계 수지인 것이 바람직하다.

상기 알루미늄 합금은 기계 가공 후 경화에만 의하여 경도, 인장강도를 높이는 비열처리형의 합금, 또는 열처리에 의하여 기계적 성질을 개선하는 열처리형의 합금인 것이 바람직하다.

이와같이 본 발명은 각형의 미세 홈부와 돌출부로 덮인 금속합금의 구조물을 사출성형금형에 투입한 후 이러한 사출성형금형에 수지 조성물을 인서트 사출한 것으로, 이를 통하여 이종재질인 금속 합금재와 수지재의 일체화에 따른 접합상태가 강하게 유지될 수 있도록 하고, 제조 공정의 간소화, 낮은 관리기준, 일반화된 저가 약품, 그리고 더욱 향상된 인장력을 제공한다.

또한, 종래 나노 방법에 의한 접합기술 사용시 발생하는 수지재 사용의 제약 문제를 개선하면서 저렴한 수지재 사용을 가능하게 하여 산업분야에서의 활용 가능성을 높이는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예로 알루미늄 합금의 표면을 잘 보이도록 백금으로 코팅한 후 전자현미경을 통하여 3000배율로 관찰하여 각형 홈에 3차원적인 계단모양이 보이도록 한 확대사진.
도 2는 본 발명의 실시예로 알루미늄 표면을 잘 보일 수 있게 백금으로 코팅한 후 전자현미경을 통하여 10만배율로 관찰한 확대사진.
도 3은 본 발명의 실시예로 접합면의 단면을 보기 위하여 제품을 몰딩(플라스틱)한 다음 단면을 고운사포로 폴리싱(깎아냄)한 다음 전자현미경을 통하여 1000배율로 관찰한 확대사진.
도 4는 본 발명의 실시예로 금속합금부인 알루미늄 합금과 수지재인 폴리아마이드계 수지의 접합상태를 보인 단면개략도.
도 5는 본 발명의 실시예로 알루미늄 합금과 폴리아마이드계 수지의 접합으로 일체화된 복합 구조물에 대한 인장력을 인장력 측정시험기로 측정한 시험성적서.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예로 알루미늄 합금의 표면을 잘 보이도록 백금으로 코팅한 후 전자현미경을 통하여 3000배율로 관찰하여 각형 홈에 3차원적인 계단모양이 보이도록 한 확대사진이고, 도 2는 본 발명의 실시예로 알루미늄 표면을 잘 보일 수 있게 백금으로 코팅한 후 전자현미경을 통하여 10만배율로 관찰한 확대사진이며, 도 3은 본 발명의 실시예로 접합면의 단면을 보기 위하여 제품을 몰딩(플라스틱)한 다음 단면을 고운사포로 폴리싱(깎아냄)한 다음 전자현미경을 통하여 1000배율로 관찰한 확대사진을 보인 것이다.

[금속합금부]

첨부된 도 1 내지 도 3에서와 같이, 본 발명에서 사용하는 금속합금부는 기계가공에 의하여 만들어지는 알루미늄 합금이며, 이러한 알루미늄 합금은 기계 가공 후 경화에만 의하여 경도, 인장강도를 높이는 비열처리형 합금과, 열처리에 의하여 기계적 성질을 개선하는 열처리 합금으로도 구별할 수 있다.

즉, 상기 비열처리형 합금에 속하는 알루미늄 합금은 Al－Mg계 합금, Al－Mn계 합금, Al－Mg－Mn계 합금 등을 들 수 있고, 상기 열처리형 합금에 속하는 알루미늄 합금은 Al－Cu－Mg계 합금, Al－Zn－Mg계 합금, Al－Mg－Si계 합금 및 내열 알루미늄 합금 등이 있다.

이와같이, 본 발명의 실시예에 적용되는 알루미늄 합금은 다종류의 것이 알려져 있고, 한국공업규격(KSD)의 A(X)1000∼A(X)7000번계로서 규격화되어 있다.

본 발명의 실시예에 적용되는 알루미늄 합금은 가공전의 소재 형상으로서 판형상물, 봉 형상, 파이프 형상의 압출품 등의 중간 알루미늄 재료로부터 얻어지는데, 이는 절단, 절삭, 드로잉(drawing) 등의 가공, 밀링(milling) 가공, 방전 가공, 프레스(press) 가공, 연삭 가공, 연마 가공 등의 기계가공에 의하여 부품 구조물로 가공되는 것이다.

따라서, 상기 부품 구조물이 사출성형금형에 투입되면서 특정제품에 필요로 하는 형상 및 구조를 가지는 부품으로 가공되어 만들어지는 것이다.

이때, 상기와 같이 가공되어 만들어지는 알루미늄 합금 부품은, 접착해야 할 면이 두꺼운 산화막, 수산화막 등이 형성되어 있지 않을 것이 필요하고, 장기간의 자연 방치로 표면에 녹의 존재가 분명한 것은 연마, 블래스트(blast) 가공 등으로 표면을 제거하는 가공을 하는 것이 필요하다. 녹 이외의 더러운 것, 즉 금속 가공 공정에서 부착된 표면의 유층, 운반으로 부착된 손가락 기름기 등은 이하에 기술하는 탈지 공정으로 제거하도록 한다.

[수지재]

수지재는 폴리아마이드계(polyamide)의 수지를 사용하며, 또한 이종의 폴리아마이드계 수지의 군으로부터 선택된 2종 이상의 폴리아마이드를 주성분으로 하는 수지분 조성의 열가소성 합성 수지 조성물을 사용할 수도 있다. 이 경우 2종 이상의 폴리아마이드는 단순 혼합된 것이라도 분자적으로 결합된 것이라도 좋다. 단순 혼합된 것을 사용하는 경우에는 폴리아마이드 수지로부터 2종 이상을 주성분으로 할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 복합 구조물은 알루미늄 합금 부품과 수지 조성물 부품의 선팽창률 차의 조정, 및 수지 조성물 부품의 기계적 강도를 향상시키는 것을 목적으로 하여, 수지분 합계 100질량부에 대해서 충전제 1∼200질량부, 보다 바람직하게는 10∼150질량부를 더 포함하여 이루어지는 수지 조성물 부품으로 구성할 수도 있는 것이다.

상기 충전제로서는 섬유상 충전제, 입상 충전제, 판상 충전제 등의 충전제를 들 수가 있고, 당해 섬유상 충전제로서는, 예를 들면 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드(aramid) 섬유 등을 들 수 있고, 유리 섬유의 구체적인 예시로서는 평균 섬유 직경이 6∼14μm인 촙드 스트랜드(chopped strand) 등을 들 수 있다. 또, 당해 판상, 입상 충전제로서는 예를 들면 탄산칼슘, 운모, 유리 플레이크(glass flake), 유리 벌룬(glass balloon), 탄산마그네슘, 실리카(silica), 활석, 점토, 탄소 섬유나 아라미드 섬유의 분쇄물 등을 들 수 있다.

필러(filler)를 포함하지 않는 경우라도 강고하게 접착하고, 금속에 접착한 수지 성형물을 제거하는데는 매우 강한 힘이 필요하다. 그렇지만, 성형된 복합구조물을 온도 사이클(cycle) 시험에 걸면, 필러를 포함하지 않는 수지의 계에서는 사이클을 거듭함으로써 급속히 접착 강도가 저하된다.

이것에는 두 가지의 원인이 있는데, 하나는 선팽창률에서 금속 형상물과 열가소성 합성 수지 조성물에 큰 차가 있기 때문이다. 예를 들면, 알루미늄 합금의 선팽창률은 금속 중에서는 큰 편이지만, 그럼에도 열가소성 합성 수지보다 꽤 작다. 필러의 존재는 열가소성 합성 수지 조성물의 선팽창률을 내려, 알루미늄 합금의 선팽창률, 약 2.5×10^-5℃^-1 에 근접한다.

필러의 종류와 그 함유율을 선택하면 수지의 선팽창률은 알루미늄 합금 등에 가까운 값으로 할 수 있고, 예를들면 유리 섬유 40∼50%를 나일론 66에 포함시키면 선팽창률은 2∼3×10^－5℃^－1로 내려간다.

또 하나는, 삽입 성형 후의 금속 형상물의 냉각 축소와 열가소성 합성 수지 조성물의 성형 수축의 관계이다. 필러를 포함하지 않는 나일론 66의 성형 수축률은 0.6∼2.5%이다. 한편, 알루미늄 합금의 냉각 축소, 예를 들면 사출시부터 실온까지 100℃ 정도 식는 것으로 해서, 약 0.2%는 수지의 성형 수축률보다 훨씬 작게 차가 있다. 사출 성형 금형으로부터 이형하여 시간이 경과하고 수지의 수축이 진행되면, 계면에 내부 뒤틀림이 생기고 약간의 충격으로 계면 파괴가 일어나 벗겨져 버린다. 나일론 66으로 유리 섬유 40∼50%를 혼합하면, 성형 수축률은 0.4∼0.6% 정도로 내려간다. 이것으로도 알루미늄 합금의 축소보다 꽤 크고, 접합한 경우라도 접합면에 큰 내부 뒤틀림이 남아있게 되어 버린다.

따라서, 이 정도의 대량의 필러 함유도 성형 수축률에 관해서는 충분한 만족도를 주지 않는다. 그래서, 접합면에 큰 내부 뒤틀림이 남아있기 어려운 형태로 알루미늄 합금과 폴리아마이드 수지 조성물을 사출 접합하는 것이 설계로서 우선 필요하다. 그렇지만, 설계 결과가 제품으로서 사용할 만한 것이었는지 아니었는지를 구체적으로 확인하는 방법이 필요하다. 그 방법은 의외로 간단하다. 즉, 사출 접합을 실시하여 수일간 방치한 후에 파괴하여 일단 만족할 수 있는 강도를 나타낸 경우, 접합 강도는 내부 뒤틀림에 의하여 파단을 일으키려고 하는 힘에 일응 이기고 있다고 할 수 있다.

그러한 이종재질의 일체형 복합구조물은 사출 접합 후 수일 이내에 60∼70℃×1∼2시간 정도 가열하여(어닐링(anneal)하고) 수지를 연화시켜 내부 뒤틀림을 해소해 본다. 어닐링 처리를 한 일체형 복합구조물을 파괴 시험해 보아 예기한 강도가 얻어진 경우 그 설계는 성공이고, 그 강도는 폴리아마이드 수지의 물 흡수로 수지부의 팽윤에 의한 팽창이 있어도 길게 계속된다.

〔전처리 공정〕

이하, 금속합금부인 알루미늄 합급에 대한 전처리 공정을 설명하기로 한다.

일반적으로 가공된 알루미늄 합금의 표면에는 이물질과 유분이 묻어 있으며, 이러한 이물질과 유분을 제거해야 한다.

이때, 상기 이물질과 유분 제거는 전처리 공정으로 산이나 염기성 약품을 제외한 중성세제와 초음파 탈지, 전해탈지를 사용하여도 무방하다.

상기 중성세제로는 알루미늄 합금 전용 세척제가 시중에 나오기도 하지만, 일반가정에서 사용하는 주방세제(계면 활성제가 포함된 제품)를 사용하여도 무방하다.

상기 주방세제를 사용할 경우 주방세제 성분을 제거하는 것이 좋으며, 상기 주방세제 성분이 남아 있을 경우 본 처리에의 반응에서 방해를 받을 수 있기 때문이다.

[본처리 공정]

이하, 상기 전처리 공정을 거친 후의 알루미늄 합금에 대한 본처리 공정에 대하여 설명하기로 한다.

상기 전처리 공정으로부터 표면이 세척된 알루미늄 합금을 가성 소다와 염산으로 본처리를 행한다.

즉, 상기 실제 가성 소다의 기능은 알루미늄 합금 표면에 산화막 등의 보호막을 제거하여 염산이 균일하게 반응할 수 있도록 도와주는 것으로, 이는 상기 알루미늄 합금 표면에 산화막 등이 형성되어 있을 경우 염산에 들어가 산화막을 파괴하고 반응을 일으켜야 하기 때문에 시간도 많이 걸리고 반응도 균일하게 일어나지 못하기 때문이다.

따라서, 상기 가성 소다는 1∼5%의 수용액을 준비한 상태에서, 상기 가성 소다 수용액에 상기 알루미늄 합금을 침지시킨 후 적당한 시간과 온도를 유지하여 주면 산화막을 파괴시킬 수 있는 것이다.

즉, 상기 가성소다 수용액에 침지된 알루미늄 합금의 표면이 녹아내리면서 산화막 파괴 현상이 발생하게 되는 것이다.

이후, 20∼30%의 염산 수용액으로 50∼80℃의 온도에서 1∼5분 정도 처리를 하고, 수돗물로 세척하여 염산분을 떨어트리고, 빠른 시간안에 물기를 제거하면, 첨부된 도 1 내지 도 3에서와 같이 전자현미경을 통하여 일정배율(3000배율, 10만배율, 1000배율)로 관찰한 결과 1∼10㎛ 평균 직각선의 길이가 5㎛의 홈부로 표면 전면이 덮여 있는 것을 확인되며, 이는 눈으로도 확인이 되는데 처리가 제대로 되면 균일한 표면을 볼 수가 있는 것이다.

다음으로, 알루미늄 합금을 몰딩하고 폴리씽하여 단면을 현미경으로 관찰(1000배율)하면 첨부된 도 3에서와 같이 1∼10㎛ 평균 직각선의 길이가 5㎛의 홈부 언더컷 부위들이 나타나고, 상기 홈부 언더컷 부위에 수지재인 폴리아마이드계 수지가 침투하여 고착될 수 있는 것이다.

여기에, 상기 처리가 제대로 이루어지지 못한 상태에서 수지재의 사출이 이루어지면, 복합 구조물에 대한 인장력이 낮게 나와 제대로 처리한 것과 차이가 나게 되고, 처리가 과하였을 경우에는 인장력에 대해서는 크게 변화되지 않지만 복합 구조물 자체의 두께가 줄어 들게 되고 처리액의 노후화가 빨라지는 문제가 있다.

[성형/사출 성형]

사출성형금형을 준비하고, 상형금형(가동금형)을 열어 하형금형(고정금형)안에 상기 가공된 알루미늄 합금 부품 구조물을 투입한 후 상형금형을 닫는다.

이후, 수지재인 폴리아마이드계 수지를 상기 금형으로 사출하면, 이종재질인 금속재인 알루미늄 합금과 수지재인 폴리아마이드계 수지가 접합되어 일체화된 복합구조물이 얻어질 수 있는 것이다.

이때, 상기와 같은 사출성형시 열가소성 합성 수지 조성물의 조건은 금형온도, 사출온도, 그리고 통상의 수지재 사출 온도에 적용되는 온도로서 그 사출성형이 이루어지도록 하였다.

즉, 금형 온도, 사출 온도는 높은 편이 좋은 결과가 얻어지지만 무리하게 올릴 것은 아니고, 상기 열가소성 합성 수지 조성물을 사용하는 통상의 사출성형시와 동일한 조건으로 충분한 접합 효과를 발휘할 수 있다.

접합력을 올리기 위해서는, 오히려 금형온도를 통상적인 수지재의 성형시 보다 약간 올리는 것이 유효하며, 이에따라 금형 온도는 수지 성형 기준조건으로 하면 접합력이 높게 안정되고, 따라서 사출 성형 금형은 이러한 고온에서 사용하는 것을 전제로 만들어야 할 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 상세히 기술한다.

[실시예 1]

시판 중인 1.0mm 두께의 A5052 알루미늄 합금판을 구입한 후 이를 14mm×50mm의 장방형 편으로 다수 절단하였다.

상기 절단된 알루미늄 합금편의 단부에 직경 6mmφ의 구멍을 프레스(press)기로 천공한 후, 티타늄 선으로 만든 지그를 준비하고, 상기 절단된 알루미늄 합금편 10개씩을 서로 부딪치지 않게 상기 티타늄 선으로 만든 지그에 안착시켰다.

다음으로, 일반시중에서 판매하는 일반적인 세척액(예; 주방세제)이 담겨진 1차 세척조에 상기 절단된 알루미늄 합금편을 침지시켜 세척하였으며, 상기 알루미늄 합금편은 약 1분 정도 상기 1차 세척조의 세척액에 침지시켜 1차 세척하였다.

다음, 2차 세척조에 5% 가성 소다 수용액을 준비하고 액온을 50℃로 하였으며, 여기에 상기 1차 세척이 이루어진 알루미늄 합금편을 3분간 침지시킨 후 수세하였다.

다음으로, 3차 세척조에 20% 염산 수용액을 준비하고 액온을 60℃로 하였으며, 여기에 상기 2차 세척된 알루미늄 합금편을 3분간 침지하고 수세하는 한편, 상기 수세된 알루미늄 합금편을 일반 헤어드라이기로 물기를 말렸다.

다음으로, 상기 알루미늄 합금편을 지그로부터 빼내 폴리백에 넣어 보관한 후, 이를 다음날 전자현미경을 통하여 1000 배율로 관찰하게 되면, 1~10um 직경을 가지는 각형의 홈부로 표면 전면이 덮여 있는 것을 확인할 수 있었다.

이때, 상기 알루미늄 합금편을 보관하고 2일 후 알루미늄 합금편을 꺼내어 사출성형금형에 삽입하였다. 사출성형금형의 가동금형과 고정금형을 통하여 도 4a,4b에서와 같이 알루미늄 합금편(1.0mm×50.0mm×14.0mm)(1), 수지부(3mm×47mm×14mm)(2), 접합면(7mm×8mm)(3)을 가지며, 접합면의 면적은 0.56cm²였으며, 금형을 닫고 나일론계 수지 조성물을 사출하여 알루미늄 합금과 폴리아마이드계 수지가 일체화된 복합구조물을 얻었다.

이때, 사출 수지 온도는 300℃이고, 금형 온도는 130℃였다. 2일 후에 인장 시험기로 10개의 샘플(sample) 모두를 인장 파단 시험하였다. 이 시험에서는 전단 파단력을 측정할 수 있다. 그 결과 평균한 전단 파단력은 271kgf/cm²이었다.

<테스트 1>

실시예 1의 복합구조물을 다시 만들어 가지고 신뢰성 테스트 열충격을 해보았으며, 조건은 -40℃~+80℃로 1시간씩 교차하여 118시간 테스트에서 280kgf/cm² 의 전단 파괴력, 202시간 테스트에서 271kgf/cm²의 전단 파괴력, 300시간 테스트에서 275kgf/cm²의 전단파괴력이 나왔으며(도 5의 테스트 시험성적서), 가혹한 조건에서도 인장력 변화가 거의 없는 것으로 나타났다.

<테스트 2>

실시예 1의 복합구조물을 가지고 알루미늄 합금이 구부러지는 것을 방지하기 위하여 똑 같은 알루미늄 합금 시편을 접합면 반대쪽에 시중에 파는 강력 본드로 붙이고 다시 테스트를 하였다,

그 결과 평균 전단 파단력은 337kgf/cm² 이었으며, 시험 중 알루미늄 합금이 강한 접합력을 견디지 못하고 구부러지면서 인장력이 약해짐을 알았다.

<테스트 3>

알루미늄 합금이 구부러지는 것을 방지한 제품을 가지고 일반적인 표면 강화 아노다이징(알루미늄 합금 표면에 착색과 산화층을 만듬)을 하였더니 평균 전단 파단력은353kgf/cm² 이 나왔으며, 최대 인장력은 377kgf/cm² 이 나왔는데(도 5의 테스트 시험성적서 참조), 이는 일반적으로 일어나는 접합부의 침식이 일어나지 않음과 표면 강화로 인하여 알루미늄 합금이 더욱 단단해져 좋은 결과가 나왔다고 본다.

[실시예 2］

시판 중인 1.0mm 두께의 A5052 알루미늄 합금판을 구입하였다. 14mm×50mm의 장방형편으로 다수 절단하였다.

상기 절단된 알루미늄 합금편의 단부에 직경 6mmφ의 구멍을 프레스(press)기로 천공한 후, 티타늄 선으로 만든 지그를 준비하고, 상기 절단된 알루미늄 합금편 10개씩을 서로 부디치지 않게 지그에 안착시킨다.

다음으로, 일반시중에서 판매하는 일반적인 세척액(예; 퐁퐁)이 담겨진 1차 세척조에 상기 절단된 알루미늄 합금편을 침지시켜 세척하였으며, 상기 알루미늄 합금편은 약 1분 정도 상기 1차 세척조의 세척액에 침지시켜 1차 세척하였다.

다음, 2차 세척조에 5% 가성 소다 수용액을 준비하고 액온을 50℃로 하였으며, 여기에 상기 1차 세척이 이루어진 알루미늄 합금편을 2분간 침지시킨 후 수세하였다.

다음, 3차 세척조에 20% 염산 수용액을 준비하고 액온을 60℃로 하였으며, 여기에 상기 2차 세척된 알루미늄 합금편을 3분간 침지하고 수세하는 한편, 상기 수세된 알루미늄 합금편을 일반 헤어드라이기로 물기를 말린다.

다음, 상기 알루미늄 합금편을 지그로부터 빼내, 폴리백에 넣어 보관한 후, 2일 후 합금편을 꺼내어 사출성형금형에 삽입하였다. 사출성형금형의 가동금형과 고정금형을 통하여 도 4a,4b에서와 같이 알루미늄 합금편(1.0mm×50.0mm×14.0mm)(1), 수지부(3mm×47mm×14mm)(2), 접합면(7mm×8mm)(2)을 가지며, 접합면의 면적은 0.56cm²였다. 금형을 닫고 나일론계 수지 조성물을 사출하여 일체화품을 얻었다.

이때, 사출 온도는 300℃이고, 금형 온도는 130℃였다. 2일 후에 인장 시험기로 10개의 샘플(sample) 모두를 인장 파단 시험하였다. 이 시험에서는 전단 파단력을 측정할 수 있다. 그 결과 평균한 전단 파단력은 278kgf/cm2이었다.

［실시예 3］

다음, 2차 세척조에 5% 가성 소다 수용액을 준비하고 액온을 60℃로 하였으며, 여기에 상기 1차 세척이 이루어진 알루미늄 합금편을 1분간 침지시킨 후 수세하였다.

다음, 3차 세척조에 20% 염산 수용액을 준비하고 액온을 60℃로 하였으며, 여기에 상기 2차 세척된 알루미늄 합금편을 2분간 침지하고 수세하는 한편, 상기 수세된 알루미늄 합금편을 일반 헤어드라이기로 물기를 말린다.

다음, 상기 알루미늄 합금편을 지그로부터 빼내, 폴리백에 넣어 보관한 후, 2일 후 합금편을 꺼내어 사출성형금형에 삽입하였다. 사출성형금형의 가동금형과 고정금형을 통하여 도 4a,4b에서와 같이 알루미늄 합금편(1.0mm×50.0mm×14.0mm)(1), 수지부(3mm×47mm×14mm)(2), 접합면(7mm×8mm)(3)을 가지며, 접합면의 면적은 0.56cm²였다. 금형을 닫고 나일론계 수지 조성물을 사출하여 일체화품을 얻었다.

이때, 사출 온도는 300℃이고, 금형 온도는 130℃였다. 2일 후에 인장 시험기로 10개의 샘플(sample) 모두를 인장 파단 시험하였다. 이 시험에서는 전단 파단력을 측정할 수 있다. 그 결과 평균한 전단 파단력은 270kgf/cm²이었다.

[실시예 4］

다음, 2차 세척조에 5% 가성 소다 수용액을 준비하고 액온을 70℃로 하였으며, 여기에 상기 1차 세척이 이루어진 알루미늄 합금편을 1분간 침지시킨 후 수세하였다.

다음, 3차 세척조에 20% 염산 수용액을 준비하고 액온을 70℃로 하였으며, 여기에 상기 2차 세척된 알루미늄 합금편을 2분간 침지하고 수세하는 한편, 상기 수세된 알루미늄 합금편을 일반 헤어드라이기로 물기를 말린다.

다음, 상기 알루미늄 합금편을 지그로부터 빼내, 폴리백에 넣어 보관한 후, 2일 후 합금편을 꺼내어 사출성형금형에 삽입하였다. 사출성형금형의 가동금형과 고정금형을 통하여 도 4a,4b에서와 같이 알루미늄 합금편(1.0mm×50.0mm×14.0mm)(1), 수지부(3mm×47mm×14mm)(2), 접합면(7mm×8mm)(3)을 가지며, 접합면의 면적은 0.56cm²였다. 금형을 닫고, 나일론계 수지 조성물을 사출하여 일체화품을 얻었다.

이때, 사출 온도는 300℃이고, 금형 온도는 130℃였다. 2일 후에 인장 시험기로 10개의 샘플(sample) 모두를 인장 파단 시험하였다. 이 시험에서는 전단 파단력을 측정할 수 있다. 그 결과, 평균한 전단 파단력은 253kgf/cm²이었다.

［실시예 5］

다음, 3차 세척조에 20% 염산 수용액을 준비하고 액온을 70℃로 하였으며, 여기에 상기 2차 세척된 알루미늄 합금편을 1분간 침지하고 수세하는 한편, 상기 수세된 알루미늄 합금편을 일반 헤어드라이기로 물기를 말린다.

이때, 사출 온도는 300℃이고, 금형 온도는 130℃였다. 2일 후에 인장 시험기로 10개의 샘플(sample) 모두를 인장 파단 시험하였다. 이 시험에서는 전단 파단력을 측정할 수 있다. 그 결과, 평균한 전단 파단력은 266kgf/cm²이었다.

이하, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와같은 변경은 청구범위 기재의 범위내에 있게 된다.

1 ; 알루미늄 합금 2 ; 수지부
3 ; 접합면

Claims

금속을 염산, 황산, 질산 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 수용액으로 애칭하여 평균 직각의 길이가 1∼10 ㎛인 사각형태의 홈부와 돌출부 언더컷이 형성된 금속합금부와, 상기 금속합금부의 표면을 수지재로 사출 성형한 수지부로 이루어지는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물.
제 1 항에 있어서, 상기 금속합금부는 알루미늄 합금이고, 수지재는 폴리아마이드계 수지인 것을 특징으로 하는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물.
제 2 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 기계 가공 후 경화에 의하여 경도, 인장강도를 높이는 비열처리형의 합금, 또는 열처리에 의하여 기계적 성질을 개선하는 열처리형 합금인 것을 특징으로 하는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물.
금속 표면을 세척하고 금속합금부 표면에 있는 산화막을 수산화나트륨 수용액에 침지하여 제거하는 단계;
금속을 염산, 황산, 질산 화합물로부터 선택되는 1종 이상의 수용액에 애칭하여 평균 직각의 길이가 1∼10㎛인 사각형태의 홈부와 돌출부 언더컷이 구비된 금속합금부를 형성하는 단계; 및,
상기 애칭 공정이 행해진 금속합금부를 사출성형금형에 투입한 후 수지재를 금속합금부의 표면에 사출 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물의 제조방법.
제 4 항에 있어서, 상기 금속합금부는 알루미늄 합금이고, 수지재는 폴리아마이드계 수지인 것을 특징으로 하는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물의 제조방법.
제 5 항에 있어서, 상기 알루미늄 합금은 기계 가공 후 경화에 의하여 경도, 인장강도를 높이는 비열처리형의 합금, 또는 열처리에 의하여 기계적 성질을 개선하는 열처리형의 합금인 것을 특징으로 하는 이종 재질의 일체형 금속 수지 복합 구조물의 제조방법.