KR20150011847A - 알루미늄 성분 및 ZnAlMg 합금 코팅된 스틸 성분의 조립체 - Google Patents

알루미늄 성분 및 ZnAlMg 합금 코팅된 스틸 성분의 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 알루미늄계 요소(2) 및 스틸로 제조되며 그의 표면 중 적어도 하나 상에 2.3중량% 내지 3.3중량%의 마그네슘, 3.5중량% 내지 3.9중량%의 알루미늄을 포함하는 아연-알루미늄-마그네슘 합금으로 제조된 금속 코팅을 구비하는 요소(3)의 조립체(1)로서, 상기 금속 코팅의 잔부는 아연, 불가피 불순물 및 선택적으로는 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni 또는 Bi 중에서 선택된 하나 이상의 첨가 원소로 구성되며, 스틸로 제조된 상기 요소(3)의 코팅된 표면은 상기 알루미늄계 요소(2)와 적어도 부분적으로 접촉하고, 상기 접촉이 그 두께가 5mm 미만인 밀착제 및/또는 접착제의 층을 이용하여 이루어지는 조립체에 관한 것이다.

Description

알루미늄 성분 및 ZnAlMg 합금 코팅된 스틸 성분의 조립체{ASSEMBLY OF AN ALUMINUM COMPONENT AND OF A STEEL COMPONENT HAVING A ZnAlMg ALLOY COATING}
본 발명은 알루미늄계 성분 및 그 표면 중 적어도 하나 상에 알루미늄계 성분과 적어도 부분적으로 접촉하도록 놓인 아연-알루미늄-마그네슘 합금으로 제조된 코팅을 구비한 스틸로 제조된 성분의 조립체에 관한 것이다.
이 조립체는 예를 들면 차량 도어 오프닝과 같은 차량 부품의 제조에 이용되나, 이에 국한되지 않는다.
부식에 대한 우수한 보호 특성을 위해 아연을 필수적으로 포함하는 금속 코팅이 전통적으로 이용된다. 코팅에 마그네슘을 첨가하는 것은 이러한 코팅의 부식 내성을 현저하게 증가시키고, 이는 그 두께를 감소시키는 능력을 제공하거나 또는 시간 경과에 따른 부식에 대한 보호에 대한 더 큰 보장을 제공한다. 더욱이, 알루미늄의 첨가는 또한 부식 내성의 개선을 가능하게 한다.
CO2 방출을 감소시키기 위하여 중량의 감소를 도모하는 필요성은 특히 알루미늄 및 아연 코팅된 스틸을 조합하는 복합 해법의 도모에 대한 필요성으로 이어진다. 그러나, 그러한 조합물은 두 재료의 유전 결합(galvanic coupling)에 의해 부식의 복합적 및 전개 현상을 생성한다.
특허 출원 EP 2 141 255는 공정이 0.8중량%와 10중량% 사이에서 가변할 수 있는 양으로 스틸 코팅에 마그네슘을 첨가하는 단계를 포함하는 조립체를 개시한다. 이 동일한 코팅에 알루미늄 0.8중량% 내지 3.5중량%의 첨가도 가능하다.
그러나, 이들 조립체의 부식 내성은 시간이 경과함에 따라 계속 너무 낮게 유지되고, 따라서 그에 대한 개선의 필요성이 상존한다.
이러한 목적을 위하여, 본 발명은 청구항 1에 따른 조립체에 관한 것 및 청구항 6에 따른 그의 용도에 관한 것이다.
조립체는 또한 청구항 2 또는 청구항 3의 특징을 포함할 수 있다.
본 발명은 또한 청구항 4 또는 청구항 5에 따른 부품, 청구항 6에 따른 차량, 및 청구항 7에 따른 용도에 관한 것이다.
본 발명은 정보 제공을 목적으로, 제한없이, 첨부된 도면을 참조하여 주어진 예에 의해 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 조립체를 개략적으로 나타낸다.
도 2는 종래 기술에 따른 조립체와 비교한 본 발명에 따른 조립체 내에서의 알루미늄 패널의 부식의 평균 깊이의 전개를 도시하는 측정 곡선을 나타낸다.
도 3은 종래 기술을 기초로 하는 조립체와 비교하여 본 발명에 따른 조립체의 유전 결합의 전류 밀도의 전개를 도시하는 측정 곡선을 나타낸다.
본 발명에 따른 조립체(1)는 먼저 제1 알루미늄계 요소를 포함하며, 여기서는 패널(2)의 형태를 취한다. 이에 의해, 순수 알루미늄 및 적어도 85 중량%의 알루미늄을 포함하는 모든 합금을 커버하며, 그 안에는 합금 첨가 요소가 없는 알루미늄 및 각종 조성물의 합금을 포함하는 1000 내지 7000 시리즈를 포함한다.
- 합금 요소가 없는 알루미늄: 1000
- 알루미늄 + 구리: 2000
- 알루미늄 + 망간 : 3000
- 알루미늄 + 실리콘: 4000
- 알루미늄 + 마그네슘: 5000
- 알루미늄 + 마그네슘 + 실리콘: 6000
- 알루미늄 + 아연 + 마그네슘: 7000
이 패널(2)은 본 발명에 따른 조립체의 연속 이용에 적합한 크기를 갖는다. 양호한 실시예에서, 당면한 조립체(1)는 차량 도어에 일체화되고, 알루미늄계 패널은 차량의 외부측에 위치된다.
알루미늄계 패널(2)은 그 표면의 적어도 일부분 상에 차량용 화이트바디(bodies-in-white) 상에 적용되는 것들과 같은 인산염처리 및/또는 전기이동형 코팅과 같은 하나 이상의 보호 코팅을 더 포함할 수 있다. 제2 스틸 코팅된 요소(3)를 갖는 조립체는 일반적으로 인산염처리 및/또는 전기이동 코팅과 같은 코팅 유형을 함유하는 조(bath) 내에 화이트바디를 통과시키기 이전에 수행되어, 조립체 영역 외부에 위치된 부품들만이 코팅될 것이다.
따라서 본 발명에 따른 조립체의 제2의 구성 요소는 스틸로 제조되며 그 표면 중 적어도 하나 상에 2.3중량% 내지 3.3중량%의 마그네슘, 3.5중량% 내지 3.9중량%의 알루미늄을 포함하는 아연-알루미늄-마그네슘 합금으로 제조된 금속 코팅을 포함하는 요소(3)이며, 상기 금속 코팅의 잔부는 아연, 불가피 불순물 및 선택적으로는 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni 또는 Bi 중에서 선택된 하나 이상의 첨가 원소로 구성된다.
각 첨가 원소의 중량비는 일반적으로 0.3% 미만이다. 첨가 원소는 다른 것들 중 연성 또는 스틸 요소 상으로의 코팅의 부착의 개선하기 위한 능력을 제공할 수 있다. 코팅의 특성에 대한 이들의 효과를 알고 있는 당업자라면 추가적 또는 보상적으로 소망된 목적에 따라 이들을 이용하는 것을 알 것이다.
코팅은 코팅 조에서 용융 도금 공정에서 사용되는 경우에 기원하는 잔여 원소들을 포함할 수 있다. 피드 잉곳에서 얻어지거나 또는 코팅 조 내에 스틸 요소를 통과시킴으로 인한 불순물로 오염될 수 있다. 전술한 것 중에서, 특히 철은 그 내용물이 5중량% 까지 이를 수 있고, 일반적으로는 코팅시 2중량%와 4중량% 사이 이다.
양호한 실시예에서, 코팅은 2.3중량% 내지 3.3중량%의 마그네슘 및 3.6중량% 내지 3.9중량%의 알루미늄을 포함할 수 있다.
양호한 실시예에서, 금속 코팅 내에서의 마그네슘과 알루미늄 사이의 중량비는 엄격하게는 1 이하, 바람직하게 엄격하게는 1 미만, 보다 더 바람직하게 엄격하게는 0.9 미만이다.
금속 코팅은 일반적으로 30㎛(마이크론) 이하 또는 25㎛ 이하 및 3㎛ 이상 또는 5㎛ 이상인 두께를 갖는다.
전술한 것처럼, 두 요소(2, 3)는 스틸로 제조된 요소(3)의 코팅된 표면이 알루미늄계 요소(2)와 적어도 부분적으로 접촉하도록 하는 방식으로 조립된다. 양호한 실시예에서, 도 1에 도시된 예에서 조립체(1)에 의해 형성된 도어의 하위 부분에 위치된 조립체 영역(5) 내의 두 요소의 클림핑과 같은 기계적 방법에 의해 조립체가 이뤄질 수 있다.
그러한 클림핑은 도 1에 도시된 것처럼 한 요소를 다른 요소 둘레로 간단히 접는 단계로 구성될 수 있고, 여기서 요소(2)는 요소(3)를 감싸도록 배치된다. 당업자에게 공지된 다른 유형의 기계적 조립을 이행하는 것도 물론 가능하다.
조립체가 요소(2, 3)의 하나 또는 다른 하나가 그와 다른 요소(3, 2)로 전사될 수 있도록 하는 기계적 응력을 가할 수 있도록 하는 접착제 또는 구조적 밀폐제를 활용하여 구조적 접합을 이용하여 본 발명에 따른 패널을 조립하는 것 또한 가능하다. 접착제 및/또는 밀폐제 층이 매우 얇으므로(일반적으로, 5mm 미만, 또는 1mm 미만, 및 200㎛ 미만), 그렇게 접합된 조립체는 간단한 기계적 조립과 동일한 방식으로 두 요소(2, 3)를 접촉하도록 하는 정도로 간주될 것이다.
조립체의 견고성을 강화하기 위하여 구조적 접합 및 기계적 조립을 결합하는 것이 명백하게 가능하다.
본 발명에 따른 조립체를 통해 얻어진 강화된 성능을 강조할 목적으로, 일부 실시예가 종래 기술을 기초로 하는 조립체와 비교하여 상세히 설명될 것이다.
예
실시예를 상세히 설명하기 위하여, 알루미늄 AA6061로 제조된 패널 및 조성이 가변인 알루미늄-아인-(마그네슘) 합금으로 코팅된 스틸 패널의 조립체로 조립체 샘플이 생성되며, 코팅은 7.5㎛의 균일 두께를 갖는다.
이 조립체는 폭 10cm 높이 20cm의 크기를 갖는 제1 코팅된 스틸 패널로 구성된다. 공정은 10cm 폭 4cm 높이의 크기를 갖고 1mm의 두께를 갖는 알루미늄 패널을 접합함에 의한 조립을 포함한다. 알루미늄 패널은 스틸 패널의 중심에 위치되고, 접착제의 존재로 인하여 두 패널 사이의 간격은 120㎛이며, 이는 차량 도어의 것과 같은 조립체를 시뮬레이션한다. 2개의 페인트하지 않은 측벽이 서로 마주하는 액티브 영역은 6cm 폭 및 4cm 높이의 크기를 갖는다. 구리선이 두 측벽을 전기적으로 접촉하도록 하고 따라서 액티브 영역 내의 전해부식(galvanic corrosion)을 시뮬레이트할 수 있다.
두 측벽의 인액티브 영역은 전기이동에 이은 인산염 처리에 의해 얻어진 페인트에 의해 보호된다. 인산염 처리는 Chemetall 사에서 생산된 제품을 이용하여 이하 3 단계로 수행된다: (i) 탈지제 Gardoclean S 5176 + 첨가제 H7352, (ii) 리파이너 Gardolene ZL6, (iii) 인산염 처리 조 Gardobond R24TA. 전기 이동은 PPG 사에서 생산된 제품으로 수행된다: 결합제 W772 + 첨가제 P978; T = 32℃; t=150s; U = 200V; 쿠킹: T = 180℃; 지속 시간 = 35분; 전기이동 두께: 20㎛.
부식 테스트
이용된 테스트는 VDA 233-102 테스트로, 샘플을 일련의 처리 사이클을 거치도록 하며, 각 사이클은 1주 지속되고, 각각 24시간의 서브 사이클 A, B 및 C을 갖는다.
- 사이클 A: 35℃에서 염수 분무 존재 하에서 3시간 동안 두는 처리의 사이클
- 사이클 B: 25℃ 와 50℃ 사이의 가변 온도 및 70%와 95% 사이의 가변 상대 습도에서 염수 분무 처리 없는 24시간의 사이클
- 사이클 C: -15℃ 와 50℃ 사이의 가변 온도 및 70%와 95% 사이의 가변 상대 습도에서 염수 분무 처리 없는 사이클
사용된 식염수는 염화나트륨 1중량%를 함유하는 수용액이다.
유전 결합 테스트
알루미늄 및 코팅 스틸의 조립체에 의해 생성되는 갈바니 전류 밀도를 평가하기 위하여, 제로 저항 전류계(Bio-Logic Potentiostat VMP3)를 사이에 둠으로써, 전기 이동 처리에 의해 코팅된 영역 내의 알루미늄 패널과 코팅된 스틸 패널의 하부 영역을 전기적으로 연결시킬 필요가 있다.
레이저 삼각측량 테스트
전술한 조립체 샘플 중에 포함된 코팅된 스틸 패널의 영역의 부식의 정도를 평가하기 위하여, 샘플의 전체 표면에 걸친 레이저 삼각측량에 의해 알루미늄의 부식 에칭의 깊이를 결정하기 위하여 측정이 수행되고, 다음으로 마이크로미터 단위의 최대 측정값이 그로부터 추출된다.
테스트
전술한 것과 같은 가변 조성물의 아연-알루미늄-(마그네슘) 합금으로 코팅된 스틸 패널 및 알루미늄 패널의 조립체 샘플이 제조되고 VDA 233-102 테스트를 거치게 된다.
각 사이클의 끝에서, 제1 샘플은 레이저 삼각측량 기술에 의해 알루미늄 원자의 부식 에칭의 깊이를 측정하게 된다.
6 및 12 사이클에서의 결과는 표 1에 요약되고 제시되며, 상세한 결과는, 사이클 단위로 도 2에 제시된다.
다음으로 제2 샘플은 유전 결합 전위의 측정을 거치게 된다. 6 및 12 사이클에서의 결과가 표 2에서 요약되고 제시되며, 상세한 결과는, 사이클 단위로 도 3에 제시된다.
표 1 - 부식 에칭의 최대 깊이
샘플 Al 중량% Mg 중량% 6 사이클 후의 P(㎛) 12 사이클 후의 P(㎛)
1 0.3 0 550 660
2 1.5 1.5 460 570
3 3.7 3.0 30 310
샘플 3은 비교 테스트 1 및 2에 비해서 현저하게 우수한 결과를 얻는 것을 가능하게 함이 발견되었다. 12 사이클 후 샘플 2와 샘플 1 사이에서 부식 내성에 있어서 일정 개선이 관측되나, 샘플 3에서 얻어진 개선은 현저하게 더 큰 크기로서, 매우 놀랍다. 또한, 6 사이클 완료 후의 결과와 비교하면, 본 발명에 따른 테스트와 비교 테스트 사이에서 양태에 있어 극도로 현저한 차이가 있음을 명백히 나타내는데, 알루미늄 원소의 부식 에칭의 최대 깊이는 15의 인자에 의해 나눠진다.
표 2 - 유전 결합
샘플 Al 중량% Mg 중량% 6 사이클 후
Q(㎂/㎠/h)		 12 사이클 후
Q(㎂/㎠/h)
1 0.3 0 3800 8470
2 1.5 1.5 540 5900
3 2.0 2.0 490 5900
4 3.7 3.0 80 330
샘플 4는 비교 테스트 1 내지 3 보다 현저하게 우수한 결과를 얻는 것을 가능하게 함이 주목된다. 샘플 2 및 샘플 3과 샘플 1 사이에 부식 내성의 일정 개선이 관측되나, 샘플 4에서 얻어진 개선은 다시 이 경우에 현저하게 더 큰 크기로서, 매우 놀랍고, 특히 샘플 2 보다 더 높은 알루미늄 및 마그네슘 함량을 함유하는 샘플 3이 최종 분석에서 샘플 2의 것과 동일한 성능 레벨을 보이므로, 이는 알루미늄 및 마그네슘의 추가 증가가 성능 레벨, 특히 이들 특성에서의 성능 레벨을 개선할 것으로 기대하도록 하지 않을 것이다.

Claims (7)

  1. 알루미늄계 요소(2) 및 스틸로 제조되며 그의 표면 중 적어도 하나 상에 2.3중량% 내지 3.3중량%의 마그네슘, 3.5중량% 내지 3.9중량%의 알루미늄을 포함하는 아연-알루미늄-마그네슘 합금으로 제조된 금속 코팅을 구비하는 요소(3)의 조립체(1)로서, 상기 금속 코팅의 잔부는 아연, 불가피 불순물 및 선택적으로는 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni 또는 Bi 중에서 선택된 하나 이상의 첨가 원소로 구성되며, 스틸로 제조된 상기 요소(3)의 코팅된 표면은 상기 알루미늄계 요소(2)와 적어도 부분적으로 접촉하고, 상기 접촉이 그 두께가 5mm 미만인 밀착제 및/또는 접착제의 층을 이용하여 이루어지는, 조립체(1).
  2. 청구항 1에 있어서, 아연-알루미늄-마그네슘 합금으로 제조된 상기 금속 코팅은 2.3중량% 내지 3.3중량%의 마그네슘, 3.6중량% 내지 3.9중량%의 알루미늄을 포함하며, 상기 금속 코팅의 잔부는 아연, 불가피 불순물 및 선택적으로는 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni 또는 Bi 중에서 선택된 하나 이상의 첨가 원소로 구성되는, 조립체(1).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 알루미늄계 요소(2) 및 스틸로 제조되는 상기 요소(3)가 클림핑에 의해 조립되는, 조립체(1).
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항 기재의 적어도 하나의 조립체(1)를 포함하는 차량의 부품.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 부품은 차량 도어를 구성하고, 상기 알루미늄계 요소(2)는 상기 도어의 외장 부분을 구성하고, 스틸로 제조된 상기 요소(3)는 상기 도어의 내장 부분을 구성하는, 부품.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5 기재의 적어도 하나의 부품을 포함하는 차량.
  7. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항 기재의 조립체(1) 또는 청구항 4 또는 청구항 5 기재의 부품의 제조를 위하여, 스틸로 제조되며, 그 표면 중 적어도 하나 상에 2.3중량% 내지 3.3중량%의 마그네슘, 3.5중량% 내지 3.9중량%의 알루미늄을 포함하는 아연-알루미늄-마그네슘 합금으로 제조된 금속 코팅을 구비하는 부품의 용도로서, 상기 금속 코팅의 잔부는 아연, 불가피 불순물 및 선택적으로는 Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni 또는 Bi 중에서 선택된 하나 이상의 첨가 원소로 구성되는, 부품의 용도.
KR1020157000582A 2013-05-13 2013-05-13 알루미늄 성분 및 ZnAlMg 합금 코팅된 스틸 성분의 조립체 KR101577174B1 (ko)

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