KR20160041894A - 피가공물의 부분 영역의 코팅 방법 및 스크리닝 요소 - Google Patents

피가공물의 부분 영역의 코팅 방법 및 스크리닝 요소 Download PDF

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주에그 위프
마르코 파올로치
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오엘리콘 멧코 아게, 볼렌
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Abstract

본 발명은 피가공물의 부품 표면을 코팅하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 코팅될 부품 표면(12)의 영역을 정하기 위해 스크리닝 요소(15, 19)가 피가공물(10)에 배치되는 방법으로부터 출발한다. 피가공물의 부품 표면의 단순하고, 이에 따라 저가의 코팅을 가능하게 하기 위해, 본 발명에 따르면, 스크리닝 요소(15, 19)가 자화가능한 코팅 재료의 적어도 도포 중에 자성을 갖는 것이 제안된다. 스크리닝 요소(15, 19)는 축적된 코팅 재료를 제거하기 위해 탈자화된다. 따라서 스크리닝 요소(15, 19) 상에 축적된 코팅 재료는 매우 용이하고 신속하게, 이에 따라 저가로 제거될 수 있다.

Description

피가공물의 부분 영역의 코팅 방법 및 스크리닝 요소{METHOD FOR COATING A PARTIAL AREA OF A WORKPIECE AND SCREENING ELEMENT}
본 발명은 청구항 1의 특징을 갖는 피가공물의 부품 표면의 코팅 방법 및 청구항 10의 전제부에 따른 스크리닝 요소에 관한 것이다.
코팅 재료로 피가공물의 부품 표면을 코팅하는 방법은 EP 1 258 540 A1에 기재되어 있고, 여기서 피가공물은 내연 기관용 크랭크케이스 또는 엔진 블록으로서 설계되고, 상기 부품 표면은 크랭크케이스의 실린더의 실린더 내면으로서 설계된다. 실린더 내면의 영역을 정하고, 따라서 크랭크케이스 및 환경의 오염을 방지하기 위해, 중공의 원통형 마스크의 형태의 스크리닝 요소가 실린더 상에 설치된다. 이러한 관점에서 스크리닝 요소는 이것에 부착된 코팅 재료의 적어도 일부가 기계적으로 제거될 수 있도록, 또는 이것이 제거가능한, 이에 따라 교체가능한 인서트를 가지도록 설계된다.
래커(lacquer)의 형태의 코팅 재료로 피가공물의 부품 표면을 도포(lacquering)하는 형태의 코팅 방법이 DE 103 21 700 A1에 기재되어 있다. 이 경우 피가공물은 강판 또는 철판으로 제작된 자동차의 차체 부품에 의해 대표된다. 도포될 부품 표면의 영역을 정하기 위해, 또는 도포되지 않은 부품을 차폐하기 위해, 적어도 부분적으로 자성을 갖는 마스킹 수단의 형태의 스크리닝 요소가 제안된다. 스크리닝 요소는 코팅 재료를 도포하는 중에 자력에 의해 피가공물에 유지된다. 지나치게 많은 코팅 재료가 스크리닝 요소에 부착하자마자, 이것은 부분적으로 또는 전부 제거된다.
이것을 고려하여, 특히 본 발명의 목적은 피가공물의 부품 표면의 단순하고, 이에 따라 저가인 코팅을 가능하게 하는 방법 및 스크리닝 요소를 제안하는 것이다. 본 발명에 따라 이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방법 및 청구항 10의 특징을 갖는 스크리닝 요소에 의해 달성된다.
본 발명에 따르면, 자화가능한 코팅 재료로 피가공물의 부품 표면을 코팅할 때, 지정된 부품 표면의 영역을 정하기 위해 코팅 재료의 적어도 도포 중에 자성을 갖는 스크리닝 요소가 피가공물에 배치되고, 코팅 재료는 이 코팅 재료의 도포 시에 스크리닝 요소 상에 축적된다. 스크리닝 요소의 단일 사용 또는 다중 사용 후에, 이 스크리닝 요소는 축적된 코팅 재료를 제거하기 위해 탈자화(demagnetization)된다. 이러한 관점에서 축적된 코팅 재료는 스크리닝 요소와 코팅 재료 사이의 자기 인력에 기인되어 주로 또는 오로지 스크리닝 요소 상에 유지된다. 스크리닝 요소 상에 축적된 코팅 재료는 상기 탈자화에 기인되어 저절로 상기 스크리닝 요소로부터 탈락된다. 필요한 경우, 코팅 재료의 제거는 스크리닝 요소의 단순한 진동에 의해 및/또는 불식(wiping off)에 의해 조장될 수 있다. 따라서 스크리닝 요소 상에 축적된 코팅 재료는 매우 용이하고 신속하게, 그리고 이에 따라 저가로 제거될 수 있다. 또한, 전체 스크리닝 요소에 걸친 마모가 발생하지 않으므로 이것은 빈번하게 재사용될 수 있다. 복잡한 및/또는 고가의 기계적 제거 또는 일부의 스크리닝 요소 또는 전체의 스크리닝 요소의 빈번한 교체가 불필요하다. 코팅 재료의 제거가 매우 간단하므로, 이것은 매우 빈번하게, 예를 들면, 부품 표면의 매회 코팅 후에 실시될 수 있다. 따라서, 스크리닝 요소는 항상 정확하게 원하는 형상을 갖고, 그 형상은 축적되는 다수의 코팅 재료 층에 기인되어 경시적으로 변화하지 않는 것이 보장된다. 따라서, 항상 정확하게 코팅되는 원하는 부품 표면이 되도록 매우 정확하고 재현가능한 부품 표면의 영역을 정하는 것이 항상 보장된다.
예를 들면, 코팅 재료는 본 출원인의 EP 1 174 524 A2에 기재된 바와 같은 강자성체, 예를 들면, 철계의 분말일 수 있다. 이것은 철(Fe), 크로뮴(Cr), 망가니즈(Mn), 황(S) 및 탄소(C)의 혼합물일 수 있다.
코팅 재료는 다음의 예의 조성을 가질 수 있다.
Fe = 최대 100 중량%
Cr = 0.1 내지 18.0 중량%
Mn = 0.1 내지 6.0 중량%
S = 0.01 내지 0.5 중량%
C = 0.1 내지 1.2 중량%.
그러나, 다른 적절한 자화가능한 코팅 재료도 사용될 수 있다.
이러한 맥락에서 스크리닝 요소에 의한 부품 표면의 “영역 정하기”는, 코팅 재료가 지정된 부품 표면에만 도포되도록, 그리고 원하지 않는 표면 또는 피가공물의 주위에는 도포되지 않도록, 스크리닝 요소를 배치하는 것으로 이해되어야 한다.
스크리닝 요소로부터 코팅 재료의 제거는 자동으로 또는 수동으로 실시될 수 있다. 이것은 특히 제거된 코팅 재료가 제거, 예를 들면, 흡수 제거될 수 있는 특수 탈자화 스테이션에서 실시될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 스크리닝 요소는 이 스크리닝 요소에 코팅 재료의 부착을 방지하거나 또는 이것을 적어도 더 어렵게 하는 부착방지 코팅을 갖는다. 이러한 맥락에서 “부착”은 위에서 설명한 자기 인력에 더하여 스크리닝 요소 상에 코팅 재료를 유지하는 코팅 재료와 스크리닝 요소 사이의 연결부의 축적으로서 이해되어야 한다. 따라서, 코팅 재료는 탈자화 중에 또는 탈자화 후에 매우 용이하게 스크리닝 요소로부터 제거될 수 있다. 부착방지 코팅은, 예를 들면, 최대 2 mm의 두께를 갖는다.
특히, 부착방지 코팅은 세라믹 코팅으로서 설계된다. 특히, 부착방지 코팅은 마그네슘 산화물에 의해 안정화된 지르코늄 산화물로 제조되는 것이 유리하다. 이 목적을 위해, 예를 들면, 본 출원인에 의해 상품명 Merco 210으로 판매되고, 조성 ZrO2 24MgO을 갖는 코팅 재료가 사용될 수 있다. 따라서, 부착방지 코팅은, 한편으로, 용사 공정에 의해, 예를 들면, 플라즈마 용사 공정에 의해 간단하고 저가로 도포될 수 있고, 다른 한편으로, 이와 같은 부착방지 코팅은 스크리닝 요소 상에 코팅 재료의 부착을 매우 효과적으로 방지한다.
본 발명의 일 양태에서, 피가공물은 내연 기관용 크랭크케이스로서 설계되고, 부품 표면은 크랭크케이스의 실린더의 실린더 내벽으로서 설계된다. 특히 크랭크케이스는 알루미늄 합금 또는 마그네슘 합금 또는 주철로 구성되고, 이러한 관점에서 실린더 내벽의 코팅은 내연 기관의 작동 중에 실린더 내에서 왕복운동되는 피스톤과 실린더 사이에 가능한 작은 마찰계수를 달성하기 위해 도포된다. 이와 같은 코팅은 본 발명에 따른 방법에 의해 매우 큰 비용 절약이 가능해지도록 부분적으로 대량 생산으로 제조된다.
본 발명의 일 양태에서, 코팅 재료의 도포는 용사 공정, 즉 예를 들면, 대기압에서 실행되는 플라즈마 용사 공정에 의해 실시된다. 이러한 플라즈마 용사 공정은 소위 APS 공정이라고 부른다. 그러나, 자화가능한 코팅 재료를 도포할 수 있는 다른 코팅 공정이 사용될 수도 있다. 이러한 관점에서, 이것은 감압에서 실행되는 플라즈마 용사 공정일 수 있고, 이것은 소위 LPPS 공정이라고 부른다. 더욱이, 플레임 용사, 고속 플레임 용사, 아크 용사 또는 냉간 가스 용사와 같은 추가의 공정이 가능하다.
본 발명의 일 양태에서, 스크리닝 요소는 코팅 재료의 적어도 도포 중에 활성화되는 전자석으로서 설계된다. 이러한 맥락에서 “활성화”는 코팅 재료 상에 자기 인력을 가할 수 있도록 전자석에 전기 에너지원이 공급되는 것으로 이해되어야 한다. 전자석으로서 스크리닝 요소의 설계 시에, 전기 에너지의 공급이 차단되어 전자석이 비활성화되므로, 유리하게도 탈자화는 매우 간단히 실행될 수 있다. 또한, 이 경우, 전자석은 스크리닝 요소의 자기 인력이 요구되는 경우, 즉 예를 들면 코팅 재료의 도포 중에만 매우 간단히 활성화될 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 스크리닝 요소는 축적된 코팅 재료를 제거하기 위한 탈자화 후에 다시 자화되어 본 발명에 따른 코팅 공정에서 재사용될 수 있는 영구 자석으로서 설계된다. 따라서 코팅 중에 스크리닝 요소에의 전기 접속은 불필요하고, 이것은 스크리닝 요소의 배치 부위에 따라 유리할 수 있다.
특히 영구 자석은 강자성 재료, 예를 들면, 철, 또는 만일 더 강력한 영구 자석이 요구되는 경우에는, 사마륨 코발트(SmCo5) 또는 네오디뮴 철 붕소(Nd2Fe14B)로 제조된다. 이러한 관점에서, 스크리닝 요소는 완전히 또는 적어도 부분적으로 상기 재료를 포함한다.
이 경우, 스크리닝 요소가 강한 교번 자장에 노출되고, 다음에 이 교번 자장이 점진적으로 약화되므로 탈자화가 실행된다. 이 자장은 영구 자석의 재료의 소위 항전계강도에 도달하도록 매우 강력해야 한다. 진폭이 감소됨에 따라 교번 자장에 의해 영구 자석 재료의 자성의 역전이 발생된다.
다음에 스크리닝 요소가 강력한 영구 자장에 노출되므로 스크리닝 요소의 자화가 발생된다.
본 발명의 일 양태에서, 스크리닝 요소는 피가공물을 위한 수용 장치의 일부로서 설계된다. 산업적 생산 시에, 피가공물은, 공정 중, 예를 들면, 코팅 중에 피가공물의 간단한 취급 및/또는 정확한 위치결정을 보장하도록, 통상적으로 수용 장치 내에 배치된다. 이러한 수용 장치의 일부로서 스크리닝 요소의 설계에 기인되어 피가공물에 스크리닝 요소를 배열하기 위한 별도의 작업단계가 요구되지 않는다. 따라서 그렇지 않았다면 필요했을 작업단계가 생략될 수 있으므로 코팅 공정의 간단하고 저가의 가동이 가능해진다. 예를 들면, 전자석으로서 스크리닝 요소의 설계에 관하여 스크리닝 요소를 분해하지 않고 스크리닝 요소로부터 코팅 재료의 제거가 가능한 경우에 이러한 수용 장치의 일부로서 스크리닝 요소의 설계가 합리적으로 가능하다.
본 발명의 전술한 목적은 또한 자화가능한 코팅 재료로 코팅될 피가공물의 부품 표면의 영역을 정하기 위한 스크리닝 요소에 의해 달성되고, 상기 스크리닝 요소는 전자석으로서 설계된다.
특히 이 스크리닝 요소는 스크리닝 요소에 적어도 코팅 재료가 부착되는 것을 더 어렵게 하는 부착방지 코팅을 갖는다. 특히 이 부착방지 코팅은 마그네슘 산화물에 의해 안정화된 지르코늄 산화물로 제조된다.
이러한 관점에서 스크리닝 요소는 특히 피가공물을 위한 수용 장치의 일부로서 설계된다.
본 발명의 추가의 장점, 특징 및 상세한 내용은 이하의 실시형태의 설명 및 도면을 참조하여 얻어진다.
도 1은 실린더 내면의 코팅 공정 중에 2 개의 스크리닝 요소를 갖는 내연 기관용 크랭크케이스의 개략도를 도시한다.
도 1에 따르면, 내연 기관용 크랭크케이스(10)는 실린더(11)를 갖는다. 크랭크케이스(10)는 총 4 개의 실린더를 갖고, 그 중 실린더(11)만이 도 1에서 단면도로 볼 수 있다. 자화가능한 코팅 재료의 층은 실린더(11)의 실린더 내벽(12)에 도포되어야 한다. 따라서 크랭크케이스(10)는 피가공물로서, 그리고 실린더 내벽(12)은 피가공물의 부품 표면으로서 간주될 수 있다.
코팅 재료는 회전하는 플라즈마 토치(13)에 의해 도포될 수 있다. 플라즈마 토치(13)는 위치결정 장치(도시되지 않음)에 의해 실린더(11)의 축선 방향으로 이동될 수 있고, 따라서 전체 실린더 내벽(12)이 코팅될 수 있다.
크랭크케이스(10)의 상면(14)에 코팅 재료의 도포를 방지하기 위해, 제 1 스크리닝 요소(15)가 표면(14)에 실린더(11)와 동일한 평면 상에 배치된다. 제 1 스크리닝 요소(15)는 중공의 원통형이고, 그 내면에 마그네슘 산화물에 의해 안정화된 지르코늄 산화물로 제조된 세라믹 부착방지 코팅(16)을 갖는다. 도면에서 이 부착방지 코팅(16)은 매우 과장되어 도시되어 있다. 이러한 관점에서, 부착방지 코팅(16)을 포함하는 제 1 스크리닝 요소(15)의 내경은 실린더(11)의 내경에 대응한다.
제 1 스크리닝 요소(15)는 영구 자석으로서 설계되고, 따라서 자화가능한 코팅 재료를 끌어당기고, 이것을 견고하게 유지한다. 따라서 코팅 재료는 코팅 재료의 도포 시에 스크리닝 요소(15) 상에 축적된다. 더욱이 부착방지 코팅(16)로 인해 코팅 재료와 제 1 스크리닝 요소(15) 사이에 접속이 형성되지 않으므로 코팅 재료는 자기 인력에 의해서만 스크리닝 요소(15)에 유지된다.
제 1 스크리닝 요소(15)의 단일회 또는 다수회의 사용 후에, 이것은 도시되지 않은 탈자화 스테이션에서 탈자화되므로 축적된 코팅 재료는 탈락되어 폐기되거나 재사용될 수 있다. 탈자화 후, 제 1 스크리닝 요소(15)는 다시 자화되므로 재사용에 적합하다.
크랭크케이스(10)의 하면(17)은 수용 장치(18) 내에 배치되고, 이것은 플라즈마 토치(13)에 대한 크랭크케이스(10)의 정확한 위치결정을 보장해준다. 수용 장치(18)는 코팅 재료의 원하지 않는 도포로부터 크랭크케이스의 내부 공간(20)을 보호하고, 따라서 크랭크케이스(10)의 하면(17)의 방향에서 코팅될 부품 표면의 영역을 정하는 제 2 스크리닝 요소(19)를 갖는다. 마찬가지로 제 2 스크리닝 요소(19)도 중공 원통 형상의 기본 형상을 갖고, 전자석으로서 설계된다. 이 목적을 위해, 이것은 상세히 설명되지 않는 전기 에너지 공급원으로부터 전선(22)을 통해 전기 에너지를 공급받을 수 있는 코일(21)을 그 외면 상에 갖는다. 이것은 그 내면에 제 1 스크리닝 요소(15)와 마찬가지로 도시되지 않은 세라믹 부착방지 코팅을 갖는다.
그러면 코일(21)은 전기 에너지를 공급받고, 이에 따라 플라즈마 토치(13)에 의해 코팅 재료가 도포되는 경우에, 전자석으로서 설계된 제 2 스크리닝 장치(19)가 활성화된다. 도포가 종료되면, 제 2 스크리닝 장치(19)가 탈자화되도록 전기 에너지의 공급은 중단된다. 그 결과, 제 2 스크리닝 요소(19)에 축적된 코팅 재료는 탈락되어 폐기되거나 재사용될 수 있다.

Claims (14)

  1. 자화가능한 코팅 재료로 피가공물(10)의 부품 표면(12)을 코팅하는 방법으로서,
    - 지정된 상기 부품 표면(12)의 영역을 정하기 위해, 상기 코팅 재료의 적어도 도포 중에 자성을 갖는 스크리닝 요소(15, 19)를 상기 피가공물(10)에 배치하고;
    - 축적된 코팅 재료를 제거하기 위해, 상기 스크리닝 요소(15, 19)를 탈자화(demagnetization)시키는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크리닝 요소(15, 19)는 상기 스크리닝 요소(15, 19)에 적어도 상기 코팅 재료가 부착되는 것을 더 어렵게 하는 부착방지 코팅(16)을 갖는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 부착방지 코팅(16)은 세라믹 코팅으로서 설계되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 부착방지 코팅(16)은 마그네슘 산화물에 의해 안정화된 지르코늄 산화물로 제조되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피가공물(10)은 내연 기관용 크랭크케이스로서 설계되고, 상기 부품 표면(12)은 상기 크랭크케이스(10)의 실린더(11)의 실린더 내벽으로서 설계되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코팅 재료의 도포는 용사(thermal spray) 공정에 의해 실시되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크리닝 요소(19)는 상기 코팅 재료의 적어도 상기 도포 중에 활성화되는 전자석으로서 설계되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크리닝 요소(15)는 탈자화 후에 다시 자화되는 영구 자석으로서 설계되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크리닝 요소(19)는 피가공물(10)을 위한 수용 장치(18)의 일부로서 설계되는, 부품 표면을 코팅하는 방법.
  10. 자화가능한 코팅 재료로 코팅될 피가공물(10)의 부품 표면(12)의 영역을 정하기 위한 스크리닝 요소로서, 상기 스크리닝 요소(19)는 전자석으로서 설계되는, 스크리닝 요소.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 스크리닝 요소(19)에 적어도 상기 코팅 재료가 부착되는 것을 더 어렵게 하는 부착방지 코팅을 갖는, 스크리닝 요소.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 부착방지 코팅은 세라믹 코팅으로서 설계되는, 스크리닝 요소.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 부착방지 코팅은 마그네슘 산화물에 의해 안정화된 지르코늄 산화물로 제조되는, 스크리닝 요소.
  14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스크리닝 요소(19)는 피가공물(10)을 위한 수용 장치(18)의 일부로서 설계되는, 스크리닝 요소.
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