KR20190017692A - 자동차용 부품 및 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법 - Google Patents

자동차용 부품 및 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법 Download PDF

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디터 윙거트
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독터. 인제니어. 하.체. 에프. 포르쉐 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은, 마그네슘 소재로 제조된 본체(12)로서, 이 본체(12)의 가시 표면(14)이 1 내지 40㎛의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는, 본체와; 상기 본체(12)의 가시 표면(14) 상에 배치되고 최대 60㎛의 층 두께를 갖는 투명 래커 코팅층(40)으로서, 이 투명 래커 코팅층(40)의 아래에 배치되는 본체(12)의 표면 구조(15)가 시각 및 촉각적으로 식별 가능한, 투명 래커 코팅층;을 포함하는 자동차용 부품(10)에 관한 것이다.

Description

자동차용 부품 및 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법{COMPONENT FOR A MOTOR VEHICLE, AND METHOD FOR PRODUCING A COATED COMPONENT FROM A MAGNESIUM MATERIAL}
본 발명은 자동차용 마그네슘 부품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 중량을 감소시키기 위해, 마그네슘 소재로 제조된 부품의 사용이 점점 증가하고 있다. 마그네슘 소재는, 기계적 특성이 비교적 양호할 때 알루미늄 소재, 특히 강재에 비해 낮은 밀도를 갖는다. 마그네슘 소재로 제조된 부품은 외장 부품 및 내장 부품으로서, 예를 들면 차량 시트 또는 기기 패널의 부품으로서 사용된다.
마그네슘 부품, 특히 가시적인(visible) 마그네슘 부품의 부식 방지를 제공하고/하거나 외관을 개선하기 위해, 이러한 마그네슘 부품이 코팅된다. 코팅은 보통 분말 코팅(powder coating)에 의해 수행된다. DE 10 2012 112 394 A1호는 마그네슘 소재로 제조된 이러한 타입의 부품을 개시한다. 부품의 표면에 부식 방지를 제공하기 위해, 부품이 용사(thermal spraying)에 의해 코팅된다.
이러한 방식의 마그네슘 부품 코팅 시, 코팅층 아래에 배치되는 금속 표면이 촉각 및 시각적으로 더 이상 식별이 불가능할 정도로, 부품 또는 부품의 미리 정해진 표면이 코팅제로 가려지는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 과제는, 부식 방지층을 가지며 및 그 금속 표면이 시각 및 촉각적으로 식별 가능한, 마그네슘 소재로 제조된 부품 및 그 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 제1항의 특징을 갖는 자동차용 부품 및 상응하는 청구항 제6항에 따른 방법에 의해 해결된다.
본원 부품은 마그네슘 소재로 제조된 본체를 갖는다. 이 본체는 보통 1 내지 40㎛의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는 가시 표면을 갖는다. 평균 거칠기(Ra)는, 예를 들면 절삭 가공(subtractive machining), 일차 성형(primary forming) 공정 또는 성형 공정에 의해 제조된 기술적 표면의 거칠기를 나타낸다. 산술 평균 거칠기(Ra)는, 측정 구간을 따라 거친 표면의 높이 차 및 깊이 차를 결정하고, 상기 측정 구간에서 결정된 거칠기 프로파일의 특정 적분을 계산하며, 마지막으로 산출된 결과를 측정 구간의 길이로 나누는 방식으로 결정된다.
본체의 가시 표면 상에 투명 래커 코팅층이 배치된다. 투명 래커 코팅층은 최대 60㎛의 층 두께를 가지며, 마그네슘 소재로 제조된 본체의 부식 방지층으로서의 역할을 한다.
투명 래커로서 바람직하게는 베이스 래커 및 경화제를 갖는 2성분 투명 래커가 사용된다. 2성분 투명 래커는 단일 성분 투명 래커에 비해 화학 물질에 대해 더 큰 저항성을 가지며 얇은 층 두께를 가능하게 한다. 투명 래커는 습식 래커, 분말 래커, 하이브리드 래커 또는 졸-겔계(sol-gel system)로서 구성될 수 있고, 분무, 플러딩(flooding), 디핑(dipping) 또는 분말 코팅에 의해 도포될 수 있다. 이 경우, 투명 래커는 바람직하게 열경화성, UV 경화성 또는 열/UV 경화성으로 형성될 수 있다.
두껍게 도포된 코팅제에 비해 얇은 투명 래커 코팅층의 층 두께와, 투명 래커 코팅층의 광학적 및 기계적 특성에 의해, 본체의 금속성 가시 표면(metallic visible surface)은 코팅층에도 불구하고 시각 및 촉각적으로 식별 가능하다. 이로 인해 관련 부품의 마그네슘 성질을 경험할 수 있다.
투명 래커 코팅층은 바람직하게는 20 내지 40㎛의 층 두께를 가지며, 이에 따라, 가시 표면의 표면 구조가 시각 및 촉각적으로 매우 양호하게 식별 가능하다. 물론 더 최근의 래커 시스템의 경우, 더 얇은 대략 5㎛의 층 두께도 가능하다.
하나의 바람직한 설계 실시예에서, 투명 래커 코팅층은 적어도 0.5㎛의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는 투명 래커 표면을 갖는다. 본원에서 투명 래커 표면의 표면 구조는 대체로 가시 표면의 표면 구조에 대응하여, 코팅에도 불구하고 본체의 금속 표면을 여전히 시각 및 촉각적으로 실질적으로 경험할 수 있다.
본체는 바람직하게 마그네슘 주물이며, 본체의 복잡한 기하학적 구조는 본체의 주조를 통해 형성될 수 있다. 주로 사용되는 마그네슘 주조 재료는 AZ91이며, AZ91은 마그네슘, 알루미늄, 아연 및 망간으로 조성된 마그네슘 다이캐스팅 합금이다. 마그네슘 합금 AZ91은 높은 강도, 매우 양호한 주조 특성 및 비교적 높은 내부식성을 갖는다. 본체는 대안적으로 마그네슘 시트(sheet) 또는 마그네슘 압출 프로파일일 수 있다.
한 바람직한 설계 실시예에서, 본원 부품은 가시적인 자동차 내장 부품이며, 상기 부품은 예를 들면 중앙 콘솔과 같은 디자인 요소 또는 지지 요소일 수 있다. 대안적으로, 부품은 자동차 외장 부품으로서 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 과제는, 마그네슘 부품으로부터 코팅 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 이 부품의 금속 표면은 코팅되어도 시각 및 촉각적으로 식별 가능하다.
상기 과제는 독립 청구항 제6항의 특징을 갖는, 마그네슘 부품으로부터 코팅 부품을 제조하는 방법에 의해 해결된다.
이 방법은 아래의 방법 단계를 포함한다:
a) 블라스팅 방법에 의해 부품의 가시 표면을 기계 가공하는 단계, 및
b) 블라스팅 방법에 의해 기계 가공된 가시 표면에 투명 래커 코팅층을 도포하는 단계.
일차 성형 또는 성형, 예를 들면 압출 이후, 가시 표면은 비균질 표면 구조를 가지며, 이 표면 구조는 각각 상이한 높이 및 깊이의 피크 및 골을 갖는다. 또한 제조 과정에서, 예를 들면 본체의 다이캐스팅 과정에서, 특히 주조 공정에서의 용융물의 유동, 냉각 과정, 그리고 주조 공정에서 사용되는 이형제에 의해 야기되거나 생성되는, 가시 표면 상의 줄무늬 및 변색이 종종 발생한다. 가시 표면의 블라스팅 처리를 통해 비균질 표면 구조는 다져지고, 줄무늬 및 변색이 완화되거나 제거됨으로써, 블라스팅 이후에는 본체의 균질 금속 표면이 존재한다. 추가적으로, 투명 래커 코팅층의 도포 이전에 부품의 또 다른 전처리, 예컨대 부품의 버어 제거(deburring), 세정, 부동태화(passivating)가 수행될 수 있다.
블라스팅은, 예를 들면 압력 블라스팅 또는 휠 블라스팅에 의해 수행될 수 있다. 휠 블라스팅의 경우, 블라스팅 요소가 휠 내로 유입되고, 이 블라스팅 요소가 휠의 회전에 의해 가속되며, 가속된 블라스팅 요소가 넓게 퍼지는 제트 분사(jet blast) 형태로 본체의 가시 표면 상으로 분출된다.
블라스팅 방법은 알멘 강도(Almen intensity) 측정에 의해 정량화되며, 상기 알멘 강도 측정 시 블라스팅 제트 강도가 결정된다. 이 경우, 블라스팅 공정 중에 스프링 강으로 제조된 알멘 테스트 스트립이 블라스팅되고, 알멘 테스트 스트립의 굽힘(flexing)에 의해 축적된 블라스팅 강도가 결정된다. 세가지 상이한 테스트 스트립, 즉 N 타입, A 타입 또는 C 타입의 테스트 스트립이 알멘 강도 측정에 사용될 수 있는데, 상이한 테스트 스트립들은 시트 두께에 따라 달라지며, 시트 두께는 N 타입에서부터 시작하여 증가한다.
본 예시적인 블라스팅 공정에서는, N 타입 테스트 스트립이 사용되며, 이 테스트 스트립은 바람직하게 0.1 내지 0.42mm의 범위 내에서 구부러진다.
블라스팅 이후, 블라스팅에 의해 준비된 가시 표면이 투명 래커로 코팅되며, 이때 박층의 투명 래커가 가시 표면에 도포된다. 투명 래커 코팅층의 층 두께는 최대 60㎛이므로, 블라스팅된 균질 가시 표면의 표면 구조는 계속해서 시각 및 촉각적으로 식별 가능하다.
블라스팅 요소는, 바람직하게는 알루미늄 펠릿, 예를 들면, 알루미늄 와이어 펠릿이다. 알루미늄 펠릿은 보통 박벽 부품을 세정하고, 다지고, 평평하게 하는 데에 사용되며, 박벽 부품은 알루미늄 펠릿에 의한 변형 없이 블라스팅 처리될 수 있다. 이로 인해, 마그네슘 소재로 제조된 얇은 디자인 요소도 블라스팅 처리될 수 있다. 또한, 알루미늄 펠릿을 이용한 블라스팅 처리를 통해 가시 표면의 광택도가 증대된다.
한 바람직한 실시예에서, 알루미늄 펠릿은 0.3 내지 3.0mm의 직경을 갖는다. 이로 인해 가시 표면의 미세하고 균질한 표면 구조가 생성된다.
투명 래커는 바람직하게 소광제(matting agent) 및/또는 착색제(tinting agent)를 포함하며, 그로 인해 투명 래커 코팅층에도 불구하고 무광택 금속 가시 표면이 제공된다. 광택도 측정 시의 투명 래커 표면은, 예를 들면 30 내지 60 글로스 유닛(Gloss units, GU)을 가질 수 있으며, 상기 측정은 60°의 각도에서 수행된다.
이제 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 일차 성형 후의 부품의 본체의 개략도이다.
도 2 및 도 3은 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법의 개별 방법 단계의 개략도이다.
도 1은 코팅될 부품(10)의 본체(12)를 도시한다. 본체(12)는 마그네슘 소재, 예를 들면 AZ91로 제조되며, 가시 표면(14)을 갖는다. 가시 표면은 부품이 설치된 상태에서 가시적이다. 가시 표면(14)은 일차 성형 공정 후에 생성되는 비균질 표면 구조(15)를 가지며, 이 표면 구조(15)는 각각 상이한 깊이 및 높이의 골(trough) 및 피크를 갖는다. 또한, 가시 표면(14)은 예를 들면 다이캐스팅 공정에서 사용되는 이형제(release agent) 및/또는 다이캐스팅 공정에서의 용융물의 유동으로 인해 생성되는 줄무늬 및 변색을 갖는다.
도 2는 마그네슘 소재의 코팅 부품(10)을 제조하는 제1 방법 단계를 도시한다. 제1 방법 단계에서 본체(12)의 가시 표면(14)이 블라스팅 처리된다. 블라스팅은 블라스팅 장치(20), 예를 들면 압력 블라스팅 또는 휠 블라스팅 장치에 의해 수행된다. 블라스팅 제트(24)에 의한 블라스팅 장치(20)는 가시 표면(14)을 향해 정렬되고, 블라스팅 제트(24)는 가시 표면(14) 상으로 분출될 많은 블라스팅 요소(26)를 갖고 있다. 블라스팅 요소(26)는, 0.6 내지 1.0mm의 직경을 가지며 그 기계적 특성에 기반하여 가시 표면(14)을 세정하고, 다지며, 평탄화하는 알루미늄 펠릿(27)이다.
도 2에서 블라스팅 장치(20)의 우측에는 블라스팅 처리되지 않은 비균질 표면 구조(15)가 도시되어 있고, 블라스팅 장치(20)의 좌측에는 가시 표면(14)의 블라스팅 처리된 표면 구조(17)가 도시되어 있다. 블라스팅 처리된 표면 구조(17)는 블라스팅 처리되지 않은 표면 구조(15)에 비해 보다 미세하고 보다 조밀하며 청결한, 2 내지 6㎛의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는 표면 구조를 갖는다.
도 3은 마그네슘 소재의 코팅 부품(10)을 제조하는 제2 방법 단계를 도시한다. 제2 방법 단계에서는 가시 표면(14)의 블라스팅 처리된 표면 구조(17)가 투명 래커 코팅층(40)으로 코팅된다. 코팅 공정은 도장 장치(30)에 의해 수행되며, 이때 도장 장치(30)의 래커 제트(34)가 가시 표면(14) 위를 향해 정렬된다. 도장 장치(30)의 좌측에는 투명 래커 코팅층(40)을 가진 투명 래커 표면(42)이 도시되어 있고, 도장 장치(30)의 우측에는 블라스팅 처리된 표면 구조(17)가 도시되어 있다.
투명 래커 코팅층(40)은 30㎛의 층 두께를 가지며, 투명 래커 표면(42)은 1.5㎛의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는다. 이러한 타입의 투명 래커 코팅층(40)에 의해, 투명 래커 코팅층(40)으로 덮인 금속 가시 표면(14)은 시각 및 촉각적으로 식별 가능하다.
독립 청구항의 보호 범위 내에 포함된 전술한 실시예들과 다른 구조적 실시예들도 가능하다.

Claims (9)

  1. 자동차용 부품(10)이며,
    마그네슘 소재로 제조된 본체(12)로서, 상기 본체(12)의 가시 표면(14)이 1 내지 40㎛의 산술 평균 거칠기(Ra)를 갖는, 본체와;
    상기 본체(12)의 가시 표면(14) 상에 배치되고 최대 60㎛의 층 두께를 갖는 투명 래커 코팅층(40)으로서, 상기 투명 래커 코팅층(40)의 아래에 배치된 본체(12)의 표면 구조(15)가 시각 및 촉각적으로 식별 가능한, 투명 래커 코팅층;을 포함하는 자동차용 부품(10).
  2. 제1항에 있어서, 투명 래커 코팅층(40)은 5 내지 40㎛의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부품(10).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 투명 래커 코팅층(40)은 투명 래커 표면(42)을 가지며, 상기 투명 래커 표면(42)은 적어도 0.5㎛의 평균 거칠기(Ra)를 갖는 것을 특징으로 하는, 자동차용 부품(10).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 본체(12)는 마그네슘 주물인 것을 특징으로 하는, 자동차용 부품(10).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부품(10)은 가시적인 자동차 내장 부품인 것을 특징으로 하는, 자동차용 부품(10).
  6. 마그네슘 소재로 코팅 부품(10)을 제조하는 방법에 있어서,
    a) 블라스팅 방법을 사용하여 부품(10)의 가시 표면(14)을 기계 가공하는 방법 단계, 및
    b) 상기 블라스팅 방법에 의해 기계 가공된 가시 표면(14)에 투명 래커 코팅층(40)를 도포하는 방법 단계를 특징으로 하는, 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 블라스팅 요소(26)는 알루미늄 펠릿(27)인 것을 특징으로 하, 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 알루미늄 펠릿(27)은 0.6 내지 1mm의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 투명 래커 코팅층(40)은 소광제(matting agent) 및/또는 착색제(tinting agent)를 갖는 것을 특징으로 하는, 마그네슘 소재의 코팅 부품 제조 방법.
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