KR20200000669A - 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속분말을 이용한 도금장치 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는 금속분말과 레이저광을 이용하여 건식의 상태에서 도금하도록 하는 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법에 관한 것이다.
이러한 본 발명인 금속분말건식도금장치는 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말공급장치; 도금대상물에 레이저광을 조사하여 금속분말공급장치로부터 공급된 금속분말이 융착되도록 하는 레이저광조사장치를 포함하여 건식으로 금속분말을 도금대상물에 융착시켜 도금이 이루어지도록 한 것이다.
다른 발명인 금속분말건식도금방법은, 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말세팅단계; 상기 금속분말세팅단계 후 도금용 금속분말이 세팅된 도금대상물 표면에 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말을 융해시켜 융착시키는 금속분말융착단계; 상기 금속분말융착단계 후 표면처리하는 표면처리단계를 포함한다.

Description

금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법{Metal Powder Dry Plating Unit and Method}

본 발명은 금속분말을 이용한 도금장치 및 방법에 관한 것이다.

상세하게는 본 발명은 금속분말과 레이저광을 이용하여 건식의 상태에서 도금하도록 하는 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법에 관한 것이다.

일반적으로 도금이란, 물건의 표면 상태를 개선할 목적으로 금속의 표면에 다른 금속 또는 합금의 얇은 층을 입히는 것을 말하며, 도금의 종류에는 전기도금, 양극 산화 피막처리, 인산염 피막처리, 무전해 도금 등이 있으나, 통상적으로 전기도금을 가리키며, 전기도금은 전기화학적 분해를 이용한 것으로 양극에는 도금시킬 금속재료를, 음극에는 도금될 제품을 전기적으로 연결시켜 양극에서의 용해와 음극에서의 금속이온을 석출시키는 방법이다.

한편, 물건의 표면 일부 영역에만 도금 처리를 하는 것을 선택적 도금 또는 부분 도금(selective plating)이라 칭하는데, 부분 도금을 위한 방식에는 피도금체를 부분적으로 도금 용액에 담그는 방식과, 노즐을 이용하여 부분적으로 도금용액을 분사하는 방식과, 부직포 등의 흡수체를 이용하여 도금 용액을 원하는 부위에 묻히는 방식과, 도금 패턴을 미리 마스크로 제작하여 노광, 에칭 공정에 의하는 방식 등이 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 부분 도금 방식에 의하면 피도금체의 미세한 일부분을 도금 용액에 담그는 것이 불가능할 뿐만 아니라, 노즐을 이용하여 미세한 선을 형성하도록 분사하는 것이 불가능하며, 흡수체를 이용하여 미세한 부분에 묻히는 것이 불가능하므로 복잡한 형상의 패턴, ㎛단위의 마이크로 패턴을 형성할 수 없는 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하고자 등록특허공보 제10-1116783호와 같은 레이저를 이용한 부분 도금 장치 및 부분 도금 방법이 개발되으나, 선박 또는 선박의 용접비드부위 등을 도금하고자 할 경우 크기와 그 특수성 때문에 도금액을 이용한 도금이 용이하지 못하고, 도금에 경제적이 못한 단점이 있다.

즉, 선박 또는 선박의 용접비드부위 등을 도금액에 담그기가 용이하지 못함으로써 도금이 어려운 단점이 있다.

(KR) 공개특허공보 10-2002-0052866 (KR) 등록특허공보 제10-1116783호 (KR) 공개특허공보 10-2003-0054624

본 발명은 통상적으로 도금액이 저장된 도금조에 도금대상물을 담그고, 전기분해을 시키거나 레이저광을 조사하여 도금을 시키고 있다. 이러한 경우 도금대상물을 담그기 의하여 커다란 도금조가 필요하고, 다량의 도금액이 사용됨에 따라 폐수에 대한 문제점이 해결하고자 한다.

즉, 본 발명은 도금대상물을 도금액에 담그지 않고 도금을 함으로써 부분도금이 가능하도록 하며, 부분(구획)별로 상이한 도금재질로 도금이 이루어질 수 있도록 하는 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법을 제공하고자 한다.

또한, 선박과 같은 대형의 도금대상물 또는 선박과 같은 대형의 도금대상물의 용접부위(비드) 부분만을 건식 방식으로 도금할 수 있는 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법을 제공하고자 한다.

또한, 용접으로 인하여 도금층이 부분적으로 손실된 부분만을 도금할 수 있도록 하여 도금에 따른 비용을 절감할 수 있는 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법을 제공하고자 한다.

이러한 목적은 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말공급장치; 도금대상물에 레이저광을 조사하여 금속분말공급장치로부터 공급된 금속분말이 융착되도록 하는 레이저광조사장치를 포함하여 건식으로 금속분말을 도금대상물에 융착시켜 도금이 이루어지는 본 발명의 금속분말건식도금장치로 해결될 수 있다.

금속분말건식도금장치는 상기 도금대상물에 도금용 금속분말 부착능력이 향상되도록 하기 위한 금속분말부착장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 금속분말부착장치는 정전기력을 이용한 장치이거나 또는 점성용제를 이용한 장치로 이루질 수 있다.

다른 발명인 금속분말건식도금방법은, 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말세팅단계; 상기 금속분말세팅단계 후 도금용 금속분말이 세팅된 도금대상물 표면에 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말을 융해시켜 융착시키는 금속분말융착단계; 상기 금속분말융착단계 후 표면처리하는 표면처리단계를 포함한다.

상기 금속분말세팅단계에는 도금대상물과 도금용 분말금속 사이에 정전기력이 발생하도록 반대의 극성을 가지도록 대전하는 과정을 포함할 수 있다.

상기 도금대상물은 세라믹을 포함하는 비금속재질임을 특징으로 할 수 있으며, 상기 도금대상물은 용접비드 부위임을 특징으로 한다.

상기 도금용 분말금속은 텅스텐, 동, 알루미늄, 아연, 티타늄 및 그들의 합금 중 어느 하나이거나 혼합물임을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 본 발명인 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법은 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하여 세팅(부착)을 시킨 후에 레이져광을 조사하여 순간적으로 세팅된 도금용 금속분말이 융해시켜 도금을 하는 장치 및 방법으로써 도금대상물을 도금액에 담그지 않음으로써 선박과 같은 부피가 큰 도금대상물의 도금이 가능하며, 특히 선박과 같은 부피가 큰 도금대상물의 용정부위(비드)와 같은 부분도장시 아주 유용한 장점을 가진다. 이러한 도금장치 및 도금방법을 이용할 경우 도금 시간을 단축시킬 수 있으며, 도금을 위한 설비비용을 절약하고, 도금이 용이함으로써 도금에 따른 비용을 획기적으로 줄일 수 있는 장정을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 금속분말건식도금방법에 대한 단계도.
도 2는 본 발명인 금속분말건식도금장치를 이용한 평면 도금대상물에 대한 금속분말건식도금의 개략도.
도 3은 본 발명인 금속분말건식도금장치를 이용한 입체 도금대상물에 대한 금속분말건식도금의 개략도.
도 4는 본 발명인 금속분말건식도금장치를 이용한 용접부위(비드)에 대한 금속분말건식도금의 개략도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 될 것이며, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 금속분말과 레이저광을 이용하여 건식의 상태에서 도금하도록 하는 금속분말건식도금장치 및 금속분말건식도금방법이다.

도 1과 같이, 본 발명인 금속분말건식도금방법은 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말세팅단계(S1)와, 상기 금속분말세팅단계(S1) 후 도금용 금속분말이 세팅된 도금대상물 표면에 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말을 융해시켜 융착시키는 금속분말융착단계(S2)와, 상기 금속분말융착단계(S2) 후 표면처리하는 표면처리단계(S3)를 포함한다.

상기 금속분말세팅단계(S1)에는 공급되는 도금용 금속분말이 도금대상물에 부착될 수 있도록 하기 위한 도금대상물과 도금용 분말금속 사이에 정전기력이 발생하도록 반대의 극성을 가지도록 대전하는 과정을 포함한다. 즉, 입체상태의 도금대상물을 도금할 경우 공급된 도금용 금속분말이 도금대상물에 분리되어 도금이 이루어지지 않거나, 도금층이 얇아지는 현상을 방지하기 위함이다.

상기 도금대상물은 금속재질 또는 세라믹, 도자기 등과 같은 비금속재질과 같이 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 도금대상물에 도금용 금속분말을 부착시킨 후 레이저광을 조사하여 금속분말을 도금대상물의 표면에 융착시키는 도금방법으로 도금대상물은 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

상기 도금용 분말금속은 보통 레이저광을 조사하여 용해될 수 있는 금속 사용이 가능하며, 보통 100㎛ 미만의 텅스텐, 동, 알루미늄, 아연, 티타늄 및 그들의 합금 중 어느 하나이거나 혼합물을 사용한다.

상기 표면처리단계(S3)는 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말이 용착된 융착표면(20')을 처리하는 단계로, 화학처리를 하여 열흔을 제거하는 화학적처리방법과 브러쉬나 가압로울러공정 또는 쇼트나 블러스팅공정 등과 같은 기계적처리방법이 사용될 수 있다.

이와 같은 본 발명인 금속분말건식도금방법을 위한 금속분말건식도금장치는 도금대상물(10)에 금속분말(21)을 공급하여 도금금속분말층(20)을 형성하도록 이루어진 금속분말공급장치(1)와, 도금대상물(10)에 레이저광을 조사하여 금속분말공급장치(1)로부터 공급되어 형성된 도금용 금속분말층(20)의 금속분말을 융착시키는 레이저광조사장치(2)를 포함한다.

상기 금속분말건식도금장치는 레이저광조사장치(2)으로 조사된 레이저광으로 도금용 금속분말이 용착된 융착표면(20')을 처리하도록 하는 표면처리장치를 더 포함할 수도 있다.

상기 표면처리장치는 융착표면(20')에 열화흔이 있을 경우 화학처리로 열흔을 제거하거나, 또는 표면평활도를 확보하여야할 경우 브러쉬나 가압로울러 공정 또는 쇼트나 블러스팅공정을 가하여 용도에 맞는 별도의 가공된 금속분말 도금표면층(20")를 확보하도록 한다.

상기 도금대상물에 도금용 금속분말 부착능력이 향상되도록 하기 위한 금속분말부착장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 금속분말부착장치는 보통 정전기력을 이용한 장치 또는 점성용제를 이용한 장치가 사용된다.

상기 금속분말부착장치는 도금대상물이 입체상태의 것이거나 또는 수직상태에 놓인 평면, 경사면 일때 유용하게 사용된다.

즉, 금속분말부착장치는 도금대상물일이 입체상태, 수직상태에 놓인 평면 또는 경사면일 경우 공급된 도금용 금속분말이 도금대상물에서 분리되는 현상을 방지하여 균일한 도금층이 형성될 수 있도록 한다.

도 2는 평면상태의 도금대상물을 도금하는 과정을 도시한 것으로 이를 참조하면,

평면형태의 도금대상물(10)에 금속분말공급장치(1)로부터 공급되는 도금용 금속분말(21)을 공급하여 도금이 이루어질 면에 도금용 금속분말층(20)을 형성한 후, 상기 도금용 금속분말층(20)에 레이저광조사장치(2)로 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말층(20)을 용해시켜 도금용 금속분말이 용착된 융착표면(20')을 형성시킨다.

상기 도금용 금속분말이 용착된 융착표면(20')에 열흔이 있거나, 표면평활도가 고르지 못할 경우에는 표면처리장치를 이용하여 표면을 처리하여 가공된 표면상태(20")를 형성하도록 한다.

도 3은 입체상태의 도금대상물을 도금하는 과정을 도시한 것으로 이를 참조하면,

입체형태의 도금대상물(10)에 금속분말공급장치(1)로부터 공급되는 도금용 금속분말(21)을 공급하여 도금이 이루어질 면에 도금용 금속분말층(20)을 형성한 후, 상기 도금용 금속분말층(20)에 레이저광조사장치(2)로 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말층(20)을 용해시켜 도금용 금속분말이 용착된 융착표면(20')을 형성시킨다.

상기 도금대상물(10)에 공급되는 도금용 금속분말(21)이 부착된 상태를 유지할 수 있도록 금속분말부착장치를 사용하여 도금용 금속분말(21) 공급시 도금대상물(10)의 표면은 음전하를 띄도록 하전하고, 도금용 금속분말(21)은 양전하를 띄도록 하여 하전을 시킨 후에 도금대상물(10)에 도금용 금속분말(21)이 공급되도록 한다. 즉, 음전하로 하전된 도금대상물(10)에 양전하로 하전된 도금용 금속분말(21)을 공급하여 도금대상물(10)의 표면에 도금용 금속분말층(20)이 형성될 수 있도록 한다.

도 4은 용접부위(비드) 부분의 도금대상물을 도금하는 과정을 도시한 것으로 이를 참조하면,

도금층(11)이 형성된 도금대상물(10)에 용접을 하게되면 용접부위(비드)(10a)를 기준으로 주변부위의 도금층(11)이 상실된 도금층 상실면(12)이 발생이되고, 상기 용접부위(비드)(10a)와 도금층 상실면(12)에서 빠른 부식이 발생한다.

이러한 상기 용접부위(비드)(10a)와 도금층 상실면(12)에서 발생되는 빠른 부식을 방지하고자 부분도금을 진행한다.

특히 선박과 같이 용접부위(비드)(10a) 부분이 많고, 커다란 부피를 가지는 도금대상물(10)인 경우에는 일반적인 도금조를 이용한 도금법의 경우 불편하거나 불가능한 문제점이 있다.

그러나 도 4에서와 같이 용접부위(비드)(10a)와 도금층 상실면(12)에 도금용 금속분말(21)을 공급하여 도금용 금속분말층(20)을 형성한 후 레이저광을 조사하는 방법으로 도금을 함으로써 선박과 같이 용접부위(비드)(10a) 부분이 많고, 커다란 부피를 가지는 도금대상물에 아주 적합하다.

이와 같은 본 발명의 금속분말건식도금방법은 아래와 같은 특징이 있다.

① 세라믹제품의 생산 : 기존의 금속판에 세라믹을 코팅하던 대상에 대하여 반대로 세라믹에 금속을 코팅하여 구할 수 있는 다양한 효용성과 경제적 가치가 창출될 수 있음(예, 건축외장재, 타일, 스틸판, 창호재, 수전, 그외 다양한 요업제품).

② 금속제품의 생산 : 내식성을 요하는 금속제품의 양산이나 저가금속모재에 고가의 표면외장을 추구할때 이 기술을 유용하게 적용할 수 있다(예, 각종 자동차 현가장치나 하체부품, 열연 또는 압연, 냉연철판물 또는 주조금속물 등)

③ 현장가공처리물 : 조선소의 선박용접부위의 부분 또는 전면현장도금처리, 철구조물등의 용접흔에 대한 내식처리, 도장처리만으로 만족스럽지 못한 기존시설물등에 적용할 수 있다.

④ 선택적 적용 : 같은 모재나 동일공정에도 특별히 도막의 두께나 내구성이 강하게 요구되는 부분에 대해 선택적으로 공정을 가함으로써 보다 효율적인 결과물을 취할 수 있다.

⑤ 이외에도 기존의 도장처리만으로 만족스럽지 못했던 각종 도금대상물에 텅스텐, 동, 알미늄, 아연,등원하는 금속분말재료를 적용하여 코팅할 경우 매우 만족스러운 결과물을 얻을 수 있다.

또한, 본 발명인 금속분말건식도금방법의 경우,

1) 팩토리생산의 경우 고정식 시설을 사용하고 현장사용시에는 기존생산공급되는 본체와 핸드컨트롤이 가능한 레이저광 조사기를 사용하여 적용할 수 있다.

특히, 레이저광는 일점조사 또는 확산조사가 가능하며 출력의 크기에 따라 선형과 면형으로 사용할 수 있다. 또한 재료에 가해지는 에너지의 손실이 없으므로 금속을 이온화하거나 증착시키거나 용융시키는데 따른 에너지가 크게 절감된다.

광폭의 표면 도장처리시에는 확산형 빔을 횡렬로 배치된 레이저광 조사시스템을 배치하고, 도막의 두께를 조절하고자 한다면 공정의 회차를 추가하면 된다.

2) 입체화된 대상물을 처리하려면 기존의 분체도장 및 열처리공정과 동일한 컨베이어시스템으로 도금용 금속분말을 가하고 입체적이고 단계적인 레이저광을 조사하면 된다

3) 로봇팔을 활용할 경우 상당히 디데일하고 능률적인 처리도 가능하다.

1 : 금속분말공급장치 2 : 레이저광조사장치
10 : 도금대상물 10a : 용접부위
20 : 도금용 금속분말층 21 : 도금용 금속분말
20' : 금속분말이 용착된 융착표면
20" : 금속분말 도금표면층

Claims (8)

1. 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말공급장치;
   도금대상물에 레이저광을 조사하여 금속분말공급장치로부터 공급된 금속분말이 융착되도록 하는 레이저광조사장치를 포함하여 건식으로 금속분말을 도금대상물에 융착시켜 도금이 이루어지도록 함을 특징으로 하는 금속분말건식도금장치.
2. 제1항에 있어서,
   도금대상물에 도금용 금속분말 부착능력이 향상되도록 하기 위한 금속분말부착장치를 더 포함함을 특징으로 하는 금속분말건식도금장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 금속분말부착장치는 정전기력을 이용한 장치이거나 또는 점성용제를 이용한 장치임을 특징으로 하는 금속분말건식도금장치.
4. 도금대상물에 도금용 금속분말을 공급하는 금속분말세팅단계;
   상기 금속분말세팅단계 후 도금용 금속분말이 세팅된 도금대상물 표면에 레이저광을 조사하여 도금용 금속분말을 융해시켜 융착시키는 금속분말융착단계;
   상기 금속분말융착단계 후 표면처리하는 표면처리단계를 포함함을 특징으로 하는 금속분말건식도금방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 금속분말세팅단계에는 도금대상물과 도금용 분말금속 사이에 정전기력이 발생하도록 반대의 극성을 가지도록 대전하는 과정을 포함함을 특징으로 하는 금속분말건식도금방법.
6. 제4항에 있어서,
   상기 도금대상물은 세라믹을 포함하는 비금속재질임을 특징으로 하는 금속분말건식도금방법.
7. 제4항에 있어서,
   상기 도금대상물은 용접비드 부위임을 특징으로 하는 금속분말건식도금방법.
8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 도금용 분말금속은 텅스텐, 동, 알루미늄, 아연, 티타늄 및 그들의 합금 중 어느 하나이거나 혼합물임을 특징으로 하는 금속분말건식도금방법.

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