KR20210052942A - 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재 - Google Patents

자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면을 전처리하는 단계; 및 상기 성형체 상부에 금속 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 금속 도금층은 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 형성된 것인 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재에 관한 것이다.

Description

자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재{MANUFACTURING METHOD FOR VEHICLE PART AND VEHICLE PART BY USING THE MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 공정 축소 및 단순화의 효과를 구현하면서도, 도금 물성을 향상시킬 수 있는 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재에 관한 것이다.
엔지니어링 플라스틱은 최근 급격히 발전하고 있는 신소재 중 하나로, 기계 부품이나 구조 재료와 같은 분야에서 금속을 대체하는 용도로 사용되고 있다. 이러한 엔지니어링 플라스틱은 일상 생활에 활용되는 범용 플라스틱에 비해 강도가 현저하게 높은 특성과 금속에 비해 현저하게 가벼운 특성을 동시에 제품에 부여할 수 있다. 이를 이용하여, 전기 전자 분야 및 기계 분야 등에서는 엔지니어링 플라스틱으로 금속을 대체하기 위한 연구개발이 활발히 수행되고 있다.
하나의 예시로, 자동차용 부품 분야에서는 엔지니어링 플라스틱으로 중량이 높은 금속 부품을 대체하고, 차량을 경량화하여, 연비를 높이면서도 동시에 사용자의 안전을 증진시키고자 하는 노력이 이어지고 있다.
대표적으로, 범퍼(bumper), 라디에이터 그릴, 프런트 그릴, 차체 몰딩, 휠캡, 휠커버, 기타 주변 부품 등과 같은 외장재 부품 분야에서, 금속 소재가 엔지니어링 플라스틱으로 특히 활발하게 대체되고 있다.
자동차용 외장재 부품에는 색상, 외관 형상, 디자인 등을 사용자의 기호 및 브랜드 특성에 맞추어 다양하게 구현할 수 있으면서도, 우수한 내후성, 내열성, 내수성 등의 내구 성능을 구현할 필요성이 요구되고 있다.
이에 따라, 자동차용 외장재 부품에 사용되는 엔지니어링 플라스틱 소재의 자체적인 물성을 높이는 것 못지 않게, 도금과 같은 표면 처리를 통해 물성을 더욱 향상시키는 기술에 대한 수요가 증대되고 있다.
예시적으로 특허문헌 1(한국등록특허 제10-1957443호)은 비전도성인 플라스틱 표면에 일정 패턴으로 이루어진 데코층을 형성하고, 데코층 표면에 니켈 도금층 및 크롬 도금 라인을 적층하여 다색 패턴의 구현이 가능한 도금 공법을 제시하고 있다.
종래의 표면 처리 방법은 플라스틱 표면에 화학 도금층을 형성한 후, 화학 도금층 상부에 전기 도금 방식으로 금속 도금층을 형성한다. 이러한 경우 도금에 사용되는 금속의 소모량이 높아져 제조 비용이 높아지고, 도금에 소요되는 시간이 길어 산업적으로 요구되는 생산량을 달성하기 쉽지 않은 단점이 있다. 이의 해결을 위해, 화학 도금을 생략하는 경우, 도금층이 플라스틱 표면으로부터 박리되기 쉬워 내구성이 낮아지거나 제조 과정에서 쉽게 불량이 발생할 수 있다.
따라서, 제조 비용을 낮추면서도, 부품에 요구되는 물성을 쉽게 만족시킬 수 있는 자동차 부재의 제조 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.
본 발명의 하나의 목적은 공정 축소 및 단순화의 효과를 구현하여 생산 시간을 단축시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있어 경제적 이점이 매우 우수한 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 우수한 도금 물성을 구현할 수 있고, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 우수한 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 제조된 자동차 부재에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적은 본 명세서의 내용을 통해 달성할 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면을 전처리하는 단계; 및 상기 성형체 상부에 금속 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 금속 도금층은 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 형성된 것인 자동차 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
상기 자동차 부재의 제조 방법은 상기 금속 도금층을 형성하는 단계를 수행하기 이전에, 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면에 니켈 스트라이크층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 40~60 중량% 및 폴리카보네이트(PC) 40~60 중량%를 포함하는 기초수지 100 중량부; 및 전도성 탄소 3~20 중량부;를 포함할 수 있다.
상기 전도성 탄소는 탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite) 및 그래핀(Graphene) 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 전술한 제조 방법으로 전기 전도성 플라스틱의 표면이 전기 도금 처리된 자동차 부재에 관한 것이다.
상기 자동차 부재는 전기 전도성 플라스틱 성형체; 및 상기 성형체 표면에 형성된 금속 도금층; 을 포함하고, 상기 금속 도금층은 성형체 표면으로부터 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 적층된 것이고, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 40~60 중량% 및 폴리카보네이트(PC) 40~60 중량%를 포함하는 기초수지 100 중량부; 및 전도성 탄소 3~20 중량부;를 포함한다.
상기 자동차 부재는 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체 및 상기 금속 도금층 사이에 형성된 니켈 스트라이크층을 더 포함할 수 있다.
상기 자동차 부재는 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체와 상기 금속 도금층 사이의 부착력이 2 N/cm 내지 10 N/cm일 수 있다.
상기 구현예들에서, 상기 자동차 부재는 라디에이터 그릴, 프런트 그릴, 스피커 그릴, 램프 커버, 엠블렘, 레터링, 가니쉬, 몰딩, 휠캡, 휠커버 및 노브(KNOB) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명은 공정 축소 및 단순화의 효과를 구현하여 생산 시간을 단축시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있어 경제적 이점이 매우 우수하고, 우수한 도금 물성을 구현할 수 있으며, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 우수한 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 표면 처리된 자동차 부재를 제공한다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재의 제조 방법 의 순서를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재가 라디에이터 그릴(100)로 적용된 예시적인 경우를 도시한다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재의 단면도(200)이다.
도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재의 부분 단면도(300)이다.
본 발명의 일 구현예는 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면을 전처리하는 단계; 및 상기 성형체 상부에 금속 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 금속 도금층은 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 형성된 것인 자동차 부재의 제조 방법에 관한 것이다.
이를 통해, 본 발명에 따른 자동차 부재의 제조 방법은 공정 축소 및 단순화의 효과를 구현하여 생산 시간을 단축시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있어 경제적 이점이 매우 우수하고, 우수한 도금 물성을 구현할 수 있으며, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 우수한 자동차 부재를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 자동차 부재의 제조 방법에 대해 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서 "상부"와 "하부"는 도면을 기준으로 정의한 것으로서, 시 관점에 따라 "상부"가 "하부"로 "하부"가 "상부"로 변경될 수 있고, "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 구조를 개재한 경우도 포함할 수 있다. 반면, "직접 위(directly on)", "바로 위" 또는 "직접적으로 형성" 또는 "직접적으로 접하여 형성"으로 지칭되는 것은 중간에 다른 구조를 개재하지 않은 것을 의미한다.
도 1은 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재의 제조 방법의 순서를 나타낸 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 부재의 제조 방법은 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면을 전처리하는 단계(S1); 및 상기 성형체 상부에 금속 도금층을 형성하는 단계(S2); 를 포함한다.
상기 금속 도금층은 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 형성된 것이다. 상기 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층은 화학 도금 방식이 아닌 전기 도금 방식으로 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 전처리하는 단계(S1)에서는 자동차용 부품 형상으로 성형된 전기 전도성 플라스틱 성형체의 표면을 보다 전기 도금에 적합한 특성을 갖도록 전처리 한다.
예시적으로, 상기 전처리는 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면을 도금 영역과 비도금 영역으로 나누어, 금속 도금층이 형성될 도금 영역에만 수행될 수 있다. 이러한 경우, 도금 영역의 형상을 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 자동차 부재의 형상과 디자인 패턴을 보다 다양하게 구현할 수 있다. 또한, 도금 면적을 보다 최소화하여 제조 비용을 더욱 절감할 수 있다.
상기 전처리는 탈지 처리, 에칭 처리 및 중화 처리 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이를 통해, 도금 영역의 전기 도금 적합성을 더욱 높여, 전기 전도성 플라스틱 성형체의 표면과 전기 도금으로 형성되는 금속 도금층의 부착력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 전처리는 탈지 용액, 에칭 용액, 중화 용액 등의 전처리 용액을 각각의 목적에 맞추어 준비한 후 전기 전도성 플라스틱 성형체의 도금 영역을 전처리 용액에 노출시키거나, 전처리 용액을 전기 전도성 플라스틱 성형체의 도금 영역에 분사하는 방식으로 수행될 수 있다.
한 구체예에서 상기 탈지 용액은 황산(H2SO4) 80~120 ml/l를 포함할 수 있다. 상기 조건에서 탈지 효율성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 에칭 용액은 무수크롬산 390~430 g/l 및 황산(H2SO4) 400~440 g/l를 포함할 수 있다. 상기 조건에서 에칭 효율성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 중화 용액은 염산(HCl) 500~100ml/l를 포함할 수 있다. 상기 조건에서 중화 효율성이 우수할 수 있다.
상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 전기 전도성 플라스틱 소재를 이용함으로써, 화학 도금 공정을 생략하면서도, 성형체와 금속 도금층의 부착력을 현저하게 향상시키는 것이 가능하다.
종래의 플라스틱은 금속과의 재질 차이에 의해 접합이 쉽게 되지 않으므로, 고비용의 화학 도금 처리를 수행하여 성형체와 금속 도금층의 부착력을 높이는 방식을 사용한다.
반면, 본 발명과 같이 전기 전도성 플라스틱 성형체를 사용하는 경우, 전기 도금 시 인가되는 전류가 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면에도 흐르게 되어, 화학 도금 처리를 생략하면서도 우수한 전기 도금 적합성을 구현한다.
또한, 화학 도금 공정의 생략을 통해, 공정 축소 및 단순화의 효과를 구현하여 생산 시간을 단축시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있어 경제적 이점이 매우 우수하다.
또한, 화학 도금 공정의 생략을 통해, 전체 도금층에 사용되는 고가의 금속량을 절감할 수 있고, 도금층의 두께를 줄이면서도 동시에 우수한 물성을 구현할 수 있다.
상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아세탈(POM), 폴리아미드(PA), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리페닐렌옥시드(PPO) 중 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 수지 성형품의 표면 처리 방법은 종래의 표면 처리 방법과 달리 화학 도금 공정을 생략하면서도, 성형체와 금속 도금층의 부착력을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 예시의 전기 전도성 플라스틱 성형체를 사용하는 경우 자동차 부재에 사용되기 적합한 정도의 강도를 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체가 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC) 중 1종 이상을 포함하는 경우, 성형체상기의 전기 전도성이 더욱 향상되어 전술한 효과가 더욱 향상될 수 있으며, 기계적 물성이 우수하여 자동차 부품용 수지 성형물에 사용되기에 더욱 적합한 특성을 구현할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체가 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 및 폴리카보네이트(PC)를 모두 포함하는 경우, 성형체의 전기 전도성 및 기계적 물성이 더욱 향상될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 기초수지로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 45 중량% 내지 60 중량%, 폴리카보네이트(PC) 40 중량% 내지 60 중량% 포함할 수 있다. 상기 함량 조건에서 성형체의 전기 전도성이 우수하면서, 상용성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 기초수지는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 45 중량% 내지 55 중량%, 폴리카보네이트(PC) 45 중량% 내지 55 중량% 포함할 수 있다.
상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite) 및 그래핀(Graphene) 중 1종 이상의 전도성 탄소를 더 포함하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 표면 처리 방법은 화학 도금 공정을 생략하면서도, 성형체와 금속 도금층의 부착력을 향상시키는 효과가 더욱 향상될 수 있다.
한 구체예에서 상기 전도성 탄소의 평균 크기는 0.1~500㎛일 수 있다. 상기 크기는, 상기 전도성 탄소의 최대 길이일 수 있다. 상기 조건에서 성형체의 전기전도성이 우수하면서, 기초 수지와 혼합시 혼합성 및 분산성이 우수할 수 있다.
상기 전도성 탄소는 상기 기초수지 100 중량부에 대하여 3~20 중량부 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 기초수지와의 상용성, 혼합성 및 분산성이 우수하며, 성형체의 전기 전도성 및 기계적 물성을 더욱 향상시키면서, 성형체와 금속 도금층의 부착력을 더욱 높이고, 제조 비용 상의 경제적 이점을 취할 수 있다. 예를 들면 5~12 중량부, 보다 구체적으로 5~10 중량부 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 40 중량% 내지 60 중량%, 폴리카보네이트(PC) 40 중량% 내지 60 중량%를 포함하는 기초수지 100 중량부에 전도성 탄소 3~20 중량부를 포함하는 것일 수 있다. 이러한 경우, 성형체의 전기 전도성 및 기계적 물성이 더욱 향상될 수 있다. 또한, 열전도성이 향상되어 자동차 부재에 적용 시 우수한 내후성 및 내열성을 구현할 수 있다.
상기 금속 도금층을 형성하는 단계(S2) 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체 상부에 전기 도금하여 구리 도금층을 형성하는 것을 포함한다. 이와 같이 형성된 구리 도금층은 전체 도금층과 전기 전도성 플라스틱 성형체의 완충 역할을 수행한다. 이러한 경우, 자동차 부재는 외부 충격이 가해지는 경우 성형체와 금속 도금층의 경도 차이에 의한 표면 처리층의 파손을 방지할 수 있다.
상기 구리 도금층은 두께가 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 구체적으로 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 보다 구체적으로 10 ㎛ 내지 20 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 완충성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 구리 도금층의 형성하기 위한 구리 도금욕은 황산구리 및 황산을 포함할 수 있다. 예를 들면, 구리 도금욕은 황산구리(CuSO4·5H2O) 190~230g/l 및 황산(H2SO4) 48~58g/l를 포함할 수 있다. 상기 황산구리는 구리 이온의 공급원이며, 전기전도성을 증가시킨다. 상기 황산구리는 구리 도금욕에 190~230g/l로 포함되는데, 상기 농도로 포함시 구리 도금 효율성과 전기전도성이 우수할 수 있다. 상기 황산구리는 상기 구리 도금욕에 48~58g/l로 포함되며, 상기 농도로 포함시, 도금욕의 전도도가 우수하여 구리 도금 속도와 구리 도금층의 품질이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 구리 도금욕은 염소 이온 30~150mg/l 및 계면활성제 1~10ml/l 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 구리 도금층의 형성 시 반응 온도는 15~30℃, 구체적으로 18~28℃ 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 구리 도금층이 보다 효율적으로 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 구리 도금층의 형성 시 전류 밀도는 1~30 A/dm2, 예를 들면 1~10A/dm2 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 구리 도금층이 보다 효율적으로 형성될 수 있다.
상기 금속 도금층을 형성하는 단계(S2)는 상기 구리 도금층 상부에 전기 도금하여 하나 이상의 니켈 도금층을 형성하는 것을 포함한다. 상기 니켈 도금층은 하나 이상, 구체적으로 2층 내지 3층, 보다 구체적으로 2층의 다층 구조로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 니켈 도금층은 외관의 기능을 향상시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 상기 니켈 도금층은 반광택 기능층, 광택 기능층, 접착 용이층 및 부식 방지 기능층 중 하나 이상의 기능을 구현할 수 있다. 상기 반광택 기능층은 황을 함유하는 않는 니켈 도금층일 수 있다. 상기 광택 기능층은 황을 함유하는 니켈 도금층일 수 있다. 상기 접착 용이층은 황 함량이 광택 기능층 보다 높은 니켈 도금층일 수 있다.
일 구체예에서, 상기 니켈 도금층은 광택 기능을 갖는 제1니켈 도금층 및 부식 방지 기능을 갖는 제2니켈 도금층이 성형체 방향에서부터 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 니켈 도금층은 반광택 기능을 갖는 제1니켈 도금층, 광택 기능을 갖는 제2니켈 도금층 및 부식 방지 기능을 갖는 제3니켈 도금층이 성형체 방향에서부터 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
또 다른 구체예에서, 상기 니켈 도금층은 황을 함유하지 않고 반광택 기능을 갖는 제1 니켈도금층, 황을 0.2 중량% 이상으로 함유하고 제1니켈 도금층과 제2니켈 도금층의 부착성을 향상시키는 접착 용이 니켈 도금층, 황을 0.2 중량% 미만으로 함유하고 광택 기능을 갖는 제2니켈 도금층이 성형체 방향에서부터 순차적으로 적층된 것일 수 있다.
상기 니켈 도금층은 단층 두께가 1 ㎛ 내지 15 ㎛, 구체적으로 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 보다 구체적으로 1 ㎛ 내지 5 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 니켈 도금층이 구현하는 각각의 기능성이 더욱 향상될 수 있다.
한 구체예에서 상기 니켈 도금층의 형성 시 니켈 도금욕은 황산니켈 160~350 g/l, 염화니켈 25~60 g/l 및 붕산 35~47g/l를 포함할 수 있다.
상기 황산니켈(NiSO4ㆍ6H2O)은 니켈 이온 주 공급원으로 포함될 수 있다. 상기 황산니켈은 상기 니켈 도금욕 중 160~350 g/l 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 도금 효율성과 도금층 품질이 우수할 수 있다.
상기 염화니켈(NiCl2ㆍ6H2O)은 니켈 이온의 공급과, 염화물 이온의 공급을 위해 포함될 수 있다. 상기 염화니켈은 상기 니켈 도금욕 중 25~60 g/l 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 도금 효율성과 도금층 품질이 우수할 수 있다.
상기 붕산(H3BO3)은 니켈 도금욕의 pH 조절 역할로 포함될 수 있다. 상기 붕산은 상기 니켈 도금욕 중 35~47 g/l 포함될 수 있다. 상기 함량에서 니켈 도금 속도가 우수하며, 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 제1니켈 도금층 형성을 위한 제1니켈 도금욕은 황산니켈 250~300 g/l, 염화니켈 35~45 g/l 및 붕산 37~47 g/l를 포함할 수 있다. 상기 조건의 제1니켈 도금욕을 적용시 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 제2니켈 도금층 형성을 위한 제2니켈 도금욕은 황산니켈 250~300 g/l, 염화니켈 35~45 g/l 및 붕산 37~47 g/l를 포함할 수 있다. 상기 조건의 제2니켈 도금욕을 적용시 도금층 광택 및 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 제3니켈 도금층 형성을 위한 제3니켈 도금욕은 황산니켈 260~300 g/l, 염화니켈 50~60 g/l 및 붕산 35~47 g/l를 포함할 수 있다. 상기 조건의 제3니켈 도금욕을 적용시 도금층 표면에 미세기공 특성을 부여하여, 내식성이 증가하고, 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 니켈 도금층은 제1니켈 도금층, 제2니켈 도금층 및 제3니켈 도금층을 1:0.5~3:1~2 두께비로 형성할 수 있다. 상기 두께비에서 도금층 형성 효율성, 도금층의 내식성, 부착력이 우수할 수 있다. 예를 들면 1:0.5~1.5:1.5~2 두께비율로 형성될 수 있다.
상기 니켈 도금층의 형성 시 반응 온도는 35℃ 내지 60℃ 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 니켈 도금층이 보다 효율적으로 형성될 수 있다.
상기 니켈 도금층의 형성 시 전류 밀도는 1~30 A/dm2, 예를 들면 1~10A/dm2 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 니켈 도금층이 보다 효율적으로 형성될 수 있다.
상기 금속 도금층을 형성하는 단계(S2) 상기 니켈 도금층 상부에 전기 도금하여 크롬 도금층을 형성하는 것을 포함한다. 이와 같이 형성된 크롬 도금층은 외관을 구현하는 역할을 수행한다. 이러한 경우, 자동차 부재는 외부에 변색이 발생하지 않고, 경도가 높아 내구성이 우수하며, 고급스러운 금속성 외관을 구현한다.
상기 크롬 도금층은 두께가 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 구체적으로 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 보다 구체적으로 10 ㎛ 내지 20 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 외관성, 변색 방지성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 크롬 도금층의 형성을 위한 크롬 도금욕은 무수크롬산(CrO3) 250~300g/l 및 황산(H2SO4) 0.6~1.4 g/l를 포함할 수 있다.
상기 무수크롬산은 상기 크롬 도금욕 중 250~300g/l를 포함할 수 있다. 상기 범위로 포함시 크롬 도금층의 부착력, 내식성과 도금 품질이 우수할 수 있다.
상기 황산은 상기 크롬 도금욕 중 0.6~1.4 g/l를 포함할 수 있다. 상기 범위로 포함시 황산 이온 공급 효율이 우수하여 크롬 도금 속도 및 도금 품질이 우수할 수 있다.
상기 크롬 도금층의 형성 시 반응 온도는 25℃ 내지 65℃ 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 크롬 도금층이 보다 효율적으로 형성될 수 있다.
상기 크롬 도금층의 형성 시 전류 밀도는 10~70 A/dm2, 예를 들면 25~65A/dm2 일 수 있다. 상기 범위 내에서, 크롬 도금층이 보다 효율적으로 형성될 수 있다.
상기 자동차 부재의 제조 방법은 상기 금속 도금층을 형성하는 단계(S2)를 수행하기 이전에, 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면에 니켈 스트라이크층을 형성하는 단계(S3);를 더 포함할 수 있다.
상기 니켈 스트라이크층은 전기 도금에 의해 형성되는 것으로, 전기 전도성 플라스틱 성형체와 금속 도금층의 부착력을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
한 구체예에서 상기 니켈 스트라이크층은 니켈 스트라이크 도금욕을 이용하여 형성할 수 있다. 상기 니켈 스트라이크 도금욕은 황산니켈 160~200 g/l, 염화니켈 40~60 g/l 및 붕산 35~45 g/l를 포함할 수 있다. 상기 조건의 니켈 스트라이크 도금욕을 적용하여 도금층 형성시, 도금층의 밀착력이 우수할 수 있다.
상기 스트라이크층은 단층 두께가 0.01 ㎛ 내지 5 ㎛, 구체적으로 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛, 보다 구체적으로 1 ㎛ 내지 5 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 더욱 향상되고, 전기 도금 적합성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 제조 방법이 적용될 수 있는 자동차 부재는 예를 들면, 라디에이터 그릴, 프런트 그릴, 스피커 그릴, 램프 커버, 엠블렘, 레터링, 가니쉬, 몰딩, 휠캡, 휠커버 및 노브(KNOB) 중 어느 하나일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 전술한 제조 방법으로 전기 전도성 플라스틱의 표면이 전기 도금 처리된 자동차 부재에 관한 것이다.
상기 자동차 부재는 전기 전도성 플라스틱 성형체; 및 상기 성형체 표면에 형성된 금속 도금층;을 포함하고, 상기 금속 도금층은 성형체 표면으로부터 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 적층된 것이고, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 40 중량% 내지 60 중량%, 폴리카보네이트(PC) 40 중량% 내지 60 중량%를 포함하는 기초수지 100 중량부에 전도성 탄소 3~20 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 자동차 부재는 라디에이터 그릴, 프런트 그릴, 스피커 그릴, 램프 커버, 엠블렘, 레터링, 가니쉬, 몰딩, 휠캡, 휠커버 및 노브(KNOB) 중 어느 하나일 수 있다. 이러한 경우, 상기 자동차 부재는 우수한 도금 물성을 구현할 수 있고, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 높아, 내구성이 우수한 특성이 더욱 적합하게 발휘될 수 있다.
도 2는 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재가 라디에이터 그릴(100)로 적용된 예시적인 경우를 도시한다. 이러한 경우, 본 발명의 자동차 부재는 금속 소재에 비해 복잡한 형상으로 성형하는 것이 가능하면서도, 보다 강도를 금속 수준으로 구현하고, 차체의 무게를 경량화할 수 있다.
도 3은 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재의 단면도(200)이다. 도 3은 도 2의 표면 처리된 수지 성형품을 A 방향에서 A' 방향으로 절단한 측단면 구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명 일 실시예에 따른 자동차 부재의 부분 단면도(300)이다. 도 4는 도 3의 표면 처리된 수지 성형품의 단면 중 B 부분의 단면 구조를 예시적으로 나타낸다. 도 4를 참조하면, 상기 자동차 부재는 전술한 표면 처리 방법으로 표면 처리된 것으로, 전기 전도성 플라스틱 성형체(10); 및 상기 성형체 상부에 구리 도금층(21), 하나 이상, 예를 들면 둘 이상의 니켈 도금층(22, 23) 및 크롬 도금층(24)이 순차적으로 적층된 금속 도금층(20); 을 포함한다.
상기 구리 도금층은 전체 도금층과 전기 전도성 플라스틱 성형체의 완충 역할을 수행한다. 이러한 경우, 자동차 부재는 외부 충격이 가해지는 경우 성형체와 금속 도금층의 경도 차이에 의한 표면 처리층의 파손을 방지할 수 있다.
상기 구리 도금층은 두께가 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 구체적으로 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 보다 구체적으로 10 ㎛ 내지 20 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 완충성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 니켈 도금층은 단층 구조; 또는 하나 이상, 구체적으로 2층 내지 3층, 보다 구체적으로 2층의 다층 구조;로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성된 니켈 도금층은 외관의 기능을 향상시키는 역할을 수행한다.
구체적으로, 상기 니켈 도금층은 반광택 기능층, 광택 기능층, 접착 용이층 및 부식 방지 기능층 중 하나 이상의 기능을 구현할 수 있다. 상기 반광택 기능층은 황을 함유하는 않는 니켈 도금층일 수 있다. 상기 광택 기능층은 황을 함유하는 니켈 도금층일 수 있다. 상기 접착 용이층은 황 함량이 광택 기능층 보다 높은 니켈 도금층일 수 있다.
한 구체예에서 상기 니켈 도금층은 제1니켈 도금층, 제2니켈 도금층 및 제3니켈 도금층을 1:0.5~3:1~2 두께비로 형성할 수 있다. 상기 두께비에서 도금층 형성 효율성, 도금층의 내식성, 부착력이 우수할 수 있다. 예를 들면 1:0.5~1.5:1.5~2 두께비율로 형성될 수 있다.
상기 니켈 도금층은 단층 두께가 1 ㎛ 내지 15 ㎛, 구체적으로 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 보다 구체적으로 1 ㎛ 내지 5 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 니켈 도금층이 구현하는 각각의 기능성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 크롬 도금층은 외관을 구현하는 역할을 수행한다. 이러한 경우, 자동차 부재는 외부에 변색이 발생하지 않고, 경도가 높아 내구성이 우수하며, 고급스러운 금속성 외관을 구현한다.
상기 크롬 도금층은 두께가 1 ㎛ 내지 30 ㎛, 구체적으로 5 ㎛ 내지 20 ㎛, 보다 구체적으로 10 ㎛ 내지 20 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 외관성, 변색 방지성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
또한, 상기 자동차 부재는 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체 및 상기 금속 도금층 사이에 형성된 니켈 스트라이크층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
상기 니켈 스트라이크층은 전기 도금에 의해 형성되는 것으로, 전기 전도성 플라스틱 성형체와 금속 도금층의 부착력을 더욱 향상시키는 역할을 한다.
상기 스트라이크층은 단층 두께가 0.01 ㎛ 내지 5 ㎛, 구체적으로 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛, 보다 구체적으로 1 ㎛ 내지 5 ㎛로 형성될 수 있다. 상기 범위 내에서, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 더욱 향상되고, 전기 도금 적합성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 각각의 구리 도금층(21), 니켈 스트라이크층(미도시), 하나 이상의 니켈 도금층(22, 23) 및 크롬 도금층(24)에 대한 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
상기 자동차 부재는 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체와 상기 금속 도금층의 부착력이 2 N/cm 내지 10 N/cm, 구체적으로 2 N/cm 내지 8 N/cm, 보다 구체적으로 3 N/cm 내지 6 N/cm일 수 있다. 상기 범위 내에서, 상기 자동차 부재는 내구성이 더욱 향상되어, 자동차용 수지 성형품에 사용되기에 더욱 적합할 수 있다.
실시예
이하에서는, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들은 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로 제공되는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 45~55 중량%, 폴리카보네이트(PC) 수지 45~55 중량%를 포함하는 기본수지 100 중량부 및 탄소나노튜브(CNT) 5~8 중량부를 혼련한 후, 사출 성형하여 두께가 1~10mm 인 라디에이터 그릴 형상의 전기 전도성 플라스틱 성형체를 제조하였다.
상기 플라스틱 성형체를 황산(H2SO4) 80~120 ml/l 포함하는 탈지 용액에 침지하여 탈지하고, 무수크롬산 390~430 g/l 및 황산(H2SO4) 400~440 g/l를 포함하는 에칭 용액에 침지하여 에칭한 다음, 염산(HCl) 500~100ml/l를 포함하는 중화 용액에 침지하여 중화하여 전처리하였다.
상기 전처리된 플라스틱 성형체를 황산구리(CuSO4·5H2O) 190~230g/l 및 황산(H2SO4) 48~58g/l를 포함하는, 구리 도금욕에 침지하고, 25~35℃에서 5~15A/dm2의 전류밀도 조건으로 5~25㎛의 두께로 구리 도금층을 형성하였다.
상기 구리 도금층이 형성된 플라스틱 성형체를 황산니켈 250~300 g/l, 염화니켈 35~45 g/l 및 붕산 37~47 g/l를 포함하는 제1니켈 도금욕에 침지하고 25~45℃에서 10~50A/dm2의 전류밀도 조건으로 1~15㎛의 두께로 도금하여 제1니켈 도금층을 형성하고, 상기 제1니켈 도금층이 형성된 플라스틱 성형체를 황산니켈 250~300 g/l, 염화니켈 35~45 g/l 및 붕산 37~47 g/l를 포함하는 제2니켈 도금욕에 침지하고 25~45℃에서 10~50A/dm2의 전류밀도 조건으로 1~15㎛의 두께로 도금하여 제2니켈 도금층을 형성하고, 상기 제2니켈 도금층이 형성된 플라스틱 성형체를 황산니켈 260~300 g/l, 염화니켈 50~60 g/l 및 붕산 35~47 g/l를 포함하는 제3니켈 도금욕에 침지하고 25~45℃에서 10~50A/dm2의 전류밀도 조건으로 1~15㎛의 두께로 도금하여 제3니켈 도금층을 형성하였다.
상기 니켈 도금층이 형성된 플라스틱 성형체를 무수크롬산(CrO3) 250~300g/l 및 황산(H2SO4) 0.6~1.4 g/l를 포함하는 크롬 도금욕에 침지하고 35~65℃에서 10~60A/dm2의 전류밀도 조건으로 1~15㎛의 두께로 도금하여 크롬 도금층을 형성하였다.
상기와 같은 방법으로 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면에 구리 도금층, 제1니켈 도금층, 제2니켈 도금층, 제3니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 형성된 표면 처리된, 도 2와 같은 수지 성형품 시편을 제조하였다.
실시예 2
상기 전처리된 플라스틱 성형체를 황산니켈 160~200 g/l, 염화니켈 40~60 g/l 및 붕산 35~45 g/l를 포함하는 니켈 스트라이크 도금욕에 투입하고 25~45℃에서 10~50A/dm2의 전류밀도 조건으로 0.1~5㎛의 두께로 도금하여 니켈 스트라이크 도금층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 구리 도금층, 제1니켈 도금층, 제2니켈 도금층, 제3니켈 도금층 및 크롬 도금층을 순차적으로 형성하여 자동차 부재를 제조하였다.
비교예 1
아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지 45~55 중량%, 폴리카보네이트(PC) 수지 45~55 중량%를 포함하는 수지를 사출 성형하여 두께가 1~10mm인 플라스틱 성형체를 적용한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 자동차 부재를 제조하였다.
<물성 평가>
실시예 및 비교예에서 제조된 표면 처리된 수지 성형품 시편에 대하여, 하기와 같은 방식으로 물성을 평가하였다. 결과는 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 부착력 (N/cm): 현대기아자동차 MS625-04 기준에 의거하여 부착력을 측정하였다. 구체적으로, 상기 실시예 1~2 및 비교예 1의 자동차 부재에 대하여, 폭 10mm, 길이 50mm의 시편을 각각 제조한 다음, 부착력 시험기를 이용하여 50mm/min의 시험 속도로 부착력을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure pat00001
상기 표 1을 통해 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예 1은 화학 도금 공정을 생략하면서도, 성형체와 금속 도금층의 부착력을 현저하게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 자동차 부재의 제조 방법 및 이를 통해 표면 처리된 자동차 부재는 공정 축소 및 단순화의 효과를 구현하여 생산 시간을 단축시키면서도 제조 비용을 절감할 수 있어 경제적 이점이 매우 우수하고, 우수한 도금 물성을 구현할 수 있으며, 성형체와 금속 도금층의 부착력이 우수하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 전술한 각 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 청구항에서 청구하는 범위를 벗어남 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형 실시되는 것은 가능하며, 이러한 변형 실시는 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (8)

  1. 전기 전도성 플라스틱 성형체 표면을 전처리하는 단계; 및
    상기 성형체 상부에 금속 도금층을 형성하는 단계; 를 포함하고,
    상기 금속 도금층은 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 형성된 것인 자동차 부재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속 도금층을 형성하는 단계를 수행하기 이전에,
    전기 전도성 플라스틱 성형체 표면에 니켈 스트라이크층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 자동차 부재의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 40~60 중량% 및 폴리카보네이트(PC) 40~60 중량%를 포함하는 기초수지 100 중량부; 및
    전도성 탄소 3~20 중량부;를 포함하는 것인 자동차 부재의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 전도성 탄소는 탄소나노튜브(CNT), 그래파이트(graphite) 및 그래핀(Graphene) 중 1종 이상을 포함하는 것인 자동차 부재의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자동차 부재는 라디에이터 그릴, 프런트 그릴, 스피커 그릴, 램프 커버, 엠블렘, 레터링, 가니쉬, 몰딩, 휠캡, 휠커버 및 노브(KNOB) 중 어느 하나인 자동차 부재의 제조 방법.
  6. 전기 전도성 플라스틱 성형체; 및
    상기 성형체 표면에 형성된 금속 도금층; 을 포함하고,
    상기 금속 도금층은 성형체 표면으로부터 구리 도금층, 니켈 도금층 및 크롬 도금층이 순차적으로 적층된 것이고,
    상기 전기 전도성 플라스틱 성형체는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 40~60 중량% 및 폴리카보네이트(PC) 40~60 중량%를 포함하는 기초수지 100 중량부; 및 전도성 탄소 3~20 중량부;를 포함하는 것인 자동차 부재.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체 및 상기 금속 도금층 사이에 형성된 니켈 스트라이크층을 더 포함하는 자동차 부재.
  8. 제6항에 있어서, 상기 자동차 부재는 상기 전기 전도성 플라스틱 성형체와 금속 도금층 사이의 부착력이 2 N/cm 내지 10 N/cm인 자동차 부재.
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