KR20220057591A - 알루미늄 합금 허브 및 그 표면 코팅 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알루미늄 합금 허브 및 그 표면 코팅 방법에 관한 것이다. 상기 알루미늄 합금 허브는 알루미늄 합금 매트릭스 및 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 부착되는 코팅층을 구비하고, 상기 코팅층은 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성된 프리 코팅층, Cr3C2층 및 바니시층을 순차적으로 포함한다. 본 발명의 알루미늄 합금 허브는 상기 알루미늄 합금 허브의 표면에 Cr3C2층을 분무함으로써 보다 우수한 내식 성능을 얻는다.
Description
본 발명은 알루미늄 합금 허브의 표면 처리 분야에 속하는 것으로, 구체적으로는 알루미늄 합금 허브 및 그 표면 코팅 방법에 관한 것이다.
알루미늄 합금 허브는 연료 절약, 우수한 방열성, 엔진 수명 연장, 우수한 진원도, 견고성 및 내구성 등 장점을 구비하여 자동차 산업에서 널리 사용된다. 또한 전기 도금된 자동차 알루미늄 허브는 더욱 매력적인 외관을 갖게 되어 유럽, 일본, 한국, 미국 등 선진국과 지역에서 트랜드가 되고 있다.
알루미늄 합금 허브의 표면은 일반적으로 페인팅, 도금, 전기 도금 등 방법으로 처리되어 부식 방지 역할을 할 뿐만 아니라 장식 역할도 한다.
생활 수준과 취향이 향상됨에 따라 전기 도금된 자동차 알루미늄 허브는 중국에서도 거대한 시장 전망을 갖고 있다. 그러나 전기 도금 알루미늄 합금 허브의 모양은 갈수록 복잡해지고 있으며 품질에 대한 요구 사항도 높아지고 있다. 중국 특허 출원 CN 103320791 A는 하기와 같은 알루미늄 합금 허브의 전기 도금 방법을 개시한다. 첫째, 알루미늄 합금 허브를 전처리하고; 둘째, 알루미늄 합금 허브를 인산에 5 내지 10 min 동안 침지하여 표면 활성화를 수행한 후; 정전 분무 방법으로 알루미늄 합금 허브의 표면에 한층의 에폭시 폴리에스터 분말을 분무하고; 이어서 니켈 도금을 2회 수행하며; 마지막으로 진공 크롬 도금을 수행한다. 그러나 전기 도금은 공정이 복잡하고 전기 도금 후 발생하는 폐액은 심각한 환경 오염을 유발하여 국가에서 주장하는 에너지 절약 및 환경 보호 정책에 부합되지 않는다.
중국 특허 출원 CN 105525266 A는 알루미늄 합금 허브의 진공 도금 공정을 개시한다. 상기 공정은 하기와 같은 단계를 포함한다. 첫째, 알루미늄 합금 허브를 전처리하고; 둘째, 정전 분무법으로 알루미늄 합금 허브에 에폭시 수지를 분무하며; 이어서 샌딩하고, 상기 분체를 세척한 후; 진공 도금법으로 알루미늄 합금 허브를 도금하되, 도금재는 알루미늄, 철, 니켈 및 크롬을 포함하는 합금 도금재이며; 마지막으로 알루미늄 합금 허브에 오버코트 바니시를 분무한다. 해당 출원은 4가지 주요 공정인 전처리, 정전 분무, 진공 도금 및 오버코트 바니시 분무를 통해 알루미늄 합금 허브와 도금층 사이의 결합 강도를 향상시키고, 알루미늄 합금 허브의 부식 방지 성능을 증가시키나 진공 도금법은 비용이 높다.
이에, 본 발명의 주요 목적은 내식성이 개선된 알루미늄 합금 허브를 형성하기 위해 비용이 저렴하고 친환경적인 알루미늄 합금 허브의 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 양태는 알루미늄 합금 매트릭스 및 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 부착되는 코팅층을 구비하는 알루미늄 합금 허브로서, 상기 코팅층은 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성된 프리 코팅층, Cr3C2층 및 바니시층을 순차적으로 포함하는 알루미늄 합금 허브를 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 프리 코팅층의 두께는 0.05 내지 0.08 mm일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 Cr3C2층의 두께는 0.10 내지 0.06 mm일 수 있고, 바람직하게는 0.08 mm일 수 있다.
나아가, 상기 Cr3C2층의 기공율은 1.5 내지 2.5%일 수 있고, 바람직하게는 1.8 내지 2.0%일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 바니시층의 두께는 0.40 내지 0.08 mm일 수 있다.
본 발명의 제2 양태는 알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법으로서, 상기 방법은, 상기 알루미늄 합금 허브의 표면에 전처리, 프리 코팅층 분무, Cr3C2층 분무 및 후처리를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 Cr3C2층 분무 단계는 고속 화염 용사법으로 알루미늄 합금 허브의 표면에 두께≥ 0.15 mm인 Cr3C2층을 형성하며, 소정의 두께로 마무리 선삭을 수행하는 것인 알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법을 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 전처리 단계는, 알루미늄 합금 허브의 표면에 탈지, 오염 제거 및 녹 제거 청소, 러프닝 및 예열을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 프리 코팅층 분무 단계는, 고속 화염 용사법으로 알루미늄 합금 허브의 표면에 0.12 내지 0.13 mm의 프리 코팅층을 형성하고, 선삭하여 0.05 내지 0.08 mm로 러프닝하는 단계를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 상기 프리 코팅층은 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 상기 후처리 단계는, 입경이 0.5 내지 1.0 mm인 규사를 샌드 블라스팅 처리한 후, 오버코트 바니시를 분무하여 장식하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 알루미늄 합금 허브는 상기 알루미늄 합금 허브의 표면에 Cr3C2층을 분무하는 표면 처리 방법을 통해 비용을 절감하고 전기 도금법의 오염을 방지하며, 보다 우수한 내식 성능을 얻는다.
도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 합금 허브의 부분 단면 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에서의 기술적 해결수단을 명확하고 완전하게 설명한다. 설명된 실시형태는 본 발명의 전부가 아닌 일부 실시형태임은 자명한 것이다. 본 발명의 실시형태에 기반하여 당업자가 창의적인 노력 없이 획득한 다른 모든 실시형태는 본 발명의 보호 범위에 속한다.
본 명세서에서 첨부된 도면은 예시적인 구조도일 뿐, 여기에 도시된 크기 및 형상은 실제 크기 및 형상을 나타내는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 알루미늄 합금 허브는 알루미늄 합금 매트릭스(100) 및 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 부착되는 코팅층(200)을 구비하고, 상기 코팅층(200)은 알루미늄 합금 매트릭스(100)의 표면에 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성된 프리 코팅층(210), Cr3C2층(220) 및 바니시층(230)을 순차적으로 포함한다. 바람직하게는, 상기 프리 코팅층(210)의 두께는 0.05 내지 0.08 mm일 수 있다. 바람직하게는, 상기 Cr3C2층(220)의 두께는 0.10 내지 0.06 mm일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.08 mm일 수 있다. 바람직하게는, 상기 Cr3C2층(220)의 기공율은 1.5 내지 2.5%일 수 있고, 보다 바람직하게는 1.8 내지 2.0%일 수 있다. 바람직하게는, 상기 바니시층(230)의 두께는 0.40 내지 0.08 mm일 수 있다.
본 발명은 알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법을 제공한다. 상기 방법은 고속 화염 용사법으로 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 치밀한 탄화크롬층을 형성함으로써, 알루미늄 합금 허브의 표면 처리 비용을 절감할 뿐만 아니라 개선된 내식성도 얻는다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시형태에 따라 도 1을 참조하여 본 발명의 방법을 상세히 설명한다.
먼저, 알루미늄 합금 허브 매트릭스(100)의 표면을 전처리한다. 상기 전처리 단계는 하기와 같은 단계를 포함한다. 알루미늄 합금 허브의 표면에 탈지, 오염 제거 및 녹 제거 청소를 수행하며, 표면의 산화 스케일을 제거하여 공작물 표면이 금속 광택이 나도록 하고; 다음, 선삭 가공을 통해 표면을 러프닝함으로써, 표면 품질을 더욱 보장하고 결합 강도를 향상시키며 및 코팅층 두께를 미리 남겨두고; 이어서 전기 저항로를 적용하여 120 내지 140℃에서 알루미늄 합금 허브를 예열하여 공작물 온도가 균일해지고 표면에 수증기가 발생하지 않도록 한다.
다음으로, 고속 화염 스프레이 건으로 프리 코팅층(210)을 분무한다. 공정 파라미터는 하기 표에 나타낸 바와 같고, 분무된 프리 코팅층의 두께는 0.12 내지 0.13 mm이며, 선삭 및 러프닝 후의 두께는 0.05 내지 0.08 mm이고, 바람직하게는, 상기 프리 코팅층(210)은 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성될 수 있다.
이어서, 여전히 고속 화염 스프레이 건으로 Cr3C2층(220)을 분무한다. 공정 파라미터는 하기 표에 나타낸 바와 같고, 분무된 Cr3C2층(220)의 두께는 ≥ 0.15 mm이다.
| 산소압(MPa) | 압축공기압(MPa) | 아세틸렌압(MPa) | 분무 거리(mm) | 분무 각도(°) |
| 0.45~0.48 | 0.42~0.44 | 0.55~0.58 | 160~170 | 26~28 |
| 0.42~0.49 | 0.40~0.45 | 0.52~0.60 | 150~180 | 26~28 |
마지막으로 알루미늄 합금 허브의 표면을 후처리하고, 0.5 내지 1.0 mm의 규사로 샌드 블라스팅하며; 마무리 선삭 후, Cr3C2층(220)의 두께는 약 0.08 mm이고; 마지막으로 오버코트 바니시(230)를 분무하여 장식하되, 바니시층의 두께는 0.40 내지 0.08 mm이며, 구체적인 생산에서 바니시층의 두께는 범위값이다.
이하, 구체적인 실시예를 들어 본 발명을 추가로 설명한다. 이하의 실시예에 사용된 시약은 모두 시판 제품을 구입하였다.
실시예: 고속 화염 용사법으로 알루미늄 합금 시료의 표면에 Cr3C2 분말 분무
1. 시험 기자재:
기기: SQP-1형 화염 스프레이 건(제조사: Shanghai Ouya Spraying Machinery Co., Ltd.)
공작물 : 알루미늄 합금 허브 기재 시료
프라이밍층 재료: 알루미늄 클래드 니켈 분말(입도 번호: 230 내지 240, 입경: 15 μm)
분무 재료: Cr3C2 분말(입경: 10 μm)
2. 시험 방법
알루미늄 합금 시료 표면에 탈지, 오염 제거, 녹 제거 처리를 수행한 후, 선삭 공정으로 러프닝 처리를 수행하였다. 전기 저항로를 사용하여 120 내지 140℃에서 예열하되, 예열 시간은 5 min이다.
고속 화염 스프레이 건으로 하기 조건에서 0.12 내지 0.13 mm의 두께로 프리 코팅층을 분무하였다. 그 다음 재차 선삭 및 러프닝을 수행하였다. 나머지 두께는 0.05 mm이다. 고속 화염 스프레이 건으로 하기 조건에서 0.15 mm의 두께로 Cr3C2 분말을 분무하였다. 다음으로 입경이 0.5 내지 1.0 mm인 규사로 Cr3C2 표면을 샌드 블라스팅 및 후처리하고, 마무리 선삭한 후, Cr3C2층의 두께는 0.08 mm이다. 마지막으로 오버코트 바니시를 분무하여 장식하였다.
프리 코팅층 및 작업층을 분무하는 공정 파라미터는 다음과 같다.
| 분무 재료 | 산소압(MPa) | 압축공기압(MPa) | 아세틸렌압(MPa) | 분무 거리(mm) | 분무 각도(°) |
| 알루미늄 클래드 니켈 분말 | 0.45~0.48 | 0.42~0.44 | 0.55~0.58 | 160~170 | 26~28 |
| Cr3C2 분말 | 0.42~0.49 | 0.40~0.45 | 0.52~0.60 | 150~180 | 26~28 |
비교예: 전기 도금법으로 알루미늄 합금 시료의 표면에 전기 도금일반적인 전기 도금 방법으로 "폴리싱-전처리-세척-활성화-탈유-반광택 니켈 도금-고황 니켈 도금-광택 니켈 도금-크롬 도금-검사” 공정 흐름에 따라 알루미늄 합금 허브를 제조하기 위한 알루미늄 합금 시료를 표면 전기 도금하여 하기 구조를 갖는 전기 도금 시료를 얻었다.
전기 도금층 두께:
크롬층 0.25 내지 0.40 μm;
미세 다공성 니켈층(최소 요구 사항은 없지만 STEP 요구 사항을 충족해야 함);
광택 니켈층 16 μm(최소);
고황 니켈층(최소 요구 사항은 없지만 STEP 요구 사항을 충족해야 함);
반광택 니켈층 24 μm(최소);
구리층 두께 10 μm(최소);
총 니켈층 두께 40 μm(최소);
총 도금층 두께 50 μm(최소).
시험예 1: 실시예 및 비교예 코팅층 성능 시험
1. 시험 방법 및 기기
치밀도: 금속 조직학적 방법으로 검출(자이스 금속 현미경)
기공율: 금속 조직학적 방법으로 검출(자이스 금속 현미경)
결합 강도: 인장기로 시험(독일 Ziwick/Z100)
치밀도/기공율 검출 방법: 허브 코팅층 단면을 취하여 실장한 후, 연마 및 폴리싱하고 200배 현미경으로 단면을 관찰하여 검사하였다.
결합 강도 검출 방법: 인장 샘플의 재질은 일반 Q235강이고, 선삭 가공을 통해 형성된다. 구체적인 시험 단계는 다음과 같다. 샘플 쌍 A, B를 샌드 블라스팅 처리하고, A 시편의 단면에 약 0.8 mm의 두께로 시험할 결합 강도의 코팅층을 고르게 분무한 후, E-7 접착제로 A, B 시편을 접착하고, A 시편을 B 시편에 동축이 되도록 올려 100℃에서 1 h 동안 가열하여 경화한 후, 시편을 시험기의 픽스처에 끼우고 1 m/min의 속도로 인장하여 당겨져 파단될 때 인가되는 하중 크기를 기록하는 동시에 당겨져 파단될 때 시편 단면 코팅층이 벗겨지는 것을 관찰하였다.
2. 시험 결과
| 구조 | 치밀도 | 결합 강도 | 기공율 | |
| 비교예 | 에폭시 수지/니켈/니켈/크롬 | 76% | 66 MPa | 3.2% |
| 실시예 | 프리 코팅층: 0.05 mm Cr3C2층: 0.08 mm |
90~95% | 92 MPa | 2.5% |
시험예 2: 실시예 및 비교예 코팅층 내식 성능 시험1. 시험 방법
염수 분무 챔버(제조사: ATLAS, 브랜드: FS-2000) 기기를 사용하여 240 h 동안 구리염 가속 아세테이트 염수 분무 시험(CASS)(ISO9227-2006)을 수행하였다.
2. 시험 결과
| 제1 단계 | 제2 단계 | 제3 단계 | |
| 비교예 | 66 h 동안 변화 없음 | 120 h 동안 부식 반점이 나타남 | 168 h 동안 심각하게 부식됨 |
| 실시예 | 66 h 동안 변화 없음 | 120 h 동안 변화 없음 | 240 h 동안 부식 없음 |
상술한 설명은 본 발명의 바람직한 실시형태일 뿐, 본 발명의 특허 범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 발명 구상하에 본 발명의 명세서 및 첨부된 도면의 내용에 의해 이루어지거나 다른 관련 기술 분야에 직접/간접적으로 적용된 등가의 구조적 변형은 모두 본 발명의 특허 보호 범위 내에 포함된다.
Claims (9)
- 알루미늄 합금 매트릭스 및 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 부착되는 코팅층을 구비하는 알루미늄 합금 허브로서,
상기 코팅층은 상기 알루미늄 합금 매트릭스의 표면에 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성된 프리 코팅층, Cr3C2층 및 바니시층을 순차적으로 포함하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브. - 제1항에 있어서,
상기 프리 코팅층의 두께는 0.05 내지 0.08 mm인 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브. - 제1항에 있어서,
상기 Cr3C2층의 두께는 0.10 내지 0.06 mm이고, 바람직하게는 0.08 mm인 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브. - 제1항에 있어서,
상기 Cr3C2층의 기공율은 1.5 내지 2.5%이고, 바람직하게는 1.8 내지 2.0%인 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브. - 제1항에 있어서,
상기 바니시층의 두께는 0.40 내지 0.08 mm인 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브. - 알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법으로서,
상기 방법은, 상기 알루미늄 합금 허브의 표면에 전처리, 프리 코팅층 분무, Cr3C2층 분무 및 후처리를 수행하는 단계를 포함하고, 상기 Cr3C2층 분무 단계는 고속 화염 용사법으로 알루미늄 합금 허브의 표면에 두께≥ 0.15 mm인 Cr3C2층을 형성하며, 소정의 두께로 마무리 선삭을 수행하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법. - 제6항에 있어서,
상기 전처리 단계는, 알루미늄 합금 허브의 표면에 탈지, 오염 제거 및 녹 제거 청소, 러프닝 및 예열을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법. - 제6항에 있어서,
상기 프리 코팅층 분무 단계는, 고속 화염 용사법으로 알루미늄 합금 허브의 표면에 0.12 내지 0.13 mm의 프리 코팅층을 형성하고, 선삭하여 0.05 내지 0.08 mm로 러프닝하는 단계를 포함하며, 바람직하게는, 상기 프리 코팅층은 니켈 클래드 알루미늄 또는 알루미늄 클래드 니켈 분말로 형성되는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법. - 제6항에 있어서,
상기 후처리 단계는, 입경이 0.5 내지 1.0 mm인 규사를 샌드 블라스팅 처리한 후, 오버코트 바니시를 분무하여 장식하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는,
알루미늄 합금 허브의 표면 코팅 방법.
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