WO2016143946A1 - 금도금 스프링용 황동도금 강선 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금도금된 스프링의 소재로 사용되는 강선으로서, 강선의 표면에 아연 함유량이 30∼45%이고 구리 함유량이 55∼70%인 황동 도금층이 0.5∼2.0㎛ 두께로 형성되고, 상기 황동 도금층 성분 중 Fe 농도가 4% 이내인 것을 특징으로 하는 금도금 스프링용 황동도금 강선에 관한 것이다. 본 발명의 금도금 스프링용 황도도금 강선 제조방법은, 소재 와이어 로드를 2.0∼4.0mm 직경으로 1차 건식 신선하는 단계와, 1차 신선된 강선의 열처리에 이어 0.5∼1.5mm 직경으로 2차 건식 신선하는 단계와, 2차 신선된 강선의 표면에 구리 함유량이 55∼70%이고 아연 함유량이 30∼45%이 되도록 구리와 아연 도금층을 순차적으로 형성하고 열확산으로 2.0∼4.0㎛ 황동 도금층을 형성하는 단계와, 최종 선경이 0.01∼1.0㎜이고 황동 도금층의 두께가 0.5∼2.0㎛가 되도록 3차 신선하는 단계로 이루어진다.

Description

금도금 스프링용 황동도금 강선 및 그 제조방법

본 발명은 금도금된 스프링용으로 사용되는 황동도금된 강선에 관한 것으로, 보다 자세하게는 소재 와이어 로드에 대한 신선 공정의 중간에 황동 도금층을 형성하고, 황동도금된 강선을 최종 선경으로 신선하여 얻어지는 금도금 스프링용으로써 신선성과 스프링 성형성을 향상함과 아울러 제조공정의 단순화를 도모할 수 있도록 한 금도금 스프링용 황동도금 강선 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 기계장치 등의 산업용으로 사용되는 스프링의 경우에는 주로 내식성 향상을 위한 차원의 표면 피막처리가 행해지고 있다. 한편, 요즘에는 침대 매트용 스프링이나 제품의 외부로 스프링 자체가 드러나는 경우에는 상기 내식성에 더하여 광택 특성 및 장식성을 부여하기 위하여 스프링 표면에 금도금이 행해지게 된다.

종래의 금도금 스프링의 제조공정에서는, 먼저 소재 와이어 로드에 대한 산세 및 피막 처리 단계에 이은 신선 및 패턴팅(patenting) 열처리를 한 후에 윤활특성 부여를 위한 피막처리를 하고, 피막처리된 강선을 신선하여 스프링용 강선을 얻고, 이렇게 해서 얻어진 스프링용 강선으로 스프링 성형 후, 상기 신선 단계에서 강선의 표면에 행해진 피막을 제거한 연후에 하지도금을 행하고 그 위에 금도금을 함으로써 최종적으로 금도금된 스프링이 얻어지게 된다.

상기 강선의 표면에 형성된 피막층은 후속 신선 공정 및 스프링 성형작업시 윤활제 역할을 하게 되는바, 스프링 성형 후 금도금을 위해서는 원활한 금도금층 형성을 위해서 반드시 피막의 제거와 함께 하지도금층을 형성하게 된다.

이와 같이 종래의 금도금 스프링의 제조를 위해서는 금도금용 스프링 강선의 제작단계에서 피막처리 공정을 필요로 하게 되고, 또한 피막처리된 강선을 이용해서 스프링으로의 성형이 완료된 이후에 기 형성된 피막의 제거 공정 및 하지도금층 형성이라는 번거로운 공정을 거쳐야하는 제조 공정상의 문제점이 있다.

이에 더하여, 종래 금도금 스프링의 제조방법에서는 스프링용 강선의 신선단계에서 행해지는 피막이 불균일할 경우에는 후속되는 스프링 성형시 윤활성 부족에 따른 품질불량이 발생할 수 있으며, 스프링 성형 후 피막제거 과정에서 피막이 완전하게 제거되지 않았을 때에는 금도금이 제대로 이루어지지 않게 되는 문제점이 있다.

종래 스프링 강선의 제조방법의 하나로 공개특허 제10-2008-0077313호에는 소재 와이어 로드에 피막양 3.0∼5.5g/㎡의 인산염을 전해처리에 의해 피복하고 윤활제와 함께 신선하여 스프링용 강선을 얻음으로써, 상기 스프링용 강선을 이용한 스프링 성형시 가공성의 향상이 이루어지도록 한 기술이 개시되고 있다.

그러나, 상기의 인산염 피막이 피복된 스프링용 강선을 가지고 금도금된 스프링으로 제작하기 위해서는 상술한 바와 같이 스프링 성형가공 후 피복된 인산염 피막을 제거하고 별도의 하지도금을 한 후에 템퍼링을 거쳐 금도금을 행하는 번거로운 제조공정을 거쳐야만 하는 공정상의 불편과 그에 따른 제조비용의 상승을 피할 수가 없는 문제점이 있다.

본 발명은 종래의 금도금 스프링용 강선에서 지적되고 있는 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 소재 와이어 로드에 대한 다단계 신선의 중간에 황동 도금층이 형성되도록 한 후에 최종 신선을 행하여 스프링용 강선을 얻고, 이후의 스프링 성형 후 별도의 피막제거 및 하지도금 공정을 수행함이 없이 템퍼링에 이어 곧바로 금도금을 행하는 단순화된 제조공정으로 금도금된 스프링용 황동도금 강선 및 그 제조방법을 제공하는데 발명의 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 소재 와이어 로드의 신선 단계에서 황동 도금층을 형성함에 있어서 황동 도금층 내의 Fe 농도를 일정 범위 내로 유지함으로써 이후의 스프링용 강선에 대한 스프링 성형에 이은 템퍼링 열처리 후에 황동 도금층과 금도금층 계면에서 산화철 피막이 발생하여 금도금층의 밀착력 저하 또는 박리가 일어나는 것이 방지되도록 한 금도금된 스프링용 황동도금 강선 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 목적은, 강선의 표면에 아연 함유량이 30∼45%이고 구리 함유량이 55∼70%인 황동 도금층이 0.5∼2.0㎛ 두께로 형성되고, 상기 황동 도금층 성분 중 Fe 농도가 4% 미만인 금도금 스프링용 황동도금 강선에 의해서 달성된다.

상기 본 발명의 강선의 표면에 형성된 황동 하지 도금층은 아연 함유량이 30∼45%이고 구리 함유량이 55∼70%으로 제한되는바, 만일 구리 함유량이 55% 미만이거나 아연 함유량이 45%를 초과하게 되면 아연 함유량이 높아 색상이 미려하지 못하며 윤활특성이 상대적으로 양호한 구리성분의 함량이 상대적으로 줄어들어 신선성 및 스프링 성형성이 떨어지게 된다. 반대로 구리 함유량이 70%를 초과하거나 아연 함유량이 30% 미만으로 되면, 구리 함유량이 높아 변색의 우려가 있고 도금 작업시 작업성이 불리하게 된다.

본 발명의 금도금용 스프링에 제조에 사용되는 소재 강선의 화학조성은, 질량%로, C 0.50∼1.0%, Si 0.05∼0.50%, Mn 0.1∼1.5%, P 0.05% 이하, S 0.05% 이하이며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지고, 인장강도가 1500∼4000MPa 범위 내인 것이 바람직하다.

본 발명의 금도금 스프링 황동도금 강선에서의 황동 도금층은 0.5∼2.0㎛ 두께가 바람직한바, 도금층의 두께가 0.5㎛ 미만으로 되면 스프링으로의 성형 후 템퍼링 열처리 공정을 거치면서 강선의 소지철과 산소의 반응으로 인해 표면에 산화철 피막이 형성되어 금도금이 불균일하게 형성될 가능성이 있고, 반대로 2.0㎛를 초과하게 되면 도금층이 불균일하게 형성되어 스프링 성형 시 툴 마크 발생 등 성형성에 불리하게 작용하게 된다.

본 발명의 금도금 스프링용 황동도금 강선에서는 황동 도금층 내의 Fe 농도가 4% 이내로 유지되어야 만이, 이후의 스프링용 강선에 대한 스프링 성형에 이은 템퍼링 열처리 후에 황동 도금층과 금도금층 계면에서 산화철 피막이 발생하여 금도금층의 밀착력 저하 또는 박리가 발생하는 것이 방지되어 금도금 스프링에서 요구되는 품질특성에 부합하게 된다.

본 발명의 금도금 스프링용 황동도금 강선의 제조 공정은, 소재 와이어 로드를 2.0∼4.0mm 직경으로 1차 건식 신선하는 단계와, 1차 신선된 강선의 열처리에 이어 1.5∼3.5mm 직경으로 2차 건식 신선하는 단계와, 2차 신선된 강선의 표면에 구리 함유량이 55∼70%이고 아연 함유량이 30∼45%이 되도록 구리와 아연 도금층을 순차적으로 형성하여 2.0∼4.0㎛ 황동 도금층을 형성하는 단계와, 최종 선경이 0.01∼1.0㎜이고 황동 도금층의 두께가 0.5∼2.0㎛가 되도록 3차 신선하는 단계로 이루어진다.

상기 본 발명의 제조방법에서 신선선에 대한 황동도금 공정은, 연속적으로 공급되는 신선선이 염산조, 전해산세조 및 수세조를 순차적으로 통과하도록 하여 전처리가 이루어지도록 하고, 30 ∼ 70℃의 온도로 유지되고 황산구리 농도가 40∼60g/l인 전기구리도금 욕조 및 수세조를 통과시키고, 이어서 10 ∼ 40℃의 온도로 유지되고 아연 농도가 20∼100g/l인 전기아연도금 욕조를 통과시켜 구리도금층과 아연도금층이 순차적으로 형성되도록 한다. 다음으로 상기 구리와 아연도금층이 순차 형성된 강선을 500 ∼ 600℃ 온도의 확산조를 침지시간이 3∼5초가 되도록 통과시켜 구리와 아연의 확산을 통한 황동 도금층의 생성이 유도되도록 한 후 수세조 및 건조로를 거쳐 권취기에 권취시킴으로써 2.0∼4.0㎛ 두께의 황동 도금층이 피복된 강선이 얻어지게 된다.

한편, 상기 금도금 스프링용 황동도금 강선의 제조방법에서, 3차 신선 공급선의 황동 도금층 두께는 2.0∼4.0㎛ 범위가 바람직한바, 4.0㎛를 초과하게 되면불균일한 도금층으로 형성될 가능성이 높고, 반대로 2.0㎛ 미만의 두께로 되면 신선성과 스프링 성형성에 불리하다.

본 발명의 금도금 스프링용 황동도금 강선은 그 표면에 형성된 황동 도금층이 신선 및 스프링 성형시 윤활특성을 발휘하여 신선성과 성형성이 향상되고, 황동 도금층 내에 낮게 유지된 Fe 농도에 기인하여 황동 도금층과 금도금층 사이에 밀착력이 강화되어 스프링 사용중에 도금층이 박리되는 것이 방지되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 금도금 스프링용 황동도금 강선의 제조방법에서는, 소재 강선의 신선 중에 형성된 황동 도금층이 이후의 신선 및 스프링 성형 후 금도금 공정에서 윤활피막 및 하지도금층으로서의 역할을 함에 따라 종래 금도금 스프링 제조 공정에서 필요로 하는 피막 형성 및 제거 공정과 하지도금 공정이 배제됨으로써 금도금을 행하여 제조공정의 단순화에 따른 생산성 향상 및 제조비용의 절감을 꾀할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 따른 금도금 스프링용 황동도금 강선의 특징적인 기술적 구성과 구체적인 제조 공정은 다음의 실시예를 통해서 보다 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 소재 와이어 로드로서, 5.5mm 선경을 갖는 질량%로, C 0.50∼1,0%, Si 0.05∼0.50%, Mn 0.1∼1,5%, P 0.05% 이하, S 0.05% 이하이며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어진 화학조성 범위 내의 로드를 마련하였다.

상기 소재 와이어 로드를 건식 연속 신선기로 통과시켜 1차 냉간 신선이 이루어지도록 하였다. 1차 냉간 신선된 선경이 2.0∼4.0mm 로 감소된 강선을 권취기에 권취시켰다. 상기 1차 신선된 강선을 가열로와 납 냉각조에 통과시켜 열처리(패턴팅)가 이루어지도록 하고, 후속적으로 산세, 피막형성 및 건조 공정을 거치도록 하는 일련의 열처리 과정 후에 권취기에 권취시켰다.

후속 공정으로서, 상기 열처리된 강선을 다수 대의 신선 다이스가 배열된 건식 신선기로 공급하여 선경이 0.5∼1.5mm로 감소되도록 하여 권취기에 권취시켰다.

다음은 도금 공정으로서, 상기 권취된 와이어가 염산조, 전해산세조, 수세조를 차례로 거치면서 전처리되도록 한 후, 전기구리도금 욕조, 수세조, 전기아연도금 욕조를 거치도록 하여 구리도금층과 아연도금층이 순차적으로 형성되도록 한 후에 확산조를 통과시켜서 두께 4㎛이하 두께의 황동 도금층이 형성되도록 하였다.

이어서, 상기 황동도금된 강선을 다수 대의 신선 다이스가 배열된 신선기를 통과시켜 최종 선경이 0.01∼1.0mm 이고, 도금층의 두께가 0.5∼2.0㎛ 이며, 인장강도가 1500∼4000MPa인 금도금 스프링용 황동도금 강선을 제조하였다.

상기의 제조 공정을 통해서 얻어진 금도금 스프링용 황동도금 강선을 이용하여 스프링 성형을 한 후 템퍼링 열처리를 하고 전해탈지 및 염산산세의 전처리를 거쳐 0.05∼0.15㎛ 두께로 금도금을 하여 최종적으로 금도금된 스프링을 제작하였다.

상기와 같은 제조공정을 통해서 금도금된 스프링 시편을 제작함에 있어서, 황동 도금층 중의 구리 함유량이 65%이고 아연 함유량이 35%인 경우에서 도금층의 Fe 농도에 따른 황동하지 도금층과 금도금층 사이의 밀착력과 금도금 후의 외관에 대한 관찰을 행하였던 바, 그 결과는 아래의 표1과 같다. 이때 황동 도금층의 Fe 농도는 오제(Auger) 분석기를 이용하여 도금층 0.013㎛ 깊이에서 성분 분석한 결과이다.

표 1 황동 도금층 중의 Fe 농도에 따른 도금 밀착성과 외관

구 분		실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
시험조건	도금층 Fe 농도(%)	0	2	04	6	8	10
	Cu(%)	65	65	65	65	65	65
	Zn(%)	35	35	35	35	35	35
시험결과	밀착력	우수	우수	우수	보통	나쁨	나쁨
	외관	우수	우수	우수	보통	나쁨	나쁨

위의 표1에서와 같이, 황동 도금층 내의 Fe 농도가 본 발명의 범위, 즉 4% 이내를 벗어나서 그 보다 큰 농도를 보인 비교예1 내지 3 시편의 경우에는 외관 품질과 도금밀착성이 불량한 것으로 관찰되었다.

Claims (4)

1. 강선의 표면에 아연 함유량이 30∼45%이고 구리 함유량이 55∼70%인 황동 도금층이 0.5∼2.0㎛ 두께로 형성되고, 상기 황동 도금층 성분 중 Fe 농도가 4% 이내인 것을 특징으로 하는 금도금 스프링용 황동도금 강선.
2. 제1항에 있어서, 상기 강선의 화학조성은, 질량%로 C 0.50∼1,0%, Si 0.05∼0.50%, Mn 0.1∼1,5%, P 0.05% 이하, S 0.05% 이하이며, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어짐을 특징으로 하는 금도금 스프링용 황동도금 강선.
3. 소재 와이어 로드를 2.0∼4.0mm 직경으로 1차 건식 신선하는 단계와, 1차 신선된 강선의 열처리에 이어 0.5∼1.5mm 직경으로 2차 건식 신선하는 단계와, 2차 신선된 강선의 표면에 구리 함유량이 55∼70%이고 아연 함유량이 30∼45%이 되도록 구리와 아연 도금층을 순차적으로 형성하고 열확산으로 2.0∼4.0㎛ 황동 도금층을 형성하는 단계와, 최종 선경이 0.01∼1.0㎜이고 황동 도금층의 두께가 0.5∼2.0㎛가 되도록 3차 신선하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 금도금 스프링용 황동도금 강선의 제조방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 황동 도금층 성분 중 Fe 농도가 4% 이내인 것을 특징으로 하는 금도금 스프링용 황동도금 강선의 제조방법.