자동차 의 주조 및 표면처리자동차 의 주조 및 표면처리자동차 의 주조 및 표면처리자동차 의 주조 및 표면처리Wiper ArmWiper ArmWiper ArmWiper Arm

품질향상을 위한 기술지원품질향상을 위한 기술지원품질향상을 위한 기술지원품질향상을 위한 기술지원

2006. 8. 312006. 8. 312006. 8. 312006. 8. 31

지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원지원기관 한국생산기술연구원::::

지원기업 주 케 이 엠 티지원기업 주 케 이 엠 티지원기업 주 케 이 엠 티지원기업 주 케 이 엠 티: ( ): ( ): ( ): ( )

산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부산 업 자 원 부

- 2 -

관리번호 :

종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서종합기술지원사업 기술지원성과보고서

사 업 명 자동차 의 주조 및 표면처리 품질 향상을 위한 기술지원Wiper Arm

지원책임자소속 한국생산기술연구원:

성명 김 영 석:지원기간

부터2005. 06. 01

까지2007. 08. 31

사업비 규모

총 백만원200

지원기관의

참여연구원

신승한

김억수

김형찬

정 부 출 연 금 백만원: 100

기업부담금현금 백만원: 600

현물 백만원: 400

부품 소재전문기업기술지원사업운영요령 제 조의 규정에 의해 종합기술지원사업 수18ㆍ

행에 대한 기술지원성과보고서를 제출합니다.

첨부 기술지원성과보고서 부: 5

년 월 일2006 08 31

작성자 지 원 책 임 자 김 영 석( ) :

지원기관장 한국생산기술원장 김 기 협( ) :

확인자 참여기업 대표 신 흥 섭( ) :

한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하한국부품소재산업진흥원장 귀하

- 3 -

제 출 문제 출 문제 출 문제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본 보고서를 자동차 의 주조 및 표면처리 품질 향상을 위한 기술지원자동차 의 주조 및 표면처리 품질 향상을 위한 기술지원자동차 의 주조 및 표면처리 품질 향상을 위한 기술지원자동차 의 주조 및 표면처리 품질 향상을 위한 기술지원“ Wiper Arm ”“ Wiper Arm ”“ Wiper Arm ”“ Wiper Arm ”

지( 원기간 과제의 기술지원성과보고서로 제출합: 2005. 05. 01. ~ 2006. 08. 31.)

니다.

2008. 03. 31.2008. 03. 31.2008. 03. 31.2008. 03. 31.

지원기관지원기관지원기관지원기관 :::: 한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원한국생산기술연구원

대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협대표자 김 기 협( )( )( )( )

참여기업참여기업참여기업참여기업 :::: 주 케이엠티주 케이엠티주 케이엠티주 케이엠티( )( )( )( )

대표자 신 홍 섭대표자 신 홍 섭대표자 신 홍 섭대표자 신 홍 섭( )( )( )( )

지원책임자지원책임자지원책임자지원책임자 ::::

참여연구원참여연구원참여연구원참여연구원 ::::

““““

““““

““““

김 영 석김 영 석김 영 석김 영 석

신 승 한신 승 한신 승 한신 승 한

김 억 수김 억 수김 억 수김 억 수

김 형 찬김 형 찬김 형 찬김 형 찬

- 4 -

기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서기술지원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 년 월 일 년 월 일2005 5 1 ~ 2006 8 31

연구사업명 부품소재종합기술지원사업

지원과제명 자동차 의 주조 및 표면처리 품질 향상을 위한 기술지원Wiper Arm

지원책임자 김영석지원

연구원수

총 명: 3

내부 명: 2

외부 명: 1

총

사업비

정부 천원: 100,000

기업 천원: 100,000

계 천원: 200,000

지원기관명 한국생산기술연구원 소속부서명 나노표면기술팀

지원기업 기업명 주 케이엠티 기술책임자 김 복 수: ( ) :

요약 연구결과를 중심으로 개조식 자 이내( 500 )보고서

면수199

합금 다이캐스팅 제품의 주조불량 원인분석하고 해결방안 도출하였으며 시o ADC12.1 ,

뮬레이션을 통해 주물의 품질개선 및 원가절감

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 과학적인 주조방안 기술의 축적과 표준화를 높일 수 있어o

생산성 향상

냉각라인 설계 최적의 사이클 타임 결정 등 금형의 과열 방지와 수명 연장o , ,

알루미늄 다이캐스팅 제품의 전처리 양극산화 후처리 공정의 분석 및 평가한 결과o , ,

전처리 공정의 개선으로 화학적 세정 효과의 증가와 공정액의 장수명화

알루미늄 제품 아노다이징 후 내식성 증가 봉공 후 도장 밀착성 증가로 제품의 불량o ,

률 감소 효과

아노다이징 공정 최적화를 확립하여 제품 특성 향상 및 다른 알루미늄 합금의 아노다o

이징 공정에 적용 가능

아노다이징 공정의 환경전과정평가 를 통해 약품량 감소 및 환경 규제 대한 방o (LCA)

안 마련

색 인 어

각 개( 5

이상)

한 글 다이캐스팅 아노다이징 전산모사 내식성 밀착성, , , ,

영 어Diecasting, Anodizing, Computer, simulation, corrosion

resistance, Adherence test

- 5 -

기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문기술지원성과 요약문

사업목표사업목표사업목표사업목표1.1.1.1.

사전 을 통한 건전한 다이캐스팅 제품을 얻기 위한 기술 지원o Simulation Al

시뮬레이션을 통한 건전한 주조품의 주조방안설계∎

기계적 전처리 및 화학적 전처리 공정의 개선 및 대체 공정 개발과 도장 밀착성 증o

대를 위한 새로운 공정 개발을 위한 기술 지원anodizing

효율적인 기계적 전처리 방안 모색∎

공정 조건 열처리 온도 이형제 종류 등 에 따른 최적 화학제 및 처리Diecasting ( , )∎

방법의 선택을 통한 화학적 전처리 공정 최적화

전압 및 전류 파형 변화 및 재질 및 형상의 개선을 통한 최적 공Rack anodizing∎

정 개발

기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위기술지원내용 및 범위2.2.2.2.

사전 을 통한 건전한 다이캐스팅 제품을 얻기 위한 기술 지원o Simulation Al

시뮬레이션을 통한 건전한 주조품의 주조방안설계∎

기계적 전처리 및 화학적 전처리 공정의 개선 및 대체 공정 개발과 도장 밀착성 증o

대를 위한 새로운 공정 개발을 위한 기술 지원Anodizing

효율적인 기계적 전처리 방안 모색∎

과 같은 기계적 가공 후 표면은 여러 가지 결함이 생기기 쉬우며 이러- Diecasting Al

한 것을 제거하기 위해 기계적인 표면 조정이 필요해진다 공정 분석 및. Diecasting

주조 후 폐품의 표면 성상 분석을 통해 효율적인 기계적 전처리 방안을 마련하고 시

험 공정을 통해 최적 공정 조건을 도출하고 처리 효과를 측정한 후 직접 공정에 적용

하여 공정 개선을 도모

공정 조건에 따른 최적 화학제 및 처리 방법의 선택을 통한 화학적 전처Diecasting∎

리 공정 최적화

본 제품은 여러 가지 가공 공정을 거차기 때문에 그 표면은 기계적 전처리를 행하-

더라도 에 적합한 소지로 조정하가 위해서는 고도의 화학적 응용 기술을 요anodizing

하는 화학적 전처리 공정이 필요

제품 표면의 유지분 때 및 오물의 성질을 측정하여 탈피 방법 및 탈지제를 선택하- ,

며 또한 연마시 발생하는 버프가스가 다량으로 표면에 부착하는지의 여부도 조사하여,

제품 재질 형상 치수 단위 시간당 처리면적 등을 고려하여 탈지제 및 탈지 방법의, ,

최종 선택

이종금속 및 산화물 제거를 위한 공정에서는 주로 질산을 사용하고 있다- desmut .

현재 총질소 규제로 인해 배출 허용 기준이 이하로 엄격히 관리하기 때문에 이60ppm

를 대체할 수 있는 물질을 적용하여 질소 배출 기준에 적합하도록 공정 개선

전압 및 전류 파형 변화 및 재질 및 형상의 개선을 통한 최적 공정Rack anodizing∎

개발

- 6 -

지원실적지원실적지원실적지원실적3.3.3.3.

지원항목지원내용

비고기술지원前 지술지원後

컴퓨터 시뮬레이션을

통한 건정한 주조품의

주조방안설계

주조품의 불량여부

판단으로 시간 및 비

용 과다 지출

컴퓨터 시뮬레이션의

적용으로 시간 및 비

용 절감 생산성 향상,

효율적인 기계적 화학,

적 전처리 방안 모색

수작업 및 화학적 전

처리의 표준화 부재

화학적 전처리 공정

개선으로 작업 표준화

아노다이징 공정 최적

화

제품의 불량으로 판

단하여 생산성 저하,

유지 비용 과다

최적화 공정으로 생산

성 향상 및 비용절감

환경전과정평가를 통한

환경규제 대응

환경전과정 평가 적

용 사례 전무

양극산화 공정에의 환

경전과정평가 적용으

로 환경부하 감소

기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과기술지원 성과 및 효과4.4.4.4.

해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품해당기술 적용제품1)1)1)1)

적용제품명 자동차 및 주변 부품o : wiper arm

모 델 명 외 다수o : HEAD LH

품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격품질 및 가격2)2)2)2)

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질

경쟁제품 대비 가격

객관화된 를 근거로 작성DATA※

원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과원가절감 효과3)3)3)3)

구 분 절 감 금 액 비 고

원가자재 절감 백만원 년/

인건비 절감 백만원 년/

계 백만원 년/

- 7 -

적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과적용제품 시장전망 매출성과4) ( )4) ( )4) ( )4) ( )

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출전년대비

증가비율비 고

내 수 백만원 년3,592 / 백만원 년4,000 / 12%

수 출 천달러 년/ 천달러 년/ %

계 백만원 년3,592 / 백만원 년4,000 / 12%

수입대체 효과수입대체 효과수입대체 효과수입대체 효과5)5)5)5)

모델명 당해연도 수입액 차년도 수입액 수입대체 금액 비 고

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

계 천달러 년/ 천달러 년/ 천달러 년/

해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과해당기술의 기술력 향상 효과6)6)6)6)

합금 다이캐스팅 제품의 주조불량 원인분석하고 해결방안 도출 시뮬레o ADC12.1 :

이션을 통해 주물의 품질개선 및 원가절감

주조방안의 과학적인 주조방안 기술의 축적과 표준화를 높일 수 있어 생산성 향상o

냉각라인 설계 최적의 사이클 타임 결정 등 금형의 과열 방지와 수명 연장o , ,

양극산화 공정 중 전처리 아노다이징 후처리 공정의 개선 원가절감 품질향상o , , : , ,

불량률 감소 효과 도장 밀착성 향사,

환경 전과정평가를 통해 공정 최적화 및 환경 규제 대처 방안o

기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과기술적 파급효과7)7)7)7)

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 주조방안 설계 기술 축적o

기계적 및 화학적 전처리 공정의 개선 및 대체 공정 개발과 도장 밀착성 증대를 위o

한 새로운 공정 개발을 통하여 지원업체의 생산성 및 작업효율의 향상Anodizing

중소 다이캐스팅 업체들의 신제품 개발에 대한 시간과 공정을 단축함에 의해 다품o

종 소량생산에 신속 대응

공정 환경 전과정 평가를 통한 다른 공정의 환경 개선 방안 기술 접목o Anodizing

및 축적

- 8 -

적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부적용기술 인증 지적재산권 획득여부5. ,5. ,5. ,5. ,

규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득규격 인증획득1) ,1) ,1) ,1) ,

지적재산권지적재산권지적재산권지적재산권2)2)2)2)

세부지원실적세부지원실적세부지원실적세부지원실적6.6.6.6.

항 목 지원건수 지원성과

기술정보제공 건2해외선진기술정보 제공 등을 통한 기술력 향

상

시제품제작 건

양산화개발 건

공정개선 건2 주조방안 개선 및 아노다이징 공정 개선

품질향상 건2 제품 치수정밀도 및 표면처리특성 향상

시험분석 건10 시험분석을 통한 제품 문제점 파악 및 해결

수출 및 해외바이어발굴 건

교육훈련 건2 다이캐스팅 주조 알루미늄 양극산화 교육,

기술마케팅 경영자문/ 건

정책자금알선 건

논문게재 및 학술발표 건1

사업관리시스템

지원실적업로드 회수건

지원기업 방문회수 건21다이캐스팅 제품 주조 아노다이징 불량원인,

분석 및 해결

기 타 건

- 9 -

종합의견종합의견종합의견종합의견7.7.7.7.

지원기업 주 케이엠티 은 자동차 을 다이캐스팅에서 양극산화 공정을 거쳐(( ) ) willer arm

완제품을 생산하는데 있어 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 주조방안 설계를 통해 주물의

품질 개선 및 원가절감을 할 수 있었으며 현장 기술지원을 통해 불량원안을 해소함, .

또한 양극산화 공정에서 전처리 아노다이징 후처리 공정의 정밀한 평가 및 분석을, ,

통하여 공정 개선 및 공정 최적화가 가능하게 되어 도장밀착 불량 감속 효율적인 전,

후처리로 화학 약품 사용량 감소 내식성 증대로 제품 불량률이 감소하게 되어 기술,ㆍ

장벽의 많은 부분을 독립적으로 극복할 수 있는 능력을 갖추어 매출 증대를 기대하고

있음 환경전과정평가 를 통하여 제품 사용 및 사후 처리 문제에 있어서도 생산. (LCA)

자 부담원칙이 중요시되는 시점에서 환경규제에 대처할 수 있는 능력을 갖춤

- 10 -

연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과연구과제 세부과제 성과( )( )( )( )□□□□

과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과과학기술 연구개발 성과1.1.1.1.

논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과논문게재 성과□□□□

사업화 성과사업화 성과사업화 성과사업화 성과2.2.2.2.

특허 성과특허 성과특허 성과특허 성과□□□□

출원된 특허의 경우o

등록된 특허의 경우o

- 11 -

사업화 현황사업화 현황사업화 현황사업화 현황□□□□

고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과고용창출 효과□□□□

- 12 -

세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용세부지원실적 증빙 내용□□□□

지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건지원기업 현장방문 건1. : 211. : 211. : 211. : 21

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 08 전장초과로 인하여 조립시 불량발생SHAFT 유 부록( )

2 2005. 08 및 외폭 미달SHAFT HOLE RET SPEC “

3 2005. 08 코킹부위 으로 인한 불량CRACK “

4 2005. 08 양극산화 공정 후 이물질 및 약품유출 “

5 2005. 09 코킹부위 휨으로 인하여 상대물 조립불가 “

6 2005. 09 핀 조립 밑면 불량3 CRACKΦ “

7 2005. 10 알루미늄 아노다이징 교육 “

8 2005. 10 불량SHAFT HOLE “

9 2005. 10 부위 미달SHAFT HOLE SPEC “

10 2005. 10 각도 미달문제STAPER “

11 2005. 11 공정 불량으로 제품불량 발생Etching “

12 2005. 11 핀 조립부위 발생3 CRACKΦ “

13 2005. 12 몸통 슬라이드 단차 해결 “

14 2005. 12 전장초과HOUSING LH PS “

15 2006. 02 리머후 불순물 과다의 해결 “

16 2006. 04 다이캐스트 주조 기술 교육 “

17 2006. 05부위 조립부위SHAFT HOLE CAP BURR

해결“

18 2006. 05제품의HEAD LH PA SHAFT HOLE SPEC

미달“

19 2006. 06제품의 전장초과HOUSING LH DS

해결방안“

20 2006. 06 봉공 공정 후 도장 밀착 불량 “

21 2006. 07 제품의 이탈력 미달 등HEAD DR/PA “

가술정보제공 건가술정보제공 건가술정보제공 건가술정보제공 건2. :2. :2. :2. :

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 08 알루미늄 양극산화 기술의 응용 유 본문자료( )

2 2006. 04 환경전과정평가의 응용 및 적용기술 “

- 13 -

시험분석 건시험분석 건시험분석 건시험분석 건3. : 103. : 103. : 103. : 10

NO. 일자 구체적 내용 증빙유무

1 2005. 07 측정FESEM. pH 유 본문분석자료( )

2 2005. 07 인장시험기 압축강도 연신율 측정등( , ) “

3 2005. 08 분석 등SEM “

4 2005. 09 인장시험기 압축강도 연신율 측정등( , ) “

5 2006. 02 인장시험기 압축강도 연신율 측정등( , ) “

6 2006. 03 분석 강도측정SEM, EDS , “

7 2006. 05 주조해석 강도시험 등, “

8 2006. 05 주조해석(MAGMA) “

9 2006. 05 밀착성Salt-Spray test, test “

10 2006. 06 등FE=SEM, EDX “

- 14 -

목 차목 차목 차목 차

제 장 사업의개요제 장 사업의개요제 장 사업의개요제 장 사업의개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용1111

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도제 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도4444

제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획제 장 기술지원결과의 활용계획5555

제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌제 장 참고문헌6666

부 록부 록부 록부 록

- 15 -

제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요제 장 사업의 개요1111

제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성제 절 기술지원 필요성1111

알루미늄 다이캐스팅은 제품치수의 정밀성과 생산성이 우수하기 때문에 일본의 경

우 년부터 사형이나 금형주물의 생산량을 추월하였다 현재 다이캐스팅 분야는1971 .

주물분야에 비해 소비량이 많은 상태로 앞으로 그 차이는 더욱 더 증가할 예정이

다 이 방법은 유압으로 개폐하는 주조기에 금형을 장치해 두고 용탕을 금형내. ,

에 유압으로 움직이는 피스톤으로 밀어 넣어 성형하는 방법이다 따라서 극(cavity) .

히 단시간에 응고하여 순간적으로 주물이 만들어 진다.

이 방법은 카메라 오토바이 자동차 라디오 스테레오 등 대량으로 생산되는, , , , TV,

기계의 부품을 가장 싸게 생산할 수 있는 방법 중의 하나이다 자동차의 경량화는.

연비향상뿐 아니라 최근 전 세계적으로 환경문제가 크게 대두되고 있으므로 자동차

의 배기가스를 절감시키는 데에도 크게 기여하고 있다 즉 자동차의 배기가스를 절. ,

감시키기 위해서는 엔진의 개밭 대체연료 및 자동차의 경량화 등이 있으나 이중,

엔진의 개발과 연료대체는 한계에 이르고 있으므로 자동차와 경량화가 가장 빨리

도달할 수 있다 자동차의 경량화와 연료절감을 위해서는 주철주물에 의한 부품을.

알루미늄 다이캐스팅으로 대체하여야 하며 이러한 점에서 알루미늄 다이캐스팅은,

풍요한 분야라 할 수 있다.

하지만 국내 중소 알루미늄 다이캐스팅업계에서는 기밀성 및 내압성이 요구되는 고

급의 기능소재부품 개발은 불가능한 실정이며 제품 불량으로 인한 생산성 저하의,

문제가 발생한다 진공 다이캐스팅을 보유하고 있는 업체에서도 진공을 유지할 수.

있는 금형제작기술의 낙후로 충분한 활용을 못하고 있다.

다이캐스팅 제품에서 수축공 및 가스기포 결함제어를 위해서는 금형설계와 용탕의

탈가스가 필히 수행되어야 하며 금형설계를 위해 응고현상에 대한 컴퓨터 시뮬레이

션을 통해 수축공 및 기포결함 발생을 미리 예측하여 방지할 수 있는 연구가 필수

적이라 할 수 있다.

알루미늄 다이캐스팅 제품의 용도는 도장하여 사용하는 것이 대략 절반을 넘고 표,

면처리를 하지 않고 사용하는 것도 많다 그 이유는 다이캐스트 특유의 합금 성분.

과 금속조직의 불균일성에 있으며 또한 핀홀 등 주조 결함들이 많기 때문이다 그.

러므로 주조기술의 발전 양극산화성이 우수한 다이캐스트 합금의 개발과 함께 새,

로운 양극산화 기술의 개발도 시급한 실정이다.

- 16 -

알루미늄 제품은 대기 중에서 자연적으로 표면에 산화알루미늄 피막이 생성되어 소

지를 보호하지만 그 피막을 두께가 로 얇고 파괴되기 쉬워 인위적인 표면처I~5mm

리가 사용용도에 따라 필요하다.

알루미늄 표면처리 가공 기술 중 양극산화 기술은 부식저항성 내마모성뿐만 아니,

라 내 외관의 장식성 등이 우수하여 자동차 부품 건축자재 전자부품 맴브레인, , ,ㆍ

분야에 적용되어 널리 사용되고 있다.

본 연구에 알루미늄 다이캐스팅 공법으로 제조된 자동차 와이퍼 구성품은

계의 일종인 종으로 양극산화 공정 후 불균일하고 엷Al-Si-Cu ADC 12 (anodizing)

은 피막이 되어 피막 생성효율이 극히 낮고 피막의 색상은 회색에서 회갈색이다, .

의 첨가는 주조성을 좋게 하고 의 첨가는 기계적 특징을 향상하기 때문에 가Si , Cu

장 많이 사용되고 있다 그러나 의 함유는 내식성을 나쁘게 하기 때문에 표면처. Cu

리가 반드시 필요한 재질이다.

지원기업의 애로기술o

지원기업 주 케이엠티 에서는 알루미늄 합금을 이용하여 다이캐스팅 공법을 이용- (( ) )

제품을 주조 가공 표면처리 등의 방법을 통해 자동차 와이퍼 구성 부품을 생산하, ,

는 업체

주조 성형단계에서 금형설계 단계에서 금형 내 용탕 주입 시 난류발생과 구간별-

응고속도차이로 인해 주조결함이 발생

표면부 결함의 경우 특히 표면처리 이후 발생하는 경우가 많으며 이로 인해 공- ,

정비용손실 및 납기 지연 등의 손실이 많음

효율적인 전처리 공정 기계적 화학적 의 미확립으로 인해 낮은 처리효율 에너- ( & ) ,

지 과다 사용 및 화학제의 과다 투입에 의한 환경부하 증가 등으로 인해 제품 생산

에 따른 추가 비용이 상당히 큰 현실임

최적 공정이 확립되어 있지 않음으로 인해 피막 생성 효율이 매우 낮- Anodizing

으며 이로 인해 낮은 두께 성장 속도와 두께의 불균일성으로 인해 피막 anodizing

처리 후 도장 밀착성 불량으로 이어지며 이로 인한 도장 후 제품 불량률이 아주 높

음

- 17 -

제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표제 절 기술지원 목표2222

컴퓨터 시뮬레이션을 통한 건전한 주조품의 주조방안 설계 및 합금 다이캐ADC12.1

스팅의 물리적 기계적 성질 분석을 통한 제품 특성 개선을 목표로 한다, .

컴퓨터 시뮬레이션에 의한 주물의 주조방안 설계를 통해 주조하고자하는 용융 금속

성질 주형 내 용탕의 유동성 주형의 열적 성질 용탕과 주형사이의 열전도 응고, , , ,

에 관계되는 물리적 성질 등을 이해하여 컴퓨터에 적용함으로서 최적의 주조방안을

설계한다.

알루미늄 다이캐스팅 후 표면처리 제품의 전처리 양극산화 후처리 공정의 개선 및, ,

최적화로 내구성 내식성 향상 불량률 감소로 인한 생산성 향상 기술력 확보를 목, , ,

표로 한다 또한 알루미늄 양극산화 공정의 환경전과정평가 를 통한 환경규제. (LCA)

대처 방안을 목표로 한다.

사전 을 통한 건전한 다이캐스팅 제품을 얻기 위한 기술 지원o Simulation Al

시뮬레이션을 통한 건전한 주조품의 주조방안설계∎

기계적 전처리 및 화학적 전처리 공정의 개선 및 대체 공정 개발과 도장 밀착성o

증대를 위한 새로운 공정 개발을 위한 기술 지원anodizing

효율적인 기계적 전처리 방안 모색∎

공정 조건 열처리 온도 이형제 종류 등 에 따른 최적 화학제 및 치Diecasting ( , )∎

리 방법의 선택을 통한 화학적 전처리 공정 최적화

전압 및 전류 파형 변화 및 재질 및 형상의 개선을 통한 최적Rack anodizing∎

공정 개발

- 18 -

주요목표 세부목표 상세예상목표

건전한 Al

다이캐스팅

제품을

얻기 위한

기술개발

시뮬레이션을 통한 건전한 주o

조품의 주조방안설계

주조 불량률 미만- 5%

인장강도 이상- 300Mpa

항복강도 이상- 160Mpa

연신율 이상- 3%

Anodizing

공정의

최적화

효율적인 기계적 전처리 방안o

모색

공정 조건 열처리o Diecasting (

온도 이형제 종류 등 에 따른, )

최적 화학적 및 처리방법의 선택

을 통한 화학적 전처리 공정 최

적화

전압 및 전류 파형 변화 및o

재질 및 형상의 개선을 통Rack

한 최적 공정 개발Anodizing

화학적 세정 최적화 화학적- 20%

사용량 감소 화학적 사용량 폐수 배( ,

출량 등을 기준)

도장밀착성 이상 증가- 20% , mg/dm3

직접염료 매염연료( ( >2.5), ( >10),

산성염료 염기성염료( >2.5), ( >0.9)

에 대한 도장 밀착성 시험)

제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용제 절 기술지원 내용3333

사전 을 통한 건전한 다이캐스팅 제품을 얻기 위한 기술 지원o Simulation Al

시뮬레이션을 통한 건전한 주조품의 주조방안설계∎

시뮬레이션을 통한 건전한 주조품의 주조방안설계를 위한 기술 지원-

기계적 전처리 및 화학적 전처리 공정의 개선 및 대체 공정 개발과 도장 밀착성o

증대를 위한 새로운 공정 개발을 위한 기술 지원Anodizing

효율적인 기계적 전처리 방안 모색∎

과 같은 기계적 가공 후 표면은 여러 가지 결함 열처리 때 기계가- Diecasting Al ( ,

공시의 상처 등 이 생기기 쉬우며 이를 그대로 공정에 투입해서는 안되) Anodizing

며 이러한 것을 제거하기 위해 기계적인 표면 조정이 필요해진다, .

- 19 -

공정 분석 및 주조 후 제품의 표면 성상 분석을 통해 효율적인 기계적Diecasting

전처리 방안 바렐 연마 버프 연마 벨트 연마 등 을 마련하고 시험 공정을 통해 최( , , )

적 공정 조건을 도출하고 처리 효과를 측정한 후 직접 공정에 적용하여 공정 개선

을 도모

공정 조건 열처리 온도 이형제 종류 등 에 따른 최적 화학제 및 처Diecasting ( , )∎

기 방법의 선택을 통한 화학적 전처리 공정 최적화

본 제품은 여러 가지 가공 공정을 거치기 때문에 그 표면은 기계적 전 처리를 행-

하더라도 에 적합한 소지로 조정하기 위해서는 고도의 화학적 응용 기술anodizing

을 요하는 화학적 전처리 공정이 필요하다 본 제품의 화학적 전처리를 위해서는.

크게 탈피 에칭 산화물 제거 등으로 크게 나누어져 있다, , .

알루미늄 표면의 유지분 때 및 오물의 성질을 측정하여 탈지 방법 및 탈지제를- ,

선택하며 또한 연마시 발생하는 버프가스가 다량으로 표면에 부착하는지의 여부도,

조사하여 제품 재질 형상 칫수 단위 시간당 처리 면적 등을 고려하여 탈지제 및, ,

탈지 방법의 최종 선택

본 공정에서 사용하는 알카리 에칭 방식을 개선하며 산성 에칭법을 도입할 예정-

이며 기대되는 효과는 다음과 같다.

알카리 에칭보다 공정수가 줄어들어 탱크수가 적고 공정이 단축①

알루미늄 용해량이 알카리 에칭에 비해 정도 감소1/3-1/5②

산화 알루미늄의 딱딱한 스케일이 생기지 않아 관리 비용이 감소③

상온 공정이기 때문에 품질관리가 용이하고 항시 일정한 에칭 가능④

녹 및 산화물 제거를 위한 공정에서는 주로 질산을 사용하고 있다 현재- desmut .

총질소 규제로 인해 배출 허용 기준이 이하로 엄격히 관리하기 때문에 이를60ppm

대체할 수 있는 물질을 적용하여 질소 배출 기준에 적합하도록 공정 개선

- 20 -

전압 및 전류 파형 변화 및 재질 및 형상의 패선을 통한 최적Rack anodizing∎

공정 개발

- 21 -

제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황제 장 국내외 기술현황2222

초기 선진국의 알루미늄 다이캐스팅 기술은 주조조건에 따라 품질차이가 크고 특히

기포 및 수축공에 한 제품 신뢰가 낮기 때문에 케이스와 하우징 같은 구조재료로만

사용되어 왔으나 최근 진공다이캐스팅 산소 분위기 다이캐스팅 저속충진 및 고압, ,

충진법을 개발하여 자동변속용 밸브몸체 용 기화기 분사펌프 자동차 에어콘, LPG , ,

용 콤프레샤 실린더 블록과 같은 기밀성 및 내압이 요구되는 고급의 기능부품소재,

까지 개발하고 있으며 또한 열처리 및 용접까지 가능하여 기존의 주철부품의 상당

수를 대체하여 경량화에 크게 이바지 하고 있다.

그러나 국내 알루미늄 다이캐스팅업계에서는 진공 다이캐스팅과 스퀴즈 주조기를

각각 일부 업체에서만 보유하고 있는 실정이며 나머지 대부분은 기존의 고속 고압,

다이캐스팅에 의존하고 있어 기밀성 및 내압성이 요구되는 고급의 기능소재부품 개

발은 불가능한 실정이다 또한 진공 다이캐스팅을 보유하고 있는 업체에서도 진공.

을 유지할 수 있는 금형제작기술의 낙후로 충분한 활용을 못하고 있다.

다이캐스팅은 밀폐된 금형사이에 고압으로 밀어넣어 급속냉각시켜 만드는 공정이므

로 밀폐된 금형내에 공기의 존재와 금형에 의한 용탕의 급냉 이 두가지가 다이캐,

스팅 기술의 기본적인 문제이다.

형내의 공기와 용탕과의 치환에 관한 문제는 피스톤을 단으로 속도를 바꿀 수 있2

게 하여 피스톤이 가속으로 전진하는 사아에 용탕의 전면에서 형내의 공기를 빼기

로 밀어낸 후 고속으로 바꾸어 용탕을 고온고압으로 밀어내는 것으로 해(air vent)

결하려고 노력하고 있지만 피스톤을 고속으로 전환했을 때의 형내의 가스압이

0.3~0.7kgf/cm2 정도이고 이 잔류공기가 주물의 어딘가에 휩쓸려 존재할 가능성이

많다 이 공기를 제거하는 방법으로서 형내의 공기를 진공 펌프로 배기해둔 진공.

다이캐스팅법 공기 대신에 미리 산소를 넣어두어 사출과 동시에 알루미늄산화물로,

서 주물내에 고정분산시키는 법등을 생각할 수 있지만 모두 현장작업PF(pore free)

으로서는 한정된 시간내에 닫힌 금형내 공기를 진공으로 하거나 산소로 치환하는

작업은 완벽을 기하기 어려우므로 현재까지의 기술적 해결의 수단으로는 경제적인

문제와 아울러 일부 현장에서 사용되고 있는 정도이다.

용탕이 응고 완료 전에 금형에 충진시키는 문제는 기본적으로는 금형온도와 주물의

두께 용탕의 온도에 따라 응고완료시간을 계산할 수 있는 것이므로 이 시간 내에,

용탕을 금형의 구석구석까지 도달할 수 있는 탕구속도를 정할 필요가 있게 된다.

- 22 -

뿐만 아니라 두께 충진길이 탕구속도와의 관계에 대해서 많이 연구하고 있지만 모, ,

두 경험적으로 얻고 있는 것으로 생각된다.

독일의 지침에서는 얇은 두께의 일반 다이캐스팅은 초의 탕구속도가 바람40~80m/

직하다고 하는데 주조 작업중에 측정해보면 이 범위에 드는 것이 많다, .

주물의 형상은 천차만별로 동일 두께의 주물이 아니므로 단순히 두께와 충진 길이

를 계산할 수 있는 것은 아니지만 응고현상을 규명할 기초로서 생각해둘 필요가 있

다 현실적으로 두꺼운 부분은 응고 전에 압력전달이 끊겨 기포 등의 결함을 발생.

하는 경우가 많다 이 현상을 해결하려고 시도한 것이 아큐라드 법으로 사. (Acurad)

출 피스톤을 이중으로 하여 미응고 부분은 내측 피스톤을 사용하여 시간차에 의해,

주입한다 그전에 금형내의 온도분포를 해석하여 탕구에서 먼 부분으로부터 응고하.

게끔 금형온도를 조절해아만 된다는 것을 알 수 있다.

다이캐스팅 제품에서 수축공 및 가스기포 결함제어를 위해서는 금형설계와 용탕의

탈가스가 필히 수행되어야 한다 현재 금형설계를 위해 응고현상에 대한 컴퓨터 시.

뮬레이션을 통해 수축공 및 기포결함 발생을 미리 예측하이 방지할 수 있는 연구가

활발히 진행되고 있다.

자동차산업의 성장과 함께 일본의 합금 다이캐스팅의 생산량은 년에 만톤Al 1980 37

을 상회하여 그중 가 자동차용 부품으로서 사용되고 있다 그리고 다이캐스팅70% .

의 생산기술도 급격히 진보되어 년부터 년대에 걸쳐 기초적인 연구를 포함1960 70

해 다수의 보고가 있었다 특히 주조 시에 있어서의 역학적 고찰이나 금형의 열적.

문제 합금성분의 영향 또 새로운 사출방식의 주조기가 개발되어 자동화 계측기술, , ,

이 진보해 생산성이 향상하였다 또한 새로운 사출방식의 주조기 개발과 주변기기.

의 자동화 에너지절약을 위한 용해설비와 용해기술의 향상 계측기술의 진보 등에, ,

현저한 발전을 보이고 있으며 주조 기술은 이CAE(Computer Aided Engineering)

러한 요구사항을 만족시킬 수 있는 효과적인 방법의 하나로 각광을 받고 있다.

[1-3]

다이캐스팅은 생산성이 좋기 때문에 많은 영역까지 사용이 확대되고 있지만 다이캐

스팅의 결점인 기포발생 강도의 불균일성 등을 극복하는 기술과 보다 경제적으로,

생산하기 위한 기술이 기대되고 있다.

- 23 -

세계 알루미늄기술 동향세계 알루미늄기술 동향세계 알루미늄기술 동향세계 알루미늄기술 동향1.1.1.1.

가 주변 기술의 다양화가 주변 기술의 다양화가 주변 기술의 다양화가 주변 기술의 다양화....

새로운 재질의 캐스타볼 몰드 개발- ,

결정립 미세화제 개발-

접종제-

기술의 개발- Tin coating

알루미늄 표면 세척기술-

나 가공 기술의 다양화나 가공 기술의 다양화나 가공 기술의 다양화나 가공 기술의 다양화....

알루미늄 압출기술- double-pushing

알루미늄 고압 다이캐스팅 기술-

알루미늄 중력 주조 기술-

알루미늄 기지 복합재료 주조기술-

고강도 알루미나 합금 연속주조기술-

플라즈마 표면처리 기술-

알루미늄 전해 분말 제조 기술-

알루미늄 고속 절삭 가공 기술-

비산화 기술- atomizing

- strip casting

다 알루미늄 용도의 다양화다 알루미늄 용도의 다양화다 알루미늄 용도의 다양화다 알루미늄 용도의 다양화....

자동차 및 전자부품용 알루미늄 다이캐스팅제품-

항공기용 터빈블레이드 정밀주조품-

전기방열용- heat sink

자동차 프레임용 알루미늄 주물-

라 알루미늄 주조방안의 컴퓨터모사 기술의 발전라 알루미늄 주조방안의 컴퓨터모사 기술의 발전라 알루미늄 주조방안의 컴퓨터모사 기술의 발전라 알루미늄 주조방안의 컴퓨터모사 기술의 발전....

주조 모사 기술- 3-D

을 이용한 주물 시제품 제작 기술- CAD-CAM

원심주조 가압주조 등 다양한 주조기술에 대한- , computer

의 확대 적용- simulation

- 24 -

알루미늄 양극산화 국외 현황알루미늄 양극산화 국외 현황알루미늄 양극산화 국외 현황알루미늄 양극산화 국외 현황2. (anodizing)2. (anodizing)2. (anodizing)2. (anodizing)

가 미다니 라이트 공법가 미다니 라이트 공법가 미다니 라이트 공법가 미다니 라이트 공법. (Mitani Lyte). (Mitani Lyte). (Mitani Lyte). (Mitani Lyte)

일본의 아루미나 가공 주 에서는 알루미늄 다이캐스팅 종 주물( ) (ADC 10/12 ),

과 듀랄루민 계 소재를 양극산화 기술로 이상 올릴 수 있는(AC8A/8B) (2000 ) 100㎛

새로운 양극산화 기술 개발(anodizing)

특징 기계적 화학적 성질 내열성 우수 항균성을 가지며 단순산화알루미늄 피- : , , ,

막 형성용과 특수 첨가제를 사용한 피막형성용으로 구분되면 산화알루미늄과 특수

첨가제를 사용한 산화피막은 대단히 경고하고 치밀한 복합피막으로 단순 알루미나

피막과 비교 시 내식성 내마모성이 대폭 향상된다 또한 이 산화피막의 용도에 따, .

라 은을 함침 처리할 수 있다 은함침 피막은 치밀한 복합피막으로 열전도성 전기. ,

전도성 내식성 내마모성 항균성이 우수한 피막을 만든다, , , .

이 피막의 경도는 으로 스텐레스강보다 배 정도 놀고 은함침 피막의 전기450 Hv 2 ,

절연성은 이상이며 은 함침 후 표면 연마한 피막의 경도는 의1500V , 800~1000Hv

평활면을 얻을 수 있다 또한 이 피막의 열 및 전기전도도는 모재인 알루미늄보다.

높고 구리와 거의 같다 이 피막의 용도는 항공기 자동차 건축자재 전기부품 열, . , , , ,

기기 조리기구 병원용품 등에 널리 활용된다, , .

나 케로나이트 피막나 케로나이트 피막나 케로나이트 피막나 케로나이트 피막. (Keronite Coating). (Keronite Coating). (Keronite Coating). (Keronite Coating)

제 세대 플라즈마 공법으로 케로나이트 피막은 내마모성이 하드3 anodizing

이나 경질크롬도금보다 월등하게 우수하다 그리고 이 피막을 연마하면anodizing .

마찰계수가 대단히 낮아진다 테프론으로 함침한 케로나이트 피막은 마찰계수가.

이하이다 케로나이트 피막은 소재 재질 자신의 반응으로 형성되기 때문에 밀0.15 .

착력은 알루미늄합금 소재의 파괴강도에 가깝다 케로나이트 프로세스는 현재 미국. ,

영국 독일 이탈리아에서 사용되고 있다, , .

- 25 -

제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과제 장 기술지원 수행 내용 및 결과3333

제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용제 절 기술지원의 이론적 접근 및 내용1111

알루미늄 소재알루미늄 소재알루미늄 소재알루미늄 소재1.1.1.1.

알루미늄은 자연계에 있어서 금속으로 존재해 있는 것이 아니라 보오크사이트로 불

러지는 광선으로부터 제련하이 만들어진다 이러한 원광인 보크사이트로 부터 알루.

미늄 톤을 만드는데 약 천만 의 에너지를 필요로 하는 것으로 알려져 있다1 5 Kcal .

그러나 알루미늄이 갖는 특성 즉 가볍고 가공성이 좋고 전기 및 열의 전도도가 우, ,

수하면 재이용의 순환이 용이 하기 때문에 이들이 가지고 있는 우수한 성질을 혼,

합하여 많은 용도에 적합한 알루미늄이 생산되고 있다 알루미늄은 금속 중에서도.

전극 전위가 낮은 금속으로 대부분의 금속과 접촉시켜 습기가 많은 분위기에 두면

쉽게 부식된다 또 알루미늄은 다른 원소와 결합되기 쉬운 금속으로 특히 산소와.

강하게 결합하는 금속이다 즉 깨끗한 표면을 만들어 대기 중에 놓으면 쉽게 산소. ,

와 결합하여 약 의 산화 피막이 생성 된다50~100 .Å

알루미늄과 알루미늄계 합금은 순도나 생산과정 합금 원소랑 및 사용목적 등에 따,

라 분류하고 있다 즉 순도 및 생산과정에 따라 차 지금. , 1 Al (Primary aluminium),

고순도 순 차 지금 으로 구분한다 제련 으로Al, Al, 2 Al (Secondary aluminium) . Al

불리는 차 지금은 법이나 기타 전해제련법을 이용하여 생산된 을 말하1 Al Layer Al

는 것으로 및 이외에도 등의 불순물을 함유하고 있다 이 제련Si Fe Ti, Cu, Zn .

지금을 다시 등 전해법으로 정제하여 불순물을 제거하면 순도 이상의3 99.99 % Al

을 생산할 수 있는데 이를 고순도 이라 한다 이와는 달리 주괴나 기타 폐Al . Al Al

등을 재 융해하여 생산한 을 차 지금이라 하며 이때 순도가 이상이Al 2 Al , 99.5 %

면 보통 순 지금이라 한다Al .

지금에 합금원소를 첨가하면 경도 강도 전연성 등과 같은 기계적 성질과 내식Al , ,

성 용접성 등과 같은 공업적 성질이 크게 향상된 합금을 얻을 수 있다 에 첨가, . Al

하는 주요 합금원소로는 등이 있다 예를 들면 을 첨가하Cu, Mg, Zn, Si, Mn . Mn

면 강도를 증가시키고 과 을 첨가하던 내식정과 강인성을 향상시키며Mg Si Cu, Zn,

등을 첨가해서 열처리를 거치면 이른바 고력알루미늄합금을 얻을 수 있다Mg .

- 26 -

또한 결정립을 미세화 시킬 목적으로 및 등을 첨가하기도 한Ti, B, Zr, Na, Sn Zr

다.

을 기본으로 하는 합금은 최종제품에 대한 요구나 성질에 의해 전신용 합금과 주Al

물용 합금으로 크게 나눌 수 있다 전신용 합금은 전체 합금의 이상을 차. Ai 70 %

지하며 판 관 봉 선 박 등 각종 형태로 사용되며 단조가 가능할 정도로 가공성, , , ,

이 우수한 합금의 경우를 의미하며 주조용 합금은 주조성이 비교적 우수하여 사, ,

형 금형 셀 형 다이케스트형 등에 의해 주조되며 합금원소의 농도가 비교적, (Shell) , ,

큰 합금의 경우를 의미한다.

이밖에도 알루미늄은 열처리방법에 따라 분류하기도 한다 즉 압연 등과 같은 기공. ,

에 의해서만이 재료의 성질을 개선시킬 수 있는 비열처리형 합금과 용체화 처리나

시효 석출 등과 같은 열처리에 의해서만 재질을 강화시킬 수 있는 열처리형 합금으

로 나눌 수 있다.

표 에 대표적인 알루미늄 합금의 분류를 나타내었고 표 에는 알루미늄 합1-1 , 1-2

금 주조재의 화학 성분을 정리하였다.

- 27 -

표 알루미늄 합금의 분류와 사용 용도표 알루미늄 합금의 분류와 사용 용도표 알루미늄 합금의 분류와 사용 용도표 알루미늄 합금의 분류와 사용 용도1-1.1-1.1-1.1-1.

합금

계통

합금호칭재료특성의 개요 용도

JIS A.A

순알

루미

늄계

1060 1060도전재로 보증 강조를 필요61% IACS ,

로 할 때는 를 사용한다6101 ,전선 부수바,

1080

1070

1050

1080

1070

1050

가공성 표면처리성이 우수 내식성은, ,

알루미늄합금 중 최양이다.

강도는 순알루미늄이 낮지만 순도가

저하할수록 다소 강도가 높아진다.

네임프렌트 장식,

품 화학공업탱크,

류용접선

1100

1200

1100

1200

순도가 이상의 일반용도의 알Al 99.0%

루미늄 양극 산화처리후의 외관이 약,

간의 흰띠가 되는 이외의 상기와 동

주방용품,

인쇄판 전재 캡, ,

Al-Cu

계

2011 2011

쾌삭합금 절삭성이 우수 강도도 높, ,

다 내식성이 떨러진다 내식성이 요구. .

될 경우는 계 합금을 사용한다6262 .

주방용품,

나사류,

광학부품

2014

2017

2024

2014

2017

2024

를 많이 함유하고 있어 내식성은 좋Cu

지 않으나 강도가 높고 구조용재로서,

주로 사용된다 단조품에도 적용된다. .

항공기 기어,

유압부품,

허브

2117 2117용체화처리 후 리벳용제로서 상온시

효속도를 느리게 한 합금리벳용재

2018

2218

2018

2218

단조용 합금 단조성이 우수 고온 강, ,

도가 높기 때문에 내열성이 요구되는

단조품에 주로 사용되나 내식성이 떨

어진다.

피스톤,

실린더 헤드

- 2219강도가 높고 저온 및 고온특성이 아주

용접성양도하나 내식성이 불량저온용 탱크

2025 2025단조용 합금 단조성이 양호하며 경도,

가 높지만 내식성이 떨어진다.

프로펄러

자적드럼

2N01 2618단조용 합금 내열성이 있고 강도가,

높지만 내식성이 떨어진다.

항공기 엔진,

유압부품

Al

계Mn

3003

3203

3003

-

보다 강도가 약 높고 가공1100 10% ,

성 내식성이 양호,

주방용품

화장판

3004 3004보다 강도가 높고 가공성이 우3003 ,

수 내식성이 우수함,

알미늄캔,

전구구 지붕판, ,

칼라알루미늄

3005 3005에 비하여 강도가 높고 내3003 20% ,

식성도 비교적 양호도장판 건재,

3105 3105에 비하여 약간 강도가 높고 기3003 ,

타특성은 와 유사3004도장판 건재 캠, ,

- 28 -

Al-Si

계

4032 4032내열성 내마모성이 우수 열팽창계수, ,

적다

피스톤,

실린더헤드

4043 4043

탕흐름 좋고 응고수축이 적고 황산양, ,

극산화처리에 의하여 회색으로 자연

발색을 한다.

용접 건축의장,

Al-Mg

계

5005 5005

5050

가공성 내식성이 우수 양극산화후 사, ,

상이 양호.

형재와 칼라 메치가 잘된다6063 .

건축용내외장,

차량 선박의

내장

5052 5052

중성도를 가진 가장 대표적인 합금,

내식성 가공성이 좋음 특히 경도에서, ,

피로 강도가 높고 내해수성이 우수하,

다.

일반관금 선박, ,

차량 건축, ,

캐엔드

5652 5652

의 불순물 원소를 규제하여 과산5052

화수소의 분해를 억제한 합금으로 기

타특성은 와 동등5052

과산화수소용기

5154 5154보다 강도가 약 높다 기타5052 20% .

특성은 와 동등5052

와 같음5052 ,

용접선

5254 5254

의 불순불 원소를 규제하여 과산5154

화수소의 분해를 억제한 합금으로 기

타 특성은 와 동등5052

과산화수소 용기

5454 5454

와 비교하여 강도가 약 높5052 20%

다 와 거의 같은 특성을 가지지. 5154

만 엄한 환경에서 내식성은 보다5154

우수하다.

호일

5052 5052

내식성이 우수 적삭가공에 의한 표면,

사상 양극산화처리성과 그 염색성이,

좋다.

카메라경통,

통신기기부품,

화스너 지퍼( )

5082 5082에 가까운 강도를 가지며 성형가5083

공성 내식성이 좋다. .깡엔드

5182 5182에 비하여 약 강도가 높다 기5082 5% .

타특성은 와 동등5082“

5083 5083

용접구조용합금 실용비열처리합금 중,

가장 강도가 높은 내식성재료로 용접

구조에 적합하나 내해수 저온 특성도

양호

선박 차량 저온용, ,

탱크 압력용기,

5086 5086보다 강도가 높고 내해수성이 우5154

수한 비열처리계 용접구조용 양호

선박 압력용기 콤, ,

퓨터디스크

5N01 -

강도는 과 같으나 광휘처리후의3003

양극화산화처리에 광휘도를 얻을 수

있다 가공성 내식성도 양호하다. , .

주방용품 카메라, ,

장식부품 명판,

- 29 -

Al-Mg

계-Si

6061 6061

열처리형의 내식성합금 처리로 높, T6

은 내력치가 얻어지지만 용접계수 강

도가 떨어지기 때문에 볼트 리벳구조,

용에 주로 사용

석박 차량, ,

옥상구조물

6N01 -

중 강도의 압출용합금 보다 강도. 6061

가 낮으나 압출성우수 복잡한 단면형,

상의 형재를 얻으며 내식성 표면처리,

성도 양호

차량,

육상구조물 선박,

6063 6063

대표적이 압출용 합금 보다 강도. 6061

가 낮으나 압출성우수 복잡한 단면형,

상의 형재를 얻으며 내식성 표면처리,

성도 양호

건축 차량, ,

가구 가전제품,

6101 6101 고강도 도전용재 보증, 55% IACS 전선 부스바,

6151 6151

특히 단조가 공성이 우수 내식성 표.

면처리성이 좋고 복잡한 단조품에 적

용

기계 자동차부품,

- 6262

내식성쾌삭합금 에 비하여 내식, 2011

성 표면처리성이 한단계 우수하고,

과 동등한 강도를 가진다6061 .

카메라 경통,

기화기부품,

가스기구부품

7072 7072

적극 전위가 낮고 방식성 크랏트피재

로서 주로 사용되지만 희생양극 작용

을 이용하여 열교환 핑거에도 적용된

다.

알루미늄 합금

피재,

제열교환핑거Al

7075 7075

알루미늄 합금 중 최고의 강도를 가진

합금의 하나로 내식성은 떨어진다.

와의 그릿드에 의하여 내식성이7072

개선되지만 가격이 높다

항공기 스키용구,

부품

7N01 -

용접구조용 합금 감도가 높다 용접부, .

의 강도가 상온방치에 의하여 모재강

도에 가까이 회복한다 내식성도 상당.

히 양호

차량 기타,

육상구조물

7003 7003

용접구조용 압출 합금 이 강도가, 7N

약간 낮다 압출성 양호 엷은 대형 형. ,

재를 얻을 수 있다 기타특성은 과. 7N

거의 같음. 7N01

차량,

오토바이임(rim)

- 30 -

표 알루미늄합금 주조재의 주요 화학 성분표 알루미늄합금 주조재의 주요 화학 성분표 알루미늄합금 주조재의 주요 화학 성분표 알루미늄합금 주조재의 주요 화학 성분1-2.1-2.1-2.1-2.

- 31 -

양극산화양극산화양극산화양극산화2. (Anodizing)2. (Anodizing)2. (Anodizing)2. (Anodizing)

이란 간단한 전기화학적 반응을 통해 알루미늄 표면에 단단하고 투명한Anodizing

산화피막을 만드는 공정으로 양극의 산화반응을 이용한다고 하여 양극산화로도 불

린다.

알루미늄을 양극에서 전해하면 알루미늄 표면이 반은 침식되고 반은 산화알루리늄

(Al2O3 피막이 형성된다 알루미늄 양극산화는 다양한 처리액 조성과 농도 첨가제) . , ,

처리액의 온도 전압 전류 처리시간 알루미늄합금 성분 등에 따라 피막두께 밀, , , , ,

도 색상 양극피막의 경도 등 특성이 다르게 생산될 수 있다 또한 전해액도 양극, , .

피막의 성질에 영향을 미친다.

양극산화는 알루미늄이 대기 중에 노출 시 항상 존재하는 엷은 천연의 산화알루미

늄피막 을 인공적 전기화학적 으로 두껍게 만드는 것이라 생각할 수 있다(1~5nm) ( ) .

중에 전해액의 산소이온과 수소이온이 알루미늄 표면으로 전진한 후 기anodizing

존산화피막을 침투하여 금속의 알루미늄 이온과 결합하어 금속과 산화층의 계면,

부근에 알루미늄의 산화피막과 수산화피막을 만든다 비다공성인 활성층의 두께는.

처음에는 처리전압 당 로 비례하여 생성되며 이 후 처리 중에1V 1nm , anodizing

계속 금속 방향으로 진행한다 다공성의 산화피막은 산성 전해액의 용해작용으로.

활성층 부위에 곧 바로 성장된다 다공성의 구조는 피막의 생성과 용해가 평형이.

이루어질 때까지 계속 피막 두께는 자란다 한편 전해액의 음이온은 피막과 결합하. ,

여 황산법 양극피막의 경우 황산염으로 약 를 함유하며 크롬산법 양극피막15%(W) ,

의 경우 크롬산염으로 최대 를 함유한다 이 양극피막의 다공 특성은 염0.1 % (W) .

료 안료 부식억제제 혹은 윤활제와 흡착 결합하여 유익한 기능성을 발휘한다 다, , / .

공성의 구조는 표면적 비율이 매우 높아 황산 의 경우 약, anodizing 100 m2

이나/g

된다 이 피막의 다공은 사용 환경성의 향상을 위해 통상 실링공정으로 봉공하여야.

한다 의 전해액으로는 산과 알카리 등을 사용하는데 그 중에 황산은 전. anodizing

도성이 좋고 처리비용도 적게 들며 피막의 두께도 연질에서는 미크론까지 경질25 ,

에서는 미크론까지로 다양하게 활용할 수 있어 가장 많이 사용하고 있는100

프로세스이다anodizing .

크롬산법 양극 피막은 일반적으로 두께가 로 제한되나 크롬산이 알루0.5 ~ 3 ,㎛

미늄 합금을 크게 부식시키지 않는 장점도 있다 그러므로 부품의 틈새나 결합부위.

에 크롬산 전해액이 스며들어서 남아 있어도 부식의 위험은 없다.

- 32 -

이 프로세스는 크롬산의 독성과 폐수처리의 부담으로 사용이 점차 줄어들고 있다.

그러나 항공기 산업과 방산관계 제품에는 아직도 사용하고 있다.

알루미늄 재료의 양극산화성알루미늄 재료의 양극산화성알루미늄 재료의 양극산화성알루미늄 재료의 양극산화성3.3.3.3.

알루미늄 소지상의 은 일반 금속상의 도장이나 도금과는 달리 알루미늄anodizing

소지 금속상에서 전기화학적 반응에 의해 직접 산화알루미늄 피막을 만드는 기술이

다 그러므로 알루미늄 재질 표면층의 성상에 직접적인 영향을 받게 된다 알루미늄. .

재질의 화학성분은 물론 열처리 가공공정 표면조도 알루미늄이나 철분의 매장, , , ,

등이 피막성상에 영항을 줄 수 있다 시중에서 순알루미늄 순도 이라고 판. (99.5 % )

매하고 있는 알루미늄이나 일반의 알루미늄 합금 중에는 철 실리콘 구리 등이 함, ,

유되어 있어 양극 산화피막을 불균일하게 한다 이들 개재물은 종종 부식의 기점이.

되어 국부음극으로 작용을 한다 상기의 화학성분 이 외에 알루미늄표면에 손상 스. ,

크레치 등 기계적 결함은 처리의 색상에 영향을 준다 가장 투명한 피막은 착색이.

나 장식용도에 제일 바람직하고 상대적으로 순수한 알루미늄이나 알루미늄 마그네, /

슘 합금타입 과 계 재질 에서 얻을 수 있다 구리함유 합금 계 아(1000 5000 ) . (2000 ),

연 계 망간 계 및 실리콘 함유 합금들은 양극산화하면 독특한 색상이(7000 ), (3000 )

된다.

다시 말해서 알루미늄 재질은 크게 전신재 압출재 주물재로 구분하기도 한다 대, , .

표적인 전신재 알루미늄합금의 용도별 양극산화 작용성을 표 에 설명하였고 주1-3 ,

물 합금계에 대해서는 표 에 나타내었다 알루미늄 양극피막의 색상은 합금의1-4 .

종류 전해액 전해조건 등에 따라 변화한다, , .

- 33 -

표 전신재 알루미늄합금의 용도별 양극산화 작용성표 전신재 알루미늄합금의 용도별 양극산화 작용성표 전신재 알루미늄합금의 용도별 양극산화 작용성표 전신재 알루미늄합금의 용도별 양극산화 작용성1-3.1-3.1-3.1-3.

Ref) E : Execellent, VG : Very Good, G : Good, M : Medium, B : Bad

흑색만 적용* :

- 34 -

표 알루미늄 합금주물의 양극산화 적용성표 알루미늄 합금주물의 양극산화 적용성표 알루미늄 합금주물의 양극산화 적용성표 알루미늄 합금주물의 양극산화 적용성1-4.1-4.1-4.1-4.

Ref) VG : Very Good, G : Good, M : Medium, B : Bad

흑색만 적용* :

양극산화조건의 조절 필요** :

처리욕의 종류처리욕의 종류처리욕의 종류처리욕의 종류4. Anodizing4. Anodizing4. Anodizing4. Anodizing

알루미늄 소재의 활용이 다양한 만큼 의 피막처리욕 또한 그 종류, anodizing (Bath)

가 많다 우리나라에서 현재 가장 많이 사용하고 있는 처리욕이 상온이 황산법 소. ,

프트 이다 황산법은 장식목적과 기능목적으로 널리 사용하고 있다 또한anodizing . .

년대 초 우리나라에 처음 소개된 저온의 황산법 경질 양극산화는 그 활용이1970

원만하게 성장되어 지금은 그리 신기술이라 여기지 않고 있다 그 외에 하드.

으로 황산 옥살산법 산포드 법 법 법 등이 있anodizing / , (Sanford) , M.H.C , HARDAS

다 한편 크롬산법은 방산제품의 규정으로 일부에서만 처리하고 있다. .

그 외 처리욕은 봉산 구연산 인산 아디핀산법 등과 알카리성욕 비수용액 자연발, , , , ,

색욕 등 종류가 많다 다음에 욕의 종류별 특징만을 정리하였다. anodizing .

가 황산법가 황산법가 황산법가 황산법....

황산법 은 년 영국의 와 에 의하여 특허로 등록된 것anodizing 1927 Gower O'Brien

이 최초이다 황산의 농도는 중량 로 다양하게 사용하나 가장 많이 사용하. 1~65 %( )

는 황산의 농도는 중량 이다12~22 %( ) .

- 35 -

일반의 연질 소프트 은 장식과 방식의 목적으로 사용하며 두께는( : Soft) anodizing

범위이다 하드 경질 은 주로 기능목적으로 사용하며 전해액에2~25 . ( ) anodizing ,㎛

서 피막의 용해가 적어 연질보다 양극피막이 더 치밀하고 두께도 더 두껍게 올릴

수 있다 일반적으로 경질의 두께는 이다 일반 소프트 은. 25~100 . anodizing㎛

범위에서12~20 V 1.3 A/dm2전후의 전류밀도로 처리하나 하드 은 더, anodizing

높은 에서25~100 V 2.6~3.9 A/dm2의 전류밀도로 처리하고 있다.

나 크롬산법나 크롬산법나 크롬산법나 크롬산법....

해양환경이나 항공기 부품의 도장하지처리로 사용한다 때로는 산이 스며들어 가는.

조립부품에 크롬산 피막으로 처리한다 두께가 상당히 엷어도 내식성이 우수하고. ,

원하면 염색도 할 수 있다 대표적인 욕조성은 무수크롬산 온도는. 50~10g/L

이다 를 사용하는 처리법과 를 사용하는 새로운 처리법 두 가35~41 . 40 V 20 V ,℃

지가 있다 설비는 황산법과 유사하다. .

다 옥살산 수산 법다 옥살산 수산 법다 옥살산 수산 법다 옥살산 수산 법. ( ). ( ). ( ). ( )

이 욕은 저온을 사용하지 않고도 까지 피막을 올릴 수 있다 통산 모든 재질50 .㎛

에서 금색 혹은 금 갈색상을 띤다 대표적인 욕조성은 옥살산 온도는- . 3-~100g/L,

약 에서 직류로 악 사용한다27~32 50 V .℃

라 인산법라 인산법라 인산법라 인산법....

항공기 산업에서 도장하지로 밀착력 향상을 위해 사용한다 또한 알루미늄상의 도. ,

금의 전처리에도 대단히 좋다 대표적인 욕조성은 인산 온도 약 전. 3~20 %, 32 ,℃

압 까지 사용한다 또한 최근에는 차 전해용의 차 피막처리 차 전해용의60 V . , 2 1 , 3

중간처리로도 공업화 되었다.

마 붕산 혹은 주석산법마 붕산 혹은 주석산법마 붕산 혹은 주석산법마 붕산 혹은 주석산법....

축전지 콘덴서에 사용하고 피막은 두께가 엷고 비다공성이며 비전도성이다, .

- 36 -

전해 콘덴서는 금속표면에 양극산화에 의한 유전체 산화피막을 형성하며 이는 액

체 반액체 또는 고체의 전해질을 사용한다 대표적인 전해액은 붕산암모늄 인산암, .

모늄 유기산 암모니아 등의 완충용액을 사용하여 콘덴서 전격전압 통상, + (

의 의 전압에서 양극산화 처리한다 작업은 단 방식과 다6.3~500 V) 130~200 % . 1

단방식이 있으며 전자는 양극산화 전압 약 이하이며 또한 고압 양극산화는100 V ,

단으로 나누어 순차적으로 양극산화의 전압을 올려가며 처리한다2~3 .

바 실파민산 법바 실파민산 법바 실파민산 법바 실파민산 법....

설파민산법은 환산에 비해 용해성이 훨씬 낮기 때문에 전해액의 온도를 높일 필요

가 있다 그러나 실파민산법 양극피막은 치밀하고 내마모성능이 있다 그리고 착색. .

피막을 얻기 때문에 자연발색을 검토할 수도 있지만 공식 이 생기기 쉬어서, ( )孔食

공업화에는 문제가 있다.

사 알칼리성욕사 알칼리성욕사 알칼리성욕사 알칼리성욕....

이라고 하면 황산 옥살산 크롬산 등 산성의 전해액만을 생각하지만 수Anodizing , ,

산화나트륨 탄산나트륨 수산화암모늄 등의 알카리 수용액에도 사용할 수 있다 이, , .

들 전해액에는 알카리 단독욕 유기산염 첨가욕 무기산염 및 산화제 첨가욕 종, , , 2

이상의 첨가욕 전해 착색욕 등이 있다 알카리 수용액을 사용하는 경우에는 전해과, .

정 중에 생성되는 가스가 알카리성 수용액에 흡수가 용이하여 공기중으로 가스의

방출이 억제된다 또한 부품 표면의 오염도에 따라 탈지공정을 생략할 수 있다 그. .

러나 알카리 전해액의 양극산화에 관한 연구는 산성욕에 비해 적고 아직 실용화도,

되지 않았다.

아 그 이외의 욕아 그 이외의 욕아 그 이외의 욕아 그 이외의 욕. anodizing. anodizing. anodizing. anodizing

의 산성욕과 알칼리 전해액을 제외한 기타 욕에는 중성욕 비수용액 용Anodizing , ,

융염욕 등이 있다 중성욕은 배리어 타입으로 치밀한 산화 평가로 전해 콘덴서 등.

에 사용하고 있다 비수용액은 일반의 산성욕으로는 만족하지 못한 성능을 요구할.

때 비수용액과 용융염욕을 검토하고 있다.

- 37 -

공정공정공정공정5. Anodizing5. Anodizing5. Anodizing5. Anodizing

알루미늄의 공정에서는 우선 소재인 알루미늄과 알루미늄 합금의 특성anodizing

즉 물리적 성질과 화학적 성질의 이해가 중요하다 알루미늄은 활성금속으로 이온.

화 경향 서열 앞쪽에 있다 공기 중의 산소와 쉽게 반응하여 산화알루미늄. (Al2O3 층)

을 만들고 이 막이 소지를 부식원으로부터 보호하여 잘 부식되지 않는다 이 산화.

알루미늄은 공기 중에서 순간적으로 생성하며 공정의 이동 중에도 생긴다 이는 전.

기적으로 부도체이다.

알루미늄을 포함한 모든 표면처리의 제조공정은 전처리 혹은 표면처리, anodizing( )

과 후처리로 크게 분류할 수 있다 전처리 공정은 기존의 오염물질을 공정중이나.

이송 중에 생긴 오염물질을 제거하여 소재 표면을 깨끗이 만드는 것이다 이렇게.

활성화된 알루미늄을 신속히 조로 옮겨 규정에 적합한 양극피막을 올린anodizing

후 후처리를 실시한다 후처리는 양극피막상의 외관 장식성을 부여하거나 기능성을. ,

향상시키기 위하여 처리한다 대표적인 공정을 아래에 설명하였다. anodizing .

가 작업 공정가 작업 공정가 작업 공정가 작업 공정. Anodizing. Anodizing. Anodizing. Anodizing

탈지 유지 등 오염물질을 제거한다(1) (Cleaning) : .

수세 흐르는 물 또는 깨끗한 물로 세척한다(2) (Rinsing) : .

탈산화제 열처리 재질 템퍼 의 스케일 산화막 을 제거하는 공(3) (Deoxidizing) : (T ) ( )

정으로 비열처리 템퍼 재질은 이 공정을 생략해도 무방하다(H ) .

수세 탈산화제 공정 후 실시하는 것으로서 흐르는 물 또는 깨끗한(4) (Rinsing) :

물로 세척한다.

에칭 산화알루미늄을 제거하며 대부분 수산화나트륨을 사용하거나(5) (Etching) :

가끔 산성에칭도 이용한다.

광택연마 광택 시에는 에칭 대신에 화학연마나 전해연마를 실시한(6) : anodizing

다.

수세(7) (Rinsing)

디스머트 에칭이나 화학연마 후 표면상에 남은 검은 스머트 합금성(8) (Desmut) : (

분 을 용해 제거한다 항의 탈산화제를 에칭 후 디스머트공정으로 사용할 수 있) / . (3)

다.

수세(9)

- 38 -

연질 대개 피막은(10) Anodizing : anodizing : 1A/dm2에서 분에 약 성1 0.28 ㎛

장한다 구리함유 재질 계 은 성장 속도가 느리다. (2000 ) .

경질 대개 피막은anodizing : 3A/dm2에서 분에 약 성장한다 일부 상온1 0.84 .㎛

의 특허 프로세스가 있으며 여러 전류파형도 이용한다.

수세(11)

착색 유기염료나 무기염료의 착색하고 금속안료로도 전해 착색한(12) (Coloring) :

다.

수세(13) (Rinsing)

실링 내마모성이나 밀착성 도장 등 을 향상하기 위해서는 실링하(14) (Seating) : ( )

지 않는다 그러나 실링하면 내식성이 향상된다. .

수세(15) (Rinsing)

건조 상온 콤프레서 에어 및 가열건조 등이 있다 가열건조 시에(16) (Drying) : .

이상 올라가면 양극피막에 미세한 헤어라인형 잔금 균일이 생길 수 있다105 .℃

전처리전처리전처리전처리6. Anodizing6. Anodizing6. Anodizing6. Anodizing

가 화학에칭가 화학에칭가 화학에칭가 화학에칭. (chemical etching). (chemical etching). (chemical etching). (chemical etching)

화학에칭은 알칼리나 산을 사용하여 알루미늄표면을 무광택으로 만든다 화학에칭.

은 버프나 화학연마와 연계하여 사용하기도 한다 알칼리나 산에칭은 알루미늄상의.

산화피막과 표면에 파묻힌 오염물을 제기하여 양극피막에서 발생할 수 있는 변색을

미연에 방지한다.

표면 오염물질의 제거- .

무광택의 표면을 만듦-

흠집 상흔 금형에서 오는 자국 등 결함을 감추어 준다- , , .

전표면을 균일하게 한다- .

알칼리 에칭(1)

알칼리 에칭은 부품표면상의 스크래치 흠집 압연 시 다이라인 기타 결함들을 제, , ,

거하거나 감소시켜 준다.

- 39 -

그러나 일부 표변오염은 부품을 에칭액에서 처리하기 전에 미리 제거하지 않으면,

에칭 중에 이 결함이 더욱 선명하게 될 수도 있다 산화물 압연 시 오염 및 기타. ,

오염물은 탈산화제로 에칭공전 전에 제거할 수 있다.

가 일반 목적의 수산화나트륨 에칭( )

수산화나트륨 (NaOH) 50 g/L에서 분간 수산50 0.5~1℃

화나트륨만 사용가능탄사나트륨 (Na2CO3) 5 g/L

구루콘산나트륨 0.5 g/L

나 일반목적의 무광택 에칭( ) .

수산화나트륨 (NaOH) 100 g/L

에서 분50~70 1~10℃불화나트륨 NaF 20 g/L

폴리인산나트륨 2 g/L

계면활성제 2 g/L

다 표면이 부드러운 에칭( )

수산화나트륨 (NaOH) 50 g/L

에서 분50~65 1~10℃질산나트륨 Na2NO3 40 g/L

sodium

heptonate1 g/L

라 광택 레벨링 에칭( )

수산화나트륨 (NaOH) 75 g/L에서 분 광50~70 1~10 ,℃

택 레벨링이 우수,규불화나트륨 Na2SiF2 20 g/L

크롬산나트륨 Na2CrO4 5 g/L

산성 에칭(2)

산성 에칭은 일반적으로 실리콘을 많이 함유한 다이캐스팅 재질에 많이 사용한다.

- 40 -

이는 특히 알루미늄 다이캐스팅의 스머트 문제점을 해결할 수 있다 에칭에 염산. ,

불산 질산 인산 크롬산과 황산을 사용한다 황산과 크롬산의 환산용액은 열처리, , , .

스케일을 소재를 부식시키지 않고 제기한다 희석한 불산과 질산액은 광택이나 약.

한 무광결을 낼 수 있다 염산액에 코발트나 니켈염을 넣으면 본래의 스므스한 표.

면을 만드는데 영향을 주지 않으면서 에칭을 촉진한다 샌드캐스팅과 같이 실리콘.

을 함유한 합금재질은 전에 의 불산액으로 에칭 하여야 한다 산anodizing 2~5 % .

성에칭은 가끔 한 공정으로 사용되기도 하나 때로는 에칭 공정의 앞이나 혹은 뒤,

에서 사용하기도 한다 일반적으로 산화물을 제거하고자 할 때에는 알칼리 에칭공.

정 앞에 그리고 스머트 제거가 문제일 때는 알칼리 에칭 다음에 사용한다 산성에.

칭 용액 중에 불소화합물을 함유하면 스머트 나 스케일 제거에 탁월하다 수세를.

철저히 하여야 한다.

가( )

산성불화암모늄 NH4HF2 25 g/L상온에서 분간 처리하1~3•

고 질산 에 침적한, 100 /L㎖

다 원하는 무광이 얻어질 때.

까지 반복 처리한다.황산암모늄 (NH4)2SO4 15 g/L

나( )

질산 비중( ) HNO3 50~250mL 알루미늄 에 좋20~35 , 99.99%℃

다 합금은 탈 스머트 된. Al-Si -

다 불산의 취급을 특히 주의.

불산(48%) HF 10~50mL/L

황산동 선택적( ) 2.5g/L

다( )

황산 비중( : 1.83) H2SO4 100mL/L

탱크 납으로 라이닝:크롬산 H2CrO4 35g/L

시간 분2~5

온도 70~80℃

라( )

황산 비중( : 1.83) H2SO4 170mL/L

탱크 납으로 라이닝:크롬산 H2CrO4 20g/L

시간 분0.5~2

온도 60~70℃

- 41 -

마( )

황산 비중( : 1.83) H2SO4 19mL/L

탱크 납으로 라이닝:크롬산 H2CrO4 44g/L

시간 분2~5

온도 60~70℃

디 스머트 산화물제거(3) - (Desmut)/ (Deoxidizer)

에칭 후 알루미늄 표면상에 금속합금 성분이 남는데 이를 스머트 라고 한다(Smut) .

일반적으로 이는 손으로 쉽게 제거되며 알루미늄소재 중 합금성분이 많으면 스머트

가 많이 생기고 색상도 흑색이 짙어진다 이는 공정 전에 제거하여야 한. anodizing

다 그러므로 디스머트는 순수한 알루미늄 소지를 노출시키게 된다. .

일반적으로 다스머트 공정은 질산 용량 을 가장 많이 사용하고 있다(20~50 %, ) .

많은 알루미늄합금은 열처리 공정 중이 열처리 산화물이 생성한다 이들 산화물을.

에칭이나 광택연마 공정 전에 제거하지 않으면 에칭패턴이 차이가 저서 불량품을

만든다 이럴 때 산화물을 제거 하여야 만 된다 이 탈산화제. (Deoxidize) . (Deoxidizer)

는 산화물을 제거하고 또한 스머트를 제거하는데도 상당히 우수하다 그러나 디스.

미트는 산화물을 제거하지는 못한다 탈산화제로 디스미트를 할수 있으나 디스모트. ,

로는 탈산화제 기능을 할 수 없다 라인에서 탈산화제의 공정은 원칙적. anodizing

으로 에칭 혹은 광택연마 공정 전에 있어야 한다( ) .

가 대표적인 질산의 디스머트( )

질산 비중( :1.4) 500mL/L

온도 상온

탱크 플라스틱으로 라이닝한 철제 적당한 스텐레스강,

- 42 -

나 산 디스미트( )

질산 비중( :1.4) HNO3 500mL/L

산성불화암모늄

(NH4HF2)30~120g/L

시간 초30

온도 20~25℃

탱크 철제에 플라스틱으로 라이닝

나 산 디스미트( )

황산 비중( :1.83) H2SO4 100mL/L

과산화수소(32.5%)

(H2O2)50mL/L

시간 초 분15 ~1

온도 상온

탱크계열 스텐레스강 혹은 플라스틱으로 라이닝한300

철제

다 황산 디스미트( )

황산 비중( :1.83)

H2SO4500mL/L

이 액은 알루미늄 표면상의 산화

피막과 미세성분을 제거한다.

처리시간은 합금에 따라 다르고

일반적으로 주물이 짧다 이 처리.

는 모든 알루미늄 마그네슘 합금-

연신재나 주물 모두 재질에 처리( )

할 수 있다.

온도 80℃

시간 분2~5

탱크플라스틱 라이닝 혹은

납으로 라이닝

라 혼산 침적액( )

질산 비중( :1.4)

HNO3750mL/L 에칭과 탈스머트가 동시에 처리되

며 강산의 혼합물이므로 취급에

각별히 주의하여야 한다 순도가.

낮은 합금 즉 실리콘을 많이 함유

한 다이캐스팅 재질에 좋다.

불산(45%) 250mL/L

시간 초3~5

탱크플라스틱으로

라이닝한 철재

- 43 -

마 탈산화 에칭( )

황산 비중( :1.83)

H2SO4100mL/L 크롬산을 물 약 에 용해하80mL

고 빠르게 섞어 주면서 황산을,

서서히 넣어준다 액을 상온에서.

냉각하고 물을 추가하여 리터가1

되게 한다.

크롬산 H2CrO4 35g/L

시간 분2~5

온도 70~80℃

탱크 납으로 라이닝

사 다목적 탈산화제( )

질산 비중( :1.4) HNO3 500mL/L 대부분 모든 합금에 적용하여 특히 마그네

슘을 함유한 합금에 좋다 처리온도가 라.

이닝제를 손상하는 온도보다 높아서는 안

된다.

황산 비중( :1.83) H2SO4 250mL/L

산성불화암모늄 60g/L

화학연마와 전해연마(1)

알루미늄은 광택성이 풍부한 금속으로 기계적으로 얻을 수 있는 광택은 한계가 있

다 그러나 화학연마나 전해연마로 표면의 평활성을 얻으면 알루미늄 본래의 높은.

광택을 얻을 수 있다 그 다음에 양극산화처리를 하여도 광택의 감소가 적어서 장.

식성 광학부품 등을 응용한다 그 다음에 양극산화처리를 하여도 광택의 감소가 적, .

어서 장식성 광학부품 등에 응용한다 화학연마는 많은 개선으로 광택효과가 전해, .

연마로 얻은 결과와 동일하나 초순도나 고순도의 알루미늄 상반사목적의 연마에는,

전해연마가 더 우수하다 최초 설비에 관련된 처리비용이 전해연마보다 화학연마가.

적게 든다 왜냐하면 정류기와 관련된 장치가 필요없기 때문이다 화학연마는 다양. .

한 알루미늄합금을 연마할 수 있다 한편 전해연마는 약품비용이 적게들 수 있다. .

왜냐하면 전해연마에서 사용하는 약품이 더 저렴하고 용존 알루미늄의 농도도 더,

높은 조건에서 잘 처리되기 때문이다 일부 전해연마욕의 장점은 처리액이 화학적.

으로 안정하고 상대적으로 간단한 액관리 만으로 최적의 효율로 장시간동안 지속,

적인 생산을 할 수 있기 때문이다 또한 전해연마와 화학연마는 버프의 기계적인.

연마에 비해 성능이나 경제적으로 장점을 갖고 있다.

- 44 -

가 화학연마( )

일반적으로 화학연마는 산화제를 함유한 희석산이나 농축산을 사용한다 주로 많이.

사용화는 산은 황산 질산 인산 아세트산이며 그 외 크롬산이나 불산을 사용도 한, , ,

다.

불산의 위험 때문에 산성불화암모늄을 사용한다 또한 불산 대신에 붕불산이나 규.

불산도 사용한다 알카리욕은 다음표 의 화학에칭액을 사용할 수 있다 표. Alupol (I) .

면 들기부 거칠음 기스 등을 제거하여 반사성이 향상된다, , .

인산 질산용-①

㉮

인산 (85%) P2O5 부93.5 (Vol)

질산 (60%) HNO3 부6.5 (Vol)

물 부2~35 (Vol)

온도 85~110℃

시간 분0.5~5

㉯

인산 (85%) P2O5 80% (Vol)

질산 (60%) HNO3 15% (Vol)

물 5% (Vol)

온도 85~110℃

시간 분0.5~5

인산 인산 황산욕, ~②

인산만을 사용하여 이상에서 차적으로 광택을 내고 인산 부 황산 부의80 1 , 75 + 25℃

액으로 에서 분간 차로 더욱 광택을 향상한다 조성이나 온도에90~110 0.5~2 2 .℃

따라서 인산염의 흰막이 표면에 남을 수 있는데 이는 크롬산과 황산액의, 60~70℃

에서 제거한다 액 조성은 중요하지 않은데 크롬산은 와 황산은 중. 2~4% 10~15 (

량 를 사용하면 된다) .

- 45 -

나 전해 연마( )

전해연마도 알루미늄을 화학연마와 같이 부드럽게 광택이 나는 표면을 만든다 전.

처리 예를 들면 버프하고 탈지 다음에 철저히 수세함 후에 부품을 전류가 흐르는( )

중에 침지한다 물론 부품을 양극에 걸고 전해한다. .

주로 많이 사용하는 전해연마의 방법을 표 에 나타내었다 이 데이터는 일본의1-6 .

경금속협회에서 발행한 알루미늄핸드북에서 인용한 것이다 화학연마 방법의 액조.

성과 처리조건도 함께 설명하였다 그 외에도 시중에는 알루미늄용 전해 및 화학.

연마제가 상품명으로 시판되고 있다.

표 대표적인 화학연마의 종류 및 조건표 대표적인 화학연마의 종류 및 조건표 대표적인 화학연마의 종류 및 조건표 대표적인 화학연마의 종류 및 조건1-6.1-6.1-6.1-6.

방법 프로세스명 액조성 처리조건

화학연마

법Alupol(I)

수산화나트륨 아질산나트륨250g +

질산나트륨 제 인산나180g + 220g + 3

트륨 물150g + 200g

140℃

초2~120

법Aluplo(III)인산 황산 질산66.5g + 4.5% + 2.8%

붕산+ 0.8%

95±10℃

분1~3

알코아법 인산 질산 물80.5% + 3.5% + 16%90±20℃

분3~5

제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과제 절 기술지원 성과2222

본 과제의 기술지원 내용 및 절차에 대하여 간략하게 그림에 나타내었다 알루미늄.

합금 종 재질의 자동차 와이퍼 암과 주변 부품의 다이캐스트 공정 결함 원ADC 12

인 분석 양극산화 공정 분석 및 평가 환경 전과정 평가 를 수행하여 그 결과, , (LCA)

를 바탕으로 기술지원은 수행하였다.

- 46 -

기술지원 수행기술지원 수행기술지원 수행기술지원 수행 PrecedurePrecedurePrecedurePrecedure

- 47 -

알루미늄 다이캐스트 및 양극산화 적용 대상알루미늄 다이캐스트 및 양극산화 적용 대상알루미늄 다이캐스트 및 양극산화 적용 대상알루미늄 다이캐스트 및 양극산화 적용 대상 wiper armwiper armwiper armwiper arm

- 48 -

주 알루미늄 다이캐스팅 현장주 알루미늄 다이캐스팅 현장주 알루미늄 다이캐스팅 현장주 알루미늄 다이캐스팅 현장( )KMT( )KMT( )KMT( )KMT

- 49 -

자동차 양극산화 공정자동차 양극산화 공정자동차 양극산화 공정자동차 양극산화 공정wiper armwiper armwiper armwiper arm

- 50 -

합금 다이캐스팅 제품 주조결함 분석합금 다이캐스팅 제품 주조결함 분석합금 다이캐스팅 제품 주조결함 분석합금 다이캐스팅 제품 주조결함 분석1. ADC12.11. ADC12.11. ADC12.11. ADC12.1

가 전장초과로 인하여 조립시 간섭발생 및 조립불가가 전장초과로 인하여 조립시 간섭발생 및 조립불가가 전장초과로 인하여 조립시 간섭발생 및 조립불가가 전장초과로 인하여 조립시 간섭발생 및 조립불가. SHAFT. SHAFT. SHAFT. SHAFT

SPEC: 65±0.2

헌품: 65.37

발생원인 분석(1)

고정측 및 이동측 습합이 맞지 않아 금형 틈새로 물 이 차고 들어가는 문제 및AL( )

고정측 및 이동측 코어핀 틈새로 물 이 차고 들어가 가 발생하였으며 고AL( ) BURR ,

정측 및 이동측 코어핀 틈새로 들어간 물 로 인하여 코어퍼짐으로 전장부AL( ) BURR

가 발생하였다 제거 및 습합 자체 을 하였으나 반복 발생하였다. BURR ( ) .

금형 습합[ ] 코어핀 불량부[ ]

해결방안(2)

기본적으로 슬라이드 금형 주조 작업전 후 분해 후 청소 및 정비 실시를 실시하/

였고 코어핀 교체 및 금형 습합을 실시하였으나 계속적인 불량이 일어나 금형을,

제작하여 문제를 해결하였다.

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나 전장초과로 인하여 상대물 조립불가나 전장초과로 인하여 상대물 조립불가나 전장초과로 인하여 상대물 조립불가나 전장초과로 인하여 상대물 조립불가....

SPEC: 58.00 58.20～

헌품: 58.26 58.31～

발생원인 분석(1)

주조작업시 슬라이드부 습합이 맞지 않아 슬라이드부 및 비산현상CAVITY BURR

발생하였으며 이로 인해 고정측 금형에 제품박힘 현상이 발생하였다, .

제품박힘현상으로 인하여 발생한 핀 퍼짐 및 파손현상으로 인하여 슬SHAFT CORE

라이드 밀림현상이 발생하게 되어 전장 초과품이 발생하게 된 것으로 파악되었다.

해결방안(2)

전수선별후 작업을 수행하였고 핀을 교�