스크랩 알루미늄 열처리

[이경인444]

연속식 T6 열처리로	1알루미늄 휠 및 합금 주조품의 T6열처리 설비로서 용체화 처리로, 소입장치,시효로로 구성됩니다. 무인자동화를 실현한 첨단 메카니즘의 SJK, T6 열처리로는 뛰어난 조업 효율성을 구현하여 줍니다. 특징 : 용체화로 상부에 시효로를 설치한 2단 연속구조로서 설치면적을 최소화 시켰습니다.

주물·다이캐스팅 열처리

4.1 기본 개념
열처리란 금속 및 합금의 구조나 성질을 개량하기 위해 고체상태에서 적당한 가열이나 냉각을 하는 조작이며 주물의 기계적 성질을 비롯한 제특성의 향상을
목적으로 한다.열처리에는 목적에 따라 여러 종류가 있다.
가장 일반적으로는 주물의 인장강도, 내력 혹은 연신율 등의 기계적 성질의 향상을 목적으로 하고 있다.
이 경우는 알루미늄합금 중에 Cu, Mg, Si, Zn 등의 합금원소를 용체화처리 및 담금질 조작에 의해 과포화에 고용시켜 이들 원소 및 Al이 주체가 되어 화합물
이 형성되는 중저온영역에서 시효처리시 석출과정에 있어서의 기계적 성질의 변화를 이용하고 있다.
기계적 성질의 향상 이외에도 잔류응력제거, 치수안정화 등의 목적에서 열처리하는 경우도 있다.
따라서 열처리합금이라는 열처리에 의한 강도향상이 가능한 합금 뿐만 아니라 강도향상이 없는 비열처리합금에도 열처리를 하는 경우가 있다.
중자가 있는 주물의 셰이크아웃 등에서 고온가열되는 경우나 후공정으로 열로굽는 도장 등의 열을 가하는 경우도 있다.
이러한 경우 열처리를 목적으로 하지 않더라도 결과적으로 열처리를 하는 경우와 같은 효과를 낼 수 있다.
마찬가지로 사용할 때 온도가 비교적 높은 경우에는 열처리가 연장된 상태가 되며 합금특성의 변화가 현저한 경우도 있으며 이들도 열처리 중 일부로 고려되
어야 한다.
다이캐스팅은 종래 내부에 기포 등이 많은 결함을 포함하고 가열에 의해 팽창이나 변형 등의 결함이 현저해지기 때문에 열처리를 실시하는 예는 적었다.
그러나 최근은 PF다이캐스팅, 진공다이캐스팅, 스퀴즈다이캐스팅같은 다수의 고품질 다이캐스팅 보급에 따라 다이캐스팅의 열처리도 보급되고 있다.
다이캐스팅은 급랭에 의한 매우 미세한 조직을 가지기 때문에 확산거리가 짧아지고 용체화처리 등에서는 사형주물, 금형·저압주물 등보다는 단시간에서 효과
를 얻을 수 있다.
때문에 최적열처리조건도 일반 주물의 조건과는 약간 다른 것이다.
그러나 다이캐스팅의 열처리에 있어서는 아직 충분히 검토되지 않은 상태이므로 통상은 주물의 열처리를 참고로 해서 조건을 결정하는 경우가 많다.
또, 주조단조등의 소성가공이 가해진 주물을 열처리할 경우에는 주물과는 다른 열처리반응을 보이는 경우도 있으므로 전신재에서 사용되고 있는 열처리 방
법, 조건도 참고로 해야 한다.
4.2 열처리 종류와 목적
주물용 알루미늄합금의 열처리에 있어서 기본적인 조작, 처리는 다음과 같다.
(1) 용체화처리
주물을 500℃전후의 용융개시온도직하의 고온에서 가열·유지하고 주조시 편석에 의한 조직과 성분의 불균일을 해소하고 용질원자를 모상으로 충분히 용융되
어 과포화 고용체를 얻는다.
(2) 담금질처리
고온의 과포화고용체를 실은 내지 100℃전후의 수중 혹은 유중에 투입해서 급랭함으로써 고온의 상태를 실온까지 유지한다.
(3) 시효경화처리
실온에서 200℃전후의 비교적 낮은 온도로 가열·유지하고 용체화, 담금질 등에 의해 과포화로 고용한 성분을 석출시킨다.
실온에 있어서의 자연적 시효경화를 자연시효 혹은 실온시효, 인위적인 가열에 의한 시효경화를 인공시효(탬퍼링)라고 한다.
(4) 소둔처리
300내지 400℃전후로 가열·유지한 후 서랭에 의해 잔류응력을 제거하거나 연질화 시키거나 한다.
통상의 열처리는 이들 각처리를 단독 혹은 조합시켜 실시함으로써 필요로 하는 특성을 얻을 수 있다.
주물을 특히 열처리하지 않은 상태에서 사용하는 F재 상태에서의 사용을 제외하면 용체화처리 후 담금질, 탬퍼링(시효경화처리)을 하는 T6처리재에서의 사용
이 일반적으로 많다.T6처리보다 더 높은 강도를 얻기 위해 인공시효조건을 조정한 T62처리도 이용될 수 있다.
이외 피스톤 등의 고온에서 사용되는 주물일 경우에는 T6처리보다는 고온에서 탬퍼링되고 치수안정성이 우수한 T7처리가 많이 사용되고 있다.
T6처리만큼의 대폭적인 강도향상은 필요없지만 약간의 경도:강도의 향상, 혹은 치수안정성의 향상이 필요한 경우에는 시효경화처리만의 T5처리가 이용된다.
용체화처리만 하는 T4처리는 Al-Cu계의 AC1A, AC1B 등에는 이용되지만 그 외의 경우에서 사용하는 경우는 적다.
잔류응력의 제거나 수치안정화만을 목적으로 한 O재처리는 비교적 사용되는 경우가 드물다.
4.3 열처리조건과 합금특성
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알루미늄합금 주물의 열처리조건은 Al-Cu, Al-Cu-Si, Al-Si-Mg 등의 합금계에 따라 크게 구별할 수 있는데 세세한 부분은 각 합금과 용도에 따라 다르다.
주물용 합금의 JIS규격에는 참고로 열처리조건이 기재되어 있다.주물이 일반치수이며 올바르고 적정하게 조작되면 일반적으로 이조건을 사용함으로써 규격
을 만족시키는 기계적 성질을 쉽게 얻을 수 있다.
그러나 기계적 성질은 열처리 조건에 의해 현저하게 변화하는 경우가 많으므로 각각의 합금, 주물에 있어서의 열처리조건과 기계적 성질의 관계에 관해 미리
충분히 검토해 두어야 한다.
또 실제 생산에 있어서는 이들의 합금특성에서 본 최적열처리조건과 함께 작업성, 경제성 등도 고려해서 조건이 설정된다.
일반적으로는 재료가 공정용융(국부융해, 버닝)을 일으키지 않는 범위에서는 용체화처리 온도가 높을수록 과포화에 고용된 용질의 양이 많아지기 때문에 강
도가 높아지고 용체화 시간이 길어질수록 공정Si의 입상화나 편석 등의 소실로 응력집중이 완화되어 연신율이나 충격값 등이 향상하는 경향이 있다.
한편 인공시효처리에 있어서는 시효온도에 따라 최고 강도를 나타내는 시간이 있으며 이 시간보다 전의 아시효상태에서는 시간과 강도는 증가하고 연신율,
충격치 등은 저하하는데 최고 강도를 보이는 시간 이후의 과시효상태에서는 이와 반대경향이다.
각 시효온도에서의 강도의 최고치는 저온 장시간의 경우 쪽이 고온단시간의 경우보다 높아지는 경향이 있다.
용체화처리·담금질을 포함하는 T6,T7등의 열처리에 의해 합금의 기계적 성질과 열처리 조건의 관계는 통상은 위에서 설명한 바와 같이 용체화처리조건과 시
효처리조건의 조합에서 규정되지만 실제 조업에 있어서는 이외에 다음과 같은 영향도 받는다.
용체화처리에서 담금질 조작으로 옮기는 과정까지의 시간에 있어서 온도저하
담금질 물의 수온
담금질 후 인공시효처리를 할 때까지의 실온 방치시간
등이며 이들의 조건도 정확하게 규정하지 않으면 소정의 특성을 얻을 수 없다.
T6재에서는 실온방치시간의 증가에 따라 인장강도가 저하하고 연신율과 충격치는 증가한다.
특히 담금질 직후 수시간 동안의 변화가 크므로 조업조건설정에 있어서도 배려해야 한다.
어느 정도 두께가 있는 주물의 제조에 있어서는 주조·셰이크아웃 직후 주물의 온도가 높은 상태에서 담금질처리를 하는 「주조담금질」이라고 하는 처리를
하고 인공시효처리를 함으로써 T6재에 가까운 강도를 얻는 경우가 있다.
이러한 경우는 응고시 과포화에 고용된 용질의 석출과정에 있어서 강화는 발휘되지만 용체화처리에 의한 조직의 균일화는 없다.
때문에 재료특성상의 인장강도, 내력, 강도 등은 T6재와 같지만 통상적으로 T6재보다 연신율이 낮은 경우도 많다.
주물의 용도에 따라서는 충분한 재료특성을 얻을 수 있는 경우도 있으며 경제적인 방법으로 이용되는 경우도 있다.
4 설비, 조업 및 관리
열처리용 설비로는 통상 용체화처리용인 가열로, 담금질용 수조,인공시효용 가열로및 관련부대설비로 구성되어 있다. 소규모 공장에서는 용체화처리와 인공
시효처리를 동일로에서 하는 경우도 있다.
가열로는 열처리에 있어서 가장 중요한 설비이며 매우 우수한 성능이 요구된다. 즉 노내작업영역에서 온도분포가 균일할 것, 정밀한 온도조절이 가능할 것,
온도분포가 시간에 따라 변하지 않을 것, 내용물의 양, 적재방법 등에 의한 영향이 적을 것,담금질까지의 온도저하가 없도록 내용물의 출입이 신속하게 이루
어질 것 등등이다.
일반적으로는 공기순환식 전기저항로가 사용되고 있다. 발열체에서의 직접가열은 제품의 일부만을 강하게 가열해서 불균일가열이나 재료의 일부를 용융하는
등의 열처리불량이 원인이 되므로 내열강판등으로 차폐한다.
가열로의 형식으로서는 소로트생산을 하고있는 공장에서는 배치식 노가 이용되는 경우가 많은데 동일품종을 다량으로 생산하는 대량생산 공장에서는 터널식
연속로가 이용되는 경우가 많다. 연속로의 경우에는 용체화, 담금질, 시효처리가 연속적으로 이루어지므로 실온방치시간의 문제는 없지만 배치로일 경우는
실온방치시간이 불규칙하게 되고 전술의 재료특성의 변동이 문제가 될 수도 있다.
배치로의 노내 온도분포는 9개소(작업영역이 되는 직방체의 각 모서리와 중심)이상에서 측정하고 ±5℃이내, 필요에 따라 ±2.5℃이내로 해야 한다.
이에 따라 온도조절기, 열전대, 보상동선, 기록계 등 모두 고정도로 유지하고 정기점검을 받아야 한다.연속로도 마찬가지로 고정도가 보증되어야 한다.
열처리되는 주물은 탕구 압탕 등의 절단시 절삭유 등이 부착되어있는 경우가 있으므로 열처리 전에 제거한다.
실제 열처리로에 제품을 넣을 경우에는 제품의 양이나 적재방법에 의해 공기의 순환이 달라진다.
제품의 적재방법에 관해서는 용체화처리시 온도분포의 차 이외에담금질시 발생하는 변형에 큰 차를 부여한다. 이러한 이유로 특히 치수정도가 엄한 제품에
있어서는 사전에 충분한 검토를 해야한다. 주물이 가열로를 나오고 나서 수중에 투입되기까지의 담금질 지연시간은 제품의 두께, 양, 적재방법 등에 따라 달
라지지만최소한으로 적게 해야 한다. 또 담금질물의 수온도 강도나 변형량에 큰 영향을 미친다. 일반적으로는 냉각속도의 저하에 의해 약간의 강도 저하는 있
지만 변형이 적고 온도관리도 비교적 용이한 고온수가 많이 이용되고 있다. 인공시효처리에 있어서는 온도가 비교적 낮기 때문에 온도관리가 용이하며 문제
가 되는 경우는 드물다.
그러나 제품에 남아있는 담금질수로 실체의 온도가 올라가지 않고 재료특성의 저하나 불균일성의 증가 등이 발생할 경우도 있다. 또 앞에서 설명한 바와 같이
열을 가하는 도장 등의 후가공에 있어서 가열영향이 있을 경우가 있다는 점에도 고려해야 한다.
열처리가 적절하게 실행되었는가, 아닌가는 통상적으로는 샘플링한 시료의 경도측정에 의해 규정의 값을 얻을 수 있는가 아닌가 등을 판단하는 경우가 많다.
공정용융이 일어난 경우 경도는 규정대로인 반면 연신율이 현저하게 저하하는 경우가 많다.
따라서 이러한 우려가 있을 경우에는 조직관찰이나 인장시험 등도 병용해야 한다.
4.5 열처리에 수반되는 결함
열처리에 수반되는 결함의 대부분은 설비 혹은 조업의 이상에 기인하는 것이 많으며 일반적으로 적정한 일상관리를 잘하면 발생하지 않는다.
발생한 경우에는 재료조사, 설비조사, 조업내용의 조사 등 많은 조사를 실시해 원인을 명확하게 해야 한다. 여기서는 비교적 발생빈도가 높은 결함에 있어서
의 그 원인과 대책을 설명하겠다.
(1) 공정용융(버닝)
주물 응고시에는 결정입계 등의 최종응고부에 공정성분을 주로 하는 조직이 형성된다. 부분은 주첨가원소의 공정성분 이외에 불순물로 함유되는 많은 성분이
집중하기 때문에 평형상태에서보다응고온도가 현저하게 저하됨과 동시에 재가열시 용융개시온도도 현저하게 저하한다.
용체화처리시 승온속도가 빠르고 입계에 집중한 성분의 매트릭스 중으로의 확산이 불충분한 상태에서 승온을 계속해 용융개시온도 이상이 되면 이 부분이 녹
아 나와 공정융해현상이 발생한다.
공정융해를 일으키면, 재응고시 냉각속도가 지연되기 때문에 서랭 공정응고조직이 형성됨과 동시에 이 부분의 응고수축에 따른 다공성 발생, 수소가스의 집
중 등이 일어나며 마이크로조직상에서 결함을 발견 할 수 있음과 동시에 기계적 성질에 있어서는 연신율이나 충격값 등의 현저한 저하를 발견할 수 있다.
방지대책으로는 불순물 성분의 저감과 동시에 편석 및 불순물에 의한 저융점조직의 확산, 해소를 꾀하기 위해 이러한 결함이 발생하기 쉬운 450에서 500℃전
후에서의 승온속도를 완화시키든지 적당한 유지시간을 줘서 충분한 확산 및 균일화를 도모하면서 승온시킨다.
(2) 팽창(블리스터)
주조시 제품중에 유입되어 고압에서 압축된 공기 등의 가스 혹은다량으로 고용해 있는 수소가스가 결정입계 등에 국부적으로 집중하고 고온에서의 가열에 따
른 재료의 연화에 의해 제품표면에 있어서 팽창 변형상태를 발생하는 결함이며 위에서 설명한 공정융해에 부수적으로 발생하는 경우가 많다.
편석이 많은 경우, 주물 중 가스함유량이 현저하게 많은 경우 등에 발생한다.
특히 보통 다이캐스팅에서는 200℃정도의 저온에서도 발생할 수있는데 통상 450℃이상의 경우가 많다. 방지대책으로는 보통 다이캐스팅의 경우에는 공기의
유입이 없는 특수 다이캐스팅으로 전환해야 하지만 이 외에는 용탕 중의 가스함유량을 저하하는 것 외에는 공정융해의 방지대책과 같다.
(3) 변형
용체화처리에 있어서는 500℃전후의 고온이 되므로 기계적 성질의 예를 들면 내력이 10MPa이하가 되는 것과 같이 현저하게 낮아지는 상태로 된다.
이 때문에 동시에 쌓은 기타 주물의 중량의 영향을 받지 않더라도 주물형상 ·수치에 있어서는 자중에 의한 변형이 발생하는 경우도 있다. 이 경우에는 선반쌓
기의 지그같은 것을 사용해서 변형을 방지한다. 용체화처리 과정에서의 주조시 잔류응력개방에 의한 변형도 있지만 일반적으로는 담금질시 변형에 따른 문제
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가 크다.
담금질 할 때 발생하는 변형은 고온에 가열된 주물이 물에서 냉각될 때의 주물의 온도분포불균일을 완화하기 위해 전술한 바와 같이 담금질물의 온도를 높임
과 동시에 지그를 사용해서 수몰할 때의 주물의 자세를 조정하는 방법을 이용해 방지한다.
(4) 담금질 균열
담금질시 변형이 현저하게 발생하기 쉬운 조건하에서 재료특성에있어 연신율이 적은 경우 혹은 응력집중이 일어나기 쉬운 경우에는 균열이 발생한다. 대응책
으로서는 변형방지와 같은 수단을 이용함과 동시에 재료특성에 있어서의 연신율 향상, 부품설계에 있어서의 응력집중의 완화 등을 도모한다.
(5) 변색
용체화처리시 가열에 의해 주물표면이 변색하는 경우도 있다. 주물표면에 농축하기 쉬운 Mg의 산화가 관여해 일어날 경우 열처리전의 주물표면의 오염에 의
한 경우 등이 많다. 노내 대기가 부적당한 경우 담금질물의 오염 등도 원인이 된다.
(6) 재료 특성의 불규칙성
다량의 주물을 동시에 열처리할 경우에는 주물마다 재료특성이 불규칙적일 수 있다. 다량으로 쌓은 주물의 온도이력이 다른 것이 원인이 되므로 일회의 처리
량을 줄이거나 적재방법을 연구해 주조간의 통풍개선 혹은 담금질시 수몰조건의 균일화를 꾀한다.
출처:남선알미늄
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◎ 표면처리

1. 도금

1-1. 아연도금(亞鉛鍍金: Zinc Plating)

아연은 비교적 싼 금속이며 아연도금은 방식성(防食性)이 우수하기에 널리

이용되어지고 있다.

아연도금방법에는 ①전기도금법(電氣鍍金法)과 ②용융도금법(溶融鍍金法)이

있다.

1.1.1 전기도금법(電氣鍍金法:Electro Plating)

주로 소물부품(小物部品)에 이용

도금두께(鍍金厚)는 3～25μm

1.1.2 용융도금법(溶融鍍金法:Hot Dipped Zinc Coating, Hot Dip Galvanizing)

주로 강관(鋼管),철골(鐵骨)등 대형부품(大型部品)에 이용

도금두께(鍍金厚)는 50～100μm

1.1.3 전기 도금욕(鍍金浴:Plating Bath)

시안화 아연도금(Zinc Cyanide Plating)이 가장 널리 이용되고 있음

시안욕(Cyanide Bath)이 많이 이용되었으나 근년에 공해대책으로서 진케이트

(Zincate:Na₂ZnO₂)계

Bath가 많이 보급됨

비시안(Non Cyanide)계 아연도금의 대표적인 도금법임

1.1.4 크로메이트 처리(Chromate Treatment, Chromating)

도금후 아연도금의 내식성(耐食性)향상 목적으로 크로메이트처리를 시행

처리액은 크롬산(Chromic Acid)에 유산(硫酸)이나 초산(硝酸)을 첨가한 것

이사용된다.

1-2. 아연합금도금(亞鉛合金鍍金: Zinc Alloy Plating)

아연은 동(銅:Cu),주석(朱錫:Sn),카드뮴(Cadmium)등의 합금피막(合金皮膜)으로

서도 사용되어진다.

2.2.1 아연-주석 합금(Tin-Zinc Alloy Plating)

내식성(耐食性)과 Soldering을 목적으로 도금실시

2.2.2 아연-동 합금(Copper-Zinc Alloy Plating)

표면이 백색,황색,청동색으로 발색(發色)한다.

2.2.3 아연-카드뮴 합금(Cadmium-Zinc Alloy Plating)

내식성(耐食性)이 우수하다.

1-3. 경질크롬도금

크롬도금의 경우 일반적으로 장식용 크롬도금과 공업용 혹은 경질크롬도금 2가

지로 구분되어서 사용되어 집니다.

장식용 크롬도금의 경우 도금층이 매우 얇고 경도 역시 그렇게 높지 않습니다.

그러나 경질크롬도금의 경우 Vickers 경도계로 약 Hv 700~900정도는 그렇게 어

렵지 않게 달성할 수 있습니다. 두께도 10micron ~ 100 micron 이상 가능합니

다.

실린더의 Piston-rod면 같은경우 열처리된 Steel에 경질Cr 도금을 한후

finishing(연마)처리 하여 사

용하는 것이 일반적입니다.

1-4. 무전해도금(無電解鍍金: Electroless Plating)

외부로부터 전류를 흘리지않고 용액중의 금속이온을 피도금체 표면상에 환원석

출시켜 도금막을 만드는 방법으로 화학환원제를 이용하는 방법과 이온의 치환

반응에 의한 방법이 있는데 무전해도금은 보통 전자를 가르킨다.

1.이 방법의 적용이 가능한 금속에는

?촉매성(觸媒性)이 강한 주기율Ⅷ족 금속(Ni,Co,Pd등)과 그것을 Base로 하는 합

금,

?촉매성은 약하나 비교적 귀(貴)한 전위(電位)를 갖는 Ⅰb아족(亞族)금속(동,

은,금등)이 있다.

2.환원제(還元劑)는

도금금속의 종류와 도금피막의 성질에 따라 선택되어지는데

?Ni,Co에는 차아린산염,수소화붕소화물 또는 Hydrogen화합물등 환원력이 강한

약품이

?동,금,은에는 환원력이 약한 Formaldehyde,Rochelle염등이 사용되어진다.

3.적용예 :

?주조용 Shell Core금형의 무전해Ni도금시행

?단시간의 열처리로 도금층 깊이 75～90μ,경도 900～1000 Hv

?금형수명이 도금시행전보다 3배향상(300만회 Molding)

1-5 각종 흑색 도금 (장식용)

1.흑색 크롬 도금

흑색 피막이 얻어지는 대표적인 도금이다. 고급 카메라의 위 덮개, 혹은 자동차와 오토바이의 각 부품에 넓게 이용되고 있는 것 외에 통신기부품 (방열 효과를 목적으로 한 쉴드 케이스등) , 시계측, 사무기 등에 활용되고 있습니다.

도금 직후의 피막에 광택이 없는 경우는, 후처리로서, 왁스 마무리, 규소 마무리등을 할 필요가 있고, 도금 욕 조성과 전착조건에 의해 다르기 때문에, 각 공장에서 미묘하게 다른 경우가 적지 않습니다.

내 마모성이 부족하기 때문에, 마찰을 동반하는 부품에는 부적합이지만, 후처리에 독자의 노하우를 가지고 있는 공장에서는 비교적 내 마모성이 뛰어난 흑색 크롬 도금을 제공하고 있는 곳도 있습니다.

2.아연 도금 (흑색 크로메이트)

광택 아연 도금 뒤에, 은염을 함유한 욕중에 침지해 얻어지는 흑색 크로메이트 피막은, 내식성이 양호하기 때문에, 외관 향상, 즉 부가 가치 향상의 목적과 공히, 자동차와 볼트, 너트, 각종 쇠장식류, (내장품) 등에 이용되고 있다. 고급 양산 살대에도 이용되고 있습니다.

면적이 넓은 것은 균일한 흑색이 어렵고 건조 후 얼룩등이 생기지 않도록, 주의해야 할 것입니다.

3.흑색 니켈 도금

도금 직후의 피막은 광택이 없기 때문에, 일반적으로 광학 기기의 내장 품등에 이용되고 있다. 내식성은 흑색 크롬 도금으로 비교하면, 많이 부족한 편입니다.

그리고 동과 놋쇠 도금 상에 흑색 니켈 도금을 하고, 부분적으로 버프 연마를 하여 동의 색조와 놋쇠의 색조에 흑색이 띠며.이런것은, 가구 철물과 조명 기구, 장신구, 등에 많이쓰입니다

4.흑색로지움도금

비교적 새로운 도금법 으로, 내식성이 뛰어나고, 중후한 색조와 함께, 안경테와 시계부품등에 이용되고 있습니다.

전기아연도금에대하여 더 자세한 내용은

를 이용하십시요.

2. 강의 피막처리

1. 인산염피막처리(Parkeriziing)

인산염 피막처리란 철강의 방청법으로 미국의 Parker Rust Proof Co의 C.W.Parker및 W.C.Parker가 개발한 공법. 인산:25g,이산화망간:1.5g,물:1ℓ를 넣어 끓인후 철강제품을 40분～2시간 침척.

표면에「암회색」의「인산철피막」을 형성 방청효과와 도료의 밀착성 향샹 효과가 있음.

연산염과 다른 화합물질로 이루어진 희석 용액이 주철이나 강 재료의 표면과 화학적으로 반응하여 불용성 결정체인 보호막을 형성하는 것을 말합니다. 이것은 아연도금과는 달리 용액속에 산화제가 수소와 반응함으로서 수소취성의 위험성이 없읍니다. 피막의 성질들은 피막의 성분, 밀도, 피막의 결정입자의 크기, 피막두께의 균일성에 의존하며 이런 것들은 피막처리전 금속표면의 청결상태 용액온도 처리시간 및 용액 조성 등에 좌우됩니다.

피막처리 방법으로 부품을 용액에 직접 담그는 방법과 용액을 분사하는 방법 판재의 경우 인쇄하는 방법과 비슷하게 롤링하는 방법이 있습니다.

피막두께는 0.1~15 micrometer정도 입니다.

인산염 피막 처리의 종류는 Mn계,Zn계, Fe계가 있으며 사용목적으로는 초기 마찰력 감소, 도장 전처리, 부식 방지입니다.

2. 본드라이징(Bonderizing)

파커라이징 용액에 인산구리를 약간 첨가한 것을 말하며 산화구리를 약간 침전시킨 것입니다. 피막은 약간 붉으며 성질 및 효과는 파커라이징과 비슷합니다.

Bonderizing이라고도 불리우며,Parkerizing에 사용되는 액체에「인산동」을 첨가 철강표면에 동을 석출시키므로서 방청피막의 생성을 가속시키는 방법을 본데라이트법이라고함.

이 방법으로 처리된 피막은「산화동」을 함유하고 있기때문에 「적갈색」을 띠고 있다.

?도장(塗裝)하지(下地)로서는 매우 우수함.

?처리시간은 통상 8～12분임.

3. Boronizing

Boron 즉 붕소를 모재에 확산 침투시키는 Deposition방법입니다. 그러므로 금속의 Porosity에도 Boron이 침투하면서 표면에는 수 미크론에서 십수 미크론 정도 Coating됩니다.

재질은 SUS 304보다는 인장강도가 훨씬 높은 17-4 PH가 좋다고 봅니다. 국내에 업체가 두곳이 있습니다만

울산의 경덕산업을 추천합니다

■진공함침법(眞空含浸法:Vacuum Impregnation)

●진공함침법이란 주조품,사출성형품,분말야금품,목재,Ceramic제품등에 생긴 구멍(Cavity)이나 미세 다공징(多孔質:Porosity)부분에 액체(고체를 녹인것으로 함침후 고화시킴)를 고진공(高眞空:5mbar) 가압(加壓)침투시켜 밀봉(密封)시키는 작업.

●함침제(含浸劑)의 종류

①무기계(無機系)

Silicate함침제(Waterglass:규산소오다를 중심으로하며 수용성임)

＊값이싸고 물성이 단순

＊함침이 가능한 결함의 크기는 200～500μ정도

②유기계(有機系)

Methacrylate Monomer를 주성분으로하며 가열(加熱:90℃에서 약10분)에 의해 급속히 경화되며 견고하고 강한 밀봉효과가 있다.

함침이 가능한 결함의 크기는 2～800μ까지로 미세결함에서 조대결함 까지 효과적으로 처리가능.

3. 알루미늄 피막처리

알미늄금속으로 제조된 각종제품은 알미늄금속의 물리적.화학적 성질이 연약하여 그대로 사용 할 경우 쉽게 변질,부식되어 외관 및 기능이 훼손,상실된다.

이런 취약성을 보완,개선하여주면 알미늄 금속표면은 그 본래의 성질보다 적용공법에 따라 수십내지 수백배의 강도,내마모성,내식성,전기절연성과 표면을 미려하고 중후한 금속질감과 특히 다양한 색상으로 처리하여 기능 및 상품적 가치를 높일 수 있다.

이 처리공법을 아노다이징(Anodizing) 혹은 알루-마이트(Alu-mite),알미늄 산화피막처리라하며 구체적 작업 방법은 다르나 알미늄금속 표면에 산화피막을 형성한다는 목적으로 볼때 같은 뜻으로 봐도된다.

이들 피막처리는 일종의 소지금속이라고 해서 일부는 제품표면위로 코팅이 되고 일부는 금속 속으로도 피막이 형성됩니다.(예로, 0.05mm가 코팅두께라면 0.025mm는 제품,0.025mm피막 형태로 존재)

1.아노다이징(Anodizing):

일명 "양극산화피막처리"라고 하구요 색깔은 은백색(회색), 흑색 외 천연색의 염료를 사용하여 피막처리하는 공정입니다. 이렇게 되면 무광이 되고(특히 빛 반사가 없어야하는 방위산업에 주로 사용), 유광 작업은 여기에 별도의 윤할제(WD40등)를 분사해서 어느정도 시간이 경과되면 완성(일종의 장식성이지요.) 이 공정은 표면에 AL2O3의 피막이 형성되어 절연됩니다. 절연이 되면 안되는 부분은 별도로 마스킹해서 그 부위는 피막이 형성되는 것을 억제시키기도 합니다.

2.알루마이트(크로메이트):

일명 "방식화학피막처리"라고 하지요. 이 피막 처리를 하면 노란색으로 보이지만 무지개 빛깔이 나지요(조개 내부를 자세히 보면 반사되어 보이는 것과 비슷한데.....) 이 공정은 전기전도도도 양호한 편이고요, 특히 도장하지용(애벌도장) 으로 많이 사용합니다.

3. 경질피막 (하드아노다이징,Hard-Anodizing):

알미늄금속 표면을 전기.화학적 방법을 이용하여 알루미나 쎄라믹으로 변화시켜 주는 공법이다.

이 공법을 적용하게 되면 알미늄금속 자체가 산화되어 알루미나 쎄라믹으로 변화되며 알미늄 표면의 성질을 철강보다 강하고 경질크롬도금보다 내마모성이 우수하다.

도금이나 도장(코팅)처럼 박리되지 않으며 변화된 알루미나 세라믹표면은 전기절연성(1500Volt)이 뛰어나며 안쪽은 전기가 잘흐른다.

예)비행기표면,가벼워야하며 내마모성이 요구되는 산업기계,각종 산업시설의 슬라이드 부품, 롤러,반도체 장비등

PS: 아노다이징(Anodizing)법은 크게 일반 Anodizing법과 Hard Anodizing법으로 나눕니다. 일반 아노다이징의 경우 경도는 대략 Hv200정도이고, 피막두께는 5~8㎛이며, 피막이 두꺼울 경우 크랙(Crack)이 발생하므로 피막두께의 ±10%정도에서 Control합니다. 내열성이 떨어져 피막은 150℃정도 이상이면 알미늄합금의 경화문제로 소요의 목적으로 사용이 곤란합니다.

칼라착색의 경우 무기화합물로 착색을 행하며 그 색은 백색, 흑색, 금색, 청색등이 있습니다. 특히 착색이 가능한 Anodizing법은 주로 황산법으로 행하고 국내에서 가장 많이 사용하므로 쉽게 제조 가능합니다. 주의할 것은 크롬산법으로 제조되는 Anodizing의 경우 착색이 불가능합니다.

Hard Anodizing의 경우 두께는 보통 30㎛이상이고 내마모성이 우수하고 경도는 보통 Hv400~600정도 입니다. 알루미늄합금의 종류에따라 그색이 결정되는데 20계열, 50계열의 경우 엷은 국방색을 띠고, 60계열의 경우 짙은 국방색을 띱니다. 70계열의 경우 흑색에 가까운 색을 띠게 됩니다. Hard Anodizing의 경우 주로 T6 열처리된 합금을 사용합니다. Hard Anodizing의 기계적성질이 가장 뛰어난 알루미늄합금은 Al6061-T6입니다.

보통 Anodizing후 피막은 다공질이고 흡착성이 있어 만져보면 끈끈하게 달라붙습니다. 그러므로 봉공처리(Sealing)를 행하게되는데 이때 착색을 하게되면 광택이 나고 유려한 표면을 얻게되고 이것이 칼라아노다이징이 됩니다.

백색의 경우가 가격이 저렴하고 유색을 띠는 경우 가격이 조금 올라갑니다. 아울러 광택처리를 행하는 경우 kg당 약 500원정도 가격이 상승합니다.

◆ 이것이 궁금해요!

1. 보통 연삭가공전에 열처리를 하는 이유/ AL 60, 70계열 연삭가공시에도 사전열처리가 되는지

----------- [답 변] -------------------

재료가 너무 연할경우 연삭숫돌 입자에 의해 표면이 갈려 나가는 것이 아니라 뜯겨져 나가거나 골만 파

이는 현상이 발생합니다. 게다가 그것이 연삭숫돌의 표면 공극사이로 메꿔져 들어가 잠시후에는 연삭 숫

돌이 쓸모가 없어집니다.

따라서 연삭이 필요할 경우 적당한 표면 경도를 가지게끔 열처리를 실시합니다.

어느정도의 연삭 효율을 요구하느냐에 따라 달라지지만 강재의 경우는 소재 그 자체로도 추가적인 열처

리 없이 연삭은 가능합니다.

AL 소재의 경우 위의 이유로 연삭은 거의 실시하지 않습니다.

Feeding 비율을 작게한 선삭이나 밀링 그 자체만으로도 매끄러운 표면을 얻을 수 있습니다. 게다가 AL

소재는 이미 열처리 되어진 상태로 판매되고 있습니다.

연삭없이 선삭 - Sanding - Anodizing 처리를 하는 방식으로 많이 사용합니다.

2. 일반적으로 사용되는 금속의 표면처리에는 전기도금, 인산염피막, 아연도금, 카드뮴도금, 크로메이트처

리, 흑색산화피막, 주석도금, 부동태처리 등...아주 많이 있는데.. 처리 후에 모두다 한결 같이 Cr이

함유되어 있습니다. 이것은 아마도 내식성을 증가목적으로 Cr처리를 해서인것 같은데 중금속인 Cr을 대

채할 수 있는 물질은 없는지 그리고 지금 사용하고 있는 Cr은 6가 인데.... 3가 Cr하고 차이점은 무엇인

지 궁금하네요. 왜 3가가 6가보다 내식성이 떨어지는지?

--------------- [답 변] -------------------

CHROME(Cr) 의 화합물 - 통상 2가, 3가 , 6가로 존재하며, 3가 크롬이 안정되어 있으나 6가 크롬은 화학

활성이 강하고, 산화력이 있습니다.

** 표면처리에 대한 크로메이트의 성질

주성분은 크롬산염이고 아연등에 대한 경금속을 염에 의한 용해 방지기능을 갖고(부동태화), 피막 내부

에 미량의 Cr+6 으로 상처 난 피막을 재석출시키며(자기수복기능) 또, 외부 공기와의 접촉을 차단

(SEALING 효과)하는 기능이 있습니다.

도금에 사용되는 크롬은 내식성 목적과 내마모성 목적으로 사용되며, 크롬 도금액에 사용되는 크롬은 3

가크롬과 6가크롬으로 나누어 집니다.

이중 문제가 되는것은 6가크롬인데 인체에 상당히 유해합니다. 내마모성 목적의 경질크롬도금과 내식성

목적의 크로메이트에 많이 사용되며, 니켈하지도금이나, 아연도금후 내식성을 증가시키고 색상을 좋게

하기 위하여 크롬도금을 하기도합니다.

유럽의 경우 자동차에 사용되는 납,수은등과 더불어 6가크롬도 규제의 대상이 되어 사용이 점점 감소하

는 추세입니다. 미국 일본등도 이를 따라가는 추세입니다.

6가크롬을 대체하기 위하여 전세계적으로 많은 연구가 이루어 지고 있으며 3가크롬, 무전해니켈도금, 산

질화, Ni-W도금, 주석-코발트도금등이 검토되어 지고있습니다. 문제는 성능과 경제성인데, 현재 사용되

고 있는 6가크롬의 경제성과 성능이 탁월하여 마땅한 것이 없는 실정입니다. 대체하기 위해서는 가격이

좀 올라가던지, 아니면 성능이 떨어지던지 하는것을 용도별로 실험등을 거쳐서 사용하는것이 현재의 추

세입니다.

그러나 아무래도 6가 크롬만한 내식성 가진 놈을 찾을 수는 없는가 봅니다. 내부식성은 좀 떨어집니다

3. 용접구조의 sus304 frame(사각jig)이 최고온도450도에서 사용되는데 용접응력을 제거하기 위하여 어닐

링처리(870도)를 한결과 표면색상이 검게되어 미관상 문제가 발생 sus304의 어닐링 처리후 표면색상이

황금빛(밝은노랑)으로 할수있는 방법

--------------- [답 변] -------------------

질문에 표기한 황금빛(밝은노랑)색의 의미가 초기에 용접과 열처리 전 상태의 원래 철판 색을 의미하는

것으로 이해하고 말씀드리겠습니다.

가장 편리한 방법은 역시 산세(Acid Cleaning) 입니다.

물론 산세를 하기 위해서는 초기에 표면에 묻어 있는 기름성분을 완전하게 제거하는 전처리가 필요합니

다. 이를 탈지(Degreasing)라고 하는 데, 실무에서 가장 좋은 탈지제는 계면활성제로서 흔히 얘기하는

하이타이세제 입니다.

탈지가 제대로 이루어 지지 않은 상태에서 산세를 하게 되면 표면에 얼룩이 남게 되지요.

산세액은 흔히 현장에서 나르당이라고 부르는 Nital을 주 성분으로한 산세액이 많이 나와 있습니다.

Stenclean 이라는 제품도 있습니다. Gel 상태로 혹은 Sol 상태로 공급됩니다.

400계열의 산세라면 적극적으로 말리고 싶지만 304의 경우에는 별 위험 부담 없이 적용할 수 있습니다.

산세 이외의 다른 방법으로는 역시 Mechanical Cleaning이 있습니다.

흔히 샌딩(Sand Blasting)이라는 방법을 소개하고자 합니다.

그런데 여기에 사용되는 것은 Sand가 아니고 Glass, Silica 즉 유리 입니다.

Glass로 Blasting을 하게 되면 산세시에 발생할 수 있는 국부적인 과다 부식이나 폐액의 오염물 제거 등

의 과정에 대한 문제점이 없이 쉽게 적용할 수 있습니다.

Glass Blast로 처리한 304의 표면은 처음 철판을 구매했을 때 처럼 뽀오얀 밝은 회색의 표면이 됩니다.

물론 Glass 이외에 Aluminum등을 이용할 수 도 있습니다.

4. 탄소강(s45c)의 고주파 후 변형으로 제품의 불균일 건에 대하여

고주파경화시 변형은 가열, 냉각에 의한 열응력과 변태응력으로 인하여 발생됩니다, 이러한 변형은 일반

담금질로 인한 변형보다 작다고 생각될 수 있으나 부분적으로는 변형이 커질수도 있습니다. 이러한 변형

의 주된 원인은 재질, 전처리(전조직), 가열속도, 냉각속도등 일반 담금질변형의 원인과 동일하다고 보

시면 됩니다. 물론 피처리재의 형상 및 치수도 중요한 원인이 됩니다.

- 정반에 고정한후 고주파경화하는 방법(물론 템퍼링시 고정한 채로 한 후에 구속을 해방시키면 변형이

줄겠지요,,)

- 불꽃담금질(화염고주파)시 사용하는 방법으로 물탱크안에 피처리재를 담근후 고주파하는 방법

- 사전에 역변형을 주어 고주파 하는 방법이 있습니다...

- 대형 기어의 치 경화시(일치일발) 하나의 치를 경화한 후 한치를 건너 뛰어 경화하는 방법도 있습니다.

물론 설계시 좌우대칭의 설계를 한다거나 열처리변형에 대한 저항을 가지기 위해서 중실형의 설계를 하

는 방법도 있습니다.

5. 저탄소강의 경우 Quenching & Tempering 처리가 되지않는 이유

■소입성적응에 필요한 성질

①소입경도가 높을 것 ②소입성이 좋을것(소입이 깊이 들것)

③소입균열이 발생하지 않을 것. ④소입에 의한 굽힘,Strain이 없을것

⑤Soft Spot이 발생하지 않을것

■소입적응성에 미치는 인자

①소입경도가 최고치가 되기 위해서는 소입경도는 우선 강의 탄소%에 의해 좌우된다.특수 첨가 원소가

첨가 되어도 5%이하면 그 영향은 거의 없으며 오로지 C%에만 의존하게 된다.

대체로 0.6%C 까지 소입경도는 C%에 비례하여 증가하나 그이상은 거의 동일한 소입경도치가 된다.

정확히 말해 0.9%C 까지는 약간이나마 소입경도가 증가한다.그러나 0.9%C 를 넘으면 잔류 Austenite

가 많아지므로 소입경도는 떨어진다.

②깊게 소입되기 위해서는 화학성분으로서는 탄소의 영향이 가장크고 소입성을 증대시키는 능력을 가지

며,B,Mn,Mo가 그다음순이며 Cr,Si,Ni의 순으로 약하게된다.

③소입균열이 발생하지 않게 하기 위해서는 입균열은 소입기술에 의해 크게 좌우되며, 재질적으로는

C,Mn,Cr 양이 많고 Ms점이 낮은 강,탄소%로 말하면0.4%C 이상,Ms점으로 말하면 330℃이하의 강에서

일어나기 쉽다.

AL6061, AL7075, SUS304, SM45C, SM35C, SCM, MC-NYLON  : 재질

< AL6061 >

두랄루민입니다.

1. 화학성분(%)
Cu: 0.15~0.4, Si: 0.4~0.8, Mg: 0.8~1.2, Zn: 0.25 이하, Mn: 0.10 이하,
Cr: 0.04~0.35, Fe: 0.7 이하, AL: 나머지 성분

2. 기계적 성질
2-1. 인장강도(kg/m^2)
열처리 T4: 21 이상
열처리 T6: 30 이상

2-2. 항복 강도(kg/m^2)
열처리 T4: 11 이상
열처리 T6: 25 이상

2-3. 신율(%)
열처리 T4: 18 이상
열처리 T6: 10 이상

3. 특성 및 용도
표면 처리성, 내식성이 우수하며, 중간정도 강도, T6인것은 연강과 비슷하고 냉간
가공성은 양호하며 차량용재, 선반용재, 기계부품, 각종 구조재에 사용


< AL7075 >
가격은 AL6061보다 비싸지만, 좀더 높은 강도를 요구하는 곳에 사용합니다.

1. 화학성분(%)
Cu: 1.2~2.0, Si: 0.4 이하, Mg: 0.45~0.8, Zn: 5.1~6.1, Mn: 0.20 이하,
Cr: 0.18~0.35, Fe: 0.5 이하, AL: 나머지 성분

2. 기계적 성질
2-1. 인장강도(kg/m^2)
열처리 T6: 54 이상

2-2. 항복 강도(kg/m^2)

처리 T6: 47 이상

2-3. 신율(%)
열처리 T4: 7 이상
열처리 T6: 10 이상

3. 특성 및 용도
절삭성이 우수하며, 항공기 용재, 구조재, 온동기기, 고속회전체등에 사용

< SUS304 >
가장 많이 사용하는 스테인레스 강입니다.

1. 화학성분(%)
Cr: 18, Ni: 8, Fe: 나머지 성분

2. 특성 및 용도
뛰어난 내식성을 갖고 있지만, 염소 성분에 약하기 때문에
해수나 소금 성분이 많은 하수와 직접 접하는 부분은 가격은 비싸지면 Mo 성분을
첨가한 SUS 316 사용합니다.

< SM45C >

구조용 탄소강이며, 탄소의 함량이 0.45% 정도이기 때문에 SM45C로 명명합니다.
S45C는 JIS(일본 공업 규격)입니다. 가급적 KS 규격인 SM45C 사용을 추천합니다.

1. 화학성분(%)
C: 0.42~0.48, Si: 0.45 이하, Mn: 0.60~0.90, P: 0.03 이하, S: 0.035 이하
Fe: 나머지 성분

2. 기계적 성질
2-1. 경도(Hardness Brinell):
201~269

2-2. 인장 강도(kg/m^2)
70 이상

3. 특성 및 용도
볼트, 너트, 크랑크 축핀, 핀 등 가장 많이 사용하는 구조용 강입니다.


< SM35C >
탄소 함량이 0.35% 정도로서, SM45C 보다 강도면에서 낮습니다.

< SCM >
Cr, Mo의 합금으로서 가장 많이 사용하는 SCM 4종의 경우 인장강도(kg/m^2)가
100 이상입니다. 주로 높은 강도를 요구하는 기어류, 축, 암류 등에 사용합니다.

< MC-NYLON >
뛰어난 기계적 특성을 갖는 합성 수지로서

내마모성, 자기윤활성, 내약품성, 치수 안전성, 열적성질, 소음방지, 내부식성,
내피로성이 우수합니다.

각종 롤러, 기어, 라이너, 가이드, 부싱, 제품가이더, 스타휠, 임펠러, 콘베이어 롤러 등에 사용합니다. 

[출처] AL6061, AL7075, SUS304, SM45C, SM35C, SCM, MC-NYLON |작성자 osakak

 ▣ Title Al-Zn-Mg-Cu (7075 Al) 합금의 시효처리에 따른 강도 및 내응력부식성에 관한 연구

Study on the strength and the stress corrosion resistance of aged Al-Zn-Mg-Cu(7075 Al) alloy

▣ ABSTRACT
7075 Al 합금에 있어서 강도와 내응력부식성을 동시에 향상 시킬 수 있는 최적 열처리 방안을 얻기 위하여 일단시효
및 RRA(retrogression and re-aging)처리에 따른 합금의 경도 및 강도 변화와 투과전자 현미경에 의한 미세조직 관찰등
특성을 조사하고, 분극곡선실험에 의한 내식성 비교와 일정 하중하에서의 응력부식파단 시간 측정 및 주사전자현미경
단면 관찰을 통하여 내응력부식성과 응력 부식파괴 기구를 고찰한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
2) 이단시효처리와 RRA처리에 의하여 T6처리의 경우 보다 높은 강도와 T73처리에 가까운 내응력부식성을 동시에 얻
시효 및 RRA 처리 때의 높은 강도는 T6 처리에 비해 주 강화 인자인 중간상 η'밀도가 높아지는 것에 기인 하는 것으로 생
2) 강도와 내응력부식성을 동시에 고려 할때, 이단시효처리는 낮은 온도에서 짧은 시간 예비시효처리(90℃, 3시간)를
(120℃, 16시간)를 하는 경우가 가장 좋았고, RRA처리는 220℃에서 5분간 retrogression 처리를 한 후 120℃에서 24시
경우가 가장 좋았으며, 특히 RRA처리의 경우 이단시효처리에 비해 강도는 약간 낮으나 내응력부식성은 더욱 향상 되었
3) 이단시효처리 및 RRA처러 때의 내응력부식성의 향상은 T73처리에 가까운 조대한 입계석출물에 기인 하며, 기지석
거의 무관한 것으로 판단 된다.
4) 응력부식파단은 기지에 비하여 전기화학적으로 양극이 되는 입계석출물이 우선적으로 용해하여 입계취성파괴를 조
는 것으로 판단되었으며, 시효처리에 따른 내식성의 변화는 이러한 관점에서 내응력부식성과 밀접한 관계가 있는 것으로
Effects of various aging treatments, such as one-step aging, two-step aging, and retrogression and re-a
mechanical properties and stress corrosion resistance of the 7075 Al allay were investigated to find the optim
procedure providing enhanced stress corrosion resistance as well as high mechanical strength. Hardness and
measured after each aging treatment and corrosion resistance sere eval‎uated with the potentiodynamic pola
Stress corrosion resistance was also measured at a constant load, and fracture surface of the resulting samples
a scanning electron microscope. Transmission electron microscope was also employed to investigate the mic
samples. The results are summarized below.
1) Both the two-step aging and RRA treatment resulted a higher strength than T6 treatment and a good stress c
comparable to T73 treatment. The high strength in these treatments were attributed to the high density of
comparable to T6 treatment.
2) To consider both strength and stress corrosion resistance, the optimum aging condition for the two-step a
pre-aging at 90℃ for 3hr followed by final aging at 120℃ for 16hr. In the case of RRA treatment, re-aging trea
℃ C

ALZNMGCU, 7075, AL, 합금, 시효처리, 강도, 내응력부식성, STRENGTH, STRE
SS, CORROSION