KR20140126567A - 금속계 소재의 도장방법 - Google Patents

금속계 소재의 도장방법 Download PDF

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주식회사 코람에스티
이준규
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Abstract

본 발명은 벨트컨베이어에 의해 도장라인에 연속적으로 금속계 소재를 공급하는 준비단계와 상기 준비단계 이후에 배치되며, 소재 표면의 이물을 제거하는 전처리단계와 상기 전처리단계 이후에 배치되며, 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료를 이용하여 대전방식으로 소재의 표면을 도포하는 하도도장단계와 상기 하도도장단계 이후에 배치되며, 부타디엔계 투명 유체 수지도료를 이용하여 정전방식으로 소재를 도포하는 증착용 도장단계와 상기 증착용 도장단계 이후에 배치되며, 진공챔버 내부에서 스퍼터링 처리로 소재 표면에 박막을 형성하는 진공증착단계와 상기 하도도장단계 이후에 배치되며, 아크릴계 투명 분체 수지도료를 이용하여 정전방식으로 소재의 표면을 도포하는 상도도장단계 및 상기 상도도장단계 이후에 배치되며, 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제로 소재를 코팅하는 경도코팅단계를 포함하는 금속계 소재의 도장방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 알루미늄 휠 등의 금속계 소재를 연마나 절삭 대신 전처리공정을 적용함으로써 표면처리 비용을 절감하고 흠집 등의 표면결함을 최소화하며, 또한 종래의 크롬도장공정에 상응하는 내마모성, 고광택의 심미성 등을 달성함은 물론, 친환경적인 공정을 통해 제조원가를 절감하여 경제성을 향상시키고 동시에 품질의 우수성을 보장할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

금속계 소재의 도장방법{Method for plating metallic material}
본 발명은 금속계 소재의 도장방법에 관한 것으로, 구체적으로 알루미늄 휠 등 금속계 소재의 내마모성, 고광택의 심미성 등을 향상시키는 도장방법에 관한 것이다.
차량용 알루미늄 휠 등의 금속계 소재의 외관을 미려하게 하고 표면의 내마모성을 향상시키기 위해 표면처리공정이 주로 사용되고 있다. 종래의 표면처리공정에는 금속계 소재를 도료를 이용하여 단순 도장하는 방식과 도금 처리를 통해 도장하는 방식 등이 있다.
도료를 이용하여 단순 도장하는 방식은 페인트 등으로 금속계 소재의 표면을 단순히 브러쉬 등을 이용하여 칠하는 것으로서, 비교적 저렴하게 표면처리를 할 수는 있으나, 표면이 매끄럽지 못하고 금속 표면과의 밀착력이 우수하지 못해 충격이나 긁힘에 의해 쉽게 벗겨지는 등 외관의 미려함이 없으며 내마모성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서 현재와 같이 세계로 수출되는 고급화된 차량에는 채택되기 어려운 방식이다.
이에 비해 도금 처리를 통해 도장하는 방식은 여러 단계를 거쳐 도금공정이 이뤄지게 되므로, 시중에서 흔히 보는 흰색, 은색, 와인색 등의 차량 외장과 같이 광택성이 우수하고 다양한 색상을 가지는 제품을 생산할 수 있다. 또한 이러한 도금공정을 거친 차량 등의 제품 표면은 내마모성 또한 우수한 편이다.
다만 이러한 금소계 소재의 표면을 도금 처리하기 위해서는 이물 제거나 표면 평탄화를 위해 가공과정을 거치는 데, 종래에는 연마나 절삭을 통해 표면을 가공하여 소재의 표면 상태가 우수하지 못한 경우가 종종 발생하였다.
또한 도금공정에서는 주로 장식성이 뛰어나고 내마모성이 우수한 크롬이 많이 사용되고 있는데, 이는 최근 환경에 대한 관심이 증가되고, 특히 국제적인 환경규제가 강화됨에 따라 특정국가에서는 크롬도금 제품의 수입 제한을 강화하고 있다.
이에 크롬도금에 상응하는 알루미늄 휠 등의 금속계 소재 제품의 외관의 심미성을 보장하고 내마모성을 유지할 수 있으며, 국제적인 환경규제에 부합할 수 있는 다른 도금공정이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해소하기 위해서 제안된 것으로서, 알루미늄 휠 등의 금속계 소재를 연마나 절삭 대신 전처리공정을 적용함으로써 표면처리 비용을 절감하고 도장과정중의 흠집발생 등의 표면결함을 최소화하며, 또한 종래의 크롬도장공정에 상응하는 내마모성, 고광택의 심미성 등을 달성함은 물론, 친환경적인 공정을 통해 제조원가를 절감하여 경제성을 향상시키며, 동시에 품질의 우수성을 보장할 수 있는 도장방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 일 실시예는 다음과 같은 금속계 소재의 도장방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에서는 벨트컨베이어에 의해 도장라인에 연속적으로 금속계 소재를 공급하는 준비단계와 상기 준비단계 이후에 배치되며, 소재 표면의 이물을 제거하는 전처리단계와 상기 전처리단계 이후에 배치되며, 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료를 이용하여 트라이보방식으로 소재의 표면을 도포하는 하도도장단계와 상기 하도도장단계 이후에 배치되며, 부타디엔계 투명 유체 수지도료를 이용하여 코로나방식으로 소재를 도포하는 증착용 도장단계와 상기 증착용 도장단계 이후에 배치되며, 진공챔버 내부에서 스퍼터링 처리로 소재 표면에 박막을 형성하는 진공증착단계와 상기 진공증착단계 이후에 배치되며, 아크릴계 투명 분체 수지도료를 이용하여 코로나방식으로 소재의 표면을 도포하는 상도도장단계 및 상기 상도도장단계 이후에 배치되며, 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제로 소재를 코팅하는 경도코팅단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서는 상기 하도도장단계는 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료가 소재의 표면에 40~60μm로 도포되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 하도도장단계는 자전장치에 의해 소재가 정방향-역방향-정방향순으로 회전할 때, 코로나(corona)방식의 스프레이 건에 의해 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료로 도포되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 하도도장단계는 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 경화시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 증착용 도장단계는 부타디엔계 투명 유체 수지도료가 소재의 표면에 20~30μm로 도포되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 증착용 도장단계는 자전장치에 의해 소재가 정방향-역방향-정방향순으로 회전할 때, 코로나(corona)방식의 스프레이 건 장착형 도장로봇에 의해 부타디엔계 투명 유체 수지도료로 도포되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 증착용 도장단계는 소재의 표면 평활성을 균일토록, class10~class5000의 청정도(clean class)를 가진 청정공기 영역공간에서 10~20분간 정체시키고, 230±5℃의 건조로에서 40~60분간 경화시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 진공증착단계는 10-8~ 10-6torr의 진공도에서 소재를 스퍼터링 처리하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 진공증착단계는 스퍼터링 처리 전에 소재의 표면 증착력을 향상토록, 10-5~ 10-2torr의 진공도에서 플라즈마 처리로 소재의 표면에 요철을 형성하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 진공증착단계는 소재의 전체 부위에 박막이 형성되도록, 진공챔버 내부에서 소재는 회전되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 상도도장단계는 아크릴계 투명 분체 수지도료가 소재의 표면에 40~60 μm로 도포되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 상도도장단계는 자전장치에 의해 소재가 정방향-역방향-정방향순으로 회전할 때, 코로나(corona)방식의 스프레이 건에 의해 아크릴계 투명 분체 수지도료로 도포되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 상도도장단계는 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 경화시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 경도코팅단계는 소재에 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제가 5~15μm으로 코팅되도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 경도코팅단계는 소재를 40±5℃의 건조로에서 10~20분간 경화시키도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 전처리단계는 탕세, 예비탈지, 본탈지, 제1,2차 수세, 중화, 제3,4차 수세, 순수세, 제1 순수미스트, 피막, 제5차 수세, 순수세, 제2 순수미스트, 건조의 공정 순서로 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 전처리단계는 탈지공정 또는 피막공정은 스프레이공법으로 처리하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서는 상기 전처리단계는 탕세공정, 수세공정 또는 중화공정은 침적공법으로 처리하되, 소재의 침적시 탕세, 세척 또는 중화효율을 향상토록 탕세액, 수세액 또는 중화액에 와류를 유도하도록 구성될 수 있다.
본 발명인 금속계 소재의 도장방법에 의한 일 실시예는 알루미늄 휠 등의 금속계 소재를 연마나 절삭 대신 전처리공정을 적용함으로써 표면처리 비용을 절감시킬 수 있으며, 공정간에 발생될 수 있는 흠집 등의 표면결함을 최소화할 수 있다.
그리고 전처리, 하도도장, 증착용 도장, 진공증착, 상도도장을 단계적으로 거치며 금속계 소재의 표면을 처리함에 따라 종래 크롬도장공정에 상응하는 내마모성, 고광택의 심미성 등을 획득할 수 있다. 상도도장 단계 이후에는 경도도장단계를 추가하여 도장의 경도를 향상시킴으로써, 실제 자동차 등의 완성제품에 대한 전반적인 표면경도 증가에도 도움을 줄 수 있다.
또한 스퍼터링 처리를 통해 도장물질의 증착력을 향상시킴으로써, 내식성, 내마모성 등이 우수한 도장제품을 생산할 수 있다. 이는 도장제품 표면에 전체적으로 균일한 도장이 이뤄지도록 하는데 부가적인 도움을 줄 수 있다.
이에 앞서 플라즈마 처리로 요철을 형성함으로써, 소재 표면의 증착율을 향상시킬 수 있다. 물론 진공증착과정 중에 소재를 회전시켜 소재 표면의 균일한 증착을 유도할 수 있다.
더하여 환경보호라는 국제적인 인식 및 환경규제에 부응하여 크롬도금 대신 다른 방식을 도금공정을 적용하여 친환경적인 제품을 생산할 수 있으면서도, 동시에 도장의 품질 유지를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명인 금속계 소재의 도장방법에 의한 일 실시예의 전체 공정도이다.
도 2는 도 1에 도시된 발명에서 전처리단계에 대한 세부공정도이다.
도 3은 도 1에 도시된 발명에서 하도도장단계에 대한 세부공정도이다.
도 4은 도 1에 도시된 발명에서 증착용 도장단계에 대한 세부공정도이다.
도 5는 도 1에 도시된 발명에서 진공증착단계에 대한 세부공정도이다.
도 6은 도 1에 도시된 발명에서 상도도장단계에 대한 세부공정도이다.
상기와 같은 본 발명의 특징들에 대한 이해를 돕기 위하여, 이하 본 발명의 실시예와 관련된 금속계 소재의 도장방법에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 하겠다.
이하 설명되는 실시예의 이해를 돕기 위하여 첨부된 도면에 기재된 부호에 있어서, 각 실시예에서 동일한 작용을 하게 되는 구성요소 중 관련된 구성요소는 동일 또는 연장 선상의 숫자로 표기하였다.
본 발명과 관련된 실시예들은 기본적으로, 알루미늄 휠 등의 금속계 소재를 연마나 절삭 대신 전처리공정을 적용함으로써 표면처리 비용을 절감하고 흠집 등의 표면결함을 최소화하며, 또한 종래의 크롬도장공정에 상응하는 내마모성, 고광택의 심미성 등을 달성함은 물론, 친환경적인 공정을 통해 제조원가를 절감하여 경제성을 향상시키고 동시에 품질의 우수성을 보장할 수 있는 것을 기초로 한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명인 금속계 소재의 도장방법에 의한 일 실시예의 전체 공정도이다. 도 2는 도 1에 도시된 발명에서 전처리단계에 대한 세부공정도이고, 도 3은 도 1에 도시된 발명에서 하도도장단계에 대한 세부공정도이며, 도 4은 도 1에 도시된 발명에서 증착용 도장단계에 대한 세부공정도이고, 도 5a 및 도 5b는 도 1에 도시된 발명에서 진공증착단계에 대한 세부공정도이며, 도 6은 도 1에 도시된 발명에서 상도도장단계에 대한 세부공정도이다.
도 1 내지 도 6를 참고하면, 본 발명인 금속계 소재의 도장방법의 일 실시예는 벨트컨베이어에 의해 도장라인에 연속적으로 금속계 소재를 공급하는 준비단계(S1)와 상기 준비단계(S1) 이후에 배치되며, 소재 표면의 이물을 제거하는 전처리단계(S2)와 상기 전처리단계(S2) 이후에 배치되며, 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료를 이용하여 대전방식으로 소재의 표면을 도포하는 하도도장단계(S3)와 상기 하도도장단계(S3) 이후에 배치되며, 부타디엔계 투명 유체 수지도료를 이용하여 정전방식으로 소재를 도포하는 증착용 도장단계(S4)와 상기 증착용 도장단계(S4) 이후에 배치되며, 진공챔버(51) 내부에서 스퍼터링(sputtering) 처리로 소재 표면에 박막을 형성하는 진공증착단계(S5)와 상기 진공증착단계(S5) 이후에 배치되며, 아크릴계 투명 분체 수지도료를 이용하여 정전방식으로 소재의 표면을 도포하는 상도도장단계(S6) 및 상기 상도도장단계(S6) 이후에 배치되며, 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제로 소재를 코팅하는 경도코팅단계(S7)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 의해 구현되는 하도도장단계, 증착용 도장단계, 상도도장단계는 특허등록번호 제10-1214927호에 게재된 롤러 컨베이어 시스템을 적용할 수 있으며, 이에 의해 각 단계가 상호 연계될 수 있다. 도 3 내지 도 6에 도시된 도면부호(A)는 금속계 소재를 의미하고 도면부호(B)는 상기된 특허등록번호 제10-1214927호에 게재된 롤러 컨베이어 시스템을 의미하며, 이하 설명에서는 표시를 생략하도록 한다.
이하에서는 각 단계별로 세부적인 공정을 살펴보도록 한다.
[준비단계]
본 발명에 의한 일 실시예의 준비단계(S1)는 차량용 알루미늄 휠 등의 금속계 소재가 진공증착공정을 수행하기 위해 표면 이물을 세척하는 전처리단계(S2)에 진입하기 위한 대기 단계일 수 있다.
이러한 준비단계(S1)에서는 단순히 진입 대기하는 것뿐만 아니라, 전처리공정에서의 이물 세척이 보다 효과적으로 이뤄지게 하고, 도장의 부착성을 향상시키기 위해 금속계 소재의 표면에 쇼트볼(shot ball), 쇼트그리트(shot grit) 등을 발사하여 타격하는 공정이 포함될 수 있다.
[전처리단계]
본 발명에 의한 일 실시예의 전처리단계(S2)는 상기 준비단계(S1)에서 유입된 소재의 표면 이물을 제거하는 단계로서, 구체적으로 탕세, 예비탈지, 본탈지, 제1,2차 수세, 중화, 제3,4차 수세, 순수세, 제1 순수미스트, 피막, 제5차 수세, 순수세, 제2 순수미스트, 건조의 공정 순서로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 각 공정 중 탈지공정 또는 피막공정은 스프레인공법으로 처리될 수 있으며, 탕세공정, 수세공정 또는 중화공정은 침적공법으로 처리될 수 있다. 이대 침적공법은 침적시 탕세, 세척 또는 중화효율을 향상토록 탕세액, 수세액 또는 중화액에 와류를 유도하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 도 2를 참고하여 전처리단계(S2)의 각 세부공정에 대해 살펴보도록 하며,
1)탕세공정(S201)
탕세공정은 소재 표면의 이물질, 유분 등의 오염물질을 제거하기 위해 소재를 일정한 온도를 가진 온수에 정해진 시간동안 침적시키는 과정이다. 본 발명의 일 실시예에서는 탕세공정은 60±5℃의 온수에 24~28초간 상기 준비단계(S1)에서 유입된 소재를 침적시키는 단계일 수 있다.
2)예비탈지공정(S202)
예비탈지공정은 본탈지공정에 대비하여 본탈지공정의 효율성을 향상시키기 위해 계면활성제가 일정한 농도로 첨가된 온수를 소재에 분사하거나 또는 온수에 소재를 침적시키는 과정이다.
즉 예비탈지공정은 스프레이공법, 침적공법 등으로 처리할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 스프레이공법이 적용될 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 본 발명의 일 실시예에 의한 예비탈지공정은 계면활성제가 농도 4~6％로 함유된 55±5℃의 온수를 분사압력 0.8~1.2kg/cm2으로 50~54초간 소재에 분사하여 소재 표면의 오염물질을 제거하는 단계일 수 있다.
3)본탈지공정(S203)
본탈지공정은 소재 표면의 오염물질을 완전히 제거하기 위해 상기 예비탈지공정과 같이 계면활성제가 일정한 농도로 첨가된 온수를 소재에 분사하거나 또는 온수에 소재를 침적시키는 과정이다.
즉 본탈지공정은 스프레이공법, 침적공법 등으로 처리할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서는 스프레이공법이 적용될 수 있다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다.
자세하게는 본 발명의 일 실시예에 의한 본탈지공정은 계면활성제가 농도 4~6％로 함유된 55±5℃의 온수를 분사압력 0.8~1.2kg/cm2으로 50~54초간 소재에 재차 분사하는 단계일 수 있다. 이는 상기 예비탈지공정과 동일한 과정을 다시 수행함으로써, 소재 표면의 오염물질을 재차 제거하는 것이다.
4)제1차 수세공정(S204)
제1차 수세공정은 소재 표면의 계면활성제를 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일시예에서는 제1차 수세공정은 전도도 600μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적시켜 세척하는 단계일 수 있다.
5)제2차 수세공정(S205)
제2차 수세공정은 상기 제1차 수세공정 이후에 소재 표면의 계면활성제를 완전히 제거하기 위한 것으로 본 발명에 의한 일시예에서는 제1차 수세공정은 전도도 300μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적시켜 세척하는 단계일 수 있다.
6)중화공정(S206)
중화공정은 소재 표면의 산화 피막 제거 및 차후 공정인 피막공정의 효율성를 확보하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 중화공정은 35±5℃의 온수에 황산성분의 에칭액을 산도 1.5~2％의 조건으로 희석하고 50~54초간 소재에 침적시켜 중화시키는 단계일 수 있다.
다만 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 동일 조건의 스프레이공법으로도 구현될 수 있다.
4)제3차 수세공정(S207)
제3차 수세공정은 소재 표면의 에칭액를 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 제3차 수세공정은 전도도 400μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적시켜 세척하는 단계일 수 있다.
5)제4차 수세공정(S208)
제4차 수세공정은 소재 표면의 에칭액를 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 제4차 수세공정은 전도도 100μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적시켜 세척하는 단계일 수 있다.
9)순수세공정(S209)
순수세공정은 소재 표면의 에칭액을 최종적으로 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 순수세공정은 전도도 15μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적시켜 세척하는 단계일 수 있다.
10)제1 순수미스트공정(S210)
제1 순수미스트공정은 피막공정을 대비하여 공정 중에 발생하여 소재 표면의 잔존하게 된 이물을 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 제1 순수미스트공정은 전도도 5μs/cm 이하로 8~12초간 유량 4~6ℓ/분으로 흐르는 미스트에 소재를 노출시키는 단계일 수 있다.
11)피막공정(S211)
피막공정은 소재에 피막을 형성하여 내식성 및 부식성을 향상시키기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 35±5℃의 온수에 pH 3.5~4.5 범위하에서 논크롬액을 농도 3~5％의 조건으로 희석하고 50~54초간 분사압력 0.8~1.2kg/cm로 소재에 분사하는 단계일 수 있다.
다만, 반드시 스프레이공법에 한정되는 것은 아니며 동일 조건의 침적공법으로도 대체될 수 있다.
12)제5차 수세공정(S212)
제5차 수세공정은 소재 표면의 논크롬액를 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 전도도 100μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적하여 세척하는 단계일 수 있다.
13)순수세공정(S213)
본 단계의 순수세공정은 소재 표면의 논크롬액을 최종적으로 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 전도도 15μs/cm 이하로 24~28초간 소재를 침적시켜 세척하는 단계일 수 있다.
14)제2 순수미스트공정(S214)
제2 순수미스트공정은 소재 표면을 최종적으로 세척하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 전도도 5μs/cm 이하로 8~12초간 유량 4~6ℓ/분으로 흐르는 미스트에 소재를 노출시키는 단계일 수 있다.
15)건조공정(S215)
건조공정은 소재 표면의 수분을 제거하기 위한 것으로, 본 발명에 의한 일 실시예에서는 140±10℃의 밀폐공간에서 30~40분간 소재를 노출시켜 건조시키는 단계일 수 있다.
[하도도장단계]
본 발명에 의한 일 실시예의 하도도장단계(S3)는 도 3를 참고하면 전처리단계(S2)를 마치고 유입된 소재를 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료를 이용하여 소재의 표면에 40~60μm로 도포하는 단계일 수 있다.
상기 하도도장단계(S3)에서 도장 효율을 높이기 위해 소재는 상기된 특허등록번호 제10-1214927호에 게재된 롤러 컨베이어 시스템에 의해 이동되는 과정에서 자전장치(C)에 의해 정방향-역방향-정방향순으로 회전될 때, 트라이보(tribo) 방식의 스프레이 건(R3)에 의해 분사압력 3~5kg/cm2으로 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료로 도포될 수 있다.
여기서 트라이보 방식의 스프레이 건은 코로나 방식의 스프레이 건과 달리 고전압 발생장치를 사용하지 않고, 스프레이 건의 내부에 설치된 테프론 등의 마찰물질에 분체 수지도료가 분사시에 빠른 속도로 마찰하면서 + 전하를 띠게 되는 성질을 이용하여 소재를 도장하는 건의 일종일 수 있다.
이때 트라이보 방식의 스프레이 건(R3)은 각 3대가 공정상에 배치되어 소재가 정방향-역방향-정방향으로 회전하는 동안에 연속적으로 분사되며 도장의 완성도를 높일 수 있다. 첫번째 스프레이 건은 소재의 하부에 배치되어 소재의 하면을 도포할 수 있으며 두번째, 세번째 스프레이 건은 각각 소재의 상부에 배치되어 소재의 상면과 측면을 도포할 수 있다.
소재 표면의 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료의 도포가 완료되면, 다음 단계인 증착용 도장단계(S4)를 대비하여 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 소재를 경화시킬 수 있다.
[증착용 도장단계]
본 발명에 의한 일 실시예의 증착용 도장단계(S4)는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하도도장단계(S3)를 마치고 유입된 소재를 부타디엔계 투명 유체 수지도료를 이용하여 소재의 표면에 20~30μm로 도포하는 단계일 수 있다.
여기서 상기 증착용 도장단계(S4)에 사용되는 부타디엔계 투명 유체 수지도료의 성분 구성은 부타디엔 수지 20~30％, 크실렌(CAS번호 1330-20-7) 25~35％, 톨루엔(CAS번호 108-88-3) 5~10％, 부틸 셀로솔브 5~10％, 메틸 아이솔부틸 케톤(Methyl isobutyl ketone;CAS번호 108-10-1) 25~35％ 등이 함유된 도료일 수 있다.
상기 증착용 도장단계(S4)에서 도장 효율을 높이기 위해 소재가 상기된 특허등록번호 제10-1214927호에 게재된 롤러 컨베이어 시스템에 의해 이동되는 과정에서 자전장치(C)에 의해 정방향-역방향-정방향순으로 회전될 때, 코로나(corona) 방식의 스프레이 건(R4)에 의해 분사압력 3~5kg/cm2으로 부타디엔계 투명 유체 수지도료로 도포될 수 있다.
여기서 코로나 방식의 스프레이 건은 고전압 발생장치(주로 80~100kV의 전압범위)를 이용하여 전자기장을 형성하는 중간과정을 통해 수제도료가 -전하를 띄도록 하고 소재가 + 전하를 띄도록 하여 도장이 이뤄지도록 하는 건의 일종일 수 있다.
이때 코로나 방식의 스프레이 건(R4)은 각 3대의 로봇에 장착되고 공정상에 배치되어 소재가 정방향-역방향-정방향으로 회전하는 동안에 연속적으로 분사되며 증착용 도장의 완성도를 높일 수 있다. 첫번째 스프레이 건 장착 로봇은 소재의 하부에 배치되어 소재의 하면을 도포할 수 있으며 두번째, 세번째 스프레이 건 장착 로봇은 각각 소재의 상부에 배치되어 소재의 상면과 측면을 도포할 수 있다.
소재 표면의 부타디엔계 투명 유체 수지도료의 도포가 완료되면, 다음 단계인 진공증착단계(S5)를 대비하여 소재의 표면 평활성을 균일토록, class10~class5000의 청정도를 가진 공기영역 공간에서 10~20분간 정체시키고, 230±5℃의 건조로에서 40~60분간 경화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 사용되는 청정도(clean class)의 기준은 청정실 내에 존재하는 공기 중의 먼지입자 수를 기준으로 등급을 정한 것으로, 1ft3내에 0.5μm 크기 이상의 먼지입자 수를 의미한다. 예를 들어 class1000이란 1ft3내에 0.5μm 크기 이상의 먼지입자 수가 1000개 이하로 존재한다는 의미이다.
[진공증착단계]
본 발명에 의한 일 실시예의 진공증착단계(S5)는 도 5를 참고하면 상기 증착용 도장단계(S4)를 마치고 유입된 소재 진공챔버(51) 내부에서 스퍼터링 처리로 소재 표면에 박막을 형성하는 단계일 수 있다.
이러한 상기 진공증착단계(S5)에서 사용되는 진공챔버(51)는 본 발명의 일 실시예에서는 3개의 X,Y,Z공간으로 분할될 수 있으며, X공간에서는 소재를 플라즈마 처리하는 공정일 수 있으며, Y공간에서는 소재를 스퍼터링 처리하는 공정일 수 있고, Z공간은 진공챔버(51) 내부에서 대기 중으로 소재를 배출하기 위해 진공상태를 해제하는 공정일 수 있다.
먼저 상기 증착용 도장단계(S4)를 마치고 유입된 소재는 이동장치(57)에 의해 상기 진공챔버(51)의 X공간으로 투입된다. 이후 진공처리부(58)에서 X공간을 저진공 상태로 형성하는데, 여기서 저진공 상태란 10-5torr~ 10-2torr 범위의 진공도일 수 있다.
상기 X공간에서는 스퍼터링 처리 전에 소재의 표면 증착력을 향상토록 소재 표면에 요철을 형성하기 위해 플라즈마 처리장치(52)에 의해 플라즈마 처리를 하게 되며, 이때 소재의 양면에 요철을 형성하기 위해 소재는 회전장치(56)에 의해 180°간격으로 회전될 수 있다.
플라즈마 처리를 마친 소재는 이동장치(57)에 의해 Y공간으로 투입되게 되며, Y공간은 진공처리부(58)에 의해 고진공 상태를 형성하게 된다. 여기서 고진공 상태란 -10-8torr~ 10-6torr 범위의 진공도일 수 있다.
상기 Y공간에서 소재를 스퍼터링 처리를 하게 된다. 이 처리과정은 먼저 충돌가스 공급부(59)에서 아르곤 등의 충돌가스를 Y공간 내부로 공급한다.
이후 전압제어부(53)를 작동시켜 타겟소재가 있는 부분을 캐소드(53a;cathode)로 하고 소재가 있는 부분을 애노드(53b;anode)로 하여 전압을 공급하면 캐소드(53a) 부분에서 글로우방전이 일어나 충돌가스가 이온화되고, Y공간 내부에서 캐소드(53a)와 애노드(53b)간에 전자기장이 형성된다.
이때 이온화된 충돌가스가 캐소드(53a) 방향으로 가속되며 타켓소재(54)에 충돌하게 되고, 이때 타켓소재(54)의 원자간 결합에너지보다 충돌가스의 운동에너지가 상대적으로 커, 상기 충돌로 인해 타켓소재(54)의 원자가 튀어 나오게 되며, 이는 날아가 소재 표면에 증착되고, 소재의 표면에는 박막이 형성되게 된다.
여기서 소재의 양면에 진공증착이 이뤄질 수 있도록 회전장치(56)에 의해 소재는 Y공간 내부에서 진공증착 과정간에 회전될 수 있다.
또한 금속계 소재의 경우 온도가 높을수록 증착율이 향상될 수 있므로, 본 발명의 일 실시예에서는 가열장치(55)가 더 구비될 수 있으며, 상기 가열장치(55)를 통해 소재는 가열되어 스퍼터링 처리간에 증착이 보다 잘 이뤄질 수 있다.
진공증착 과정을 마친 소재는 이동장치(57)에 의해 이제 Z공간으로 투입되고, 상기 Z공간에서는 소재가 다시 대기중으로 배출될 수 있도록, 진공처리부(58)에 의해 진공상태를 해제하게 된다. 이는 Z공간을 대기압과 같은 수준으로 공기를 공급하게 되는 것이며, 이후 소재는 다음 단계인 상도도장단계(S6)로 상기된 특허등록번호 제10-1214927호에 게재된 롤러 컨베이어 시스템에 의해 이동된다.
[상도도장단계]
본 발명에 의한 일 실시예의 상도도장단계(S6)는 도 6를 참고하면 진공증착단계(S5)를 마치고 유입된 소재를 아크릴계 투명 분체 수지도료를 이용하여 소재의 표면에 40~60μm로 도포하는 단계일 수 있다.
상기 상도도장단계(S6)에서 도장 효율을 높이기 위해 소재는 상기된 특허등록번호 제10-1214927호에 게재된 롤러 컨베이어 시스템에 의해 이동되는 과정에서 자전장치(C)에 의해 정방향-역방향-정방향순으로 회전될 때, 코로나 방식의 스프레이 건(R6)에 의해 분사압력 3~5kg/cm2으로 아크릴계 투명 분체 수지도료로 도포될 수 있다.
이때 코로나 방식의 스프레이 건(R6)은 각 3대가 공정상에 배치되어 소재가 정방향-역방향-정방향으로 회전하는 동안에 연속적으로 분사되며 도장의 완성도를 높일 수 있다. 첫번째 스프레이 건은 소재의 하부에 배치되어 소재의 하면을 도포할 수 있으며 두번째, 세번째 스프레이 건은 각각 소재의 상부에 배치되어 소재의 상면과 측면을 도포할 수 있다.
소재 표면의 아크릴계 투명 분체 수지도료의 도포가 완료되면, 다음 단계인 경도코팅단계(S7)를 대비하여 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 소재를 경화시킬 수 있다.
[경도코팅단계]
경도코팅단계(S7)는 상도도장단계(S6)를 거친 소재의 표면경도를 강화하기 위한 공정으로서, 본 발명에 의한 일 실시예의 상도도장단계(S6)를 거친 소재의 표면경도는 대략 1H 정도이며, 이는 상기 경도코팅단계(S7)를 거쳐 2~3H 정도로 강화되게 된다.
이러한 상기 경도코팅단계(S7)는 상도도장단계(S6)를 마치고 유입된 소재를 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제를 이용하여 소재의 표면에 5~15μm로 도포할 수 있다.
소재 표면의 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제의 코팅이 완료되면, 최종적인 제품 생산을 위한 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 소재를 경화시킬 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 구성 및 공정순서를 통해 알루미늄 휠 등의 금속계 소재를 연마나 절삭 대신 전처리공정을 적용함으로써 표면처리 비용을 절감하고 도장과정중의 흠집발생 등의 표면결함을 최소화하며, 또한 종래의 크롬도장공정에 상응하는 내마모성, 고광택의 심미성 등을 달성함은 물론, 친환경적인 공정을 통해 제조원가를 절감하여 경제성을 향상시키며, 동시에 품질의 우수성을 보장할 수 있는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
이상의 사항은 금속계 소재의 도장방법의 특정한 실시예를 나타낸 것에 불과하다.
따라서 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양한 형태로 치환, 변형될 수 있음을 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 용이하게 파악할 수 있다는 점을 밝혀 두고자 한다.
S1...준비단계 S2...전처리단계
S3...하도도장단계 S4...증착용 도장단계
S5...진공증착단계 S6...상도도장단계
S7...경도코팅단계 51...진공챔버
51a,51b,51c,51d...개폐도어 52...플라즈마 처리장치
53...전압제어부 53a...캐소드
53b...애노드 54...타켓소재
55...가열장치 56...회전장치
57...이동장치 57a...지지프레임
58...진공처리부 59...충돌가스 공급부

Claims (18)

  1. 벨트컨베이어에 의해 도장라인에 연속적으로 금속계 소재를 공급하는 준비단계;
    상기 준비단계 이후에 배치되며, 소재 표면의 이물을 제거하는 전처리단계;
    상기 전처리단계 이후에 배치되며, 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료를 이용하여 트라이보방식으로 소재의 표면을 도포하는 하도도장단계;
    상기 하도도장단계 이후에 배치되며, 부타디엔계 투명 유체 수지도료를 이용하여 코로나방식으로 소재를 도포하는 증착용 도장단계;
    상기 증착용 도장단계 이후에 배치되며, 진공챔버 내부에서 스퍼터링 처리로 소재 표면에 박막을 형성하는 진공증착단계;
    상기 진공증착단계 이후에 배치되며, 아크릴계 투명 분체 수지도료를 이용하여 코로나방식으로 소재의 표면을 도포하는 상도도장단계; 및
    상기 상도도장단계 이후에 배치되며, 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제로 소재를 코팅하는 경도코팅단계;
    를 포함하는 금속계 소재의 도장방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하도도장단계는 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료가 소재의 표면에 40~60μm로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 하도도장단계는 자전장치에 의해 소재가 정방향-역방향-정방향순으로 회전할 때, 트라이보(tribo)방식의 스프레이 건에 의해 에폭시 폴리에스테르계 분체 수지도료로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 하도도장단계는 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 경화시키는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증착용 도장단계는 부타디엔계 투명 유체 수지도료가 소재의 표면에 20~30μm로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 증착용 도장단계는 자전장치에 의해 소재가 정방향-역방향-정방향순으로 회전할 때, 코로나(corona)방식의 스프레이 건 장착형 도장로봇에 의해 부타디엔계 투명 유체 수지도료로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 증착용 도장단계는 소재의 표면 평활성을 균일토록, class10~class5000의 청정도(clean class)를 가진 청정공기 영역공간에서 10~20분간 정체시키고, 230±5℃의 건조로에서 40~60분간 경화시키는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 진공증착단계는 10-8~ 10-6torr의 진공도에서 소재를 스퍼터링 처리하는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 진공증착단계는 스퍼터링 처리 전에 소재의 표면 증착력을 향상토록, 10-5~ 10-2torr의 진공도에서 플라즈마 처리로 소재의 표면에 요철을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 진공증착단계는 소재의 전체 부위에 박막이 형성되도록, 진공챔버 내부에서 소재는 회전되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 상도도장단계는 아크릴계 투명 분체 수지도료가 소재의 표면에 40~60 μm로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 상도도장단계는 자전장치에 의해 소재가 정방향-역방향-정방향순으로 회전할 때, 코로나(corona)방식의 스프레이 건에 의해 아크릴계 투명 분체 수지도료로 도포되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 상도도장단계는 소재의 표면 평활성을 균일토록, 220±5℃의 건조로에서 20~40분간 경화시키는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  14. 제1항 또는 제13항에 있어서,
    상기 경도코팅단계는 소재에 세라믹계 코팅제 또는 크리스탈계 코팅제가 5~15μm으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 경도코팅단계는 소재를 40±5℃의 건조로에서 10~20분간 경화시키는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 전처리단계는 탕세, 예비탈지, 본탈지, 제1,2차 수세, 중화, 제3,4차 수세, 순수세, 제1 순수미스트, 피막, 제5차 수세, 순수세, 제2 순수미스트, 건조의 공정 순서로 구성되는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전처리단계는 탈지공정 또는 피막공정은 스프레이공법으로 처리하는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전처리단계는 탕세공정, 수세공정 또는 중화공정은 침적공법으로 처리하되, 소재의 침적시 탕세, 세척 또는 중화효율을 향상토록 탕세액, 수세액 또는 중화액에 와류를 유도하는 것을 특징으로 하는 금속계 소재의 도장방법.


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