KR-102962025-B1 - Surface cleaning and preparation method for urethane coating of aluminum parts

Abstract

본 발명 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위한 전처리 방법은, 망형 트레이에 다수 개의 알루미늄재 부품을 적재하는 단계 1과; 물과 수용성 중성 탈지제를 100 : 1의 부피비로 혼합한 세정액이 담긴 제 1 수조에 상기 트레이를 침조시켜 초음파세척을 행하는 단계 2, 3과; 물이 담긴 제 3 수조로 제 2 수조의 트레이를 옮겨 침조시키는 단계 4와; 물이 담겨 있으며 수조 바닥측에서 압축공기가 분출되는 제 4 수조로 제 3 수조의 트레이를 옮겨 침조시키고 버블헹굼을 하는 단계 5와; 제 4 수조의 트레이를, 물이 담겨 있고 이전 단계보다 수온이 높은 제 5 수조로 옮겨 침조시키고 초음파헹굼을 행하는 단계 6과; 물이 담겨 있고 제 5 수조와 수온이 동일한 제 6 수조로 제 5 수조의 트레이를 옮겨 침조시키고 열탕헹굼을 행하는 단계 7과; 알루미늄재 부품이 적재된 트레이를 예열된 탈수기에 거치하고 탈수하는 단계 8과; 알루미늄재 부품을 건조용 트레이로 옮겨 적재하는 단계 9와; 상기 건조용 트레이를 건조기에 투입하여 알루미늄재 부품을 고온건조시키는 단계 10와; 프라이머 도포 직전 알루미늄재 부품을 다시 가열하는 단계 11을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Inventors

• 여성기

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250430

Claims (7)

1. 망형 트레이에 다수 개의 알루미늄재 부품을 적재하는 단계 1과; 물과 수용성 중성 탈지제를 100 : 1의 부피비로 혼합한 세정액이 담긴 제 1 수조에 상기 트레이를 침조시켜 초음파세척을 행하는 단계 2와; 단계 2와 동일한 혼합비의 세정액이 담긴 제 2 수조로 제 1 수조의 트레이를 옮기고 침조시켜 초음파세척을 행하는 단계 3과; 물이 담긴 제 3 수조로 제 2 수조의 트레이를 옮겨 침조시키는 단계 4와; 물이 담겨 있으며 수조 바닥측에서 압축공기가 분출되는 제 4 수조로 제 3 수조의 트레이를 옮겨 침조시키고 버블헹굼을 하는 단계 5와; 제 4 수조의 트레이를, 물이 담겨 있고 이전 단계보다 수온이 높은 60℃ ± 10℃의 온도 범위로 조절되는 제 5 수조로 옮겨 침조시키고 초음파헹굼을 행하는 단계 6과; 물이 담겨 있고 제 5 수조와 수온이 동일한 제 6 수조로 제 5 수조의 트레이를 옮겨 침조시키고 열탕헹굼을 행하는 단계 7과; 60℃ ± 10℃의 온도 범위로 예열된 탈수기에 알루미늄재 부품이 적재된 트레이를 거치하고 55~60 RPM으로 회전시켜 탈수하는 단계 8과; 알루미늄재 부품을 건조용 트레이로 옮겨 적재하는 단계 9와; 상기 건조용 트레이를 건조기에 투입하여 알루미늄재 부품을 고온건조시키는 단계 10과; 프라이머 도포 직전 알루미늄재 부품을 다시 가열하는 단계 11을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위한 전처리 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 2, 3의 pH는 7.5 ± 0.5로 조절되는 것을 특징으로 하는 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위한 전처리 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 2, 3, 5에서 초음파의 주파수는 25~30 kHz이며, 처리시간은 각 5~10 분씩인 것을 특징으로 하는 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위한 전처리 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 2 내지 단계 5의 수조의 온도는 50℃ ± 10℃의 범위인 것을 특징으로 하는 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위한 전처리 방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 10 및 단계 11의 온도는 80℃ ± 5℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위한 전처리 방법.
7. 삭제

Description

알루미늄재 부품의 우레탄 도장을 위한 전처리 방법 {Surface cleaning and preparation method for urethane coating of aluminum parts} 본 발명은 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위해 필요한 전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차에 사용되는 초음파 센서의 부품인 멤브레인과 같은 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하기 위해 필요한 전처리 방법에 관한 것이다. 통상 자동차는 외부 물체나 장애물의 존재 및 거리를 인식하기 위한 초음파 센서를 전후방 범퍼에 배치하게 된다. 초음파 센서를 이루는 부품 중 하나인 멤브레인은 도 1과 같이 센서 하우징과 결합되며, 멤브레인 베이스가 외부로 노출되게 설치된다. 멤브레인의 내측으로는 멤브레인 베이스를 진동시키기 위해 초음파 신호를 발생시키는 압전소자 등(도시하지 않음)이 배치된다. 멤브레인은 통상 알루미늄 판재를 컵 모양으로 딥 드로잉 가공하여 제조되는 알루미늄재 부품의 일종으로(도 2 참조), 컵의 바닥에 해당하는 부분이 외부로 노출되는 멤브레인 베이스이다. 멤브레인은 차량 색상과 일치시키기 위해, 그리고 고내식성과 물리적 내구성을 확보하기 위해 그 표면을 분체도장으로 도장하고 있다. 하지만, 분체도장은 특성상 도장 두께가 두껍고 그 두께를 정밀하게 조정하는데는 많은 노력이 필요하고, 도장 두께의 차이는 센서 감도에 큰 영향을 준다. 각종 센서로부터의 정밀한 계측값을 활용하는 최근의 자율 또는 반자율 주행 기술에 있어서는 센서감도에 영향을 주는 인자를 제어할 수 있는 것이 요구된다. 분체도장에 따른 두꺼운 도장은 센서의 감도를 낮게 하므로 이를 대체할 만한 새로운 도장방법이 강구된다. 또한 분체도장은 분체 도료를 경화시키기 위해 150~200℃의 온도가 필요하므로, 알루미늄 표면이 고온에 의해 더욱 산화될 뿐만 아니라 생산비용이 과도해지는 문제점도 있었다. 분체도장을 대신할 수 있는 도장 방법으로는 우레탄 도장을 들 수 있다. 우레탄 도장은 60~80℃의 열경화 또는 자연건조가 가능하지만, 일반적으로 매끄럽고 비극성 성질을 갖는 금속 표면과는 계면 접착력이 낮을 뿐더러, 특히 알루미늄과 같이 표면에 산화피막이 형성되는 금속은 그 산화피막이 도료와의 결합을 방해한다. 이를 해결하기 위해 먼저 금속 표면에 프라이머를 도포한 후 우레탄 도장을 실시하게 된다. 대한민국 등록특허 제10-1941639호에는 프라이머를 도포하기 위하여 황산/염산 등의 강산을 이용하여 표면을 부식시켜야 하는 종래의 기술에서 탈피하여, 플라즈마 광으로 음이온 활성화층을 형성하여 프라이머를 도포하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 우레탄 도장의 경우, 도막 두께를 10~40 ㎛ 정도로 정밀하게 제어가능하기 때문에 도장 두께가 멤브레인 베이스에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 반면, 금속의 표면 청정도가 얇은 도막의 품질에 큰 영향을 미치게 된다. 우레탄 도료는 일반적인 도료보다 기름, 먼지, 산화물, 습기가 있는 표면에 잘 부착되지 않는데, 금속 표면은 공기 중 수분이나 가공유(멤브레인의 경우 딥드로잉을 위한 오일 등)이 표면에 잔류하며, 이러한 수분이나 가공유는 밀착 실패, 기포, 박리현상을 발생하게 한다. 일반적으로 이를 해결하기 위해서는 IPA(Isopropyl Alcohol)나 아세톤으로 탈지한 후 초음파세척을 한다. 하지만, 통상의 탈지와 세척 만으로는 멤브레인과 같은 알루미늄재 부품에 우레탄 도장을 하는 경우 품질불량이 자주 발생하는 문제점이 있었다. 도 1은 자동차용 초음파 센서의 외관을 나타낸 도.도 2는 알루미늄재 멤브레인의 외관을 나타낸 도. 이하, 본 발명을 그 실시예에 따라 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 실시예에서는 알루미늄재 부품으로 알루미늄재 멤브레인을 예로 들어 설명한다. 딥 드로잉에 의해 가공된 알루미늄재 멤브레인은 기계가공이 끝난 후 도장공정 라인으로 옮겨진다. 통상 기계가공과 도장공정은 서로 다른 장소에서 이루어진다. 도장공정을 위해 옮겨진 멤브레인은 도장공정 중 전처리 공정을 위하여 망형 트레이에 적재된다.(단계 1) 트레이에 적재된 멤브레인은 제 1 수조에 침조된다. 제 1 수조에는 물과 수용성 중성 탈지제가 100 : 1의 부피비로 혼합한 세정액이 담겨져 있고, 20~30 kHz의 주파수로 초음파 세척을 실시한다(단계 2). 본 실시예 단계 2 및 단계 3에서 사용되는 수용성 중성 탈지제는 알루미늄 등 금속의 표면을 탈지하기 위해 인산 트리나트륨을 주성분으로 하는 제품이다. 통상 이러한 탈지제의 권장 사용방법에 따르면 물과의 혼합 부피비가 100: 4~5로 사용하도록 규정되어 있다. 이와 같은 권장사용 혼합비에 따라 초음파 세척을 할 경우, 탈지제 성분이 계속해서 표면에 미량 잔류하여 도장 품질에 영향을 미쳤다. 본 발명에서는 권장사용 혼합비를 낮게 하여, 즉 세정제를 권장 사용기준보다 묽게 혼합하는 형태로 사용하면서 수조를 달리하며 2회에 걸쳐 초음파 세척을 실시하는 방법으로 상기 문제점을 해결하였다. 동일한 시간으로 다른 수조에서 2회 세척하는 것이, 세척시간을 2배로 하여 동일 수조에서 1회 세척하는 것보다 세정효과가 우수하였다. 이는 세척시 잔류물이 제 1 수조에 남은 상태에서 계속해서 세척하는 것보다는 트레이를 옮기는 과정에서 제 1 수조의 잔류물이 제거되고, 제 1 수조에서 잔류물이 어느정도 제거된 멤브레인을 제 2 수조에서 다시 세척함에 따른 것이다. 이에 따라 멤브레인은 제 1 수조에서 제 2 수조로 옮겨져 세척된다. (단계 3) 본 실시예에서는 제 2, 3 단계의 초음파 세척에 28 kHz의 초음파를 사용하였고, 각각 5분 동안 세척을 실시하였다. 이때 제 1,2 수조내의 온도는 50℃ ± 10℃ 가 유지되도록 하였으며, pH는 7.5 ± 0.5 로 유지하였다. 제 1 수조와 제 2 수조는 오버플로우 장치를 설치하여 잔류물을 계속해서 필터링하여 제거하여, 멤브레인의 표면에서 분리된 잔류물이 다시 멤브레인을 오염시키는 것을 방지하였다. 초음파 세척이 완료된 멤브레인은 트레이에 적재된 채로 온도 50℃ ± 10℃의 물이 담겨진 제 3 수조로 옮겨져 약 3분간 헹굼처리를 한다. 이와 같은 헹굼처리는 초음파 세척에 의해 멤브레인 표면에 잔류하는 기포를 제거하기 위함이다. (단계 4). 다시 멤브레인은 온도 50℃ ± 10℃의 물이 담겨진 제 4 수조로 옮겨지는데, 제 4 수조는 수조 바닥측에 압축공기를 분출하는 노즐이 복수 개 구비되어, 압축공기에 의한 버블을 공급하게 된다. 이러한 버블은 초음파 세척시 발생하는 버블에 비해 그 기포의 크기가 크고 이동 속도 역시 빨라 제 2,3 단계의 초음파 세척에서 제거되지 못한 잔류물을 제거할 수 있다. 제 4 수조에서는 약 3분간 위와 같은 버블 헹굼을 실시한다. (단계 5) 이후, 제 5 수조로 멤브레인을 옮겨 다시한번 초음파 헹굼을 실시한다. 이때도 초음파의 주파수는 28 kHz로 동일하게 유지하게 된다. 제 5 수조에서는 수조 내 온도를 60℃ ± 10℃로 높여 앞선 단계에서 용해되지 못한 잔류물을 용해하며 헹굼작업을 수행하게 된다. (단계 6) 이후, 멤브레인은 트레이에 적재된 채로 온도 60℃ ± 10℃의 물이 담겨진 제 6 수조로 옮겨져 약 3분간 열탕헹굼 처리를 하면서 단계 6에서의 초음파에 의해 멤브레인 표면에 잔류하는 버블을 제거한다.(단계 7) 열탕 헹굼이 끝난 멤브레인은 트레이에 적재된 채 탈수기로 이동되고, 탈수기에 의해 탈수된다. 탈수기는 회전속도 55~60 RPM 으로 회전하는데, 이러한 회전수 범위에서 멤브레인의 물리적 손상이 가장 적게 나타났기 때문이다. 탈수기는 단계 7의 온도인 60℃ ± 10℃로 예열하여 작동시킨다. 왜냐하면 탈수기의 회전에 따라 주위 공기에 의해 멤브레인이 냉각되면서 결로될 수 있는데, 이러한 결로 현상을 막기 위해서 예열이 필요한 것이다. (단계 8) 탈수가 끝난 멤브레인은 최종 건조를 위하여 건조용 트레이로 옮겨진다(단계 9). 건조용 트레이에 적재된 멤브레인은 건조기로 투입된다. 건조기는 80℃ ± 5℃ 의 온도를 유지하며 80분 이상 멤브레인 표면의 습기를 완전히 제거하게 된다. (단계 10) 세척 작업이 완료된 멤브레인은 별도의 적재 공간에 보관되어 있다가 프라이머를 도포하기 전 다시 가열하게 된다. 이는 프라이머 도포 작업에서 멤브레인 표면이 온도에 의해 그 표면 상태나 물성이 변하지 않고 일정하게 유지되도록 하기 위한 것이다.(단계 11) 상기 설명한 각 단계에 따라 멤브레인의 표면은 모든 불순물이나 물자국이 제거되므로, 부식이나 별도의 음이온 활성화 처리 없이도 프라이머가 멤브레인의 표면에 양호하게 밀착되고 유지되게 된다. 이후, 프라이머 층 위에 우레탄 도료를 분사하여 코팅하고, 색상을 입히는 공정은 통상의 우레탄 도장 공정과 동일하므로 설명을 생략한다.