기타 표면 처리 — 도금·도장·하드 페이싱·숏 피닝과 희생 방식 | 기계공작법 3.6
기계공작법Chapter 03 열처리와 표면 처리 › Section 06
3.6 기타 표면 처리
앞 절의 표면 경화 열처리는 겉을 단단하게 만드는 것이 목적이었다. 이 절의 표면 처리는 노리는 것이 다르다. 녹을 막고 겉모양을 다듬고 마모와 열을 견디게 하고 피로 강도를 올리는, 네 가지 처리를 다룬다.
01단단하게가 목적이 아님교재 53p
앞 절과 이 절의 갈림은 방법이 아니라 목적. 무엇을 노리느냐가 먼저.
- 표면 경화 열처리 — 표면을 단단하게 만드는 것이 목적. 침탄·질화·화염 경화·고주파 경화·금속 침투법이 여기에 듦.교재 50p
- 표면 처리 — 목적이 넷으로 벌어짐.
- 부식을 막음 — 녹이 슬지 않게 하는 방청.
- 겉모양을 좋게 함 — 색과 광택, 그리고 표시와 식별.
- 마모와 열을 견디게 함 — 내마모성과 내열성.
- 피로 강도를 높임 — 반복 하중에 견디는 힘.
- 노리는 것이 다르므로 고르는 방법도 달라짐 — 녹이 문제이면 도금과 도장, 마모가 문제이면 하드 페이싱, 피로가 문제이면 숏 피닝.
1다른 재료의 층을 덧입힘
- 표면에 없던 재료를 더하는 쪽.
- 도금 — 다른 금속의 얇은 층.
- 도장 — 도료가 굳어 이룬 막.
- 하드 페이싱 — 단단한 합금의 덧살.
2표면층의 성질만 바꿈
- 재료를 더하지 않는 쪽.
- 숏 피닝 — 구슬로 때려 표면층의 조직과 응력 상태만 바꿈.
- 3.5절의 물리적 표면 경화법과 닮은 발상 — 성분은 그대로 두고 상태만 손댐.
02도금 — 다른 금속의 얇은 층을 입힘교재 53p
- 도금(plating) — 금속이나 플라스틱의 표면에 다른 금속의 얇은 층을 입히는 처리.
- 바탕이 금속에 한정되지 않는 점이 중요 — 전류가 통하지 않는 플라스틱에도 입힐 수 있음.
- 가장 큰 목적 — 부식을 막는 방청.
- 그 밖의 목적 — 겉모양을 좋게 하거나, 내마모성과 전기 전도성을 주기 위해서도 씀.
- 석출 — 녹아 있던 금속이 표면에 달라붙어 층을 이루는 것.
- 금속층을 입히는 방식에 따라 세 갈래 — 이름이 곧 그 방식.
- 전기를 쓰면 전기 도금.
- 녹여서 담그면 용융 도금.
- 전기 없이 화학 반응만 쓰면 무전해 도금.
03세 가지 도금을 나란히교재 53p
가르는 기준은 금속을 표면까지 옮기는 힘이 무엇인가 하나.
| 구분 | 원리 | 특징 | 보기 |
|---|---|---|---|
| 전기 도금 | 부품을 음극에 걸고 전해액 속에서 전류를 흘려 금속 이온을 표면에 석출시킴. | 두께를 정밀하게 조절할 수 있어 가장 널리 쓰임. | 크롬 도금 · 니켈 도금 · 아연 도금 |
| 용융 도금 | 녹은 금속에 부품을 담근 뒤 꺼내어 표면에 금속층을 입힘. | 층이 두꺼워 방청 효과가 오래감. | 용융 아연 도금 · 용융 주석 도금 |
| 무전해 도금 | 전류를 쓰지 않고 화학 반응만으로 금속을 석출시킴. | 전류가 흐르지 않는 플라스틱에도 도금할 수 있음. 복잡한 형상에서도 두께가 고름. | 무전해 니켈 도금 |
이름이 따로 붙은 강판 둘
- 함석 — 강판을 녹은 아연에 담근 용융 아연 도금 강판.
- 양철 — 강판을 녹은 주석에 담근 용융 주석 도금 강판.
- 전기 도금의 양극 — 도금할 금속을 녹여 쓰는 가용성 양극을 많이 쓰나, 도금법에 따라 녹지 않는 불용성 양극을 쓰기도 함.
04아연 도금 — 벗겨져도 철을 지킴교재 53p
막아서 지키는 것이 아니라 대신 녹아서 지키는 원리. 다른 도금과 갈리는 대목.
1이온화 경향
- 이온화 경향 — 금속이 전자를 내놓고 양이온이 되려는 성질의 크기.
- 아연이 철보다 이온화 경향이 큼 — 더 쉽게 녹아 나간다는 뜻.
2도금층이 벗겨져도
- 흠집이 나 철이 드러난 자리에서도 아연이 먼저 부식됨.
- 보통의 도금처럼 덮어 가리는 것에만 기대지 않음.
3철이 보호됨
- 아연이 대신 녹는 동안 철의 부식이 미루어짐.
- 도금층에 흠집이 나도 방청 효과가 이어지는 까닭.
- 희생 방식 — 덜 귀한 금속이 대신 부식되며 바탕 금속을 지키는 것. 여기서 방식은 녹을 막는다는 뜻.
- 앞에서 본 함석이 바로 이 원리로 녹을 막음.
- 반대의 경우 — 철보다 이온화 경향이 작은 금속을 입히면 흠집이 난 자리에서 철이 먼저 부식됨.교재 53p
05도장 — 도료를 칠해 막을 만듦교재 54p
- 도장(painting) — 표면에 도료를 칠해 막을 만드는 처리. 도금이 금속을 입히는 것이라면 도장은 도막을 입히는 것.
- 도장이 하는 일 셋.
- 부식을 막음 — 도막이 수분과 산소를 차단.
- 겉모양을 좋게 함 — 색과 광택을 줌.
- 표시와 식별 — 색으로 구분하게 함.
| 칠하는 방법 | 어떻게 붙이는가 |
|---|---|
| 붓칠 · 롤러칠 | 손으로 직접 칠함. |
| 스프레이 도장 | 압축 공기로 도료를 안개처럼 뿜음. |
| 정전 도장 | 도료 입자에 전하를 주어 부품에 달라붙게 함. |
| 분체 도장 | 분말 도료를 뿌린 뒤 가열해 녹여 붙임. |
- 도장의 결과를 좌우하는 것 — 도료 자체보다 전처리.
06칠하기 전이 더 중요함교재 54p
전처리에서 할 일은 둘. 목표를 먼저 잡고 공정을 차례로 붙이면 됨.
- 깨끗하게 — 기름과 녹, 이물질을 완전히 없앰.
- 거칠게 — 표면을 거칠게 만들어 도료가 파고들어 맞물리도록 함.
| 차례 | 공정 | 하는 일 |
|---|---|---|
| 1 | 탈지 | 기름기를 없앰. 깨끗하게 만드는 쪽. |
| 2 | 산 세척 | 녹과 산화 피막을 없앰. 깨끗하게 만드는 쪽. |
| 3 | 인산염 피막 처리 | 도료가 잘 붙는 바탕을 만듦. 도료가 맞물릴 자리를 내는 쪽. |
전처리가 부실하면
- 아무리 좋은 도료를 써도 도막이 벗겨짐.
- 도막의 수명을 가르는 것은 칠하는 솜씨가 아니라 칠하기 전의 바탕.
- 차례를 뒤집을 수 없음 — 기름을 남긴 채 산 세척을 하거나, 녹을 남긴 채 피막을 올리면 소용이 없기 때문.
07하드 페이싱 — 단단한 합금을 덧붙임교재 54p
앞의 둘이 녹과 겉모양을 다루었다면, 여기서 노리는 것은 마모와 열.
- 하드 페이싱(hard facing) — 모재의 표면에 내마모성이나 내열성이 매우 우수한 합금을 용접이나 용사로 덧붙여 입히는 방법.
- 용접 — 녹여 붙임. 용사 — 녹인 합금을 안개처럼 뿜어 붙임.
- 덧붙이는 합금 — 코발트계 스텔라이트 등.
- 경제적인 까닭 — 부품 전체를 값비싼 특수 합금으로 만들 필요 없이, 마찰이 심한 표면층만 단단하게 만들 수 있기 때문.
- 쓰는 때 둘.
- 마모된 부품의 치수를 원래대로 되살려 재사용할 때.
- 처음 제작할 때부터 수명을 늘리려 할 때.
- 대표적인 적용 대상 — 굴착기 버킷의 이빨 · 밸브 시트 · 금형.
08숏 피닝 — 구슬로 때려 피로 강도를 높임교재 54p
숏은 던지는 구슬, 피닝은 두드림. 재료를 더하지 않는 유일한 쪽.
- 숏 피닝(shot peening) — 작고 둥근 강철 구슬이나 유리 구슬, 세라믹 구슬을 원심력이나 압축 공기로 고속 분사해 표면을 때리는 냉간 가공법.
- 구슬이 표면을 때리면 일어나는 일 셋.
- 소성 변형 — 얇은 표면층이 눌려 변형됨.
- 가공 경화 — 조직이 치밀해지며 표면이 단단해짐.
- 압축 잔류 응력 — 표면층 안에 미리 눌린 응력이 남음.
- 핵심 — 가공 경화와 압축 잔류 응력이 함께 생김.
압축 잔류 응력이 피로를 늦추는 순서
- 기계 부품이 파괴되는 큰 원인 하나 — 반복되는 인장을 받아 피로해지는 것.
- 피닝을 하지 않으면 — 바깥에서 가해지는 인장 응력을 표면이 그대로 받음.
- 피닝을 하면 — 표면에 남은 압축 잔류 응력이 그 인장 응력을 상쇄함.
- 균열은 인장을 받는 표면에서 시작해 안으로 자람 — 표면을 미리 눌러 두면 그 시작이 늦어짐.
- 효과 — 피로 파괴와 응력 부식 균열을 막는 데 뛰어남.
- 응력 부식 균열 — 인장 응력과 부식 환경이 겹칠 때 금속에 금이 가는 현상.
- 적용 — 높은 피로 저항이 필요한 자동차의 코일 스프링과 판 스프링 · 기어 · 항공기 부품.교재 54p
이 절의 핵심 정리
- 표면 경화 열처리가 겉을 단단하게 만드는 처리라면, 표면 처리는 부식을 막고 겉모양을 좋게 하며 마모와 열을 견디게 하고 피로 강도를 높이는 처리다. 다른 재료의 층을 덧입히는 도금·도장·하드 페이싱과, 재료를 더하지 않는 숏 피닝으로 갈린다.
- 도금은 금속이나 플라스틱 표면에 다른 금속의 얇은 층을 입혀 방청하는 처리다. 전류를 흘리는 전기 도금은 두께 조절이 정밀해 가장 널리 쓰이고, 녹은 금속에 담그는 용융 도금은 층이 두꺼워 방청이 오래가며, 화학 반응만 쓰는 무전해 도금은 플라스틱에도 입힐 수 있고 두께가 고르다.
- 아연은 철보다 이온화 경향이 커서 도금층이 벗겨진 자리에서도 먼저 부식되며 철을 지킨다. 이처럼 덜 귀한 금속이 대신 녹아 바탕을 지키는 것을 희생 방식이라 하며, 용융 아연 도금 강판인 함석이 그 예다.
- 도장은 도료로 막을 만들어 수분과 산소를 차단하는 처리이며, 도막의 수명을 가르는 것은 도료가 아니라 전처리다. 탈지와 산 세척으로 깨끗하게 만들고 인산염 피막 처리로 도료가 맞물릴 바탕을 만드는 차례를 지켜야 한다.
- 하드 페이싱은 스텔라이트 같은 내마모·내열 합금을 용접이나 용사로 덧붙여 마모된 부품을 되살리거나 수명을 늘리는 방법이다. 숏 피닝은 구슬로 표면을 때려 가공 경화와 압축 잔류 응력을 함께 만들고, 그 압축 응력이 외부 인장을 상쇄해 피로 강도를 높인다.
강의 자료3.6 기타 표면 처리
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