산업용 금속 표면 처리 마스터하기: 종합 가이드

금속 표면 처리 공정(Metal finishing process)은 우리 주변 거의 모든 것이 어떤 유형의 금속으로 만들어지거나 금속 부품을 포함하고 있기 때문에 간과할 수 없는 주제입니다. 금속은 수천 년 전부터 오늘날까지 우리 삶에서 핵심적인 역할을 해왔으며 그 이점은 모든 기술 혁신에 영향을 미칩니다. 자동차, 보석, 비행기, 문, 창문, 볼트와 너트 등 금속 없이는 삶이 매우 힘들고 지루했을 것입니다.

금속이 장식품을 생산하는 데 사용되기 때문에 최종 외관이 매력적이어야 합니다. 금속으로 만든 항목의 최종 외관이 고려되는 상황에서는 마감 공정이 수행되어야 합니다. 금속 마감 공정 외에도, 금속 표면을 얇은 층으로 덮어 금속 특성을 추가하는 데 중요한 역할을 합니다.

오늘은 금속 마감 공정의 정의, 고려 사항, 유형, 응용 및 장점에 대해 살펴보겠습니다.

금속 마감 공정이란?

금속 마감 공정은 금속 부품 표면에 어떤 유형의 금속 코팅을 배치하거나 적용하는 공정입니다. 얇은 보완 층을 표면에 적용하여 금속 제품 외부를 처리하는 데 사용됩니다. 금속 마감은 세척, 연마 또는 금속 표면 향상을 위한 공정 구현이라고도 할 수 있습니다.

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금속 마감 공정 선택 전 고려 사항

프로젝트에 대한 금속 마감 기술을 선택할 때 고려해야 할 몇 가지 사항이 있습니다. 다음은 고려 요소들입니다.

• 생산 속도: 마감 기술이 얼마나 빠르게 수행될 것인가.
• 비용 효율성: 진동 터블러(vibratory tumblers) 같은 일부 마감 기계는 매우 비싸지만 더 빠른 사이클 속도를 제공합니다.
• 벌카나이제이션(vulcanization) 가능성도 고려 요소 중 하나입니다.
• 금속 특성: 재료가 경금속이라면 연마(grinding) 같은 강도 높은 마감 방법이 필요할 수 있습니다.

다양한 금속 마감 공정 유형

다음은 다양한 금속 마감 기술을 나타냅니다.

전기 도금(Electroplating):

이 금속 마감 공정은 전착(electrodeposition)이라고도 하며, 기판(substrate) 표면에 금속 또는 금속 합금을 퇴적시켜 달성됩니다. 용해된 이온과 기판을 포함하는 액체를 통해 전류를 통과시킵니다. 이 물체는 음극(cathode) 역할을 하며 도금 욕조의 금속 이온을 끌어당깁니다. 세척, 린싱, 스트리핑 같은 전처리 공정이 전기 도금 공정 전에 수행됩니다.

무전해 도금(Electroless Plating):

무전해 도금은 기판이 원하는 금속(주로 구리 또는 니켈)을 포함하는 액체 용액에 배치된다는 점에서 전기 도금 마감 방법과 유사합니다. 주요 차이점은 퇴적 방식에 있습니다: 금속 코팅이 전기 대신 화학 반응을 통해 적용됩니다. 도금 욕조는 일반적으로 금속 용액을 유지하는 착화제(complexing agent)와 안정성을 유지하는 데 도움이 되는 다양한 물질을 포함합니다. 또한 욕조 수명을 연장합니다.

진동 마감(Vibratory Finishing):

이 마감 공정은 금속 부품에서 거친 가장자리와 기타 표면 결함을 제거하는 데 효과적입니다. 부품은 펠릿 모양 매체(pellet-shaped media)를 포함하는 볼(bowl) 또는 욕조(tub) 내부에 배치됩니다. 볼의 활성화는 매체와 부품이 서로 마찰하게 하는 진동 작용을 유발합니다. 진동 마감 공정은 에지 브레이킹(edge-breaking), 세척, 스케일 제거, 버니싱(burnishing) 또는 연마 같은 응용에 이상적입니다.

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패시베이션(Passivation):

패시베이션은 추가 부식 보호를 제공하는 후처리 도금 공정입니다. 녹 발생 시기를 연장할 수 있는 금속 산화물 코팅을 사용하여 달성됩니다. 또한 다양한 색상으로 제공되어 완제품 외관을 향상시킵니다.

클래딩(Cladding):

클래딩은 열과 압력을 사용하여 기판과 금속 코팅 사이에 결합을 생성하는 기계적 공정입니다. 특수 장비 사용이 필요하여 다른 금속 마감 공정보다 비용이 더 많이 듭니다. 그러나 클래딩은 전기 도금이나 무전해 도금보다 더 두꺼운 금속 코팅을 제공합니다.

전착 도장(Electrocoating):

전착 도장(e-coating)은 전기 도금 공정처럼 전착 원리를 사용합니다. 부품은 코팅을 포함하는 용액에 담근 후 전류가 도입됩니다. 하지만 금속 이온 대신 용액에는 기판 표면에 퇴적되는 전하를 띤 페인트 또는 에폭시 입자가 포함됩니다. 전착 도장은 도장 전 금속 표면의 프라이머 코트(primer coat)로 자주 사용되어 페인트 접착을 촉진합니다. 어떤 금속 유형에서도 잘 작동하여 금속 부품 외관 향상에 사용되기도 합니다.

열처리 흑색화(Hot Blackening):

이것은 주로 자동차 부품과 총기, 보호용 어두운 코팅이 필요한 군용 응용에서 검은 무광 마감(black matte finish)을 생성하는 데 사용됩니다. 기판 표면에 얇은 검은 산화물 코팅을 적용하여 금속 부품의 내마모성(abrasion resistance)을 높입니다. 이 금속 부품은 다양한 세정제, 부식성 물질, 냉각제를 포함하는 일련의 탱크를 통과합니다. 열처리 흑색화 마감 공정은 일반적으로 대량으로 수행되어 소형 부품에 완벽합니다.

분체 도장(Powder Coating):

이것은 액체 코팅 대신 건식 분체 코팅을 금속 부품에 적용하는 것입니다. 분체 코팅은 액체 코팅보다 더 큰 두께를 제공합니다. 이 금속 마감 공정은 안료(pigments), 경화제(curatives), 흐름 개질제(flow modifiers), 레벨링제(leveling agents) 및 기타 첨가제 목록을 결합하여 분체를 생성함으로써 달성됩니다. 분체는 기판 표면에 정전기적으로 퇴적된 후 특수 설계된 오븐에서 경화됩니다. 오븐은 고밀도 교차 결합(high-link density)을 초래하는 화학 반응을 생성합니다. 이 마감 공정은 일부 플라스틱 및 기타 비금속 기판에도 적용됩니다.

전기 연마(Electropolishing):

전기 연마는 전기 도금의 반대 방식인 전기화학적 금속 마감 공정입니다. 전기 도금이 기판 표면에 금속 이온 퇴적을 포함하는 반면, 전기 연마는 기판에서 금속 이온을 제거합니다. 공작물에 매끄럽고 유선형 표면 텍스처를 제공합니다. 이는 물체를 전해질 욕조(electrolyte bath)에 담가 양극(anode) 역할을 하게 함으로써 달성됩니다. 물체는 또한 DC 전원 공급을 제공하는 단자에 노출되어 음극(cathode) 역할을 합니다. 이 공정은 부품 표면에서 버(burrs) 또는 소량 이물질 제거, 피크 및 밸리 제거에 이상적입니다.

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연마재 블라스팅(Abrasive Blasting):

이것은 샌드 블라스팅(sand blasting) 또는 비드 블라스팅(bead blasting)으로도 알려져 있으며 세척과 마감 공정을 결합합니다. 연마재 블라스팅은 시간과 비용을 절약합니다. 고압 압축 공기를 사용하여 매체(medium)를 부품 표면에 투사할 때 세척, 연마, 마감 작용이 달성됩니다. 모래, 실리콘 카바이드, 유리 비드, 알루미늄 강철 그릿(grit) 또는 샷(shot), 호두 껍질이나 옥수수 속대 같은 유기 재료 등 다양한 매체가 사용됩니다. 일반적으로 더 공격적인 세척 작용이 필요할 때 더 단단한 매체가 사용되며, 손상되기 쉬운 표면에는 부드러운 재료가 사용됩니다. 압력 제어도 특정 세척 또는 마감 요구 사항을 수용하기 위해 조정될 수 있습니다.

버프 연마(Buff Polishing):

버프 연마는 전기 연마처럼 기판 표면을 세척하고 매끄럽게 하기 위해 수행됩니다. 하지만 어떤 유형의 전기화학 반응도 포함하지 않으며, 천 휠(cloth wheel)이 장착된 기계를 사용하여 표면을 버프합니다. 이 공정은 왁싱 후 자동차 부품에서 수행되는 버핑(buffing)과 유사합니다. 이 마감 공정은 금속 부품에 광택 있고 장식적인 마감을 제공하기 위해 적용됩니다.

대량 마감(Mass Finishing):

대량 마감은 기계적 표면 마감(mechanical surface finishing)으로도 알려져 있으며, 부품을 대량으로 연마하는 비용 효율적인 방법을 제공합니다. 이 마감 공정은 균일한 세척, 에지 브레이킹, 평활화 및 소형 부품 연마를 한 번에 제공하기 위해 광범위한 공정에 사용됩니다. 이는 생산 시간을 단축하고 부품에 균일한 표면 마감을 얻는 데 도움이 됩니다. 이 공정에는 텀블 마감(tumble finishing)과 진동 마감(vibratory finishing)이 포함됩니다.

쇼트 피닝(Shot Peening):

이 마감 공정은 금속 피로와 응력을 줄여 부식으로 인한 파손을 방지하고 부품 내구성과 수명을 증가시킵니다. 이 공정은 금속 물체에 볼 펜 해머(ball-peen hammer)를 사용하여 표면에 딤플(dimple)을 만듦으로써 달성됩니다. 결과적인 압축 응력이 실제로 재료 표면을 강화합니다. 특수 장비를 사용하여 샷(shot)으로 알려진 작은 발사체를 블라스팅합니다. 이 발사체는 세라믹, 금속, 유리 또는 기타 재료로 만들 수 있습니다.

소다 블라스팅(Soda Blasting):

이 마감 공정은 연마재 블라스팅과 유사한 방식으로 작동합니다. 주요 차이점은 연마 매체 대신 베이킹 소다(baking soda)가 재료 표면에 적용된다는 것입니다. 이 공정은 그리스, 오일, 녹, 페인트 및 기타 표면 오염 물질 제거에 효과적입니다. 소다 블라스팅은 연마재 블라스팅보다 더 부드러운 세척 작용을 제공합니다. 이러한 이유로 긁힘에 취약한 표면에 일반적으로 사용됩니다.

케이스 경화(Case Hardening):

이 공정은 금속 표면을 보호하고 더 단단하게 만듭니다. 표면 수정을 통해 보호를 추가하는 야금학적 공정으로, 침탄(carburizing), 질화(nitriding), 마이크로 주조(micro-casting) 같은 많은 기술 중 하나로 달성될 수 있습니다. 이러한 모든 공정은 기저 금속을 상대적으로 부드럽게 유지하면서 금속에 원하는 경질 케이스를 제공할 수 있습니다. 케이스 경화는 기저 공작물의 내구성과 내마모성을 높이는 데 도움이 됩니다.

텀블 슬러리 블라스팅(Tumble Slurry Blasting):

텀블 슬러리 블라스팅은 뜨거운 물을 사용하여 원하는 세척 또는 표면 준비 결과를 제공하기 때문에 습식 블라스팅(wet blasting)이라고도 합니다. 표면 준비를 위한 알칼리 온수 적용, 표면에 연마 슬러리(abrasive slurry) 블라스팅, 또 다른 알칼리 온수 적용으로 부품 린싱의 3단계 공정입니다. 이 공정은 고속 블라스트 휠(high speed-blast wheel)이 압축 공기 대신 슬러리를 구동하는 데 사용되므로 다른 블라스팅 공정과 완전히 다릅니다.

참조: 다양한 분야에서 사용되는 망치 유형

부품 세척(Parts Cleaning):

부품 세척은 다른 산업용 금속 마감 공정 구현 전 오염 물질을 제거하기 위한 매우 중요한 공정입니다. 초음파 세척(ultrasonic washing)은 고주파 음파를 사용하여 집중적인 스크러빙(scrubbing) 작용을 생성하는 가장 일반적인 세척 방법 중 하나입니다. 이 작용은 완고한 오염 물질과 이물질 제거에 도움이 됩니다.

금속 마감 공정 산업 응용

다음은 금속 마감 공정 응용 분야를 나타냅니다.

• 자동차(Automotive)
• 전자(Electronics)
• 항공우주(Aerospace)
• 하드웨어(Hardware)
• 보석(Jewelry)
• 중장비(Heavy equipment)
• 가전(Appliances)
• 통신(Telecommunications)

참조: 다양한 판금 작업 도구 유형

장점

다음은 금속 제품에 마감 처리 적용의 이점을 나타냅니다.

• 세척, 연마 및 표면 결함 제거
• 내구성 증가
• 부식 영향 감소
• 장식적 매력 향상
• 전기 전도성 향상
• 납땜성 증가
• 높은 전기 저항
• 내마모성 증가
• 높은 화학 저항
• 마찰 효과 감소
• 높은 변색 저항
• 벌카나이제이션 가능성
• 기판 강화

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