장비 유지 보수 및 수리
산업 제조
자동차 산업 전반에 걸쳐 더 나은 연비를 달성하고 규제 요구 사항을 충족하기 위해 경량 건축 자재에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 대부분의 자동차 제조업체는 고장력강, 초고장력강, 알루미늄 합금, 마그네슘 합금 및 복합 재료의 최근 발전을 활용합니다. 역사적으로 알루미늄은 전통적인 철 및 강철에 비해 우수한 내식성을 제공하기 때문에 널리 사용되었습니다. 이 기사에서는 더 가벼운 소재를 추구하는 방법에 대해 알아볼 것입니다. 이 소재는 내식성을 제공할 수도 있고 제공하지 않을 수도 있습니다.
마그네슘은 구조용으로 사용되는 가장 가벼운 엔지니어링 금속입니다. 그러나 자동차 부문에서 마그네슘의 성장은 마그네슘 및 그 합금의 열악한 내식성으로 인해 상대적으로 제한적이었습니다. 마그네슘은 자동차 부품에 사용되는 금속 중 가장 낮은(가장 덜 귀한) 전기화학적 전위를 가지고 있습니다. 반응성 금속이기도 한 알루미늄에 비해 마그네슘은 부식으로부터 보호막을 제공하지 않는 다공성의 보호되지 않는 표면 산화물 층이 있습니다.
마그네슘 합금의 내식성을 개선하기 위한 주요 단계는 고순도 합금의 도입이었지만 마그네슘이 다른 금속 및 전해질과 접촉할 때 발생하는 갈바닉 부식 문제는 변하지 않습니다. (갈바닉 부식에 대한 자세한 내용은 두 개의 서로 다른 금속이 부식을 일으키는 이유는 무엇입니까?)
배리어 코팅의 사용은 마그네슘 합금 부식을 방지하는 한 가지 가능한 솔루션입니다. 그러나 배리어 코팅은 코팅 결함 부위에서 바람직하지 않은 양극/음극 면적 비율을 생성할 가능성도 있습니다. 이전 경험에 따르면 대부분의 현재 유기 코팅 또는 에폭시 기반 코팅은 수성 전해질이 밑에 있는 마그네슘 기질로 침투하는 것을 영구적으로 막을 수 없습니다. 수성 전해질이 마그네슘 기질에 도달하면 산소 없이 부식 반응이 시작되어 수소가 생성될 수 있습니다. 그러면 수소가 코팅 아래에 물집을 형성하고 결국 부식 방지 시스템을 손상시킵니다.
부식 엔지니어는 일반적으로 구조 요구 사항에 대한 유한 요소 해석(FEA) 및 주조 공정에 대한 유동 시뮬레이션에 더 중점을 둔 자동차 설계의 초기 단계에 관여하지 않습니다. 위의 문제를 해결하려면 다음 핵심 사항을 고려해야 합니다.
탄소는 탄소 섬유 강화 고분자 복합 재료(CFRP)에서 강화 단계로 사용됩니다. CFRP는 비강도가 높고 자동차 애플리케이션을 위한 경량 소재이기 때문에 엔지니어에게 매력적입니다.
섬유 강화 복합 재료만 내식성으로 간주됩니다. 그러나 금속과 결합하면 부식 문제가 발생할 수 있습니다. CFRP는 전기 전도성이 있으며 전기 화학적으로 매우 고귀합니다. 따라서 금속 또는 합금이 CFRP와 부적절하게 결합되면(예:전기적 연결이 있음) 금속은 갈바닉 부식에 취약합니다. (자세한 내용은 탄소 섬유 강화 폴리머에 연결된 금속의 갈바닉 부식을 참조하십시오.)
패스너, 볼트 또는 너트와 결합하면 CFRP의 넓은 표면적이 작은 금속 부품에 결합되기 때문에 상황이 악화됩니다. 이러한 상황에서 높은 음극 대 양극 표면적 비율(Ac/Aa)로 인해 갈바니 부식 속도가 가속화될 수 있습니다.
탄소 복합 재료에 결합된 금속의 갈바닉 부식은 1970년대부터 보고되었습니다. 그러나 적절한 재료와 재료 접합 방법의 적절한 디자인은 아직 결정되지 않았습니다.
자동차 응용 분야에서 CFRP에 대한 지속적인 수요는 탄소 섬유 복합재와 다양한 강철(다양한 표면 처리 포함) 및 수많은 알루미늄 합금을 포함한 자동차 엔지니어링 재료 사이의 갈바닉 부식에 대한 보다 체계적인 연구를 필요로 합니다. 특히 중요한 것은 다양한 재료 조합, 형상 및 접합 방법이 후속 부식 강도에 미치는 영향입니다.
바디 인 화이트(BIW) 단계는 차체의 구성 요소가 함께 결합된 자동차 제조 단계를 나타냅니다. 전통적으로 전체 차량은 최종 조립 중에 주로 강철 본체에 순차적으로 부착되는 혼합 재료로 만들어집니다. 더 높은 강성과 더 가벼운 차량을 구현하려면 차체 구조에 다양한 재료의 더 복잡한 "하이브리드"가 필요합니다. (관련 자료:새로운 재료 과학 연구에서 미래 부식 제어에 대해 제안하는 것.)
혼합 재료로 만든 General Motors의 첫 번째 차량인 Cadillac CT6은 그림 1과 같이 여러 등급의 강판, 알루미늄 시트, 주물 및 압출재를 통합합니다. Chevrolet Malibu와 같은 다른 차량도 비슷한 추세를 따릅니다.
그림 1. Chevrolet Malibu 및 Cadillac CT6의 흰색 본체
출처:자동차 애플리케이션용 경량 소재의 부식 방지
이종 재료 및 합금은 갈바닉 부식 및 서로 다른 열팽창 계수 측면에서 문제를 야기합니다. 수치 시뮬레이션 방법은 갈바닉 전류 분포를 예측할 수 있는 가능성을 보여주었습니다.
자동차 응용 분야에서 재료는 전해질 환경의 박막 아래에 있는 것으로 간주될 수 있습니다. 따라서 부식 거동(및 갈바닉 부식 거동)은 전기화학 시스템과 전도성 경로가 지속적으로 진화하거나 변화하기 때문에 복잡합니다.
최근에 박막 전해질에서 갈바닉 부식을 시뮬레이션하기 위해 소프트웨어 회사에서 박막 모델을 개발했으며 이러한 모델에 대한 광범위한 실험적 검증을 논리적으로 추구했습니다. 초기 연구는 유망하여 구성 요소 수준에서 염수 분무 테스트 결과를 예측할 수 있음을 나타냅니다. 추가 개발과 함께 이러한 결합된 모델링-실험적 접근 방식은 전체 혼합 재료 차량의 총 전류 및 잠재적 분포를 시뮬레이션하는 데 유용할 수 있습니다.
부식 모델링을 통해 엔지니어는 주어진 기간 동안 구성 요소의 부식 가능성을 예측할 수 있습니다. 상대 습도 및 염분 밀도와 같은 매개변수를 매개변수로 입력할 수 있습니다. 시뮬레이션 결과를 실제 염수 분무 테스트와 비교하여 내식성 측면에서 코팅의 수명을 확인하고 결과의 상관 관계를 확인할 수 있습니다.
차량은 현재 업계 표준이 된 타이어 공기압 모니터링 및 기타 지능형 진단 시스템과 같은 상당수의 "스마트" 기능을 통합하고 있습니다. 따라서 부식 모니터링 시스템이 미래에 달성될 수 있을 것으로 예상할 수 있습니다. 예를 들어, 중요한 위치에서 부식 속도를 실시간으로 모니터링할 수 있는 적절한 센서는 잠재적으로 시스템 오류가 발생하기 전에 경고를 제공할 수 있습니다.
또한 기계 학습 및 인공 지능은 현장 부식 데이터를 수집하고 원격 데이터 분석을 수행하여 보다 정확한 실험실 간 상관 관계를 생성할 수 있습니다. 이는 개별 엔지니어의 경험을 보완하고 강화할 수 있는 광범위한 부식 분야에 매우 중요하고 관련이 있습니다.
장비 유지 보수 및 수리
자동차 산업이 변화하고 있습니다. 전 세계적으로 제조업체는 자산 배치를 최적화하고 공급망을 보다 탄력적으로 만들고 반복적인 수익원으로 전환하기 위해 전략적 파트너십을 형성하고 있습니다. 결과적으로 제조업체는 적층 제조와 같은 첨단 기술을 자동차 제조 공정에 통합하기 시작했습니다. 자동차 산업에서 3D 프린팅이 어떻게 제품 개발 수명 주기를 단축하고 설계 프로세스를 간소화하며 비용을 절감하는 데 도움이 되는지 자세히 살펴보세요. 자동차 산업에서 적층 제조의 이점 불과 6년 전만 해도 모든 적층 제조 지출의 16.1%가 자동차 산업
금속 가공 방법은 최종 제품의 원하는 품질과 사용 중인 재료의 구성에 따라 복잡성이 다양합니다. 강도, 전도성, 경도 및 내부식성은 모두 일반적으로 요구되는 특성입니다. 절단, 굽힘 및 용접의 다양한 기술을 통해 이러한 금속은 가전 제품 및 장난감에서 용광로, 덕트 작업 및 중장비와 같은 대형 구조물에 이르기까지 다양한 제품에 사용될 수 있습니다. 철 화학 원소이며 질량 면에서 지구상에서 가장 흔합니다. 철강 생산에 풍부하고 필수적입니다. 강철 철과 탄소의 합금으로, 일반적으로 철광석, 석탄, 석회석 및 기타 원소의 혼합물을