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마그네슘전략

교토 지구정상회의에서 유럽자동차공업협회(ACEA) 산하 유럽 자동차 제조업체들은 이산화탄소 배출량을 2008년까지 140g/km, 2012년까지 120g/km으로 줄이기로 약속했습니다. 이보다 앞서 미국의 자동차 제조업체들은 정부가 설정한 기업평균연비제도(CAFÉ)를 이미 승인한 바 있으며 캘리포니아가 이를 선도하고 있습니다.. 경량화는 연비 개선의 한 가지 방법이며 마그네슘이 다음과 같은 점에서 좋은 소재로 부각되고 있습니다.

- 경량(마그네슘의 밀도는 알루미늄보다 36% 낮다)
- 높은 강도:중량 비
- 높은 강성:중량 비
- 우수한 진동감쇠
- 주조 및 가공 용이
- 재활용 가능
그러나 다음과 같은 단점도 있습니다.
- 높은 원자재 비용
- 변형
- 부식
-인화가능성
최근 들어 중국의 풍부한 마그네슘으로 원자재 가격이 낮아지는 효과가 있었고, 한 때 알루미늄 가격보다 더 떨어진 적도 있었습니다. 그 결과, 점차 비용 효율성을 갖춰가고 있습니다. 변형도는 합금처리로 개선되었고 내부식성도 어느 정도 갖춘 상태입니다. 때문에 1991년도와 2001년도 사이에 자동차와 전자산업에서 마그네슘 부품의 사용이 350%로 증가했습니다. 포드와 폭스바겐의 경우 호주와 이스라엘의 주요 마그네슘 생산에 투자했습니다. 2002년 미국의 일반 차량에 쓰인 마그네슘은 5kg입니다.



관련 링크:
Body and closuresMagnesium body parts for automotive applications

그럼에도 불구하고 엔지니어들이 내부식 처리에 드는 비용을 향후 마그네슘 사용에 주요 장애 요소로 거론하자 폭스바겐은 Lupo 마그네슘 뒷문의 생산을 중단했습니다. 현재 대부분의 마그네슘 부품은 부식 환경에 노출되지 않는 보존 처리가 잘 되어 있는 차량 부분에 집중되어 있습니다. 여기에는 시트 프레임, 스티어링 휠 아마추어, 인스트루먼트 판넬 빔, 카브리올레(cabriolet), 선루프 프레임, 안전한 환경과 뛰어난 부품 통합이 가능한 기타 부품들이 포함됩니다.

도어 프레임, 뒷문 프레임, 프론트 엔드 크래들, 카브리올레, 선루프 프레임과 같은 운전석과 별개로 내부식성이 주요 문제가 되고 있습니다. 이런 부품들에서는 제조업체가 Keronite를 마그네슘을 이용한 최고의 내부식 사전 처리 기법으로 생각해도 좋습니다.

왜 Keronite인가?
내부식성: 마그네슘에 대한 Keronite 부식도는 BMW, 포드, 폭스바겐, 제너럴 모터스, 혼다, 다임러크라이슬러에서 광범위하게 테스트를 실시했고 다른 처리방법과도 비교 분석을 하였습니다. [테스트 플레이트 사진 삽입] 이들 제조업체들은 Keronite가 특히 표준부식시험과 갈바닉 부식 시험에서 성능이 뛰어나다는 것을 알았고, 그 결과 BMW가 마그네슘 부품에 Keronite 기술을 접목한 ‘Freigabe’를 내놓게 되었습니다.

모서리 부위의 무결성: 대개 모서리 부위가 부식이 시작되는 지점입니다. 산화피막 사전 처리는 원주형으로 모서리 부위에 균열이 발생하기 쉬워 부식성 전해질의 진입점이 되고 있습니다. 더욱 문제는 표면장력 효과로 도료가 모서리에 얇게 도포되기 때문에 사전 처리에 균열이 생긴 부위의 탑 코트가 가장 얇습니다. Keronite는 모서리에 균열을 일으키지 않는 비결정질의 구조를 갖추고 있습니다. 또한 구성 요소 전반에 매우 균일한 두께를 유지하는데 모서리 부위에서는 약간 더 두껍기도 합니다. [모서리 부위를 보여주는 사진 삽입] 이 모든 것은 이종금속이 마그네슘에 고정되어 있을 때에도 Keronite의 보호력이 우수하다는 것을 의미합니다. 이는 Keronite는 효과적인 화학 장벽을 제공하여 갈바닉 셀이 형성되는 것을 예방하기 때문입니다.

모재의 접착: Keronite는 화성 피막이기 때문에 모재에 원자적으로 결합됩니다.

도장성: Keronite의 바깥쪽 흡수 표면은 PTFE를 비롯해 거의 모든 유형의 탑 코트에 뛰어난 해답이 되고 있고, 사전 처리용으로서 바디 외부 패널에 A급 마감재 역할을 하고 있습니다. 뛰어난 응착성은 아래 표에 나와 있습니다. 이 시험에서 마그네슘 주조 부품은 Keronite로 처리되고 3개의 다른 파우더 탑코트로 분사되었습니다. 각 사례 별로 습도 100%에서 100시간 동안 50ºC 온도에 노출시킨 후 테이프 당김 시험에서 합격 점수를 받았습니다. [일본 표 삽입].
인산염 전해조 호환성: 당사의 자동차 제조업체 고객은 가끔씩 일반 스틸 바디 도료 라인을 통해 마그네슘 부품을 통과시키는 것을 좋아합니다. 이런 라인의 제1단계는 강철의 사전 처리로 사용되는 고산성(대개 pH2) 인산아연 또는 인산철입니다. 일반적으로 이런 방법은 이런 산성 환경에서는 재빨리 부식되기 때문에 마그네슘 부품에는 적합하지 않습니다. 그러나 당사의 고객은 부품을 Keronite로 사전 처리한 후 인산아연 전해조를 통과하면 그 라인을 거쳐 계속해서 도포할 수 있어 독일의 VDA 복합부식시험에서 눈에 띄는 부식 없이 15주의 장기 염수분무시험에 견딜 수 있다는 것을 깨달았습니다.

전해도장: Keronite가 절연체이기는 하지만 어떤 예방조치를 취할 경우 전해도장 또는 이코팅(e-coating)이 가능하며, 에폭시 기반의 이코팅 후 Keronite를 한 겹 도포하면 저렴한 비용으로 마그네슘을 매우 효과적으로 보호할 수 있습니다.

긁힘 저항성: 마그네슘의 부식을 예방하는 1차 방법은 완벽한 보호 코팅을 하고 잘 보존하는 것입니다. 마그네슘에 Keronite 코팅 처리 경도(circa 350 – 700 HV)에 따른 부수적인 장점의 하나는 긁힘 저항성이 우수하다는 점입니다. 아래 차트에 나온 Hull University의 테스트에 의하면 마그네슘 모재까지 깨뜨리고 나가는데 Keronite 10µm이 같은 두께의 산화피막처리보다 3배나 많은 힘을 필요로 하는 것으로 나타났습니다. 이 힘은 Keronite 층이 이코팅, PTFE 또는 파우더 코트와 같은 유기 탑코트로 도포될 때 10배로 증가할 수 있습니다. 이 때문에 Keronite가 도포된 부품이 조립, 유지보수 또는 일반적인 마모 시 덜 파손됩니다.

업계 활동

일반적으로 PEO 프로세스에 쏟아지는 두 가지 비난은 비용이 많이 든다는 점과 자동차 업계에서 요구하는 고용량의 확장이 가능하지 않다는 점입니다. Keronite는 지난 3년 동안 이 두 가지 문제를 직접 해결하기 위해서 마그네슘 프로세스를 개발하는 연구개발 활동에 전념했습니다.

비용 효율성: 가장 최근의 Keronite 마그네슘 프로세스는 두 가지 방법으로 PEO 비용을 절감합니다. 먼저 코팅 속도가 분당 2 – 4µm으로 이전 프로세스에 비해 최고 3배나 더 높습니다. 두 번째로 더 얇은 층들이 유사한 성능을 이룰 수 있도록 코팅 성능을 개선하였습니다. 임시 결과는 2003년도 마그네슘에 관한 DGM 학술대회에서 발행되었습니다[SMH/PS DGM 학술대회 논문집 링크]. 이러한 결합은 Keronite가 실제 응용할 수 있는 가장 저렴한 솔루션이라는 의미입니다. 또한 당사에게는 다른 프로세스 또는 제조 단계를 없애 비용을 절감할 수 있기 때문에 고객들이 Keronite로 바꾸는 몇 가지 전례가 있습니다. 예를 들어, 한 고객은 6µm의 Keronite가 25µm의 다른 PEO 프로세스 + 이코팅보다 부식 성능이 더 높다는 것을 알았습니다.

전체 시스템 비용: Keronite 의 비용은 항상 전체 시스템의 부식 보호 비용의 일부로 봐야 합니다. 부식 보호를 위해 Keronite를 사용하면 값비싼 와셔, 개스킷, 완충기가 필요하지 않게 된다는 것이 밝혀졌습니다. 이 사실은 대체 부식 보호 코팅제를 사용하는 것과 비교할 때 시스템에 전반적인 비용절감 효과를 제공하는 것으로 입증되었습니다.

확장성: 최근 당사의 협력업체 Powdertech Ltd.가 영국 비스터(Bicester)에서 개발 및 설치한 전자동 Keronite 생산라인은 당사의 새로운 생산 프로세스를 사용하며 5분마다 Keronite 처리가 된 마그네슘 부품을 최고 3.6 m2를 처리합니다.

재활용: Keronite가 코팅된 자동차 마그네슘 부품에 관한 완전 재활용 연구는 아직 완료되지 않은 상태입니다. 그러나 Keronite 코팅에는 일상적으로 사용되는 마그네슘 합금의 특성에 유해한 중금속이나 기타 성분은 들어있지 않습니다. 이 사실은 Keronite 코팅 처리 및 용융된 작은 샘플 AM60B를 화학적 분석을 거쳐 실제로 검증되었으며, Keronite 코팅 부품이 코팅 처리가 되지 않은 부품과 동일한 방식으로 효과적으로 재활용할 수 있다는 장점이 있는 것으로 나타났습니다.

턴키 공급
마그네슘 부품을 만드는 것은 Keronite보다 더 많습니다.! 당사는 나머지 공급사슬과 네트워크 방식을 취하여 상호 시너지를 일으키며 최고 고객에게 보다 나은 제품을 제공할 수 있습니다. Keronite는 Meridian과는 다이캐스트 부품의 업무 협약을 체결했고 Timminco와는 압출 성형 부품의 업무 협약을 체결했습니다. 규모 면에서 볼 때 Meridian은 자동차 업계에서 세계 최대의 다이캐스트 마그네슘 부품 제조업체이며 마그네슘 프론트 엔드 모듈(Front End Module)을 개척한 회사입니다. 이 마그네슘 프론트 엔드 모듈은 차량의 전면 경도에 고정하는 일체형 주조물로서 구조적으로 상당히 단단하게 묶여있고 램프와 라디에이터와 같은 부속부품을 지탱합니다.  Timminco는 보다 높은 강도의 제품을 원하는 고객들에게 단련 및 압출 성형을 거친 마그네슘 제품과 주조 알루미늄 로드 휠을 제공합니다.

Nanomag
Keronite는 경쟁력 있고 지속 가능한 성장 프로젝트라는 기치아래 유럽연합이 지원하는 Framework 5 European NANOMAG 프로젝트(마그네슘 부품 보호를 위한 혁신적인 나노구조 재료 개발)에 참가하고 있습니다. 이 프로그램의 목적은 깨끗하고 환경친화적이며 경제적인 프로세스를 이용하여 마그네슘 부품 보호를 위한 새로운 내부식 및 내마모 코팅제를 개발하는 것입니다. Keronite는 PAPVD, CVD, Sol-Gel, Anomag 코팅제와 함께 평가를 받고 있습니다. 이 프로젝트는 이산화탄소 배출가스 및 기타 오염물질을 유발의 주범인 자동차 및 항공우주 산업계를 대상으로 하고 있습니다. 따라서 차량 경량화가 중요한 목표입니다. 이 프로젝트는 기술적 성능 뿐 아니라 각 코팅제의 수명주기비용과 환경에 끼치는 영향을 주목하였습니다. 최종 보고서는 요청할 경우info@keronite.com에서 입수할 수 있습니다.

 
  Keronite International Ltd., Granta Park, Great Abington, Cambridge, CB21 6GP, UK. Tel: +44 (0) 1223 893 222 | Fax: +44 (0) 1223 894 222 | Email: info@keronite.com