다이캐스팅 기공도(기포 발생) 방지를 위한 제조업체 가이드

TL;DR

다이캐스팅의 기공은 누출 및 구조적 파손을 유발할 수 있는 금속 부품 내 미세한 공극을 의미합니다. 업계 표준 해결책으로는 진공 함침이 있으며, 이는 내구성 있는 봉합제를 진공 상태에서 이러한 기공 내부로 끌어들인 후 경화시키는 공정입니다. 이 방법은 부품의 치수나 물리적 특성에 영향을 주지 않으면서 잠재적인 누출 경로를 영구적으로 차단하므로, 신뢰성 있고 압력에 견딜 수 있는 부품을 제조하는 데 필수적입니다.

다이캐스팅에서 기공 현상 이해하기: 문제의 근본 원인

기공률(다공성)은 다이캐스팅 공정에서 고유하게 발생하는 문제로, 용융 금속이 냉각되고 응고되면서 형성되는 미세한 공극이나 구멍을 의미합니다. 이러한 결함은 대부분 미세하지만, 특히 압력을 유지해야 하는 용도에서는 부품의 성능에 상당한 영향을 줄 수 있습니다. 기공의 유형을 이해하는 것은 효과적인 밀봉 전략을 수립하기 위한 첫 번째 단계입니다. 가장 흔한 두 가지 형태는 기체 기공과 수축 기공입니다. 기체 기공은 주조물 표면 근처에서 갇힌 기체가 둥글고 부력 있는 방울 형태로 존재하면서 발생합니다. 반면, 수축 기공은 금속이 냉각 중 부피가 줄어들 때 발생하며, 부품 내부 깊숙한 곳에서 날카롭고 선형적인 공극을 만들어냅니다.

이러한 공극은 위치와 구조에 따라 추가적으로 분류되며, 각각 고유한 도전 과제를 제시합니다. 블라인드 기공 부품을 완전히 관통하지 않고 표면에 연결된 공극입니다. 즉시 누출을 유발하지는 않지만, 전처리 공정에서 사용된 세척액을 갇혀 있게 할 수 있으며, 이는 나중에 누출되어 분체 도장이나 양극 산화 처리와 같은 표면 마감을 오염시킬 수 있습니다. 다공성으로 인해 한 표면에서 다른 표면으로 직접적인 누출 경로를 생성하여 압력 밀봉이 필요한 용도에서는 부품을 무용지물로 만듭니다. 마지막으로 완전히 봉쇄된 기공 주조 벽 내부에 완전히 갇힌 공극으로 구성됩니다. 이러한 공극은 후속 가공 작업 중에 노출되지 않는 한 일반적으로 무해하지만, 노출될 경우 관통 기공으로 변할 수 있습니다.

봉합되지 않은 기공의 결과는 심각하며, 비용이 많이 드는 부품 고장을 초래할 수 있습니다. 주요 문제에는 다음이 포함됩니다:

• 누출 경로: 엔진 블록 및 변속기 하우징과 같은 부품에서 흔히 발생하는 가장 중요한 문제로, 유체나 기체가 부품 벽을 통해 빠져나갈 수 있는 상황입니다.
• 표면 마감 결함: 포살 코팅과 같은 마감 처리의 경화 과정에서 갇힌 공기가 팽창하고 빠져나오면서 핀홀 및 기타 외관상 결함이 발생할 수 있습니다.
• 부식 포인트: 공극은 수분 및 기타 부식성 물질을 간직하여 내부로부터 부품의 조기 열화를 유발할 수 있습니다.
• 구조적 강도 감소: 미세 기공은 부품을 크게 약화시키지 않을 수 있으나, 더 큰 공극은 하중 하에서 균열이 발생하는 응력 집중 지점을 생성할 수 있습니다.

최종 해결책: 진공 함침 공정에 대한 심층 분석

진공 함침은 다이캐스트 부품의 기공을 밀봉하는 가장 효과적이고 널리 채택된 방법입니다. 이는 탄력 있는 폴리머로 내부 공극을 채워 영구적이고 신뢰할 수 있는 밀봉을 보장하는 제어된 공정입니다. 이 공정은 매우 일관성이 높으며 업계 리더들인 Ultraseal International . 이 프로세스는 자동차와 같은 엄격한 분야의 부품에서 매우 중요하며, 부품의 무결성을 보장하는 작업은 종종 고품질 제조에서부터 시작됩니다. 중요한 용도의 경우 정밀 단조와 같은 공정에 특화된 전문 업체로부터 부품을 조달하는 것이 핵심적인 첫 번째 단계입니다. 예를 들어, Shaoyi (Ningbo) Metal Technology는 견고한 자동차 단조 부품을 제공합니다 . 이후 임프레그네이션(impregnation)과 같은 후속 공정을 통해 최종 성능을 확보할 수 있습니다.

임프레그네이션 사이클의 단계는 다음과 같습니다.

1. 초지(impregnation): 부품을 오토클레이브 또는 압력용기에 넣고, 기공 내 모든 공기를 제거하기 위해 진공 상태를 적용합니다. 그런 다음 부품을 액체 실란트에 담그고 진공을 해제합니다. 대기압이 실란트를 미세한 공극 속 깊이까지 강제로 침투시킵니다.
2. 배수: 과잉 실란트는 부품의 내부 및 외부 표면에서 배출되어 회수하고 재사용할 수 있습니다.
3. 냉수 세탁: 부품들은 세척 스테이션으로 옮겨지며, 잔류 밀봉제가 표면에서 부드럽게 제거되어 부품의 치수와 특징이 그대로 유지되도록 합니다.
4. 열경화: 마지막으로, 구성 부품들을 뜨거운 물에 담그면 기공 내 밀봉제가 중합됩니다. 이로 인해 액체 상태의 밀봉제는 내열성, 내화학성 및 내압성을 갖는 견고한 고체 폴리머로 변하여 영구적인 밀봉을 형성합니다.

핵심 공정은 동일하지만, 진공 함침에는 여러 가지 방법이 있으며 각각 다른 응용 분야와 기공 유형에 적합합니다. 선택은 부품의 복잡성과 누출 경로의 특성에 따라 결정됩니다.

중요한 결정 요소: 마감 및 가공 전에 봉합할 것인가, 이후에 할 것인가?

마감 전문가들이 설명한 바와 같이, 전체 생산 공정 내에서 침투 처리 시점은 선호 사항을 넘어서 성공적인 봉합과 최종 마감 품질에 매우 중요하다. 명확한 원칙은 진공 함침을 가공 후, 표면 마감 전에 수행해야 한다는 것이다 페인팅, 분체 코팅, 양극 산화 처리와 같은 작업입니다. 이러한 순서를 따르면 비용이 많이 들고 되돌릴 수 없는 결함들을 방지할 수 있습니다.

드릴링, 태핑, 밀링과 같은 가공 공정은 이전에 밀폐되어 있던 기공을 노출시켜 새로운 누출 경로를 생성할 수 있습니다. 따라서 새로 열린 공극들을 밀봉하기 위해 모든 가공이 완료된 후에야 침투 처리를 수행해야 합니다. 침투 처리를 가공 전에 실시할 경우, 절삭 공구가 새로운 밀봉되지 않은 기공을 다시 열게 되므로 해당 공정은 무효가 됩니다.

반대로, 함침 처리 전에 표면 마감을 적용하면 치명적인 결함이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 부품에 먼저 도장을 한 후 함침 공정(밀봉제와 약 195°F / 90°C의 뜨거운 물에 담그는 과정)을 거치면 도막의 접착력이 저하되거나 변색 및 물자국이 생길 수 있습니다. 마찬가지로 크로메이트 코팅과 같은 화학적 마감도 밀봉제 경화 사이클의 고열로 인해 손상될 수 있습니다. 가장 흔한 문제 중 하나는 분체 도장 시 발생하는 가스 배출(outgassing)입니다. 기공이 밀봉되지 않은 상태에서 분체 도장의 고온 경화 과정 동안 내부 공극에 갇힌 공기가 팽창하게 되고, 이로 인해 빠져나가는 공기가 녹은 분체를 밀어내 최종 표면에 미세한 핀홀(pinholes)을 형성하게 됩니다. 이는 외관뿐 아니라 부식 저항성도 저하시킵니다. 그러나 먼저 함침 처리를 하면 이러한 공극들이 고체 폴리머로 채워져 갇힌 공기가 제거되며 매끄럽고 결함 없는 마감이 보장됩니다.

이러한 문제를 방지하려면 다음 간단한 지침을 따르십시오.

• 안 돼 부품이 완전히 가공되기 전에 침투 처리를 수행합니다.
• 안 돼 부품이 도장, 분체 코팅 또는 양극 산화 처리된 후에 침투 처리를 수행합니다.
• DO 구성 부품을 마감 라인으로 이동하기 바로 전의 최종 단계에서 침투 처리를 수행합니다.

적절한 재료 선택: 침투 밀봉제 안내서

진공 침투 공정의 효과는 사용되는 밀봉제의 품질과 특성에 크게 의존합니다. 이러한 밀봉제는 일반적으로 가장 미세한 미세 기공까지 침투한 후 영구적이고 불활성 상태의 고체로 경화되는 저점도 수지입니다. 올바른 밀봉제는 구성 부품의 작동 환경을 견딜 수 있도록 뛰어난 열 및 화학 저항성을 제공해야 합니다. 현대의 밀봉제는 치수 정확도를 변경하지 않으면서 알루미늄, 아연, 청동 주물 등 다양한 금속과 호환되도록 설계되었습니다.

실란트는 다양한 제형으로 광범위하게 분류되며, 특정 요구 사항에 맞게 설계된 제품들이 있다. 주요 구분 중 하나는 재사용 가능 여부로, 재활용형 실란트는 세척 과정에서 부품에서 제거된 잔여물을 물과 분리한 후 다시 사용할 수 있도록 고안되어 상당한 비용 절감 효과와 환경적 이점을 제공한다. 반면 회수를 실현하기 어려운 시스템에서는 비재활용형 실란트가 사용된다. 경화 방식 또한 또 다른 차별 요소인데, 대부분의 현대 시스템은 뜨거운 물 욕조에서 열경화를 이용한다. 무산소 상태에서 경화되는 애너어비오틱(Anaerobic) 실란트도 존재하지만, 대량 생산되는 다이캐스팅 응용 분야에서는 비교적 드물다.

실란트를 선택할 때는 해당 응용 분야의 요구 조건을 충족시키기 위해 고려해야 할 몇 가지 핵심 특성이 있다.

다음과 같은 주요 제조업체들이 Hernon Manufacturing 및 Ultraseal은 이러한 요구사항을 충족하는 다양한 특수 수지 제품을 제공함. 특정 부품에 맞는 신뢰성 있고 영구적인 다공성 방지 밀봉을 보장하기 위해선 실런트 공급업체와 상담하여 선택된 재료가 해당 성능 기준을 충족하는지 확인하는 것이 가장 좋음.

완벽한 밀봉을 달성하기 위한 최종 고찰

다이캐스팅 기공의 밀봉은 단순한 보정 조치를 넘어서 부품의 품질, 신뢰성 및 성능을 보장하기 위한 현대 제조 공정에서 핵심적인 단계이다. 진공 함침은 기공이 많고 누출 가능성이 있는 다이캐스팅 부품을 압력에 견디는 고품질 부품으로 전환하는 데 있어 확실하고 산업적으로 신뢰받는 방법으로 주목받고 있다. 기공의 특성을 이해하고 함침 공정을 철저히 따르며 생산 공정 내에서 적절한 시점—가공 후 도장 전—에 이 작업을 계획함으로써 제조업체는 효과적으로 누출 경로를 제거하고 외관상 결함을 방지할 수 있다.

더욱이 적절한 열적 및 화학적 내성을 갖춘 실란트를 신중하게 선택함으로써 씰이 해당 부품의 전체 사용 수명 동안 지속되도록 보장할 수 있습니다. 궁극적으로, 함침 공정을 숙달하면 제조업체는 스크랩 발생률을 줄이고 제품 품질을 향상시키며 자동차에서 항공우주에 이르기까지 점점 더 까다로운 산업 요건을 충족하는 부품을 제공할 수 있게 됩니다.

자주 묻는 질문

1. 다이캐스팅에서 함침 공정의 주요 목적은 무엇입니까?

함침 공정의 주요 목적은 다이캐스팅 과정에서 금속 부품에 형성되는 고유한 다공성—즉 미세한 공극이나 구멍—을 봉합하는 것입니다. 이러한 봉합 처리를 통해 유체나 가스가 부품 벽을 통과하여 누출되는 것을 방지하여 부품을 압력에 견딜 수 있게 하고, 해당 용도에 적합하도록 만듭니다.

2. 함침 공정은 부품의 치수를 변화시킵니까?

아니요, 적절하게 수행된 진공 함침 공정은 부품의 치수나 외관을 변화시키지 않습니다. 봉합제는 주물 내부의 미세한 기공 안에만 존재하며, 세척 및 경화 공정은 부품 표면상의 불필요한 봉합제를 모두 제거하여 원래의 형상을 그대로 유지합니다.

3. 모든 종류의 기공을 함침 처리로 밀봉할 수 있습니까?

진공 함침은 누출 경로를 만드는 맹공(blind porosity) 및 관통공(through porosity)을 포함한 미세기공(micro-porosity)을 밀봉하는 데 매우 효과적입니다. 이 공정은 주로 구조적인 주조물의 압력밀폐를 목적으로 하며, 근본적인 설계 결함을 수정하는 용도는 아닙니다. 그러나 미세기공뿐 아니라 거대기공(macro porosity)까지도 밀봉하는 데 사용될 수 있습니다. 진공 함침은 본질적으로 양품인 주물이 압력에서 누출되지 않도록 하는 것을 목표로 하며, 본질적으로 불량인 부품을 수리하려는 것이 아닙니다.