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자동차 부품 도금 품질 개선 세미나

2012. 2.

도금 전문위원

장 상 연
차

례

Ⅰ. 들어가며
: 변화하는 표면처리
Ⅱ. 자동차 부품 도금 품질 개선 방향
: 품질관리, 설비관리, 공정관리
Ⅲ. 자동차 부품 도금과 프라스틱 도금
: 플라스틱 도금 불량 요인과 대책
IV. 애로기술과 대책
: 수소 취성과 탈 수소 처리법
V. 마치며 ….
: 도금 품질과 인자관리 중요성
Ⅰ. 들어가며…

발전

금속도금
제2기
(90년대~2000년대 초반)
P/L 도금

도금 중심

 도금기술 집약적
제1기
(20세기 후반)

- 도금기술자 중심
- operating 중심

 생산성 향상
적용 단계
공정, 기법
- 공정 안정화 copy
표면처리 이해
기술 도입(일본,독일)

1990

환경 변화 피동적 대응

- 대량생산

제3기
(2000년대 중반~현재)

고객 중심

도금 관리 기술
- 관리 시스템 중심

- 생산/품질 관리
변화 단계
환경 변화 능동적 대응
- 한국적 설비 정착 필요
(국내 기후대응, 설비 등)
다양한 고객요구

 고객 요구 대응

- 품질 중심(향상)
- 환경 대응

2000

2010
Ⅰ. 들어가며…

발전

금속도금
제3기
(2000년대 중반~현재)
P/L 도금

제2기
(90년대~2000년대 초반)

공정 불량 율

단위:PPM

구분

~2005년

2012년

금속도금

100,000~300,000

100~1,000

프라스틱도금

100,000~300,000

100,000~300,000

제1기
(20세기 후반)

표면처리 이해
(% 품질관리)

1990

2000

2010
Ⅰ. 들어가며…

우리는 생존하기 위해서 모두 다 바꿔야 한다

변화=생존
고객의 요구 = 품질 개선
 인자 관리, 설비 관리, 공정 관리 등 개선

고객 요구에 능동적 대체
(품질 최우선 관리)
Ⅰ. 들어가며…

도금 분야 최우수 업체
 인자 관리
- 우수한 인적자원 확보
- 지속적인 교육(인재 육성)

 설비 관리
- 품질 위한 설비 투자
(작업자가 관리하기 쉬운 설비, 환경 적응 설비)
- 설비 예방 관리
- 지속적인 설비 개선

 생산/공정 관리
- 품질 우선의 관리 시스템(풀 프루프, 자동화)
- 지속적인 개선 투자(신공정/신공법 적용)
Ⅰ. 들어가며…

도금 분야 최우수 업체
 품질 관리
-

공정 불량 율: 100 PPM 내외
납입 불량 율: single PPM 이내
고객으로부터 품질 신뢰성 확보
탁월한 고객 설득력(외관 품질 등)
부품 개발 시부터 적극적인 참여(FMEA 등)
전 직원의 품질 관리자 화
전 공장의 보이는 관리(가시화 관리)
실질적인 품질 시스템 적용(공정관리 ERP 적용 등)
자동차 부품 도금 품질 개선 세미나

2012. 2.

도금 전문위원

장 상 연
II. 도금 품질 개선 방향

자동차 부품 도금 품질 주요 문제
자동차 부품 도금 품질 주요 문제


발청 불량: 규격에 미달하는 내식성



수소 취성 등: 도금 공정에서의 소재 취성

 외관 불량: 찍힘, 얼룩, 변색 등
 기타: 2차 가공성(스웨이징, 베딩 시 깨짐, 도금+도장 등)

대부분

재도금

부품 임
II. 도금 품질 개선 방향

표면처리업체의 공정/납입 불량과 자동차 품질

재 도금
(폐기)

공정 불량
납입 불량

. 표면처리업체는 공정/납입 불량이 나면 대부분 재도금(재처리)을 실시하고 있다
재도금 부품은 자동차 부품 품질에 매우 큰 영향(내식성 불량)을 미치고 있기에

재도금 방지 위한 전반적인 노력이 필요하다
(부품설계부터 가공, 열처리, 도금, 도장 등)

재도금 부품 도금 품질 보증 불가
II. 도금 품질 개선 방향

표면처리업체의 공정 불량율과 자동차 품질

표면처리업체의 불량 현황
도금 업체의 불량(공정/납입) 대부분이
외관불량 중 감성적 외관품질에 의한 불량임.(납입)

표면처리업체의 자동차 부품 이해 부족 (도금 소재 등)
도금 공정관리 미흡(도금액 불순물 등)
감성적 외관 품질

참고

 자동차 부품에서 도금 불량 유형
기능성 불량

외관 불량
1. 외관 불량
- 핀홀, 찍힘, 긁힘
- 도금 탐, 미도금
- 거친도금, 사라사키

1. 내식성 불량

불량

- 도금 두께 미달
- 내식성 미달

2. 기능 미달

2. 감성적 외관 불량

- 경도 미달, 치수 등

- 얼룩, 이색, 칼라 빛

전체 불량:
70~80%
참고

감성적 외관 품질 (사례)

A사 외관 한도 견본 사례
사용
不

납품 가능 외관

사용 不

1. 양품(불량품)의
기준 이란?

2. 내식성이 우수한
부품은?

코팅 자국
붉은색 칼라 띰
도금 소재 문제

참고

 자동차 부품에서 도금 소재 불량 유형


열처리: 열처리 전 탈지 처리 미흡 시, 냉각 유 노후화 시



가공:



프레스: 프레스 유 선정 및 프레스 유 노후화 시, 프레스 열 변형 시



주조:

주물 시 이물질(기름, 먼지 등) 유입 시



사출:

사출 시 이물질(기름, 먼지 등) 유입 시



용접:

용접 전 표면 미 세척 시 표면 탄화 현상

가공유 선정 및 가공유 노후화 시, 가공유 열 변형 시

전(前) 공정(열처리, 가공, 프레스, 주조, 사출, 용접 등)에서 후공정(도금)
특성을 고려하지 않고 공정 관리 시 도금 불량 발생 됨
II. 자동차 부품과 도금

도금 소재 문제

참고

소재 불량 사례(열처리 부품)
도금 후

도금 전소재(열처리) 상태

저 전류 부위

미도금 불량

일본, 독일 자동차 부품의 열처리 품질 수준은?
▣ 열처리 공정 중 탈지 공정 미준수 불량
▣ 도금 공정 중 전해탈지 공정 미흡
필요시 2중 전해탈지, 산전해 탈지 공정 추가

과다한
탈청 처리
II. 자동차 부품과 도금

도금 공정 관리 미흡

참고

바렐도금 시 스파크 불량 개선 사례
①

②

③

④

⑤ ⑥

⑦

"A"부 스파크자국

 도금액 불순물과다
 도금 장입량 미준수
 양극판 오염
 설비(새들)의 언배란스
 바렐 리드선 훼손
 전해탈지 음극판 오염

규정 준수
철저한 설비 관리
II. 도금 품질 개선 방향

도금 공정 관리 미흡

도금액 오염

재도금

. 표면처리업체 공정 불량 대부분은 도금액 오염에서 기인된다.
도금액이 불순물에 오염되면

내식성 불량, 생산성 저하(도금두께 미달), 도금

외관 불량(핀홀, 핏트, 미도금, 크로메이트 이색 등) 등 다양한 치명적인 불량 발생

도금액 불순물  도금 불량  재도금
II. 도금 품질 개선 방향

도금 공정 관리 미흡

도금액 불순물 오염 요인
 도금 소재(부품)
 표면처리업체의 공기(브로아, 공장 내 공기 등)

 물(지하수, 공업용수, 상수 등)
▷ 도금 부품 소재
 . 도금 공정 중 부품 낙하, 마찰(쇠 가루 등)
. 오염된 부품(먼지, 전공정에서 오염 등)

▷ 공기(에어)
 . 에어 브로아 설치 장소 및 설비 관리 미흡(필터 관리 등)
. 공장 내부 공기 오염

▷물
 일반 수돗물, 공업용수, 지하수 사용
II. 도금 품질 개선 방향

도금 불량 개선 대책
도금액 불순물 오염 개선 대책

불순물
오염 경로
배제

도금액
청소

국내 환경에 맞는 도금 설비 SYS. 구축 필요
II. 도금 품질 개선 방향

도금 불량 개선 대책
국내 환경에 맞는 도금 설비 SYS. 구축

국내 환경(우기, 건기, 황사 현상, 물 등)고려한 설비 구축

설비관리가 용이하도록 설비 구축(도금액 청소 등)
업종 별 품질 수준(사출, 열처리,등)을 고려한 설비 구축

설비관리 능력 배양(보수예방관리): 교육, 인자관리
자동차 부품 도금 품질 개선 세미나

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도금 전문위원

장 상 연
III. 자동차 부품과 플라스틱 도금

플라스틱 도금 개요
1. 개요
1) 플라스틱 도금이란?

정의
비전도성인 플라스틱 표면에 도전성을 부여, 전기도금을 가능하게
하는 도금 법
일반적으로 “ ABS수지상의 도금 ”이라 부른다

특성





외관의 향상에 의한 제품의 고급화
기계적 성질 향상
경량화
형상 디자인 자유로움
2) 프라스틱 도금 층별 구조 및 기능

단면사진

도금층 구조 및 기능
Cr층: 내식 및 내마모성

⑦
⑥
⑤
④

⑦
MP-Ni층 : 부식 전류 분산

⑥

⑤

광택Ni층 : 광택 및 내식 부여

④
③

Cu층 : 금속과 ABS의 완충역할

②

③

반광택Ni층 : 내식향상 부식을 방지

화학도금층 : 전도성 부여

①

ABS 수지 (소재)

②
①
3) 프라스틱 도금 공정흐름도
원료 입고

사출성형

도금

도장/조립

출하

화학
LINE

소재
입고

수입
검사

정면
탈지

에칭

환원

PRE
DIP

활성I

전기
LINE

황산동

반광택
니켈

광택
니켈

MP
니켈

전해
활성

크롬

검사

활성Ⅱ

화학
니켈
III. 자동차 부품과 플라스틱 도금

플라스틱 도금 불량
2. 플라스틱 도금 불량
1) 플라스틱 도금 불량 유형
핏트/핀홀, 미도금, 변형, 얼룩, 기스, 박리, 도금두께 미달, 내식성,
은사 현상, 점박이, 등

다양한 불량 유형
2) 플라스틱 도금 불량 요인 분석
불량 사출 소재

도금 공정관리 미흡

-

원자재 관리 미흡

-

도금액 오염

-

재생재 사용

-

설비/공정관리 미흡

-

금형 관리 미흡

-

부적절한 도금 치구

-

사출 금형 노후화

-

부적절한 전류밀도 관리

-

열악한 사출 환경 등

-

열악한 도금 환경 등

어렵다
III. 자동차 부품과 플라스틱 도금

플라스틱 도금 불량
3) 플라스틱 도금 불량 개선 현상
자동차/1차사

사출/1차사

플라스틱도금

GAP

실질적 개선 활동
어려움!!!
지속적인 불량: 10~30%
▣ 플라스틱 도금 현실

참고

플라스틱 도금 업계의 경영 난

도금 단가 문제

개선 활동 어려움
-기초 개선

개선 인푸라 구축 어려움
-인재 육성 등

P/L 도금 부품 인지품질의 저 평가
(중 저가 도금 품질 부품 인식)
P/L 도금 공정 불량 과다
(공정불량율:10~30%)

도금 품질 개선 기초 나약
- 도금 관리(공정,품질) 기술 미흡
: 도금액 관리, 랙(설계) 관리 등

- AQL
- 핏트, 핀홀, 미도금 등

- 도금 용 사출 관리 기술 미흡
: 소재, 금형, 도금용 사출 전문기술 등

- 팟팅라인 박리

- 자동차 부품 적용 기술 미흡
: 부품 설계, FMEA 등
 플라스틱 도금 업체 현실 (문제점)

첨부

사출
 열악한 사출업체 환경
- 대부분 소규모와 비 SQ업체
- 도금 도장 사출 시 주 불량 요인인 먼지,
금형 관리 미흡
- 사출 시 기름, 이형제 유입

 재생재 사용 기준 미 설정 및 관리 부재
- 사출업체 환경상 신재 사용 어려움
 도금업체와 별개로 플라스틱 도금 특성 이해

부족과 취약한 물류 과정
 자동차 부품 개발 능력 부족
- 부품 개발업체(1차협력사) 도금용 사출
기술 부족(플라스틱 도금 이해 부족)
 도금 특성을 고려치 않는 부품 설계
- 부품 개발업체 대부분 외주 처리
- 일반 사출품과 동일한 관리 체제

플라스틱 도금
소재(사출 품)에 대한 이해 부족
- 도금과 사출 관계성 이해 부족
- 사출품 수입 검사 미흡(확대경 등)
 경한 도금 생산

-

도금액 불순물(먼지, 기름, 중금속) 과다
먼지 등에 취약한 환경(공조 시스템)
에어브로아, 물에 의한 오염
오염 사출품에 의한 오염
도금액 청소 미흡

 고 전류 밀도 도금
- 도금 치구(락크) 설계 능력 부재
- 전류 분포관리 미흡으로 도금두께 산포 큼
- 도금 생산 방식 관리 미흡
 일반 관리 미흡
- 설비, 품질, 생산, 개발 관리 기술 열악
▣ 플라스틱 도금 현실
▣ 플라스틱 도금 업체 주요 문제점

참고
▣ 플라스틱 도금 현실
▣ 플라스틱 도금 품 사출 업체 주요 문제점

참고
III. 자동차 부품과 플라스틱 도금

플라스틱 도금 불량 개선
개선 방향

1단계 (기초 개선)
 순한 도금 생산
- 도금액 청결
- 도금액 오염 경로 배제
- 도금공장 청정화

 도금용 사출 전문화
- 도금용 사출 전문업체 육성
- 성형시 먼지,기름 유입 제로화
- 무분별한 재생재 사용 금지

 개선활동 인재 육성

2단계
 적정 전류밀도 도금생산
- 락크 설계 능력 배양
- 각종 생산기술 능력 배양
- 도금 특수성을 고려한 부품형상
변경

 도금용 사출 부품 화
- 도금 특수성을 고려한 자동차
사출 부품 개발

 지속적인 인재 육성
자동차 부품 도금 품질 개선 세미나

2012. 2.

도금 전문위원

장 상 연
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성

스프링 와샤, 스크류 등
수소취성?
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
1. 개요
1) 수소 취성 이란?
금속 표면에 존재하는 수소(원자 또는 분자)가 금속 내부에 침투하여 수
소간 상호 작용(표면장력 최소화)으로 서로 뭉쳐 부피가 커짐으로써 금속
간 격자 결합력을 와해 시켜 금속을 취약(Brittle:깨짐)하게 만든 현상
일반적으로 고탄소강이나 황동에서 주로 생김

•
•

(1)
(2)

H2O + e → H +OH2H+ + 2e → H2

강 내부에 침입, 시간 경과

원자 상태의 수소(H)

체적이 팽창  공동(空洞, cavity)생성

분자 상태의 수소(H2)

수소취성(水素脆性)
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
2) 수소 취성 발생기구(Mechanism)
① 압력설 (hydrogen pressure
theory)

수소원자:
금속 내부로 침투

② 표면 흡착설 (Surface adsorption)
표면에서
이동하는 수소
원자
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
③ 결합력 저하설(decohesion)
수소가 금속원자 상호간의 결합력 약화
④ 국부소성 증가설(localized enhenced plastic flow)
국부적으로 소성이 증가된 부분이 변형되지 않고
소성구속(plastic constraint)을 받아 크랙이 성장 한다.
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
3) 수소 취성 발생 금속 조직

참고문헌=“금속재료의 균열과 파괴” <도서출판 골드> P. 123~132
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
3) 수소 취성 발생 금속 조직
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
3) 수소 취성 발생 금속 조직
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
3) 수소 취성 발생 금속 조직
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
2. 수소 취성 발생 (검증) 사례
 업체: ㅇ ㅇ ㅇ ㅇ 볼트업체
ㅁ ㅁ ㅁ ㅁ 도금업체
 일시: 2011년
 판정 결과: 전기 아연 도금 후 탈수소처리(베이킹 처리) 공정 누락으로
수소 취성 발생
1. 볼트 파단면 분석=수소취성의 파단면 관찰
볼트 파단면으로 최초 파단부와 최종파단부를 파악할 수 있다.

최초 파단부

최초 파단부

최종 파단부
파괴 기점 부를 SEM(주사전자현미경),400배로 측정한 것으로 결정입계로
파단이 되어 파면이 Rock Candy 임을 알 수 있다.

Rock Candy파면
초기
파단부
파괴 기점 부로 부터 조금 심부방향으로 SEM(주사전자현미경),600배로
측정한 것으로 결정입계로 파단되어 취성파면을 띄고 있음
( Rock Candy 파면)
파괴 기점 부로 부터 심부방향으로 SEM 1000배로 측정한 것임
파면은 Rock Candy 파면과 함께 수소취성의 특징인 Fish eye파면을
띄고 있음.
파괴 기점부 SEM(주사전자현미경),2500배로 수소취성의 Fish eye파면
을 보여줌.
2. 성분분석=정상

▶성분분석 결과는 정상적
으로 검사됨.
▶Mn 0.6~0.9%로 분석되
었으며, Si, P, S, Al등은 미량
0.0-% ~으로 검출이 안됨.
▶Peak중에서 Zn은 도금층
의 영향으로 검출됨.
3. 비금속 개재물 분석=정상

분산 계수

객체 면적, um*um

% 면적

594.78

15824.42

0.277
분산 계수
501.327

객체 면적, μm*μm
49.159

% 면적
0.351
4. 광학조직판독= 정상품은 경도가 파손품에 비하여 머리부 경도가
HV20~30정도 낮으며, 나사PCD부는 부분별로 상이하나 차이가 없음.
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
5. A.G.S 비교=A.G.S No.8로써 정상품, 파손품 모두 정상임.
업종별세미나 금속도금(12월02월)
분석결과
• 볼트파손부는 수소취성의 파면을 나타내어 도금공정의 Baking처리
(탈수소 처리)가 미흡(누락)했음을 알 수 있음.
• 정상품은 표면경도가 파손품에 비하여 HV 20~30 정도 낮게 측정되
었으며, 이는 수소제거 처리시 뜨임효과에 의하여 HRC2~3 points가
낮아지는 효과에 기인함.
• 정상품과 파손품의 표면조직, 심부조직, 결정입도는 정상으로 판단
됨.
• 비금속개재물은 0.3%정도로 정상임(통상 0.3% 이하는 아주 정상임)
• 성분검사 결과는 정상임.
• 참고문헌의 수소취성 파면과 본 제품의 파면은 정확하게 일치함.

결론
파손품은 도금후 탈수소처리 공정 누락에 의한 취성파괴가 야기된 것
으로 탈수소처리를 통하여 이를 방지할 수 있음.
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
3. 수소 취성 요인 (전기 도금과 수소취성)
 수소 취성 요인: 전기 도금 시 발생되는 수소(가스)에 의해 발생
 대부분 전기아연도금 공정에서 발생되며 알카리 베이스 아연도금에서

많이 발생됨
 수소(가스) 발생 주 도금 공정: 산처리 공정, 전기 아연도금 공정
 일반적으로 아연 도금 시 발생되며 아연-니켈 합금도금은 산처리 공정
만 유의하면 수소 취성 위험이 덜하다
 특히 필드 크레임 부품 중 대부분은 재 도금 부품에서 야기됨
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
1) 수소 취성 발생 도금 공정
: 산처리 공정, 전기 아연도금 공정

침적탈지  산처리  전해탈지  전기도금 크로메이트 처리
① 산처리 공정에 수소(가스) 발생기구
 탈청 공정 중 산처리 공정은 대부분 강상을 사용한다

 강산은 대부분 수소 화합물 이다
- 예: 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 불산(HF) 등
 산은 분해될 때 수소(가스)가 발생한다
- 예: 2HCl H2 + Cl2
 이때 발생되는 수소가 금속으로 침투한다
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
② 전기 도금 공정에 수소(가스) 발생기구
: 전기도금 시 음극에서 수소(가스) 발생
액체 분위기
(전해질)

산화 과정

양극 영역
:아연판

전류의 흐름

전자의 흐름

환원 과정

음극영역
:부품

금 속

양극: 산화 반응
M M+ ┼ e-

음극: 환원 반응
M+ ┼ e- M
2H ┼ 2e- H2
2H2O ┼ 2e- H2 ┼2(OH)
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
2) 수소 취성 발생 요인
① 과다한 산처리 공정
 공정 불량으로 재도금 시
 기름 소착된 도금 소재
- 열처리 시 미탈지
- 용접, 프레스, 가공시 기름 소착 등

② 산처리 공정 시 검증된 인히비터 미 사용
③ 탈 수소 처리(베이킹 처리) 미 실시 및 관리 미흡
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
4. 수소 취성 대책 (전기 도금과 수소취성)
 산처리 시 검증된 인히비터 필히 사용
 탈 수소 취성 처리(베이킹 처리)를 필히 규정대로 실시 해야 한다.
 탈 수소처리 공정관리 표준을 준수해야 한다
 과다한 산처리 공정을 피해야 한다

- 재도금 공정 관리
- 도금 소재 관리
- 양질의 도금 소재 확보 노력(자동차, 1차사, 도금업체)
IV. 수소 취성과 탈수소 처리법

수소 취성
5. 탈 수소 공정 (전기 도금 공정 프로세스)
 침적탈지  산처리  전해탈지  전기도금 활성화
 베이킹 처리  활성화 크로메이트 처리
 탈 수소 처리 부품 도금 두께: 평소 도금두께보다 1~2um
정도 두꺼워야 함(활성화 시 두께 감고)
 탈 수소 취성 처리(베이킹 처리)시 유의 사항
 베이킹 로 분위기(온도+시간) 관리 철저
- 정기적 로 분위기 온도 측정(실제 부품 표면 온도)

- 연속로 타입: 바스켓 구조(송풍이 잘되는 구조)
 베이킹 장입량 관리 철저

참고
 아연-니켈 합금도금과 수소 취성

참고

 일반적으로 아연-니켈 합금도금 부품은 수소 취성이 잘 발생하지 않음
그러나 과도한 산처리(재도금 등) 시에는 발생함
 실제적으로 아연-니켈 합금도그 부품의 수소 취성 사례는 거의 없음
★ 일반적으로 아연-니켈 합금도금 부품이 수소 취성 미 발생 가설(이론)

1) 아연-니켈 합금도금의 특이한 격자구조: 수소 분산 크리스탈 구조
2) 도금 시작 시 먼저 니켈도금의 시작으로 수소 침입 방지
자동차 부품 도금 품질 개선 세미나

2012. 2.

도금 전문위원

장 상 연
V. 마치며 …

결론

No 불량!! / No 재 도금!!
-자동차 부품 도금품질 문제는 재도금 부품 이다(공정불량 = 재도금 + 폐기)
재도금 부품
도금 내식성 품질 보증 불가
기능성(수소취성 외) 품질 보증 불가

- 자동차 부품 도금품질 개선은 사람이 한다 -
업종별세미나 금속도금(12월02월)
상주 기술 지도 신청
업종별세미나 금속도금(12월02월)
업종별세미나 금속도금(12월02월)
자동차부품산업진흥재단
금속도금 전문위원 장상연
M.P : 010-9070-4083

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업종별세미나 금속도금(12월02월)

  • 1. 자동차 부품 도금 품질 개선 세미나 2012. 2. 도금 전문위원 장 상 연
  • 2. 차 례 Ⅰ. 들어가며 : 변화하는 표면처리 Ⅱ. 자동차 부품 도금 품질 개선 방향 : 품질관리, 설비관리, 공정관리 Ⅲ. 자동차 부품 도금과 프라스틱 도금 : 플라스틱 도금 불량 요인과 대책 IV. 애로기술과 대책 : 수소 취성과 탈 수소 처리법 V. 마치며 …. : 도금 품질과 인자관리 중요성
  • 3. Ⅰ. 들어가며… 발전 금속도금 제2기 (90년대~2000년대 초반) P/L 도금 도금 중심  도금기술 집약적 제1기 (20세기 후반) - 도금기술자 중심 - operating 중심  생산성 향상 적용 단계 공정, 기법 - 공정 안정화 copy 표면처리 이해 기술 도입(일본,독일) 1990 환경 변화 피동적 대응 - 대량생산 제3기 (2000년대 중반~현재) 고객 중심 도금 관리 기술 - 관리 시스템 중심 - 생산/품질 관리 변화 단계 환경 변화 능동적 대응 - 한국적 설비 정착 필요 (국내 기후대응, 설비 등) 다양한 고객요구  고객 요구 대응 - 품질 중심(향상) - 환경 대응 2000 2010
  • 4. Ⅰ. 들어가며… 발전 금속도금 제3기 (2000년대 중반~현재) P/L 도금 제2기 (90년대~2000년대 초반) 공정 불량 율 단위:PPM 구분 ~2005년 2012년 금속도금 100,000~300,000 100~1,000 프라스틱도금 100,000~300,000 100,000~300,000 제1기 (20세기 후반) 표면처리 이해 (% 품질관리) 1990 2000 2010
  • 5. Ⅰ. 들어가며… 우리는 생존하기 위해서 모두 다 바꿔야 한다 변화=생존 고객의 요구 = 품질 개선  인자 관리, 설비 관리, 공정 관리 등 개선 고객 요구에 능동적 대체 (품질 최우선 관리)
  • 6. Ⅰ. 들어가며… 도금 분야 최우수 업체  인자 관리 - 우수한 인적자원 확보 - 지속적인 교육(인재 육성)  설비 관리 - 품질 위한 설비 투자 (작업자가 관리하기 쉬운 설비, 환경 적응 설비) - 설비 예방 관리 - 지속적인 설비 개선  생산/공정 관리 - 품질 우선의 관리 시스템(풀 프루프, 자동화) - 지속적인 개선 투자(신공정/신공법 적용)
  • 7. Ⅰ. 들어가며… 도금 분야 최우수 업체  품질 관리 - 공정 불량 율: 100 PPM 내외 납입 불량 율: single PPM 이내 고객으로부터 품질 신뢰성 확보 탁월한 고객 설득력(외관 품질 등) 부품 개발 시부터 적극적인 참여(FMEA 등) 전 직원의 품질 관리자 화 전 공장의 보이는 관리(가시화 관리) 실질적인 품질 시스템 적용(공정관리 ERP 적용 등)
  • 8. 자동차 부품 도금 품질 개선 세미나 2012. 2. 도금 전문위원 장 상 연
  • 9. II. 도금 품질 개선 방향 자동차 부품 도금 품질 주요 문제 자동차 부품 도금 품질 주요 문제  발청 불량: 규격에 미달하는 내식성  수소 취성 등: 도금 공정에서의 소재 취성  외관 불량: 찍힘, 얼룩, 변색 등  기타: 2차 가공성(스웨이징, 베딩 시 깨짐, 도금+도장 등) 대부분 재도금 부품 임
  • 10. II. 도금 품질 개선 방향 표면처리업체의 공정/납입 불량과 자동차 품질 재 도금 (폐기) 공정 불량 납입 불량 . 표면처리업체는 공정/납입 불량이 나면 대부분 재도금(재처리)을 실시하고 있다 재도금 부품은 자동차 부품 품질에 매우 큰 영향(내식성 불량)을 미치고 있기에 재도금 방지 위한 전반적인 노력이 필요하다 (부품설계부터 가공, 열처리, 도금, 도장 등) 재도금 부품 도금 품질 보증 불가
  • 11. II. 도금 품질 개선 방향 표면처리업체의 공정 불량율과 자동차 품질 표면처리업체의 불량 현황 도금 업체의 불량(공정/납입) 대부분이 외관불량 중 감성적 외관품질에 의한 불량임.(납입) 표면처리업체의 자동차 부품 이해 부족 (도금 소재 등) 도금 공정관리 미흡(도금액 불순물 등)
  • 12. 감성적 외관 품질 참고  자동차 부품에서 도금 불량 유형 기능성 불량 외관 불량 1. 외관 불량 - 핀홀, 찍힘, 긁힘 - 도금 탐, 미도금 - 거친도금, 사라사키 1. 내식성 불량 불량 - 도금 두께 미달 - 내식성 미달 2. 기능 미달 2. 감성적 외관 불량 - 경도 미달, 치수 등 - 얼룩, 이색, 칼라 빛 전체 불량: 70~80%
  • 13. 참고 감성적 외관 품질 (사례) A사 외관 한도 견본 사례 사용 不 납품 가능 외관 사용 不 1. 양품(불량품)의 기준 이란? 2. 내식성이 우수한 부품은? 코팅 자국 붉은색 칼라 띰
  • 14. 도금 소재 문제 참고  자동차 부품에서 도금 소재 불량 유형  열처리: 열처리 전 탈지 처리 미흡 시, 냉각 유 노후화 시  가공:  프레스: 프레스 유 선정 및 프레스 유 노후화 시, 프레스 열 변형 시  주조: 주물 시 이물질(기름, 먼지 등) 유입 시  사출: 사출 시 이물질(기름, 먼지 등) 유입 시  용접: 용접 전 표면 미 세척 시 표면 탄화 현상 가공유 선정 및 가공유 노후화 시, 가공유 열 변형 시 전(前) 공정(열처리, 가공, 프레스, 주조, 사출, 용접 등)에서 후공정(도금) 특성을 고려하지 않고 공정 관리 시 도금 불량 발생 됨
  • 15. II. 자동차 부품과 도금 도금 소재 문제 참고 소재 불량 사례(열처리 부품) 도금 후 도금 전소재(열처리) 상태 저 전류 부위 미도금 불량 일본, 독일 자동차 부품의 열처리 품질 수준은? ▣ 열처리 공정 중 탈지 공정 미준수 불량 ▣ 도금 공정 중 전해탈지 공정 미흡 필요시 2중 전해탈지, 산전해 탈지 공정 추가 과다한 탈청 처리
  • 16. II. 자동차 부품과 도금 도금 공정 관리 미흡 참고 바렐도금 시 스파크 불량 개선 사례 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ "A"부 스파크자국  도금액 불순물과다  도금 장입량 미준수  양극판 오염  설비(새들)의 언배란스  바렐 리드선 훼손  전해탈지 음극판 오염 규정 준수 철저한 설비 관리
  • 17. II. 도금 품질 개선 방향 도금 공정 관리 미흡 도금액 오염 재도금 . 표면처리업체 공정 불량 대부분은 도금액 오염에서 기인된다. 도금액이 불순물에 오염되면 내식성 불량, 생산성 저하(도금두께 미달), 도금 외관 불량(핀홀, 핏트, 미도금, 크로메이트 이색 등) 등 다양한 치명적인 불량 발생 도금액 불순물  도금 불량  재도금
  • 18. II. 도금 품질 개선 방향 도금 공정 관리 미흡 도금액 불순물 오염 요인  도금 소재(부품)  표면처리업체의 공기(브로아, 공장 내 공기 등)  물(지하수, 공업용수, 상수 등) ▷ 도금 부품 소재  . 도금 공정 중 부품 낙하, 마찰(쇠 가루 등) . 오염된 부품(먼지, 전공정에서 오염 등) ▷ 공기(에어)  . 에어 브로아 설치 장소 및 설비 관리 미흡(필터 관리 등) . 공장 내부 공기 오염 ▷물  일반 수돗물, 공업용수, 지하수 사용
  • 19. II. 도금 품질 개선 방향 도금 불량 개선 대책 도금액 불순물 오염 개선 대책 불순물 오염 경로 배제 도금액 청소 국내 환경에 맞는 도금 설비 SYS. 구축 필요
  • 20. II. 도금 품질 개선 방향 도금 불량 개선 대책 국내 환경에 맞는 도금 설비 SYS. 구축 국내 환경(우기, 건기, 황사 현상, 물 등)고려한 설비 구축 설비관리가 용이하도록 설비 구축(도금액 청소 등) 업종 별 품질 수준(사출, 열처리,등)을 고려한 설비 구축 설비관리 능력 배양(보수예방관리): 교육, 인자관리
  • 21. 자동차 부품 도금 품질 개선 세미나 2012. 2. 도금 전문위원 장 상 연
  • 22. III. 자동차 부품과 플라스틱 도금 플라스틱 도금 개요 1. 개요 1) 플라스틱 도금이란? 정의 비전도성인 플라스틱 표면에 도전성을 부여, 전기도금을 가능하게 하는 도금 법 일반적으로 “ ABS수지상의 도금 ”이라 부른다 특성     외관의 향상에 의한 제품의 고급화 기계적 성질 향상 경량화 형상 디자인 자유로움
  • 23. 2) 프라스틱 도금 층별 구조 및 기능 단면사진 도금층 구조 및 기능 Cr층: 내식 및 내마모성 ⑦ ⑥ ⑤ ④ ⑦ MP-Ni층 : 부식 전류 분산 ⑥ ⑤ 광택Ni층 : 광택 및 내식 부여 ④ ③ Cu층 : 금속과 ABS의 완충역할 ② ③ 반광택Ni층 : 내식향상 부식을 방지 화학도금층 : 전도성 부여 ① ABS 수지 (소재) ② ①
  • 24. 3) 프라스틱 도금 공정흐름도 원료 입고 사출성형 도금 도장/조립 출하 화학 LINE 소재 입고 수입 검사 정면 탈지 에칭 환원 PRE DIP 활성I 전기 LINE 황산동 반광택 니켈 광택 니켈 MP 니켈 전해 활성 크롬 검사 활성Ⅱ 화학 니켈
  • 25. III. 자동차 부품과 플라스틱 도금 플라스틱 도금 불량 2. 플라스틱 도금 불량 1) 플라스틱 도금 불량 유형 핏트/핀홀, 미도금, 변형, 얼룩, 기스, 박리, 도금두께 미달, 내식성, 은사 현상, 점박이, 등 다양한 불량 유형 2) 플라스틱 도금 불량 요인 분석 불량 사출 소재 도금 공정관리 미흡 - 원자재 관리 미흡 - 도금액 오염 - 재생재 사용 - 설비/공정관리 미흡 - 금형 관리 미흡 - 부적절한 도금 치구 - 사출 금형 노후화 - 부적절한 전류밀도 관리 - 열악한 사출 환경 등 - 열악한 도금 환경 등 어렵다
  • 26. III. 자동차 부품과 플라스틱 도금 플라스틱 도금 불량 3) 플라스틱 도금 불량 개선 현상 자동차/1차사 사출/1차사 플라스틱도금 GAP 실질적 개선 활동 어려움!!! 지속적인 불량: 10~30%
  • 27. ▣ 플라스틱 도금 현실 참고 플라스틱 도금 업계의 경영 난 도금 단가 문제 개선 활동 어려움 -기초 개선 개선 인푸라 구축 어려움 -인재 육성 등 P/L 도금 부품 인지품질의 저 평가 (중 저가 도금 품질 부품 인식) P/L 도금 공정 불량 과다 (공정불량율:10~30%) 도금 품질 개선 기초 나약 - 도금 관리(공정,품질) 기술 미흡 : 도금액 관리, 랙(설계) 관리 등 - AQL - 핏트, 핀홀, 미도금 등 - 도금 용 사출 관리 기술 미흡 : 소재, 금형, 도금용 사출 전문기술 등 - 팟팅라인 박리 - 자동차 부품 적용 기술 미흡 : 부품 설계, FMEA 등
  • 28.  플라스틱 도금 업체 현실 (문제점) 첨부 사출  열악한 사출업체 환경 - 대부분 소규모와 비 SQ업체 - 도금 도장 사출 시 주 불량 요인인 먼지, 금형 관리 미흡 - 사출 시 기름, 이형제 유입  재생재 사용 기준 미 설정 및 관리 부재 - 사출업체 환경상 신재 사용 어려움  도금업체와 별개로 플라스틱 도금 특성 이해 부족과 취약한 물류 과정  자동차 부품 개발 능력 부족 - 부품 개발업체(1차협력사) 도금용 사출 기술 부족(플라스틱 도금 이해 부족)  도금 특성을 고려치 않는 부품 설계 - 부품 개발업체 대부분 외주 처리 - 일반 사출품과 동일한 관리 체제 플라스틱 도금 소재(사출 품)에 대한 이해 부족 - 도금과 사출 관계성 이해 부족 - 사출품 수입 검사 미흡(확대경 등)  경한 도금 생산 - 도금액 불순물(먼지, 기름, 중금속) 과다 먼지 등에 취약한 환경(공조 시스템) 에어브로아, 물에 의한 오염 오염 사출품에 의한 오염 도금액 청소 미흡  고 전류 밀도 도금 - 도금 치구(락크) 설계 능력 부재 - 전류 분포관리 미흡으로 도금두께 산포 큼 - 도금 생산 방식 관리 미흡  일반 관리 미흡 - 설비, 품질, 생산, 개발 관리 기술 열악
  • 29. ▣ 플라스틱 도금 현실 ▣ 플라스틱 도금 업체 주요 문제점 참고
  • 30. ▣ 플라스틱 도금 현실 ▣ 플라스틱 도금 품 사출 업체 주요 문제점 참고
  • 31. III. 자동차 부품과 플라스틱 도금 플라스틱 도금 불량 개선 개선 방향 1단계 (기초 개선)  순한 도금 생산 - 도금액 청결 - 도금액 오염 경로 배제 - 도금공장 청정화  도금용 사출 전문화 - 도금용 사출 전문업체 육성 - 성형시 먼지,기름 유입 제로화 - 무분별한 재생재 사용 금지  개선활동 인재 육성 2단계  적정 전류밀도 도금생산 - 락크 설계 능력 배양 - 각종 생산기술 능력 배양 - 도금 특수성을 고려한 부품형상 변경  도금용 사출 부품 화 - 도금 특수성을 고려한 자동차 사출 부품 개발  지속적인 인재 육성
  • 32. 자동차 부품 도금 품질 개선 세미나 2012. 2. 도금 전문위원 장 상 연
  • 33. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 스프링 와샤, 스크류 등 수소취성?
  • 34. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 1. 개요 1) 수소 취성 이란? 금속 표면에 존재하는 수소(원자 또는 분자)가 금속 내부에 침투하여 수 소간 상호 작용(표면장력 최소화)으로 서로 뭉쳐 부피가 커짐으로써 금속 간 격자 결합력을 와해 시켜 금속을 취약(Brittle:깨짐)하게 만든 현상 일반적으로 고탄소강이나 황동에서 주로 생김 • • (1) (2) H2O + e → H +OH2H+ + 2e → H2 강 내부에 침입, 시간 경과 원자 상태의 수소(H) 체적이 팽창  공동(空洞, cavity)생성 분자 상태의 수소(H2) 수소취성(水素脆性)
  • 35. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 2) 수소 취성 발생기구(Mechanism) ① 압력설 (hydrogen pressure theory) 수소원자: 금속 내부로 침투 ② 표면 흡착설 (Surface adsorption) 표면에서 이동하는 수소 원자
  • 36. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 ③ 결합력 저하설(decohesion) 수소가 금속원자 상호간의 결합력 약화 ④ 국부소성 증가설(localized enhenced plastic flow) 국부적으로 소성이 증가된 부분이 변형되지 않고 소성구속(plastic constraint)을 받아 크랙이 성장 한다.
  • 37. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 3) 수소 취성 발생 금속 조직 참고문헌=“금속재료의 균열과 파괴” <도서출판 골드> P. 123~132
  • 38. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 3) 수소 취성 발생 금속 조직
  • 39. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 3) 수소 취성 발생 금속 조직
  • 40. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 3) 수소 취성 발생 금속 조직
  • 41. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 2. 수소 취성 발생 (검증) 사례  업체: ㅇ ㅇ ㅇ ㅇ 볼트업체 ㅁ ㅁ ㅁ ㅁ 도금업체  일시: 2011년  판정 결과: 전기 아연 도금 후 탈수소처리(베이킹 처리) 공정 누락으로 수소 취성 발생
  • 42. 1. 볼트 파단면 분석=수소취성의 파단면 관찰 볼트 파단면으로 최초 파단부와 최종파단부를 파악할 수 있다. 최초 파단부 최초 파단부 최종 파단부
  • 43. 파괴 기점 부를 SEM(주사전자현미경),400배로 측정한 것으로 결정입계로 파단이 되어 파면이 Rock Candy 임을 알 수 있다. Rock Candy파면 초기 파단부
  • 44. 파괴 기점 부로 부터 조금 심부방향으로 SEM(주사전자현미경),600배로 측정한 것으로 결정입계로 파단되어 취성파면을 띄고 있음 ( Rock Candy 파면)
  • 45. 파괴 기점 부로 부터 심부방향으로 SEM 1000배로 측정한 것임 파면은 Rock Candy 파면과 함께 수소취성의 특징인 Fish eye파면을 띄고 있음.
  • 46. 파괴 기점부 SEM(주사전자현미경),2500배로 수소취성의 Fish eye파면 을 보여줌.
  • 47. 2. 성분분석=정상 ▶성분분석 결과는 정상적 으로 검사됨. ▶Mn 0.6~0.9%로 분석되 었으며, Si, P, S, Al등은 미량 0.0-% ~으로 검출이 안됨. ▶Peak중에서 Zn은 도금층 의 영향으로 검출됨.
  • 48. 3. 비금속 개재물 분석=정상 분산 계수 객체 면적, um*um % 면적 594.78 15824.42 0.277
  • 49. 분산 계수 501.327 객체 면적, μm*μm 49.159 % 면적 0.351
  • 50. 4. 광학조직판독= 정상품은 경도가 파손품에 비하여 머리부 경도가 HV20~30정도 낮으며, 나사PCD부는 부분별로 상이하나 차이가 없음.
  • 60. 5. A.G.S 비교=A.G.S No.8로써 정상품, 파손품 모두 정상임.
  • 62. 분석결과 • 볼트파손부는 수소취성의 파면을 나타내어 도금공정의 Baking처리 (탈수소 처리)가 미흡(누락)했음을 알 수 있음. • 정상품은 표면경도가 파손품에 비하여 HV 20~30 정도 낮게 측정되 었으며, 이는 수소제거 처리시 뜨임효과에 의하여 HRC2~3 points가 낮아지는 효과에 기인함. • 정상품과 파손품의 표면조직, 심부조직, 결정입도는 정상으로 판단 됨. • 비금속개재물은 0.3%정도로 정상임(통상 0.3% 이하는 아주 정상임) • 성분검사 결과는 정상임. • 참고문헌의 수소취성 파면과 본 제품의 파면은 정확하게 일치함. 결론 파손품은 도금후 탈수소처리 공정 누락에 의한 취성파괴가 야기된 것 으로 탈수소처리를 통하여 이를 방지할 수 있음.
  • 63. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 3. 수소 취성 요인 (전기 도금과 수소취성)  수소 취성 요인: 전기 도금 시 발생되는 수소(가스)에 의해 발생  대부분 전기아연도금 공정에서 발생되며 알카리 베이스 아연도금에서 많이 발생됨  수소(가스) 발생 주 도금 공정: 산처리 공정, 전기 아연도금 공정  일반적으로 아연 도금 시 발생되며 아연-니켈 합금도금은 산처리 공정 만 유의하면 수소 취성 위험이 덜하다  특히 필드 크레임 부품 중 대부분은 재 도금 부품에서 야기됨
  • 64. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 1) 수소 취성 발생 도금 공정 : 산처리 공정, 전기 아연도금 공정 침적탈지  산처리  전해탈지  전기도금 크로메이트 처리 ① 산처리 공정에 수소(가스) 발생기구  탈청 공정 중 산처리 공정은 대부분 강상을 사용한다  강산은 대부분 수소 화합물 이다 - 예: 염산(HCl), 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 불산(HF) 등  산은 분해될 때 수소(가스)가 발생한다 - 예: 2HCl H2 + Cl2  이때 발생되는 수소가 금속으로 침투한다
  • 65. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 ② 전기 도금 공정에 수소(가스) 발생기구 : 전기도금 시 음극에서 수소(가스) 발생 액체 분위기 (전해질) 산화 과정 양극 영역 :아연판 전류의 흐름 전자의 흐름 환원 과정 음극영역 :부품 금 속 양극: 산화 반응 M M+ ┼ e- 음극: 환원 반응 M+ ┼ e- M 2H ┼ 2e- H2 2H2O ┼ 2e- H2 ┼2(OH)
  • 66. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 2) 수소 취성 발생 요인 ① 과다한 산처리 공정  공정 불량으로 재도금 시  기름 소착된 도금 소재 - 열처리 시 미탈지 - 용접, 프레스, 가공시 기름 소착 등 ② 산처리 공정 시 검증된 인히비터 미 사용 ③ 탈 수소 처리(베이킹 처리) 미 실시 및 관리 미흡
  • 67. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 4. 수소 취성 대책 (전기 도금과 수소취성)  산처리 시 검증된 인히비터 필히 사용  탈 수소 취성 처리(베이킹 처리)를 필히 규정대로 실시 해야 한다.  탈 수소처리 공정관리 표준을 준수해야 한다  과다한 산처리 공정을 피해야 한다 - 재도금 공정 관리 - 도금 소재 관리 - 양질의 도금 소재 확보 노력(자동차, 1차사, 도금업체)
  • 68. IV. 수소 취성과 탈수소 처리법 수소 취성 5. 탈 수소 공정 (전기 도금 공정 프로세스)  침적탈지  산처리  전해탈지  전기도금 활성화  베이킹 처리  활성화 크로메이트 처리  탈 수소 처리 부품 도금 두께: 평소 도금두께보다 1~2um 정도 두꺼워야 함(활성화 시 두께 감고)
  • 69.  탈 수소 취성 처리(베이킹 처리)시 유의 사항  베이킹 로 분위기(온도+시간) 관리 철저 - 정기적 로 분위기 온도 측정(실제 부품 표면 온도) - 연속로 타입: 바스켓 구조(송풍이 잘되는 구조)  베이킹 장입량 관리 철저 참고
  • 70.  아연-니켈 합금도금과 수소 취성 참고  일반적으로 아연-니켈 합금도금 부품은 수소 취성이 잘 발생하지 않음 그러나 과도한 산처리(재도금 등) 시에는 발생함  실제적으로 아연-니켈 합금도그 부품의 수소 취성 사례는 거의 없음 ★ 일반적으로 아연-니켈 합금도금 부품이 수소 취성 미 발생 가설(이론) 1) 아연-니켈 합금도금의 특이한 격자구조: 수소 분산 크리스탈 구조 2) 도금 시작 시 먼저 니켈도금의 시작으로 수소 침입 방지
  • 71. 자동차 부품 도금 품질 개선 세미나 2012. 2. 도금 전문위원 장 상 연
  • 72. V. 마치며 … 결론 No 불량!! / No 재 도금!! -자동차 부품 도금품질 문제는 재도금 부품 이다(공정불량 = 재도금 + 폐기) 재도금 부품 도금 내식성 품질 보증 불가 기능성(수소취성 외) 품질 보증 불가 - 자동차 부품 도금품질 개선은 사람이 한다 -