부식을 방지하는 이온 기반 증착

알루미늄이 함유된 크고 복잡한 부품들은 부식으로부터 어떻게 보호할 수 있을까? 영국의 한 코팅 업체가 이온 기반 증착을 수 년간 개발해왔고, 최근 괄목할 만한 성과를 올렸다.

위르겐 디싱(Jürgen Diesing): AHC Oberflächentechnik GmbH 마케팅 팀장

요나다 리헤스(Jonathan Riches): Acorn Surface Technology Ltd.의 사업개발 매니저

Acorn Surface Technology Ltd은 영국 노팅엄의 커크비 인 애쉬필드에 위치한, 표면처리 기술로 특화된 업체이다. 2016년 초 AHC 그룹에 편입되었으며, 2001년부터 AHC Oberflächentechnik GmbH와 같이 Aalberts Industries NV에 속해 있다.

Acorn은 1998년에 IVD 알루미늄 코팅(IVD = 이온 증착) 개념으로 알려진, 이온 기반 알루미늄 증착에 관심을 갖기 시작했다. Acorn은 이 기술과 프로세스 역량을 18년간 키워왔다. IVD 알루미늄 코팅은 원래 McDonnell Douglas가 철강 및 티타늄 부품의 카드뮴 코팅에 대한 대안으로 개발하였다. 이 알루미늄 코팅은 무엇보다 부식 방지를 위해 전형적으로 0 ~ 300°C의 온도에 사용한다. 이 코팅은 바이메탈 부식 또는 갈바닉 부식을 예방하는 데에도 사용된다. 알루미늄 어셈블리가 연결되어 있는 티타늄 소재 고정 요소를 IVD 알루미늄으로 코팅하는 것이 한 예이다.

Acorn에서 IVD 알루미늄 코팅된 고정 요소

금속 하지에 IVD 알루미늄 코팅을 할 경우엔 일련의 프로세스 단계가 있다. 프로세스 단계는 미세입자 샌드 블라스트이다. 우선 부품에서 그리스를 제거 하고, 이때 표면을 기계적으로 닦으며, 표면이 넓은 프로파일이 생성된다. 이렇게 생성된 프로파일은 코팅이 하지에 물리적으로 연결되도록 한다.

움직이는 스탠드가 복잡한 부품의 코팅을 개선한다

마지막 단계는 진공 코팅 챔버에서 이루어진다. 프로세스가 진행되는 동안 부품들은 전기가 통하는 스탠드 위에 홀딩된다. 스탠드는 공정 중에 움직일 수 있어, 복잡한 형태의 부품에서 코팅 분배를 개선할 수 있다. 부품은 진동 상태가 되는 코팅 챔버 안으로 이동하고, 불활성 가스가 챔버 안으로 유입되며 전압이 인가된다. 전압은 플라즈마 코로나 방전을 일으키며 보라색 빛을 띈다. 결과적으로 하지 위에 깨끗한 표면이 만들어지면 코팅 프로세스를 시작할 수 있다. 알루미늄 와이어가 과열된 세라믹 도가니로 공급된다. 고전압이 인가되고 알루미늄이 기화되어 전기적으로 충전된 미스트가 되며, (-)충전된 알루미늄 원자는 진공을 통해 움직이고 전기적으로 접지된 가공물 위에 증착된다. 알루미늄 소스는 금속 스탠드에 걸려 있는 부품 아래에서 움직일 수 있다. 그로 인해 많은 양의 부품을 한 번의 진공 사이클로 코팅한다. 또 따른 변형 예는 고정식 코팅 소스로 작업하는 것이다. 이때는 부품이 최적화된 코팅 범위에서 이리저리 움직이는 것이다. 두 방법 모두 각각 장점이 있으며, 생산 프로세스 개발의 결과물이다.

IVD 알루미늄으로 코팅 후 부품은 무광 그레이색을 띄게 되며 세심하게 취급해야 한다. 다음 단계는 코팅 외부면의 기공을 글래스 비드를 분사하여 막는다. 이제 부품은 „코팅이 완료된 것으로“ 사용할 수 있다. 그러나 순수한 알루미늄 표면을 화학적 컨버전 코팅을 통해 알루미늄 크롬층으로 전환하는 경우가 많다. IVD 알루미늄 코팅의 장점은, 표면 전처리를 조금만 하고도 도장을 할 수 있다는 점이다. 이 표면은 일반적으로 지정되는 에폭시 수지 베이스 및 건조 도막 윤활제의 액밀한 프라이머 도료를 포함하여 수많은 도료에 적합하다.

Acorn은 전통적으로 영국에서 발달한 항공기 분야와 방위 섹터를 중심으로 발달하였다. 이러한 맥락에서 Acorn은 IVD 알루미늄 코팅법에 대해 NADCAP(국제항공우주분야 특수공정)인증을 받은 전세계 최초 기업이다. 또한 Airbus, Boeing, Bombardier, Leonardo, Rools-Royce, Safran, UTC와 같은 일련의 대형 항공우주기업에 대해서도 인증을 받았다. 이러한 최종 고객을 위해 코팅하는 구성품은 크기와 복잡성 면에서 엄청나게 다양하다. 부품이 드럼 안에 고정된 소스 위에서 돌아가는 드럼 코팅법으로 얇은 IVD 알루미늄 층이 배치 당 수천 개의 소형 고정 요소를 갖는 배치 프로세스에서 코팅된다.

Acorn은 18년 전부터 IVD 방법에 대해 많은 노하우를 습득해 왔다. 사진은 IVD 코팅 챔버 앞에 서 있는 사업 개발 매니저 요나단 리헤스, 대표 다비드 콕스, 공장장 폴 브라운 (왼쪽에서부터)

IVD 코팅법은 대형 부품에 적합한 경우가 많다

IVD 코팅은 전체적인 코팅이나 마스킹을 이용하여 선별적으로 코팅하는 크기가 큰 부품에 요구되는 경우가 많다. 이 코팅은 보다 두껍고, 내부식성이 뛰어나다. 전형적인 예로 기체 콤포넌트, 엔진 콤포넌트, 혼합 금속 어셈블리 등이 있다. Acorn 공장에는 네 개의 각기 다른 IVD 알루미늄 코팅 챔버가 있다. 드럼 장치 2개는 소형 부품용이고, 다른 2개의 큰 코팅 시스템은 최대 길이 2m, 너비 300mm의 큰 부품을 코팅하는 데에 적합하다. 그러나 이 큰 코팅 시스템도 소형 부품 코팅이 가능하도록 설계되었다.