< 원문출처:
[1] (http://firearmshistory.blogspot.com/2010/08/metal-treatments-parkerizing.html)
[2] (http://firearmshistory.blogspot.com/2010/08/metal-treatments-plating.html)
>
금속처리 : 파커라이징 (Metal Treatments: Parkerizing) [1]
앞서 단원들에서 브라우닝 및 블루잉에 대해서 언급하였습니다. 이번 단원에서는 블루잉이 발명된 후 얼마되지 않아 유행하게 된 또다른 공정인 파커라이징(parkerizing)에 대하여 언급하도록 하겠습니다. 이 공정은 포스페이팅(phosphating) 혹은 포스파타이징(phospatizing)이라는 이름으로도 불립니다. 이들 이름들에서 추측해 볼 수 있다시피 ,이 공정은 철판 표면에 인산아연(zinc phosphate)이나 인산철(iron phosphate), 인산망간(manganese phosphate)등의 코팅을 실시하는 공정입니다. 인산염 코팅을 통하여 녹발생 및 부식, 마모 등에 대한 저항성을 증가시킵니다. 또한 표면의 반사도를 감소시킴으로써, 햇볕이 강한 시간대의 총기 조준시 눈부심을 억제합니다.
인산염 코팅 공정 자체는 1850년대에 발명된 개념입니다만, 이것이 유행을 타게 된 것은 1900년대가 된 이후로서, 1915-1945년 기간 파커 인산염코팅 회사(Parker Rust-proof Phosphating Company)가 이뤄낸 혁신들 덕분입니다. 동 회사의 혁신은 이 금속처리 공정을 대량생산 부품들에도 적용할 수 있도록 하였습니다. 사실 '파커라이징'이라는 용어 자체의 기원도 파커 회사의 이름으로부터 유래된 것입니다.
인산염 코팅 공정이 처음 등장한 것은 영국으로, 1869년 윌리엄 알렉산더 로스(William Alexander Ross)라는 사람에 의해 특허출원이 됩니다. 또다른 영국인인 토마스 코슬렛(Thomas Coslett)라는 사람도 또다른 인산염 코팅 공정을 개발하여, 영국(1906년)과 미국(1907년)에 특허를 출원합니다. 코슬렛 공정의 경우 인산철을 이용한 공정이던데 반하여, 1912년 프랭크 루퍼트 그랑빌 리처드(Frank Rupert Granville Richards)라는 미국인이 개발하여 특허를 낸 공정의 경우엔 인산망간을 이용하였습니다. 한편 클라크 W. 파커(Clark W. Parker)라는 미국인이 코슬렛 공정과 리차드 공정에 대한 특허권을 구매한 뒤, 집에서(in his home kitchen) 몇차례 추가 실험을 실시한 끝에, 아들인 와이만 C. 파커(Wyman C. Parker)와 함께 1915년 미국 디트로이트에 파커 인산염코팅 회사를 설립합니다.
1919년까지 파커 회사에서는 보다 향상된 인산망간염 코팅 공정에 대한 특허권을 취득하게 됩니다. 1929년에는 기존 공정보다 시간을 1/3로 단축시키는 공정으로 또다른 특허를 취득하는데, 이 공정에서는 용액을 가열하여 온도를 정확히 섭씨 260-285도 사이로 조정하는 내용이 포함되어 있습니다. 이 시기는 대공황(the Great Depression)이 시작된 시기로, 클라크 W. 파커와 와이만 C. 파커 모두 투자자들에 대한 사기(investor fraud) 혐의로 기소당하는데, 이는 이들이 창립한 다른 자동차 회사 및 기타 2개 회사와 관련된 문제였습니다. 창립 오너들이 유죄판결을 받았음에도 불구하고, 파커 인산염코팅 회사는 영업을 계속합니다. 이 시기에는 망간 화합물들을 획득하기가 어려웠기 때문에, 인산망간 공정은 다소 비싼 공정에 속하였습니다. 1938년, 이 회사는 인산아연 코팅 공정에 대한 특허를 취득하는데, 이는 2차대전이 발발하면서 미국이 주요 망간 수입원과의 무역로가 곧 끊겼다는 점에서 시의적절한 상황이었습니다. 1941년에는 이 회사에서 인산아연 공정을 예전보다 훨씬 빠르고 값싸게 실시할 수 있는 방법을 개발합니다. 약간의 구리를 첨가함으로써 용액의 알카리도를 감소(reduce the alkalinity of the solution; 알칼리도는 센물과 관련된 용어. 염기도(basicity)와 약간 다른 개념임. 역주)시킬 수 있었고, 염소산염(chlorate)을 용액의 질산염(nitrates)에 첨가함으로써 용액 온도를 섭씨 46-54도 범위 내로 유지시킬 수 있었으며, 이로써 이 공정이 효과적인 것이 되었습니다(?).
파커라이징 공정은 2차대전 시기, 미국에서 생산된 다수의 소화기(small arms)들을 코팅하는 데에 사용되었습니다. 또한 차량 부품이나 비행기 부품을 보호하는 데에도 사용되었습니다. 이것이야말로 이 공정이 정말로 유명해지게 된 이유라고 할 수 있습니다.
오늘날의 파커라이징 공정은 다음과 같은 단계들이 포함됩니다.
1. 먼저 강철제 부속품의 표면의 모든 기름기 및 지저분한 것들을 약알칼리 세척제(slightly alkaline detergent solution)로 닦아냅니다. 이 부분이 사실 이 공정에서 핵심이라고 할 수 있으며, 파커라이징 과정에서 나타나는 문제점들의 대부분은 사실 이 세척(washing) 부분에서 발생하고 있습니다.
2. 강철제 부속품을 물이 흐르는 저수조(tank)에 담가 모든 세척제들을 씻어냅니다. 여기에 사용되는 물은 깨끗하고 특정 화학물(chemicals)이 없는 것이여야 하는데, 그렇지 않으면 다음 단계에 사용하는 용액과 반응하여 간섭을 일으킬 수도 있습니다. 이 단계에서 사용되는 물은 숯(charcoal)으로 된 필터를 통과시킴으로써 작은 티끌(tiny particles)까지도 제거합니다.
3. 인산용액(phosphoric acid solution) 및 약간의 아연 혹은 망간이 들어있는 저수조(tank)에 강철제 부속품을 담급니다. 일정량의 구리 및 질산염, 염소산염을 용액에 첨가하면 코팅 공정 속도가 빨라지며, 또한 가열해야 할 온도까지의 범위도 적어집니다. 한번의 공정에서 용액의 온도는 섭씨 88-99도 가량으로 가열되며, 부품을 담그는 시간은 5-45분 가량입니다. 화학반응이 일어나는 동안, 강철제 부속품 표면에서는 거품이 발생하게 됩니다. 거품 발생이 멈추게 되면 코팅 공정이 완료된 것입니다. 이 공정은 필요에 따라 보다 낮은 온도에서도 진행이 가능하며 (이렇게 하면 에너지 비용이 감소됨), 반면에 보다 높은 온도에서도 진행이 가능 (이 경우에는 코팅에 소요되는 시간이 단축됨)합니다.
4. 이제 강철제 부속품을 꺼낸 뒤, 흐르는 물에 다시 담구어 파커라이징 용액을 씻어냅니다.
5. 부속품을 말린 뒤, 기름칠을 합니다.
강철제 부속품의 표면은, 사용한 용액의 종류에 따라서 연회색 내지는 암회색의 색상을 띄게 됩니다. 다시 몇 년이 지나게 되면, 파커라이징을 실시한 표면의 색상은 초록빛을 띈 회색(greenish-gray)을 나타냅니다.
바로 위의 사진은 파커라이징이 실시된지 몇 년이 경과한 M1911 권총의 사진입니다. 표면이 약간의 초록빛을 띈 회색빛을 내는 것을 알 수 있습니다.
(http://www.theboxotruth.com/)을 참조하여 이 공정에 대해서 처음부터 끝까지 보다 자세한 사진들을 보도록 하겠습니다. 한편, 앞서 공부한 핫블루잉 공정과는 달리, 이 공정을 실시하기 위해서는 안전설비가 완비된 공장환경이 굳이 필요하지 않으며, 그냥 집에서도 해볼 수 있다라는 점을 주목해 볼 필요가 있습니다. 지금부터 보여드리는 사진들을 보시면, 주변 스포츠용품점(local sporting goods supplier)에서 파는 파커라이징 용액을 사용하여, 공정을 그냥 가정집 주방에서 수행하고 있음을 볼 수가 있습니다.
먼저, "작업 전 사진" - 즉, 파커라이징 하기 전 사진 - 부터 시작하도록 하겠습니다. 사진을 보시면 총기 표면과 목제 손잡이(wooden handgrips) 부분이 상당히 마모되었고, 긁힌 흔적이 많음을 알 수 있습니다. 기존에 실시한 코팅이 이미 거의 다 벗겨진 모습임을 알 수 있습니다. 사진 저자는 파커라이징 공정을 시작하기 전에 비드 블래스팅(bead-blasted)을 실시하여 남아있는 코팅 흔적도 모두 벗겨내었습니다.
첫번째 단계는 총기를 분해하고, 파커라이징을 실시할 부속품을 세제로 닦아 때와 기름기 등을 제거하는 과정입니다.
다음 단계는 흐르는 뜨거운 물을 이용하여 여러 차례 헹구는 과정으로, 세제의 흔적을 모두 제거해야 합니다.
다음으로, 별도의 스테인레스 용기에 파커라이징 용액을 준비합니다. 이 사진을 찍은 저자의 경우 용액 1에 물 5의 비율로 섞어서 사용하였습니다. 용기를 스토브를 통해 가열하여 섭씨 85-95도 정도로 가열하며, 이때 강철제 부속품은 나무막대 등을 이용하여 용액 한가운데에 떠 있도록 합니다. 코팅이 진행되기 시작하면 용액으로부터 공기방울이 발생하기 시작합니다.
대략 15분 뒤에 부속품을 꺼낸 뒤, 흐르는 물에 파커라이징 용액을 씻어내고, 타올로 닦아 건조시킵니다. 이후 기름칠을 합니다.
사진 저자는 가까운 스포츠용품점으로부터 2장의 상아빛 플라스틱 손잡이(handgrips)를 구입하여 기존의 노후된 목제 손잡이를 교체하였습니다. 최종 조립된 사진은 다음과 같습니다:
사진에서 보이는 색상은 현재 암회색에 가깝습니다. 하지만 몇 년이 지나면 초록빛기가 있는 회색을 띄게 되는데, 이 경우에도 내부식성이나 내마모성에는 지장이 없습니다.
이 공정의 장점은 여러가지가 있습니다. 이 공정으로 내부식성이 향상됨은 물론, 블루잉에 비해 내구성도 훨씬 우수합니다. 또한 이 공정은 대단히 저렴한 공정이기도 합니다. 핫 블루잉과는 다르게, 이 공정에는 공장수준의 안전설비가 필요하지 않으며, 일반적인 취미가들도 쉽게 수행이 가능합니다. 파커라이징에 필요한 화학약품들은 미국의 대부분 총기부품 판매처에서 취급합니다. 이 공정으로 부품의 반사도도 줄어듭니다.
이 공정의 단점은 특정 종류의 강철제 부품에만 적용 가능하다는 점입니다. 이 공정은 스테인레스 강이나 기타 니켈이 많이 들어간 강철 종류에는 적용할 수가 없습니다. 그리고 이 공정은 비철금속(non-ferrous metals)에도 적용이 불가능합니다. 최근에는 전통적인 파커라이징 공정에 사용되는 용액에서 나오는 대량의 인이 적조현상등의 환경오염을 유발한다는 문제도 제기되고 있습니다.
금속처리: 도금 (Metal Treatments: Plating) [2]
다음으로 공부할 금속처리 방법은 도금(plating)입니다. 도금에는 다시 2가지 종류가 있습니다: 전기도금(electroplating)과 비전기도금(electrolessplating).
전기도금의 경우, 먼저 도금이 실시될 부속품을 직류 전원(DC current power source)의 음극 단자(negative terminal (cathode))에 연결합니다. 그리고 전원의 양극 단자(positive terminal (anode))에 코팅층이 될 금속을 연결합니다. 이 둘을 전해질 용액에 담그는데, 용액에는 전기가 통할 수 있도록 해 주는 금속염들이 함유되어 있습니다. 양극 단자쪽에 있는 금속이 전해질로 녹아들어가 음극 단자쪽에 연결된 금속에 부착(deposit)됩니다. 어떤 경우에는 양극 단자쪽의 금속이 녹아들어가는 대신, 전해질 속에 있던 금속염이 부착되는 경우도 있습니다. 전기도금시, 통상 음극(cathode)을 2개의 양극 사이에 위치시킴으로써, 도금시킬 금속의 양쪽에 균일하게 도금이 이뤄지도록 합니다.
총기 부속품에 사용된 전기도금 중에서 가장 오래된 방식은 니켈 도금(nickel plating)이며, 그 역사는 최소한 125-150년 가량 됩니다. 이 방법은 처음에는 강철을 도금하여 부식을 막기 위해 사용되었습니다. 니켈 도금의 경우 공식(pitting; 특정 부위에 집중적으로 깊숙한 굴모양으로 부식되는 현상. 역주)이 심하게 이뤄진 경우에 특히 효과가 좋았는데, 이를 실시하면 구멍 표면을 막아서 추가 부식을 억제했기 때문입니다. 니켈 도금이 이뤄진 부속품의 경우 약간 노란색 색조가 나게 됩니다. 니켈 도금의 경우, 록웰 경도(Rockwell Hardness scale) 기준으로 45 HRC 정도의 품질을 갖게 되며, 이는 대충 조각칼이나 도끼의 날부분의 경도와 비슷한 수준입니다. 니켈 도금을 실시하는 경우, 사용되는 음극(anode used)은 비소모성이 되며, 도금 자체는 전해질 내에 용해되어있는 니켈 염에 의해서 이뤄지게 됩니다. 니켈 도금이 실시된 총기는 서부개척 시대(Wild West)에 대단히 인기가 많았는데, 이는 블루잉이 실시된 총기에 비하여 훨씬 부식이 덜 일어났기 때문입니다. 또한 블루잉이 실시된 총기와 비교하면 표면이 훨씬 매끄러웠던 탓에, 총기 손질시에도 훨씬 용이하였습니다.
니켈 도금에는 비전기식 니켈 도금(Electroless Nickel Plating) 방식도 있는데, 이는 1950년대에 유행을 타게 됩니다. 금속을 부착시키기 위하여 전기를 이용하는 대신, 일종의 자가촉매반응(auto-catalytic)을 이용하여 금속 표면에 니켈-인 층(nickel-phosphorus layer)을 형성합니다. 이 공정에서는 도금 용액에 담그기 전에, 부품 표면에 촉매(pre-plating catalyst)를 미리 묻힘으로써, 용액 내에 용해된 금속이 부품 표면에 부착되도록 만듭니다. 이 공정의 장점은, 복잡한 형상의 표면에도 적용이 가능하다는 점과, 비전도성 물질 및 비금속 물질, 예를 들어 플라스틱에도 적용가능하다는 점을 들 수 있습니다. 이 공정을 통해 대단히 균일한 코팅 두께를 얻을 수 있습니다. 이 공정을 통해 나오는 코팅의 경도는 48-50 HRC 가 됩니다. 로바르 회사(Robar Corporation)의 NP3이라는 명칭의 비전기식 니켈 도금도 이 중의 하나입니다. 이 방식의 경우, 니켈과 테플론(teflon)을 결합하여 코팅된 부속간의 마찰을 감소시키는 특징을 갖고 있습니다.
아래에는 니켈 도금이 된 총기류들 몇 가지가 소개되어 있습니다. 살펴보시면, 니켈 도금의 색상을 밝은 색으로, 혹은 반짝이게 할 수도 있는 반면, 또한 무광(matte)으로 하여 반사를 줄일 수도 있음을 알 수 있습니다.
이번에는 오늘날에 매우 흔히 사용되는 도금 공정인 하드크롬 도금(Hard Chrome Plating)을 살펴보도록 하겠습니다. 이 방법은 1920년대에 발명되었으며, 1940-1950년대 무렵에 그 기법이 완성되었습니다. 장식용 목적으로 사용되는 통상적인 크롬 도금의 경우, 도금층이 대단히 얇지만 아름답습니다. 반면 하드크롬 도금의 경우에는 그리 아름답지는 않지만 도금층의 두께는 훨씬 두껍습니다. 하드크롬 도금은 다른 이름으로 엔지니어링 크롬도금(Engineering Chrome Plating)이라고도 불리는데, 우수한 내부식성과 함께 윤활성이 우수한 표면을 필요로 하는 곳에 대단히 많이 사용되기 때문입니다. 이러한 종류의 도금은 니켈 도금에 비하여 훨씬 단단합니다. 록웰 경도 기준으로 65-70 HRC 가량을 나타내게 되는데, 이는 커스텀 나이프용 칼날(custom knife edges) 등의 고급 강철합금보다도 단단하다는 뜻입니다. 또한 염수분무(salt spray)와 같은 가혹한 환경 속에서도 우월한 내부식성을 보여줍니다. 크롬 도금이 실시된 총기는 통상 밝은색(bright) 혹은 무광(matte) 마감 상태로 나옵니다.
마감 방법 중에는 블랙크롬 도금(Black Chrome Plating)이라는 방식도 있습니다. 이는 강철제 총기를 먼저 니켈 도금한 뒤에, 그 위에 다시 크롬 도금을 실시한 것입니다. 이는 하드크롬 도금에 비하여 약한 단점이 있지만, 어떤 사람들의 눈에는 이게 더 아름답다고 합니다.
기타 도금 방법 중에는 금도금(gold plating)과 은도금(silver plating)이 있습니다. 하지만 이 방법들은 통상 장식목적으로 사용되며, 내마모성 등에는 별 도움이 되지 않습니다.
위에 있는 2종류의 금도금된 총기들은 본래 이라크의 독재자 사담 후세인(Saddam Hussein)의 소유물들이었습니다.
일반적으로 다음과 같은 공정들이 총기를 도금할 때 사용됩니다:
1. 표면을 가능한 한 매끄럽게(smooth) 연마(polish)합니다. 도금을 실시하면 원래 작게 튀어나왔던 부분이 더 두드러지게 되는 탓입니다.
2. 부속품을 세제로 닦아서 기름때 등을 모두 제거합니다.
3. 부속품을 물로 헹궈서 세제를 모두 제거합니다.
4. 비전기도금인 경우에는 부속품을 촉매로 코팅합니다.
5. 부속품들을 용액(electrolyte solution or electroless solution)에 담근 뒤, 가스 방울이 부속품에 달라붙는 경우를 방지하기 위하여 공기방울을 분사하여 용액을 살짝 흔들어(agitated)줍니다. 만약 부속품 표면에 가스 방울이 달라붙게 되면 이 부분에는 금속이 달라붙지(deposit) 않게 되므로, 이를 방지하는 것이 매우 중요합니다.
6. 부속품을 꺼내어 말린 뒤 기름칠을 합니다.
7. 부속품들을 재조립합니다.
도금으로 인해 두께가 지나치게 두꺼워지지 않도록 주의해야 하며, 치수가 딱 들어맞는 정밀한 부품인 경우 특히 주의해야 합니다.
도금은 일반적으로 블루잉이나 파커라이징에 비해 우수한 특성을 나타냅니다. 니켈 도금의 경우 매우 저렴하고 다양한 재료의 표면(비금속 포함)에도 적용 가능한 반면, 하드크롬 도금만큼의 내구성은 제공하지 못합니다. 비전기식 니켈도금의 경우 약간 더 비싸긴 하지만, 니켈 도금이나 하드크롬 도금에 비하여 기공이 덜 발생하므로(less porous) 내부식성은 가장 우수합니다. 하지만 이 방법은 하드크롬 도금에 비해서 내구성은 다소 떨어집니다. 종합하면, 강도와 내부식성, 내구성 측면을 두루 갖춘 하드크롬 도금이 도금 방법들 중에서 가장 우수하다고 할 수 있습니다.
(계속)
'기타 자료' 카테고리의 다른 글
| [스크랩] Hogan`s Heroes (호건의 영웅들) (0) | 2014.10.27 |
|---|---|
| [스크랩] [번역] 총기에서의 금속 표면처리 기술과 역사 (3) (0) | 2014.10.27 |
| [스크랩] [번역] 거만한 경찰이 되는 길, 2011 - PoliceOne.com (0) | 2014.10.27 |
| [스크랩] [번역] 총기에서의 금속 표면처리 기술과 역사 (1) (0) | 2014.10.27 |
| [스크랩] [스크랩] 고속버스 안에서 오줌 싼 군대친구^^ (0) | 2014.10.27 |