KR0124830B1 - 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도금강판의 제조방법 - Google Patents

용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도금강판의 제조방법

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Abstract

본 발명은인산염 처리된 아연 및 아연계 합금 도금강판 표면의 인산염 기공내에 전도성이 우수한 물질, 특히 구리를 석출시키므로서 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도장강판의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 아연계 합금 도금강판의 제조방법에 있어서, 통상의 방법으로 도금되고, 인산염처리된 강판을 구리이온농도 : 0.1~4.0g/l인 수용액에 2~20초 동안 침지시킨후, 통상의 방법으로 후처리함을 특징으로 하는 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도금 강판의 제조방법을 제공함을 그 요지로 한다.

Description

용접성이 우수한 아연계 합금 도금강판의 제조방법
제1도는 인산염처리된 종래의 아연도금 강판과 본 발명에 의해 처리한 아연 도금 강판의 인산염조직 확대 사진.
제2도는 연속 전기 도금 공정에서 (가)기존의 인산염처리 공정도 및 (나)본발명에 의한 인산염처리후의 구리치환도금 공정도.
본 발명은 자동차 및 가전용으로 사용되는 아연 및 합금 도금 강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 코일 상태의 강판을 연속적으로 생산하는 아연 및 아연계 합금 도금라인에서 인산염처리후에 용접성이 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여 전동성이 우수한 금속을 인산염피막 기공에 석출시켜 주므로서 인산염 처리된 아연 및 아연계 합금도금 강판의 용접성을 향상시켜주는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 인산염처리는 강판의 도표 밀착성 및 도장후의 내식성 향상을 목적으로 종래부터 실시되어왔다. 강판에 대한 인산염 처리는 자동차 및 가전공정에서 부품을 가공, 용접 조립한 후에 직접 인산염 처리를 실시하는 방법과 전기도금라인의 후처리 공정과 같이 코일 상태의 강판을 연속적으로 인산염처리한 후, 이 강판을 자동차 및 가전공장에서 가공, 용접하는 방법이 있다.
상기와 같이 두가지 방법중 전자의 방법에서는 인산염처리되지 않는 강판을 가공, 용접후에 인산염 처리하므로 인산염 피막에 의한 용접성 저하는 문제가 되지 않으나 자동차 및 가전사가 직접 인산염처리를 하므로 여러가지 폐수처리 문제가 발생할 수 있고, 또한 용접 부위는 틈이 적어 인산염처리용액이 틈사이사이까지 잘 공급되지 못하여 인산염처리가 불량하게 되므로 내식성이 열화될 수 있는 문제점이 있다.
또한, 후자의 방법과 같이 코일상태의 강판을 연속적으로 처리하여 자동차 및 가전사에 공급하는 경우에는 업체의 인산염 처리 생략으로 불량을 감소, 처리비용 절감 및 폐수문제 해결이 가능하나, 인산염처리된 강판을 용접해야 하므로 강판표면의 인산염피막에 의하여 용접성이 열화하게 되며, 특히 프로젝션(projection)용접을 많이하는 가전사의 경우 용접성 열화문제로 인하여 인산염처리된 아연 및 아연계 합금도금 강판을 사용하지 못하고 전자와 같이 강판을 용접한 후 자체에서 직접 인산염처리를 하므로서 여러가지 어려움을 겪고 있는 실정이다. 따라서 후자와 같이 강판 공급업자가 코일상태로 인산염처리하여 수요가에게 공급하는 경우에는 용접성 불량을 방지하기 위하여 인산염피막 두께를 규제해야하는 어려움을 겪고 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하고 연속도금라인에서 인산염처리된 아연 및 아연계 합금 도금 강판의 용접성을 향상시키기 위해 종래 제시된 공지기술로는 인산염 피막 두께를 얇게 규제하는 방법이 있으나,실질적으로 두께 제한이 어렵고 또한 두께 규제만으로는 용접성 열화문제를 해결할 수 없는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자는 상기한 문제점을 해결하고 인산염 처리된 아연 및 아연계 합금도금 강판의 용접성을 향상시키기 위하여 연구와 실험을 행한 결과, 아연 및 아연계 합금 도금 강판의 인산염피막이 수많은 기공을 가지고 있으며 이 기공에 전도성 물질을 삽입시키므로서 인산염 처리된 아연 및 아연계 합금 도금 강판의 용접성을 향상시킬 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것이다.
이와 같이 제안된 본 발명은 인산염 처리된 아연 및 아연계 합금 도금강판 표면의 인산염 기공내에 전도성이 우수한 물질, 특히 구리를 석출시키므로서 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도장강판의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
이하, 본 발명을 설명한다.
본 발명은 아연 및 아연계 합금도금강판의 제조방법에 있어서, 통상의 방법으로 도금되고 인산염 처리된 강판을 구리이온농도0.1~4.0g/l인 수용액에 2~20초 동안 침지시킨후, 통상의 방법으로 후처리하여 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 연구결과 밝혀진 도금층 특성에 따른 인산염 피막의 기공형성 반응은 다음과 같다.
통상 인산염 처리는 (탈지)→(수제)→(표면조성)→(인산염처리)→(수세)의 단계로 이루어지며, 이와 같이 처리되어 형성된 인산염 피막의 두께는 1.5~2.0g/m2이다.
상기와 같은 인산염 처리시 아연 및 아연계 합금도금 강판의 인산염피막 형성반응은 도금층의 용해 반응과 인산염 결정 핵생성 및 석출반응에 의해 일어나게 된다. 이때, 인산염 결정은 각기 다른 방향성을 가지고 경쟁적으로 성장하여 서로 충돌하게 되므로서 결정이 서로 엉키는 형상으로 기공을 형성하게 된다. 이러한 기공은 인산염 처리조건, 특히 인산염 핵생성수에 따라 달라질수 있으나 기본적으로 아연계 도금층의 인산염피막은 많은 기공을 형성하게 된다.
상기와 같은 많은 기공이 형성된 인산염 피막이 용접성에 미치는 영향은 다음과 같다.
인산염 피막은 부도체 피막으로서 용접전류 흐름을 방해하여 용접강도를 떨어뜨리게 되므로 인산염 피막이 두꺼울 경우나 용접 전압이 낮은 용접 조건일 경우, 특히 프로젝션 용접일 경우에는 용접불량이 나타나게 된다. 따라서 인산염 피막에 전도성 물질이 혼입되면 이러한 용접불량문제는 해결되는 것이다.
상기에서 언극한 바와 같이 아연 및 아연계 합금 도금강판의 인산염 피막은 많은 수의 피막기공을 가지고 있고 이 기공은 아연도금층이 노출되어 있으므로 인산염 처리된 아연 및 아연계 합금도금 강판을 일정한 농도의 구리용액에 일정시간 침지하게 되면 이 기공에서 아연과 치환반응된 구리가 석출하게 되어 인산염 피막의 전도성을 향상시켜주므로 용접성을 향상시킬수 있는 것이다.
상기와 같이 용접성을 향상시키기 위해 인산염피막에 전도성 물질을 혼입시키는 방법은 다음과 같다.
전도성 물질로는 여러가지 있을 수 있으나 전도성 및 가격등의 측면에서 금속성분이 가장 우수하다. 이와 같은 금속성분을 인산염 피막에 혼입시키는 방법으로는 전기도금, 진공증착도금, 환원제를 이용한 무전해 도금 및 치환 도금법등이 모두 가능하고 동일한 효과를 얻을 수 있으나, 경제적 측면 및 연속처리 측면에서 치환도금이 가장유리하다. 따라서 아연과 치환도금이 가능한 금속으로 금, 은, 니켈, 구리, 철등 여러가지가 있으나 경제적 측면과 치환능력등의 측면에서 구리가 가장 적합하다고 할 수 있다.
또한, 치환도금법을 이용하여 인산염 피막에 구리를 석출시킬 경우, 구리는 아연 및 아연계 합금 도금층과의 전기화학적 이온화 경화 차이가 크므로 치환반응이 매우 빠르게 일어나게 된다. 그러므로 기존의 인산염 처리후 수세용액에 구리를 소량 용해시켜 사용하면 수제와 동시에 구리를 인산염 피막에 석출시킬 수 있게 되어 본 발명의 목적을 얻을 수 있으므로 기존설비 활용에 따른 설치비 감소의 잇점이 있으며, 또한 수세용액중의 구리농도만을 조정해 주면 되므로 생산 및 관리비가 저렴하다.
이와 같은 치환도금 조건은 구리가 0.1~4g/l 용해되어 있는 용액에 인산염처리된 아연 및 아연계 합금 도금강판을 2~20초간 반응시키는 것으로 충분하며, 그 이유는 다음과 같다.
상기 구리농도가 0.1g/l 이하일 경우에는 인산염 피막기공에 구리석출 시간이 너무 오래 걸려 연속생산에 적합하지 않으며, 4.0g/l 이상일 경우에는 필요이상의 농도 유지로 인하여 제조비 상승등의 문제가 있기 때문에 상기 구리농도는 0.1~4,0g/l 로 제한함이 바람직하다.
상기 반응시간이 2초 이하일 경우에는 반응시간이 너무 짧아 구리가 인산염 피막 기공에 충분히 석출되지 못하며, 20초이상일 경우에는 구리 석출이 더이상 진전되지 않기 때문에 상기 반응시간은 2~20초로 함이 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
일반 탄소 강판을 도금부착량이 20g/m2가 되도록 전기 아연도금을 하고 인산염 처리를 한 후, 하기표 1과 같은 구리 농도를 갖는 수세용액에 하기 표 1과 같은도금 시간동안 침적하여 구리도금을 하고 용접성을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때 수세용액 중의 구리농도는 CuSO4ㆍ5H2O를 이용하여 조정하였으며, 수세용액의 온도는 상온이였다. 그리고 전기아연도금시 도금 용액의 조성은 Zn2+(ZnCl2) : 90g/l, Cl-: 260g/l 및 첨가제 : 1ml/l이었으며 도금조건은 도금액 pH : 2.5, 도금액온도 : 60℃, 도금 전류밀도 60A/dm2, 유속 : 1.5m/sec이었다.
또한, 인산염 처리는 다음과 같은 각각의 공정에서 3분간 실시되었다.
1) 탈지처리
용액 : 피로클린(Pyroclean) 442(삼양화학(주)상품)
분무 : 50℃용액
침지 : 45℃용액
2) 수세 : 상온의 수도물
3) 표면조정
용액 : 팔코렌(parcolene) Z(삼양화학(주)상품)
4) 인산염처리
용액 : 본데라이트(Bonderite) 699D(삼양화학(주)상품)
침지 : 45℃용액
5) 수세 : 상온의 수도물
상기와 같이 구리 도금된 강판을 ED1700 도료를 사용하여 300V의 전착전압하에서 3분동안 전착하고 180℃에서 30분간 소성하여 양이온 전착도장 작업을 한후, 내식성 및 내수밀착성을 측정하고 그 결과 하기 표 1에 나타내었다.
[표 1]
*1(양호)←평가기준→3(불량)
1) 용접성 : 스포트(spot) 용접기 및 프로젝션 용접기를 사용하여 용접후 용저강도를 측정하여 평가하였다.
2) 도장후 내식성 : 전착도장된 시편에 X형으로 도막을 절단한후 JIS Z 23721에 의거 800시간 염수분 무시험을 행하여 도막절단 편축부위의 도막부품을 폭을 측정하여 평가하였다.
3) 도막내수밀착성 : 전착 도장된 시편의 가로, 세로길이 1mm의 정사각혈100개로 이루어진 바둑판 모양으로 도막을 절단한후 98±2℃의 증류수에 2시간 침지후 테이프에 의한 도막 박리량을 측정하여 평가하였다.
상기 표 1에서와 같이 본 발명의 범위를 만족하는 발명예(1-16)의 경우에는 용접성이 향상되었으며, 본 발명의 범위를 만족하지 못하는 비교예(1-3)의 경우에는 인산염피막기공에 충분한 구리도금이 이루어지지 않아 용접성 향상 효과가 미미함을 알 수 있다. 또한 본 발명예(1-16)보다 높은 구리이온 농도나도금시간에서도 용접성 향상효과가 나타나기는 하였으나 필요이상의 농도유지와 처리시간을 용액제조비 상승 및 제품생산성 하락의 문제가 있으므로 본 발명에 조건이면 충분한 것으로 판단된다.
실시예 2
일반탄소 강판을 다음과 같은 도금욕 조성 및 도금조건으로 각각 아연, 아연-철 및 아연-니켈 합금 도금을 하고 상기한 실시예 1에서와 같은 방법으로 인산염 처리를 한후, 1g/l 구리농도를 갖는 수세용액에 4초 동안 침적하여 구리도금을 하고 용접성을 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
이때 수세용액중의 구리농도는 CuSO4ㆍ5H2O를 이용하여 조정하였으며, 수세 용액의 온도는 상온이었다.
아연도금시 도금 용액의 조성은 Zn2+(ZnCl2) : 90g/l, Cl-: 260g/l 및 첨가제 : 1ml/l이었으며 도금조건은 도금액 pH : 2.5, 도금액온도 : 60℃, 도금 전류밀도 60A/dm2, 유속 : 1.5m/sec, 도금부착량 : 20g/m2이었다.
상기 아연-철 합금도금시 도금 용액의 조성은 Zn2+(ZnCl2) : 65g/l, Fe2+(FeCl2) : 11g/l Cl-:240g/l 및 첨가제 : 2ml/l이며, 도금조건은 도금액 pH : 2.0, 도금액온도 : 60℃, 도금 전류밀도 60A/dm2, 유속 : 1.5m/sec, 도금부착량 : 20g/m2, 도금층성분 : Zn 85wt%, Fe 15wt% 이었다.
상기 아연-니켈 합금도금시 도금 용액조성은 Zn2+(ZnCl2) : 95g/l, Ni2+(NiCl2) : 15g/l, Cl-: 300g/l 이며, 도금조건은 pH : 3.0, 도금액온도 : 60℃, 도금 전류밀도 60A/dm2, 유속 : 1.5m/sec, 도금부착량 : 20g/m2, 도금층 성분 : Zn 90wt%, Ni 10wt% 이었다.
상기와 같이 구리 도금된 강판을 ED 1700 도료를 사용하여 300V의 전착전압하에서 3분동안 전착하고 180℃에서 30분간 소성하여 양이온 전착도장 작업을 한후, 내식성 및 내수밀착성을 측정하고 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
[표 2]
*1(양호)←평가기준→3(불량)
1) 용접성 : 스포트(spot) 용접기 및 프로젝션 용접기를 사용하여 용접후 용저강도를 측정하여 평가하였다.
2) 도장후 내식성 : 전착도장된 시편에 X형으로 도막을 절단한후 JIS Z 23721에 의거 800시간 염수분 무시험을 행하여 도막절단 편축부위의 도막부품을 폭을 측정하여 평가하였다.
3) 도막내수밀착성 : 전착 도장된 시편의 가로, 세로길이 1mm의 정사각혈100개로 이루어진 바둑판 모양으로 도막을 절단한후 98±2℃의 증류수에 2시간 침지후 테이프에 의한 도막 박리량을 측정하여 평가하였다.
상기 표 2에서 알수 있는 바와 같이 구리도금을 하지 않고 수세하여 처리한 비교예(1~3)의 경우에는 용접성이 열화되며, 구리를 인산염 피막 기공에 석출시킨 발명예(1~3)의 경우에는 인산염 피막의 전도성 향상으로 용접성이 증가함을 알 수 있다. 그러나 내식성 및 도막 내수밀착성은 구리석출에 의해 큰 영향을 받지 않음을 알 수 있다.
제1도는 아연도금 강판위의 인산염 피막 및 본 발명에 의한 조건으로 처리하여 인산염 피막 기공에 구리를 석출시킨 경우를 확대 관찰한 것으로 인산염 피막 기공에 귈가 치밀하게 석출해 있는 것을 알 수 있다.
제2도는 연속 도금라인에서(가)는 기존의 인산염 처리 공정도이고 (나)는 본 발명에 의한 인산염 처리 공정에 관한 개략도이다. 본 발명에서는 인산염 처리후 수세하는 공정에서 수세용액으로 구리를 용해시킨 용액을 사용하므로서 본 발명의 목적을 달성할 수 있으므로 기존 공정의 설비 개선없이 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 인산염 처리된 아연계 합금 도금강판의 인산염 피막가공에 구리를 석출시키므로서 용접성을 향상시킬뿐 아니라, 가전 및 자동차사에서 직접 인산염 처리손실을 감소시킬 수 있다. 또한 용접 및 가공후 인산염 처리를 하는경우 용접에 의해 겹쳐지는 부위에 인산염 처리용액이 잘공급되지 못하므로서 발생하는 인산염처리 불량과 이에 따른 내식성 열화문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 아연 및 아연계 합금 도금강판의 제조방법에 있어서, 통상의 방법으로 도금되고 인산염처리된 강판을 구리이온농도 : 0.1~4.0g/l인 수용액에 2~20초 동안 침지시킨후, 통상의 방법으로 후처리함을 특징으로 하는 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도금 강판의 제조방법.
KR1019940030894A 1994-11-23 1994-11-23 용접성이 우수한 아연 및 아연계 합금 도금강판의 제조방법 KR0124830B1 (ko)

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