KR0138043B1 - 발색아연 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 망간, 코발트, 티타늄중 어느하나의 성분을 1∼10wt% 함유하는 아연 진공조내에서 가열저항 방법으로 강판에 증착시킨 아연 합금도금강판을 공기를 함유하는 노내에서 350∼550℃ 온도로 1분간 열처리하여서 되는 발색아연 도금강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

코발트, 망간, 티타늄중 어느 하나의 성분을 함유하는 아연을 강판표면에 진공증착시켜 아연 합금도금강판을 제조한 후, 아연 합금도금강판을 공기중에서 적절히 열처리하면 표면에 코발트, 망간 또는 티타늄의 산화피막이 형성되고 이들 산화피막이 열처리온도에 따라 고유한 색상을 가지기 때문에 다양한 색상의 발색 아연도금강판을 제조할 수 있다. 그리고 이 방법은 용액 내에서의 작업을 전혀 포함하지 않기 때문에 공해문제가 없고, 제조공정도 합금증착→가열→냉각으로 비교적 간단하여 간단한 공정으로 발색 아연도금강판을 제조할 수 있다.

본 발명의 방법으로 제조된 아연도금강판은 밀착성이 우수할 뿐 아니라 코발트, 망간 티타늄등 이종원소의 함유량과 가열처리온도에 따라 황록색(yellow-green)에서부터 갈색(Brown)에 이르기까지 다양한 색상을 나타나게 할 수 있다.

Description

발색아연도금강판 및 그 제조방법

본 발명은 발색 아연도금강판에 있어서, 진공증착 방법으로 코발트, 망간 및 티타늄을 첨가한 아연-망간, 아연-코발트, 아연-티타늄 합금도금강판을 각각 제조한 후, 증착된 아연 합금도금강판을 적절히 열처리하여서 된 외관이 미려한 발색 아연도금강판과 그의 제조방법에 관한 것이다.

도금강판의 착색 도금층은 강판 표면에 적당한 색조를 주는 동시에 강판에 내식성, 장식성 및 내마모성을 부여하는 특성이 요구된다. 최근 전시용 및 건축물 등의 내, 외판재에 있어서 종래의 단순한 금속색을 나타내는 것보다 주위 환경에 적합한 미관색을 나타내는 착색아연 도금강판에 대한 요구가 생기게 되었다. 그리고 미관의식의 고조와 더불어 향후 건축, 토목, 설비에서부터 실내용품, 조명기구, 장식품 등의 넓은 범위에서 착색아연도금강판의 수요가 확대해 나갈 것으로 예상되고 있다.

기존의 아연 도금강판의 착색법으로는 크게 두가지 방법이 있다. 첫째는 아연도금 강판위에 직접 도장하여 착색하는 방법이다. 이 방법은 인산염처리된 아연도금 강판위에 여러 가지 색상을 낼 수 있는 도료를 코팅한 후 일정한 온도에서 소부하여 표면에 안정한 도막을 형성시키는 방법이다. 그리고 다른 하나는 습식법에 의한 착색법이다. 이는 소지 금속에 따라 적당한 성분의 조성을 갖는 용액을 선택하여 이들 용액내에 침지 또는 이 용액의 스프레이를 통해 금속표면에 화학반응에 의해 금속표면을 착색하는 방법이다. 예를들면 소지가 아연의 경우에 몰리브덴산 암모늄과 암모니아가 함유된 용액을 60℃ 정도로 가열한 후 기판을 혼합용액내에 침지시키면 흑색의 금속색상의 것을 얻을 수 있다. 마찬가지로 황동, 구리, 카드늄, 알루미늄 등 소지금속에 따라 적당한 농도 및 온도의 용액에서 일정시간 화학반응을 시켜 금속표면을 착색시키는 것이다.

그러나 기존의 방법에는 몇가지 단점을 가지고 있다. 우선 인산염처리 후에 도장하는 방법은 색상의 조절이 용이하고 내후성이 우수하다는 이점이 있기는 하나, 착색을 하기 위해 아연도금→인산염처리→수세→건조→도장→소부→냉각 등의 여러단계의 공정을 필요로 하기 때문에 제품의 제조비용이 증가하게 된다. 또한 인산염처리 공정이나 도장 및 소부공정은 환경공해의 요인을 포함하고 있어 작업성이 떨어지는 단점을 가지고 있다. 마찬가지로 습식법에 의한 착색법도 각종 산 및 알카리욕에서의 작업이 대부분이기 때문에 공해를 유발하기 쉽고 인체에 해로운 증기(Hume)가 발생하기 쉽기 때문에 작업성을 떨어뜨린다. 그리고 이러한 습식법은 폐수처리시설을 별도로 마련하거나 폐수처리비용을 포함하게 되어 비용절감 측면에도 나쁜 영향을 미치게 된다.

본 발명에서는 기존의 방법보다 제조공정도 간단하고 공해유발 요인이 전혀 없는 진공증착방법을 이용하여 착색 아연도금 강판을 제조하였다.

즉 코발트, 망간, 티타늄중 어느 하나의 성분을 함유하는 아연을 강판표면에 진공증착시켜 아연 합금도금강판을 제조한 후, 아연 합금도금강판을 공기중에서 적절히 열처리한다. 그러면 표면에 코발트, 망간 또는 티타늄의 산화피막이 형성되고 이들 산화피막이 열처리온도에 따라 고유한 색상을 가지기 때문에 다양한 색상의 발색 아연도금강판을 제조할 수 있다. 그리고 이 방법은 용액 내에서의 작업을 전혀 포함하지 않기 때문에 공해문제가 없고, 제조공정도 합금증착→가열→냉각으로 비교적 간단하여 간단한 공정으로 발색 아연도금강판을 제조할 수 있다.

또한 본 발명의 방법으로 제조된 아연도금강판은 밀착성이 우수할 뿐 아니라 코발트, 망간 티타늄등 이종원소의 함유량과 가열처리온도에 따라 황록색(yellow-green)에서부터 갈색(Brown)에 이르기까지 다양한 색상을 나타나게 할 수 있다.

본 발명의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 소지기관인 일반냉연강판을 알칼리용액에서 탈지한 후 아세톤 및 알콜용액에서 초음파세척을 하여 전처리를 실시하였다. 이렇게 전처리를 거친 강판을 진공조에 장입하여 10^-4torr까지 진공배기 하였다. 진공배기 후 강판을 진공중에서 200℃ 온도까지 가열한 후 각기 다른 증발원에 아연 금속낱알(grain)과 이종원소인 코발트, 망간, 또는 티타늄 금속 낱알을 각각 넣고 증발원에 전원을 공급하여 저항가열 방식으로 아연-코발트, 아연-망간, 아연-티타늄 합금도금강판을 각각 제조하였다. 여기서 이종원소로 코발트, 망간 또는 티타늄을 선택한 이유는 첨가되는 이종원소는 낮은 열처리온도에서 아연보다 산화력이 우수하여야 하기 때문이다. 산화력을 비교할 수 있는 방법의 하나는 자유에너지[Free Energy(ΔGf°, J/mol]인데, 이를 기준으로 보면 이종원소로 첨가가 가능한 금속은 코발트, 망간, 티타늄 등이다.

진공증착법에 의해 제조된 아연 합금도금강판은 도금층 표면에 산화막을 형성시키기 위해 열처리공정을 거치게 된다. 즉 아연 합금도금강판을 공기중의 노내에서 가열시키는데, 온도는 300℃∼550℃에서 1분 동안 가열시켰다. 그리고 발색이 시작되는 온도와 발색된 색상을 관찰하였다. 여기서 상한온도를 550℃로 한 이유는 열처리온도가 550℃가 넘으면 소지강판의 기계적 성질에 영향을 줄 뿐 아니라 소지금속에 있는 철 성분이 도금층까지 확산하여 도금층 조직을 변화시켜 내식성 및 밀착성을 나쁘게하기 때문이다.

본 발명의 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1-3]

냉연강판을 탈지한 후, 진공조에 장입하여 10-4torr까지 진공배기하였다. 진공배기 후, 기판을 220℃ 온도까지 가열하고 저항가열 방식으로 아연과 망간을 동시에 증발시켜서 망간의 농도가 1wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 아연합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기를 함유하는 노내에서 도금강판을 450∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 4-7]

실시예 1과 같은 방법으로 아연-망간 합금도금강판을 제조하는데 망간의 농도가 3wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기를 함유하는 노내에서 도금강판을 400∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 8-12]

실시예 1과 같은 방법으로 아연-망간 합금도금강판을 제조하는데 있어, 망간의 농도가 5wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기를 함유하는 노내에서 도금강판을 350∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 13-17]

실시예 1과 같은 방법으로 아연-망간 합금도금강판을 제조하는데 있어, 망간의 농도가 10wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 350∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 18]

일반 냉연강판을 탈지한 후, 진공조에 장입하여 10-4torr까지 진공배기하였다. 진공배기 후, 기판을 200℃ 온도까지 가열하고 저항가열 방식으로 아연과 코발트를 동시에 증발시켜서 코발트의 농도가 1wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 아연합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 550℃에서 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 19-20]

실시예 18과 같은 방법으로 아연-코발트를 합금도금강판을 제조하는데 있어, 코발트의 농도가 5wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 500∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 21-23]

실시예 18과 같은 방법으로 아연-코발트를 합금도금강판을 제조하는데 있어, 코발트의 농도가 10wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 450∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 24]

일반 냉연강판을 탈지한 후, 진공조에 장입하여 10^-4torr까지 진공배기하였다. 진공배기 후, 기판을 200℃ 온도까지 가열하고 저항가열 방식으로 아연과 티타늄을 동시에 증발시켜서 티타늄의 농도가 1wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 아연합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 550℃에서 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 25-26]

실시예 24와 같은 방법으로 아연-티타늄을 합금도금강판을 제조하는데 있어, 티타늄의 농도가 5wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 500∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[실시예 27-29]

실시예 24와 방법으로 아연-티타늄을 합금도금강판을 제조하는데 있어, 티타늄의 농도가 10wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 마지막으로 공기중의 노내에서 도금강판을 450∼550℃ 사이의 적당한 온도에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다.

[비교예 1-5]

실시예 1과 같은 방법으로 아연-망간 합금도금강판을 제조하는데 있어, 망간의 농도가 각각 1, 3, 5, 10wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 공기중에서의 열처리온도는 망간의 농도가 1wt% 경우는 400℃, 망간의 농도가 3wt% 경우는 350℃, 망간의 농도가 5wt% 경우는 300℃, 망간의 농도가 10wt% 경우는 300℃에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다. 그리고 비교예 5는 망간의 농도가 1wt%인 합금도금강판을 제조한 후, 600℃에서 열처리를 실시하였다.

[비교예 6-9]

실시예 18과 같은 방법으로 아연-코발트 합금도금강판을 제조하는데 있어, 코발트의 농도가 각각 1, 5, 10wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 공기중에서의 열처리온도는 코발트의 농도가 1wt% 경우는 500℃, 코발트의 농도가 5wt% 경우는 450℃, 코발트의 농도가 10wt% 경우는 400℃에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다. 그리고 비교예 9는 코발트의 농도가 1wt%인 합금도금강판을 제조한 후 600℃에서 열처리를 실시하였다.

[비교예 10-13]

실시예 24와 같은 방법으로 아연-티타늄 합금도금강판을 제조하는데 있어, 티타늄의 농도가 각각 1, 5, 10wt%가 되도록 증발속도를 조절하여 합금도금강판을 제조하였다. 그리고 공기중에서의 열처리온도는 티타늄의 농도가 1wt% 경우는 500℃, 티타늄의 농도가 5wt% 경우는 450℃, 티타늄의 농도가 10wt% 경우는 400℃에서 각각 1분간 열처리를 실시하였다. 그리고 비교예 13은 티타늄의 농도가 1wt%인 합금도금강판을 제조한 후 600℃에서 열처리를 실시하였다.

상기와 같이 제조된 시편을 목측으로 도금층 표면의 색상을 기록하여 표 1에 나타내었고, 또한 도금층의 밀착성을 평가하기 위해 발명제품과 비교제품의 시편을 180도 Ot 굴곡 후 접착 테이프를 이용하여 비교 평가하였다.

표 1의 실시예 1-17에서 보여주는 것처럼 아연-망간 합금도금강판의 경우는 망간의 농도에 관계없이 황록색(Yellow-Green)계통의 색상을 얻을 수 있었다. 그리고 망간농도에 따른 발색초기온도를 보면 망간을 1wt% 첨가하면 450℃에서, 망간을 3wt% 첨가하면 400℃에서, 망간을 5wt% 첨가하면 350℃에서, 망간을 10wt% 첨가하면 350℃에서 발색이 시작되었다. 그리고 비교예 1-5에서 볼 수 있듯이, 그 이하의 온도에서는 발색이 일어나질 않았고, 600℃ 이상이 되면 도금층의 밀착성이 불량하였다.

한편 아연-코발트 합금도금강판의 경우는 실시예 18-23에서 보여주는 것처럼 온도별로 다양한 색상을 보여주었다. 코발트를 1wt% 첨가하면 500℃까지는 발색이 일어나지 않다가 550℃가 되면 갈색(Brown)의 색상을 나타내었다. 코발트를 5wt% 첨가하면 500℃에서 갈색(Brown) 550℃에서 청록색(Green-Blue)의 색상을 보였다. 그리고 코발트를 10wt% 첨가하면 450℃에서 갈색(Brown), 500℃에서 청록색(Green Blue) 550℃에서 암갈색(Dark-Blue)의 색상을 나타내었다. 그리고 비교예 6-9에서 볼 수 있듯이, 그 이하의 온도에서는 발색이 일어나질 않았고, 600℃ 이상이 되면 도금층의 밀착성이 불량하였다.

그리고 아연-티타늄 합금도금강판의 경우는 실시예 24-29에서 보여주는 것처럼 대부분의 범위에서 티타늄의 농도에 관계없이 황록색(Golden-Yellow)의 색상을 얻을 수 있었고 온도가 더욱 증가하면 갈색(Brown)의 색상으로 변화하였다. 그리고 티타늄의 농도에 따른 발색초기온도를 보면 티타늄을 1wt% 첨가하면 550℃에서, 티타늄을 5wt% 첨가하면 500℃에서, 티타늄을 10wt% 첨가하면 450℃에서 발색이 시작되었다. 그리고 비교예 10-13에서 볼 수 있듯이, 그 이하의 온도에서는 발색이 일어나질 않았고, 600℃ 이상이 되면 도금층의 밀착성이 불량하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 발색 아연도금강판을 제조함에 있어서, 진공증착방법으로 코발트, 망간 및 티타늄을 첨가한 아연 합금도금강판을 제조한 후, 증착된 아연 합금도금강판을 적절히 열처리하면 다양한 발색 아연도금강판의 제조가 가능하기 때문에, 전시용 및 건축물 등의 내, 외판시설 및 실내용품, 조명기구, 장식품 등의 넓은 범위에서 융용이 가능하다.

Claims (5)

1. 발색 아연도금강판에 있어서, 망간, 코발트, 티타늄중 어느하나의 성분을 1∼10wt% 함유하는 아연을 강판에 진공 증착시킨 후 이 아연합금도금강판을 350∼500℃의 온도로 공기를 함유하는 노내에서 1분간 열처리하여서 된 발색 아연도금강판.
2. 발색 아연도금강판의 제조방법에 있어서, 망간, 코발트, 티타늄중 어느하나의 성분을 1∼10wt% 함유하는 아연을 진공조내에서 가열저항 방법으로 강판에 진공증착시켜 아연합금도금강판을 얻고 이 아연합금도금강판을 350∼500℃의 온도로 공기를 함유하는 노내에서 1분간 열처리하는 합금도금강판을 350∼550℃에서 가열처리하는 발색 아연도금강판의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 망간의 함량이 1wt%이고 가열처리온도가 450∼550℃, 또는 망간의 함량이 3wt%이고 가열처리온도가 400∼550℃이거나 또는 망간의 함량이 5∼10wt%이고 가열처리온도가 350∼550℃인 발색 아연도금강판의 제조방법.
4. 제2항에 있어서, 코발트의 함량이 1wt%이고 가열처리온도가 550℃이거나 또는 코발트의 함량이 5wt%이고 가열처리온도가 500∼550℃이거나 또는 코발트의 함량이 10wt%이고 가열처리온도가 450∼550℃인 발색 아연도금강판의 제조방법.
5. 제2항에 있어서, 티타늄의 함량이 1wt%이고 가열처리온도가 500∼550℃이거나 또는 티타늄의 함량이 5wt%이고 가열처리온도가 500∼550℃이거나 또는 티타늄의 함량이 10wt%이고 가열처리온도가 450∼550℃인 발색 아연도금강판의 제조방법.