KR0146987B1

KR0146987B1 - 밀착성 및 내식성이 우수한 아연-망간-주석 합금도금강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR0146987B1
Application number: KR1019950013183A
Authority: KR
Inventors: 임병문; 전중환; 최장형; 신정철
Original assignee: 서정욱; 한국신철강기술연구조합
Priority date: 1995-05-25
Filing date: 1995-05-25
Publication date: 1998-11-02
Also published as: KR960041412A

Abstract

본 발명은 진공도금방법으로 아연-망간-주식 합금도금강판을 제조함에 있어 3개의 증발원을 사용하지 않고 2개의 증발원을 사용하여 하나의 증발원에는 아연을 다른 증발원에는 망간과 주석을 일정한 합금조성으로 동시에 증발시켜 밀착성 및 내식성이 우수한 아연-망간-주석 합금도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

밀착성 및 내식성이 우수한 아연-망간-주석 합금도금강판 및 그 제조방법

제1도는 본 발명의 아연-망간-주석 합금피막을 오제 전자분광기를 이용하여 분석한 깊이방향의 성분 분포도이다.

본 발명은 자동차, 가전제품 및 건재용 구조재로 사용하는 내식성이 우수하고 밀착성이 양호한 아연-망간-주석 3원계 합금도금강판과 그 제조장법에 관한 것이다.

철강의 부식을 방지하는 대표적인 도금강판으로 아연도금강판이 있다. 이 도금강판은 아연의 희생방식 작용을 이용하여 내식성을 유지하지만 수요자의 욕구를 충족시키기에는 충분하다고는 할 수 없다. 예로서 아연 부착량이 40g/m²(양면기준)인 전기도금강판은 5% 염수분무시험을 약 40시간 실시하면 적청이 발생한다. 아연 부착량을 증가시키면 강판의 내식성은 향상되지만 생산성과 경제성이 저하되는 문제가 발생한다. 이러한 이유로 아연도금강판의 내식성 향상을 위해 각종 아연합금도금강판과 이층도금강판 등이 제안 또는 개발되어 왔다. 그러나 기존의 용융도금법과 전기도금법으로는 새로운 도금계를 개발, 적용하는데 한계가 있으므로 최근에는 진공증착법이 새로운 도금방법으로 대두되어 몇가지 물질계가 개발되었으며, 아연-망간 합금도금강판(일본공개 특허공보 소64-39364호)도 그 중의 하나로 이는 아연합금도금으로 고내식성을 확보할 수 있어서 각광을 받았다. 개발된 아연-망간 합금 금속재료는 표층에 60% 이상의 망간을 함유하고 그 밑부분에 망간함량이 10~59%가 되도록 조정하여 나내식성과 내공식성, 내알칼리성을 향상시킨 것을 특징으로 하고 있다. 그러나 기개발된 아연-망간 합금도금강판의 경우 합금층을 조절함에 있어 기판과 증발원과의 거리를 알맞게 조절해야 함으로 증착율과 기판의 이송속도 등에 제약이 있을 뿐 아니라, 소지기판과 도금측의 계면에 필연적으로 망간이 함유되어 밀착성이 저하되는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 아연과 망간을 동시 증발시키면서 아연측 증발원의 셔터를 먼저 열어 아연을 1~10g/m²정도의 두께로 박도금한 다음 망간측 증발원의 셔터를 열어 아연-망간 합금도금강판을 제조하는 방법이 제안된 바있다. 그러나 이 또한 도금피막의 밀착성을 향상시키기 위하여 추가적인 설비공정의 추가가 요구되므로 밀착성 및 고내식성은 확보가 되나 경제성이 떨어지는 문제점이 제기된다. 또한 망간이 승화성 물질이고, 완전히 증발원과 젖음성이 불량하므로 연속도금작업시에 추가적인 공급에 의한 연속적인 증발특성이 용이하지 못한 문제점으로 대두된다. 따라서 본 발명은 진공도금법으로 아연-망간-주석 3원계 합금도금강판을 제조함에 있어서 용융점이 낮은 주석(231℃)이 먼저 용해되고 이후에 상대적으로 용융점이 높은 망간(1245℃)을 용해시킴으로 연속적인 공급이 용이하며 산화성의 불순물이 적은 망간의 증발이 안정적이며, 망간과 주석의 용융점과 증기압에 따른 증발온도가 다른것에 착안하여 3개의 증발원을 사용하지 않고 2개의 증발원을 사용하여 하나의 증발원에는 아연을 다른 증발원에는 망간과 주석을 일정한 합금조성으로 동시에 증발시켜 도금부착량이 10~50g/m²범위의 두께이고, 3원계인 아연-(0.5~60중량%) 망간-(0.5~20중량%) 주석인 합금도금강판을 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하 본 발명의 제조방법과 그에 따른 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서의 아연-망간-주석 합금피막은 공히 5×10^-3Torr 이하의 진공하에서 증착하였다.

우선 진공용기에 낟알형상의 아연을 하나의 증발원에 넣고 또 하나의 증발원에는 망간과 주석을 일정한 조성으로 섞어 동일 증발원속에 넣은 다음 기판을 장착하고 진공펌프를 이용하여 원하는 진공이 될때까지 배기한다. 이때 증발원 사이의 간격과 증발원과 기판사이의 거리 등을 기판 크기에 맞추어 미리 설정하되, 코팅층 두께의 편차 및 망간, 주석 함량의 편차가 5% 이내가 되도록 조정한다. 기판은 0.6mm 두께의 저탄소강판을 사용하였고, 진공챔버에 장입하기전 알칼리탈지와 유기용매를 이용한 초음파 세척을 행하였다. 진공도가 10^-5Torr 이하가 되면 기판의 청정 및 활성도를 높이기 위해 10^-2Torr 정도의 아르곤개스 분위기에 강판에 1000V의 부(-) 전압을 인가하여 15분 정도 글루우 방전에 의한 기판청정을 행한다. 기판의 청정정도는 기판에 흐르는 전류을 읽어 간접적으로 판단한다. 초기에는 불순물 또는 산화막 등의 영향으로 많은 전류가 흐르다가 어느정도 깨끗해지면 전류가 감소하여 포화되는 단계에 접어들게 되는데 이때 청정작업을 끝내는 것이 적당하다. 기판청정이 끝나면 기판의 온도를 상온 -200℃로 맞추고, 각각의 증발원에 적당량의 전원을 공급하여 증발원을 탈개스시킨다. 탈개스가 끝나면 아연의 설정 증발율에 전원공급을 맞춘 다음에 망간, 주석 증발원의 전원공급을 하여 용융점은 낮으나 진공도에 따른 증발온도가 높은 주석이 먼저 용융상태로 유지하고 증발은 일어나지 않으므로 그 다음 망간이 완전히 용융된 것을 확인한 다음에 두 물질이 증발되는 공급전원에서 셔터를 열어 동시에 증발시켜 원하는 두께 중량%의 아연-망간-주석 3원계 합금피막을 만든다.

이온플레이팅법에서는 아연과 망간, 주석을 동시에 증발시키면서 열전자 방출원과 이온화전극을 사용하여 증발물질을 이온화시키고 강판에 100-1000V의 부(-) 전압을 인가하여 실시하였다.

본 발명을 통해 기존의 도금제품보다 훨씬 나내식성이 우수하고 밀착성이 우수한 도금제품을 실현하였고, 주석이 요해되고 이후에 망간을 용해함으로써 망간산화성 불순물이 제거되어 양호한 망간피막의 형성이 되고 또한 하나의 증발원에서 망간과 주석의 동시 증발이 가능함으로 3개의 증발원을 사용하지 않고 2개의 증발원을 사용하여 3원계 합금피막형성이 실현되어 경제성 및 조업의 안정성이 확보된 아연-망간-주석 3원계 합금 피막의 제조가 가능함으로써 자동차, 가전, 건재 등의 용도에서 고내식성 및 도장성, 용접성이 요구되는 제품에 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

하기 실시예는 본 발명의 방법으로 아연-망간-주석 합금피막을 제조하여 그 특성을 조사하였으며 비교재로서 아연을 도금하지 않은 아연-망간 합금도금 제품과 아연, 주석 단독도금 제품, 그리고 전기도금재인 Zn-Ni 합금도금을 사용하였다. 특성 비교를 위해 나내식성 시험과 밀착성 시험을 하였으며 그 결과를 표 1에 나타내었다.

나내식성은 5% NaCl 용액중에서의 초기적청 발생시간으로 비교하였으며, 밀착성의 평가는 180°Ot 굴곡을 1회 행한후 테이프에 의한 박리시험을 실시하여 평가하였다.

[실시예 1]

아연과 망간, 주석 동시증발을 위해 흑연 보우트, 알루미나로 차단 코팅된(alumina barried coated) 텡스턴 보우트를 증발원으로 사용했으며, 기판온도가 150℃이고, 증발도중의 진공도가 5×10^-5Torr에서 망간 20중량%, 주석 3중량%로 하여 총 두께가 20g/m²이 되도록 아연-망간-주석 합금층을 0.6×100×150(mm)의 저탄소강판상에 증착하였다.

[실시예 2-5]

실시예 1과 동일하게 실시하되 공급전원을 달리하여 망간과 주석의 중량%를 달리하여 실시하였다.

[비교예 1]

아연, 망간 증발을 위해 공히 덮게가 있는 탄탈(tantalum) 보우트를 증발원으로 사용했으며, 기판온도가 150℃이고, 증발도중의 진공도가 5×10^-5Torr에서 망간 중량을 53%로 하여 도금층 두께가 20g/m²이 되도록 아연-망간 합금층을 0.6×100×150(mm)의 저탄소강판상에 증착하였다.

[비교예 2]

비교예 1과 동일한 조건으로 실시하되 망간 중량을 67%로 하여 증착하였다.

[비교예 3]

단금속 아연을 증착함에 있어 덮게가 있는 탄탈 보우트를 증발원으로 사용하고 기판온도를 150℃, 증발도중의 진공도가 5×10^-5Torr로 하여 20g/m²을 증착하였다.

[비교예 4]

단금속 망간을 증착함에 있어 덮게가 있는 탄탈 보우트를 증발원으로 사용하고 기판온도를 150℃, 증발도중의 진공도가 5×10^-5Torr에서 20g/m²을 증착하였다.

[비교예 5]

전기도금법으로 강판상에 Zn-13% Ni을 30g/m²피복하였다.

※ ○ : 박리가 일어나지 않음

× : 박리됨

Claims

아연 합금도금강판에 있어서, 합금도금층의 도금 부착량이 10~50g/m²이고, 합금도금층의 조성이 망간 0.5~60중량%, 주석 0.5~20중량% 및 나머지가 아연으로 된 아연-망간-주석 3원계 합금도금강판.
진공도금방법으로 아연 합금도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 진공증착조내에 하나의 증발원에는 아연을 장입하고, 다른 하나의 증발원에는 망간과 주석을 혼합하여 장입하고, 소지기판을 상온~300℃으로 유지시키고, 상기 2개의 증발원을 동시에 증발시켜 소지기판 표면에 아연-망간-주석 3원계 합금도금층을 형성시키는 합금도금강판의 제조방법.
제2항에 있어서, 소지기판의 온도는 유도용해 가열방식 또는 전자빔 가열방식으로 조절하고 진공증착 또는 이온플레이팅 방법으로 증발원을 증발시키는 합금도금강판의 제조방법.