KR0171219B1 - 망간 및 마그네슘 함유 아연 포스페이트 코팅의 형성방법 - Google Patents
망간 및 마그네슘 함유 아연 포스페이트 코팅의 형성방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 수용액의 분무, 분무 - 침액 및/또는 침액에 의하여 강철, 아연, 알루미늄 및/또는 그의 합금상에 망간 및 마그네슘을 함유 아연 포스페이트 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 금속 표면의 포스페이트와(phosphating)방법, 특히 강, 아연, 알루미늄 및/또는 이들의 합금상에 망간 및 마그네슘 함유 아연 포스페이트 코팅을 형성하는 방법에 관한 것이다. 이러한 망간 및 마그네슘 함유 아연 포시페이트 층은 수용액의 분무, 분무-침지 및 침지에 의해 도포된다.
철, 강, 아연 및 이들의 합금 뿐만 아니라 알루미늄의 표면에 대한 포스페이트화법은 오래 전 부터 당 기술 분야에 공지되어 있었다(Ullmanns Encyklopadie der technischen Chemie, 4th Edition Volume 15, p686,687). 상기 표면의 포스페이트화는 페인트 층의 밀착 강도를 증가시키고 부식으로 부터의 보호를 개량하는데 기여한다.
포스페이트화 방법으로서 가장 중요한 것은 아연 및 알칼리 포스페이트의 산성 용액이다. 예를들면, 아연 포스페이트화 욕(bath)은 단일 아연 포스페이트, 유리인산, 아연 니트레이트 및 산화제를 주성분으로서 함유할 수도 있다. 이러한 조성물의 pH 값은 통상 2.8∼3.4 의 범위내이다. 방법의 과정은 근본적으로 두개의 반응으로 이루어진다 : 매염 반응 및 포스페이트화 시키고자 하는 표면상에 아연 포스페이트층의 형성반응.
문헌 [W. A. Roland K. -H. Gottwald, “Metalloberflache”, 42nd 1988 년/6] 에는 현대적 페인트 코팅의 밀착 프라이머로서 망간 - 개질 아연 포스페이트 코팅이 공지되어 있다. 여기에는, 저 - 아연 포스페이트화 방법에서 아연 및 니켈이온 이외에 망간 이온을 사용하면 특히 표면 - 개질 박판의 사용시에 내부식성이 현저히 항샹되는 것으로 결론 지어져 있다. 아연 포스페이트 코팅중에 망간의 혼입이 작을 수록 내 알칼리성이 증가된 결절은 크기가 더욱 작아지고 더욱 조밀해진다. 동시에 포스페이트화 욕의 작업 범위가 확대되며 ; 알루미늄이 또한 전기적인 방법으로 또는 용융침지에 의해 강 및 전기 도금의 강과의 합성물 내에 포스페이트화 되어, 일반적으로 달성되는 표준 품질을 갖는층을 형성할 수 있다.
EP - A - O 261 704 호에는 강재 중의 하나 또는 도금된 강 뿐만 아니라 알루미늄 또는 이들의 합금으로 이루어진 표면상에 포스페이트 코팅을 형성하는 방법이 공지되어 있으며 ; 따라서, 고도의 피복력을 갖는 균일 포스페이트 층을 형성하기 위해서는 아연 이외에 추가로 포스페이트 및 플루오라이드를 함유하고 또한 니켈, 망간, 마그네슘 및 칼슘의 군에서 선택된 양이온을 추가로 함유할 수도 있는 포스페이트화 용액을 이용한 분무 또는 분무 침지를 사용한다.
WO 85/03089 에는 고 - 니켈 아연 포스페이트 방법이 공지되어 있다. 여기에서는, 포스페이트화를 위해서 매우 높은 농도의 니켈이 사용된다. 니켈의 일부를 기본적으로 1 가 또는 2 가 양이온 계로 대체할 수도 있음이 일반적으로 언급되어 있다. 이것은 예를들어 코발트, 망간 및 마그네슘으로 부터 선택된다. 사용되는 용액의 니켈 함량은 1.0 g/1 이상이어야 함이 또한 설명되어 있다. 저함량 아연 및 고 함량 니켈간의 사용 비율은 본 기술분야의 필수적 구성요소이다.
본 발명의 목적은, 니켈이 매우 값비싼 욕 성분일뿐만 아니라 생태학적으로 위험하기 때문에, 니켈이 존재하지 않거나 선행기술에 비해 니켈 함량이 극히 적은 포스페이트화 방법을 제공하는 데 있다. 니켈을 함유하는 폐액의 배출은 많은 비용이 들기 때문에, 본 발명의 목적은 또한 생태학적으로 위험이 적은 이온을 사용함으로써 니켈에 의한 층 개량 효과를 달성하는 데 있다.
본 발명의 한가지 이점은, 내부식성이 소실되지 않으면서, 단위면적당 질량이 극히 작은 포스페이트층을 얻을 수 있다는 것이다. 이러한 이점은 강표면에 대해서도 역시 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 욕(bath)조성물에 대한 마그네슘의 첨가단계와 활성화단계를 분리함으로써, 포스페이트화에 있어서, 모서리 길이가 침지 절차에 의해서는 약 0.5∼1.5㎛ 이고 분물 절차에 의해서는 약 1∼2㎛ 인 매우 작은 결정을 수득할 수 있다. 본 발명에 의하여, 매우 낮은 호페이트(hopeite) 비율이 특히 강상에서 포스페이트층에 완성될 수 있다. 그 이유는 특히 추가적인 양이온이 혼압되는 것과 본 발명에 있어서 낮은 함량의 아연이 사용된다는 점에서 설명되어 진다.
강에서의 페인트 밀착 결과 뿐만 아니라 절단면에서 아래층으로의 침투와 관련하여, 니켈 함량의 일부를 마그네슘으로 대체하면 니켈을 사용하지 않고도 양호한 부식 시험값을 얻을 수 있다. 니켈을 마그네슘으로 대체함으로써 매우 양호한 부식 시험값이 제공된다.
강 또는 아연 표면의 포스페이트화에 있어서, 플루오라이드 이온의 사용이 반드시 필요한 것은 아니다. 알루미늄 또는 그의 합금을 포스페이트하는 경우, 플루오라이드 이온을 사용하면, 알루미늄에서 포스페이트 층의 피복력 정도가 균일해진다. 알루미늄 및 그의 합금의 표면의 예로는, 고급 알루미늄, AlMg 및 AlMgSi 가공 재료의 표면을 언급할 수도 있다. 알루미늄 재료의 광범위한 예는 예를들어 문헌 Aluminiumtaschenbuch [ 14 판, Aluminium - Verlag, Dusseldorf, 1988]에서 찾아볼 수 있다.
용어 “강”은 예를들어 몸체의 제조를 위한 시이트(sheet)의 형태로 사용되는 비 - 합금 또는 저 - 합금 강을 나타내는 것으로 이해 된다. 용어 “아연도금강”은 예를들어 전기적인 방법 뿐만 아니라 용융침지(melt immersion)에 의한 아연 도금을 포함하며, 아연 및 아연 합금, 예를들어 Z(용융침지로 아연도금된 강), ZE(전기적인 방법으로 아연 도금된 강), ZNE(전기적인 방법으로 아연도금된 것으로 10∼13% 의 Ni 을 함유하는 합금), ZF(용융침지에 의해 Zn/Fe 합금으로 도금된 강), ZA(용융침지에 의해 Zn/Al 합금으로 도금되고 합금층에서 Zn 이 Al 보다 많이 함유된 강), AZ(용융침지에 의해 Zn/Al 합금으로 도금되고 합금층에서 Al이 Zn 보다 많이 함유된 강)을 가리키는 것이다.
본 발명의 의미 내에서는 포스페이트화는 분무, 분무-침지 및 침지에 의해 수행된다. 포스페이트화 시키고자하는 금속 표면은 방해요소적인 코팅 및 오일, 윤활제, 산화물 등의 오물이 없어야 한다. 포스페이트화에 앞서서, 표면을 적절한 수단으로 세정하고, 경우에 따라서는, 티타늄 염 함유 수성 현탁액과 같은 공지의 활성화제를 사용하여 활성화시킨다. 통상적으로는, 활성화제를 세정욕 내에 또는 개별적인 방법 등으로 도입할 수도 있다.
촉진제로서는, 일반적으로 포스페이트화 기술에서 통상적인 물질을 사용할 수도 있다.
클로레이트, 니트레이트, 니트라이트, 과산화물 및/또는 유기 산화제, 특히 유기 니트로 화합물을 촉진제로서 함유하는 수성 포스페이트화용액과 표면을 접촉시키는 것이 특히 바람직하다.
또한, 포스페이트화 용액은 작업절차 및 층의 특성을 변성시키기 위해 포스페이트화 기술에서 공지되어 있는 첨가제를 함유할 수도 있다. 첨가제의 예로는 다음을 언급할 수도 있다 : 계면 활성제, 폴리히드록시카르복실산, 폴리포스페이트, 암모늄, 알칼리, 구리, 코발트 이온, 및 클로라이드 및/또는 설페이트와 같은 중성 음이온.
상기 언급된 본 발명의 목적은,
아연 (Ⅱ) 이온 0.2∼1.0 g/1,
망간 (Ⅱ) 이온 0.2∼2.0 g/1,
마그네슘 (Ⅱ) 이온 0.5∼2.0 g/1,
포스페이트 이온 10.0∼20.0 g/1,
플루오라이드 이온 0.0∼1.0 g/1,
니트레이트 이온 0.2∼10.0 g/1 및,
촉진제로서
니트라이트 이온 0.02∼0.2 g/1 및/또는
클로레이트 이온 0.4∼1 g/1 및/또는
유기 산화제 0.2∼1.0 g/1
를 함유하고 유리산의 함량이 0.6∼1.8 포인트, 산의 총함량이 15∼30 포인트이며, 유리산을 조절하기 위해 필요한 양의 Na+가 존재하는 수성 용액을 사용하여 분무, 분무-침지 및/또는 침지시킴으로써, 강, 아연, 알루미늄 및/또는 그의 합금에 망간 및 마그네슘을 함유 아연 포스페이트 코팅을 형성하는 방법에 의해 달성된다.
니트레이트 이온의 존재는, 사용되는 농축액을 제조하기 위해 금속 니트레이트, 예를 들면 Zn(NO3)2을 사용함으로써, 즉 (값싼) 원료를 선택하으로써 비롯된 결과이다.
따라서, 본 발명에 따른 첫번째 실시양태에서는, 니켈대신에 마그네슘이 사용되는 저 - 아연법이 기술된다. 즉, 본 발명은 특히 저 - 아연 범위에서 사용될 수 있는 아연 포스페이트화 방법에 관한 것이다. 본 방법에 의하면, 양이온으로서 아연 및 마그네슘 이외에 또한 망간을 함유하는 포스페이트층이 사용된다. 특정한 플랜트 조건하에서는, 니켈 이온을 첨가하는 것이 유리할 수도 있다. 따라서, 니켈의 존재에 기인하여, 아연(Z, ZE) 및 합금 ZNE, ZF, ZA 및 AZ 을 함유하는 표면에서 개량된 포스페이트화 결과가 얻어지면, 반면 강 표면에서는 어떠한 포지티브 효과도 관찰되지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 수성용액을 분무, 분무 - 침지 및/또는 침지시킴으로써 강, 아연, 알루미늄 및/또는 그의 합금상에 아연 포스페이트 코팅을 형성하는 방법은,
아연 (Ⅱ) 이온 0.4∼0.6 g/1,
망간 (Ⅱ) 이온 0.9∼1.1 g/1,
마그네슘 (Ⅱ) 이온 1.4∼1.6 g/1,
포스페이트 이온 12.0∼16.0 g/1,
니트레이트 이온 1.0∼5.0 g/1 및
플루오라이드 이온 0.4∼0.6 g/1,
을 함유하는 수성 용액을 사용함으로써 개선된다. 유리산의 함량 및 산의 총 함량은 상기 언급한 바와 일치하며, 나트륨 이온의 양도 마찬가지이다.
본 발명의 더욱 바람직한 실시양태에 있어서, 사용되는 용액은 소량의 니켈 (Ⅱ) 이온을 함유할 수도 있다. 이러한 측면하에서, 0.2∼0.8 g/1 더욱 특별하게는 0.25∼0.5 g/1 의 니켈 (Ⅱ) 이온을 함유하는 용액이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 따르면, 3 - 니트로벤젠술폰산이 유기 산화제로서 사용된다.
바람직한 유기 산화제로는, 3 - 니트로벤젠술포산의 나트륨염이 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에 있어서, 포스페이트화를 40℃∼70℃ 범위의 온도에서 수행한다. 본 발명의 또 다른 실시양태에서는, 바람직하게는 강표면을 1∼5 분 동안 포스페이트화하여 층을 형성한다.
본 발명의 방법에 의해 형성된 표면층은 포스페이트 코팅이 사용되는 모든 분야에서 사용가능하다. 특별히 유리한 적용의 경우로는 페인팅, 특히 전기 - 딥 코팅을 위한 금속 표면의 전처리가 있다.
일번적인 절차는 다음과 같다.
1. 세정 및 탈지 :
50℃∼60℃ 에서 분무 및/또는 침지에 의해 표면활성제를 함유한 알칼리성 세정제(PRDOLINEC 1250)를 사용하고 1∼5분간 처리한다.
2. 헹굼 :
3. 활성화 :
20℃∼40℃ 에서 분무 또는 침지에 의해 티타늄염 함유제 (=FIXODINEC 9112)를 별도로 사용하여 30∼180초간 처리한다. 만일 상기 활성화제를 세정 단계에서 첨가한 경우에는, 활성화 단계를 생략할 수도 있다.
4. 포스페이트화 :
조성은 표 1 에 나타낸다.
5. 헹굼 :
6. 후 - 표면안정화 :
20℃∼50℃ 에서 분무 또는 침지에 의해 크롬함유 또는 무크롬(chromium-free), 후-표면 안정화제(=DEOXYLYTE41 또는 DEOXYLYTE80)를 사용하여 30∼180 초 동안 처리한다.
7. 탈염수로 헹굼 :
냉간압연강 St. 1405, 전지적인 방법으로 아연도금된 강(양 표면에서 Zn 층 두께는 7.5 ㎛ 임) 및 용융침지로 아연도금된 강(양 표면에서 Zn 층 두께는 10 ㎛ 임)의 표면처리를 실시하였다.
상기 언급된 변형에 의해, 포스페이트 층의 단위면적당 질량은 강에서 0.6∼2.5 g.m 으로, 그리고 아연 도금 강에서는 1.8∼4.0 g.m 으로 형성된다.
강 및 전기적인 방법으로 아연 도금된 강에서 상기 방법의 전형적인 층 분석 (원자 흡착 분광법(AAS)에 의한 정량 분석)은 다음과 같다 :
a) 강
b) 전기적인 방법으로 아연 도금된 강
적용유형 (A1), (B2) 및 (C) 로 얻어진 시이트를 사용하여, 기후를 변화시키면서, VW 규격 P 1210에 따라 60 일의 시험 기간동안, 그리고 VDA 규격에 따라 5/10 주기동안 부식 시험을 수행한다. (페이트 코팅에 있어서는, 규격 KET 프라이머 FT 85 7042 (제조회사는 BASF Farben 및 Lacke AG)을 사용하였다)
1. VW 기후 변화 시험 P 1210
1) CRS = 냉간압연강 St. 1405
2) Z = 용융침지에 의해 아연도금된 강
3) ZE = 전기적인 방법으로 아연도금된 강
2. VDA 기후 변화 시험 621-415
DIN 53 209 에 따라 페인트 코팅의 거품 정도를 측정함에 있어서, 코팅에 발생하는 거품형성은 거품 정도를 표시함으로써 정의된다. 상기 규격에 따른 거품의 정도를 단위 면적당 거품의 빈도수 및 거품의 크기를 평가함으로써 거품 형성을 측정한 것이다. 거품의 정도는, 단위면적당 거품의 빈도에 대한 특정의 문자 및 숫자와 거품의 크기에 대한 특정의 문자 및 숫자로 표시된다. DIN 53 209 에 따른 거품 정도의 표시에 있어서, 특정의 문자 및 특정의 숫자 mO 는 거품이 없음을 의미하는 것이고, m5 는 단위 면적당 거품의 소정의 빈도수가 있음을 나타낸다.
거품의 크기는 특정의 문자 g 및 0∼5 범위의 특정의 숫자로 주어진다. DIN 53 209 에 따르는 거품 정도의 표시에 있어서 특정의 문자 및 특정의 숫자 g0 는 - 거품 없음 - 의 의미를 갖는 반면, g5 는 그에 상응하는 거품 크기를 나타내는 것이다.
거품의 정도는, 거품의 모습이 코팅의 외관에 가장 유사한 것을 코팅의 비교에 의해 검출한다.
DIN 53 167 에 따르면, 상기 규격에 따른 염 분무 안개 시험에 의해서 염화 나트륨 용액의 분무시에 니스, 페인트 코팅 및 기타 코팅의 반응을 판단한다. 만일 코팅이 결함, 공극 또는 손상을 나타낸다면, 코팅 하부로의 투과(침투)는 바람직하게는 이 부위로 부터 시작될 것이다. 이것에 의해 금속 기판의 부식이 일어나고 밀착성이 감소되거나 손실된다.
염 분무 안개 시험을 사용함으로써, 이러한 결점을 인삭하고 침투를 발견할 수 있다.
상기 규격의 의미내에서, 침투 (언더컷트)란 코팅과 기판 사이의 경계면에서 또는 특정한 방식으로 생서된 손상부위 (균열부위) 또는 존재하는 결함 (예컨대, 공극, 모서리)으로 부터 출발된 각 코팅들 사이의 경계면에서 염화나트륨 용액이 투과되는 것을 말한다. 밀착성이 감소 또는 소설된 영역의 넓이는, 분무된 염화 나트륨 용액에 대한 각 기관상의 코팅의 내성을 측정하는 척도가 된다.
VW 규격 P-VW 1210 은 여러가지 규격화된 시험절차의 조합으로 구성된 변화 시험을 나타낸다. 따라서, 본 경우에 있어서는, 60 일의 기간동안 다음으로 구성된 시험 주기를 행한다 :
- DIN 50 021 에 따른 염 분무 시험 4 시간,
- 실온에서의 휴지 시간 4 시간 및
- DIN 50 017 에 따른 축합수 일정조건 16 시간.
시험을 시작할 때, 일정한 입자크기를 갖는 소정량의 강구로 시험 표본에 타격을 준다. 시험 기간이 끝난 후, 특성치를 부식의 정도에 따라 배정한다. 1∼10 의 특정치에 따르면, 특성치 1 은 부식이 관찰되지 않음을 나타내는 반면 특성치 10은 실제로 전체 표면이 부식되었음을 나타내는 것이다.
VDA 기후 변화 시험의 1 시험 주기 (7일) 은
- DIN 50 021 에 따른 염 분무 시험 24 시간,
- DIN 50 017 에 따른 축합 수 변화조건 96 시간 및
- 실온에서의 휴지기간 48 시간으로 구성된다.
또한, VW 기후 변화 시험에서와 유사한 방식으로 VW 규격에 따른 암석낙하시험을 수행한다.
Claims (7)
- 아연 (Ⅱ) 이온 0.4∼0.6 g/1,망간 (Ⅱ) 이온 0.9∼1.1 g/1,마그네슘 (Ⅱ) 이온 1.4∼1.6 g/1,포스페이트 이온 12.0∼16.0 g/1,니트레이트 이온 1.0∼5.0 g/1플루오라이드 이온 0.4∼0.6 g/1,필요한 경우,니켈(Ⅱ)이온 0.2∼0.8 g/1그리고 촉진제로서,니트라이트 이온 0.02∼0.2 g/1클로레이트 이온 0.4∼1 g/1 및유기 산화제 0.2∼1.0 g/1로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 함유하고, 유리산의 함랴이 0.6∼1.8 포인트, 산의 총함량이 15∼30 포인트이며, 유리산을 조절하는데 필요한 양의 Na+가 존재하고 있는 수용액을 사용하여 금속판을 처리함을 특징으로 하는, 아연(Ⅱ)-, 망간(Ⅱ)-, 및 마그네슘(Ⅱ) - 이온 및 필요한 경우 니켈(Ⅱ) - 이온, 그리고 포스페이트, 플루오라이드 - 및 니트레이트 - 이온, 및 촉진제로서 니트라이트 - 이온, 클로레이트 - 이온 및 유기 산화제로 구성된 군에서 선택된 하나 이상을 함유하는 수용액을 분무, 분무 - 침지 또는 침지함으로써, 강, 아연, 알루미늄 또는 이들의 합금상에 망간 및 마그네슘 함유 아연 포스페이트 코팅을 형성하는 방법.
- 제1항에 있어서, 수용액이 니켈(Ⅱ) 이온 0.25∼0.5 g/1 을 함유함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 2항에 있어서, 3 - 니트로벤젠술포산을 유기 산화제로서 사용함을 특징으로 하는 방법.
- 제3항에 있어서, 3 - 니트로벤젠술포산의 나트륨염을 사용함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 2항에 있어서, 포스페이트화 조직을 40∼70℃ 범위의 온도에서 수행함을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 2항에 있어서, 강, 아연 도금 강, 알루미늄의 표면 또는 각각의 합금-변성된 표면에 대해 층형성 포스페이트화 처리를 1∼5분간 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 또는 2항에 있어서, 금속 표면상의 페인팅을 위한 금속표면 전처리로서의 방법.
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