KR100221771B1 - 금속 표면의 분말 피복 방법 - Google Patents

Abstract

정전기 분말 피복 방법은 저장 및 운반중에 부식에 대한 보호물로써 오일 박막을 갖춘 금속 표면으로 부터 시작된다. 수지분말은 오일 박막을 먼저 제거하지 않고 표면에 도포된다. 분말층은 노내에서 용융되어 냉각에 의해 경화된다. 노에 의해서 오일을 증발시키기에 충분한 열량이 공급되는 것이 바람직하다. 사용된 오일은 가공물 표면에 잔류하는 만큼 오랫동안 가열중에 안정성을 갖는 것이 바람직하다. 이는 오일 전부 또는 적어도 오일 성분의 일부가 가열중에 분말층을 통해 확산 및 증발될 가능성, 또는 이와 달리 오일의 일부 또는 전부가 열처리 중에 가공물에 잔류하여 분말층과 혼합될 가능성을 포함된다. 상기 두 경우에 수지 피복의 품질은 오일 박막에 의해 저하되지 않는다.

Description

[발명의 명칭]

금속 표면의 분말 피복 방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 표면에 분말층을 도포하고 열처리에 의해 용융시키고 그후 냉각에 의해 경화시키는 오일 박막을 마련한 금속 표면의 분말 피복 방법에 관한 것이다. 이러한 방법은 자동차 및 다른 엔지니어링 산업 분야에서 사용되는 금속 부품, 그리고 가정용품 및 다른 장치의 케이싱용 및 금속 가구 및 선반용 그리고 장난감용 등의 금속 부분의 피복에 사용된다.

이러한 금속 부분은 운반 및 저장시 부식으로부터 보호하기 위해("코일 피복"이라고 하는) 오일이나 페인트 등으로 피복된 코일 밴드 강으로부터 제조된다. 밴드 강은 코일로부터 풀려져서, 절단 및 펀칭, 프레스 가공, 드릴 가공, 절첩 및 절곡 가공과 같은 기계 가공을 수행하여 필요한 제품으로 제조된다. 이러한 공정 단계 동안에 오일 또는 페인트 피복은 또한 공구와(시트 또는 밴드 금속인) 가공물 사이의 윤활유나 탈형제로서 사용된다.

오일 피복 코일을 가공했을 때, 내식성 및 필요한 색상을 얻도록 최종 부품은 페인팅이나 피복된다. 습식 페인팅시에 솔벤트를 함유한 페인트를 사용한다. 그러나, 솔벤트의 증발은 환경 문제를 유발한다.

이러한 문제점은 독일연방공화국 특허 제3,838,928 A1호에 기재된 바와 같은 정전기 분말 피복 방법을 사용하여 해결할 수 있다. 정전기적으로 충전된 분말은 표면 상에 분무되어 정전기력에 의해 부착된다. 적절한 분말들은 폴리에스테르, 에폭시 수지 또는 이들의 혼합물과 같은 열가소성 수지로 제조된다. 분말층은 금속에 양호하게 부착하여 매끄러운 표면을 만드는 점성 물질을 형성하도록 용융된다. 상기 피복은 냉각에 의해 경화된다.

고품질의 표면을 얻기 위해서는 분말 피복 단계 이전에 오일을 제거하기 위해 이 기술 분야에 절대 필요한 금속 표면을 세척하는 것을 고려해야 한다. 그러나, 이러한 세척 단계는 재차 환경 문제를 일으키는 세척제 또는 솔벤트의 사용을 필요로 하여 실질적인 비용을 상승시킨다. 소정의 설비 뿐 아니라 세척제 또는 솔벤트에 의해 습해진 금속 표면을 건조시키는데 사용되는 에너지에 의해서도 비용이 상승된다. 건조 작업 없이는 높은 성능을 얻을 수 없다.

오일 피복 코일 대신에 예비 피복 또는 페인팅된 코일을 사용함으로써 이러한 문제들을 피할 수 있다. 그러나, 상기 방법은 다양한 색상으로 제품을 제조할 때 큰 저장 면적을 필요로 하는 단점을 갖고 있다. 또한, 색상을 바꿀 때에는 번거롭게도 항상 생산 라인의 코일을 바꾸어야 한다. 또 다른 어려운 점은 여러 코일들의 색상이 전혀 같지 않다는 점으로서, 특히 여러 공급자로부터 공급되는 코일들이 서로 다르다.

또한, 예비 피복 또는 페인팅된 밴드 또는 시트 금속을 사용할 때 절단, 펀칭 또는 드릴 가공될 금속 부분들의 모서리는 피복되지 않으며, 따라서 부식되기 쉽다. 또한, 이들 금속 부분이 예리한 모서리를 갖기 때문에 취급시 상해의 위험이 있다.

상기한 단점들은 오일 피복 코일을 사용함으로써 그리고 모든 기계 가공 단계가 완료된 후에 금속 부분을 피복함으로써 피할 수 있다. 정전기 분말 피복이 특히 적합한데, 그 이유는 특히 많은 양의 분말이 가공물의 모서리에 부착되도록 자속선의 방향을 유도할 수 있기 때문이다. 따라서, 경화후에 이들 영역상에 형성된 수지 피복은 특히 두꺼워서 둥근 모서리를 형성하게 된다. 그러나, 이 방법의 주요 단점은 상술한 것처럼 비용 상승과 오일이 제거되었을 때 유발되는 환경 문제이다.

본 발명의 목적은 환경 문제를 덜 일으키며, 제조 중에 색상을 쉽게 재현하고 용이하게 바꿀 수 있고 원재료가 부식에 대해 일정한 정도로 보호되는 저렴한 비용으로 대량 생산이 가능한 분말 피복 방법을 마련하는 것이다.

상기 목적은 금속 표면 상에 위치된 오일 박막에 분말을 직접 도포하여 열처리에 의해 용융시키고 계속해서 냉각에 의해 경화시키는, 오일 박막을 구비한 금속 표면의 분말 피복 방법에 의해 달성된다. 따라서, 본 발명의 방법은 오일 피복된 금속 표면으로부터 시작된다. 분말은 피복될 표면으로부터 오일 박막을 제거하지 않고 오일 박막에 직접 도포된다.

본 발명은 부식에 대한 보호용으로 그리고 기계 가공을 위한 윤활유 또는 탈형제로서 오일 또는 그리스 박막을 갖춘 금속 물질의 피복을 가능하게 한다. 오일 또는 그리스 박막을 반드시 제거할 필요는 없기 때문에 상기 방법은 사용시 비용이 절감되고 환경 문제에 있어서도 바람직하다.

본 발명의 방법은 처리되지 않은 금속 밴드, 시트 또는 코일과, 기계 가공에 의해 가공된 부품과 같은 반제품의 피복에 적합하다. 후자 즉, 기계 가공에 의해 가공된 부품의 피복은 부식 방지와 예리한 모서리로부터 어떠한 상해의 위험도 피하기 위해서 피복되지 않은 모서리가 남아 있지 않는 경우에 유리하다.

또한, 본 발명의 방법은 튜브형 및 프로필 부분을 포함하는 형상의 어떠한 종류의 금속 및 강에도 사용할 수 있다.

분말층을 통해 오일을 확산시키고 증발시키도록 열처리 중에 충분한 양의 열을 공급하는 것이 바람직하다. 그 결과, 오일은 피복된 표면의 품질에 영향을 미치지 않게 된다. 더 많은 오일이 도포되고 그리고/또는 사용된 오일의 휘발성이 덜하면, 열처리 중에는 더 많은 양의 열(온도 및 시간)이 필요하다. 노의 배출 공기중에 떠있는 증발된 오일은 연소될 수 있어서 노를 가열하는데 사용된다.

고품질의 표면을 얻기 위해서는 오일이 표면에 잔류하는 동안 열처리 중에 안정성을 갖는 오일을 사용하는 것이 바람직하다. 이는 오일 전부 또는 오일 성분의 일부가 가열 중에 분말층을 통해 확산되어 증발될 가능성, 또는 이와 달리 오일의 일부 또는 전부가 가공물에 잔류하여 분말과 혼합될 가능성을 포함한다. 이 경우에 가공물 표면 상에 도포된 오일은 노내에서 불안정하게 연소되며, 수지 피복의 색상은 오일에 의해 그리고 상승된 온도에서 오일의 변질에 의해 크게 영향 받게 된다. 노 온도의 미세한 국부 변화는 균일하지 않은 표면 구조 및 색상을 초래한다.

열처리 중에 색상에 영향을 미치지 않는 오일을 사용하는 것이 또한 바람직하다. 이 경우에, 온도 및 열처리 시간의 불가피한 작은 변화는 해롭지 않다. 오일 박막은 정전기적으로 도포된 분말의 접착이 손상받지 않는 정도로 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 그러면, 분말은 가공물 표면 상에 거의 완전하게 잔류되며, 단지 소량의 분말만이 표면에서 떨어져 경제성을 위해 분말이 수집되어 재순환되는 피복 상자의 플로어 상에 떨어진다.

오일 박막의 표면 밀도를 약 3g/㎡ 보다 작게, 양호하게는 0.3 내지 1.5g/㎡ 으로 그리고 수지 피복의 두께를 적어도 ca. 50㎛, 양호하게는 ca. 50내지 80㎛로 함으로써, 색상, 두께 및 구조에 대해서 특정의 균일성을 갖는 피복이 얻어진다. 상기 값들은 반제품 재료의 운반 중에 그리고 저장시에 부식에 대해서 우수하게 보호하며, 가공물 및 공구의 마모를 감소시키도록 기계 가공 중에 충분한 윤활 및 탈형 특성을 제공한다.

분말 피복 이전에 알칼리성 또는 인산염을 포함하는 층을 도포함으로써 내식 특성에 특히 효과적이고 피복 밑에 녹이 형성되는 것을 방지한다. 종래의 분말 피복 방법에서, 오일 박막은 인산염 및/또는 알칼리성 세척제에 의해 제거된다. 그로부터 생기는 인산염 박막은 건조 후에 가공물 표면에 잔류하는 우수한 내식제를 형성한다. 또한, 본 발명에서는 인산염 박막의 내식 특성을 사용하기 위해서 추가의 알칼리성 또는 인산염을 포함하는 박막이 오일이 도포되기 전이나 도포된 후에 또는 오일과 동시에 어떠한 경우이던 분말 피복 단계 이전에 도포시킬 수 있다.

경화된 피복의 표면에 잔류하여 오일 박막은 앞으로의 기계 가공을 위한 우수한 윤활 박막을 형성한다. 이를 위해서, 충분히 많은 양의 오일이 금속 표면에 도포되며, 노의 열은 일정량의 오일이 가공물에 잔류하도록 충분히 낮은 상태로 유지된다.

[실험에 대한 설명]

본 발명 방법의 양호한 실시예들을 결정하기 위해 행해진 실험의 결과들이 표 1 및 표 2에 요약되어 있다. 이 실험에서, (독일 연방공화국 회사인 큐-패널(Q-PANEL)로부터 입수한 "R" 타입) 시편 강판들에 오일을 도포하여, 정전기적으로 분말을 피복한 후, 노를 통과시켰다. 피복된 시편 강판들을 그들의 광학적 품질에 대한 현미경으로 관찰하고, 페인트의 접착 성질을 결정하기 위해 DIN ISO 1520에 따른 커핑 시험(cupping test)을 행하였다.

폴리에스테르ㅡ에폭시 수지 혼합물 분말을 모든 시험에서 사용하였다. 이 분말을 경화 후에 피복층의 두께가 약 70 내지 80㎛가 되는 양으로 가하였다.

표 1은 경화된 페인트층의 광학적 관찰 결과들을 보여준다. 상표명, 제조회사, 오일계 및 40℃에서의 점성도로 표에 분류된 여러 오일들로 시험들을 행하였다. 표 1의 마지막 다섯칸에는 가해진 오일량들을 나타내고, 0.5 내지 2.5g/㎡의 표면 밀도에 대해 그 시험 결과들에 표시하였다. 표 1에서 각각의 오일이 페인트층에서 가식적인 오일 군 또는 함유물을 형성하면 기호 "x"로 표시하였다. 이 경우, 페인트 표면에는 "흠집"이 생긴다. 결함이 없는 표면은 기호 "o"로 표시하였다.

표 1은 만일 오일의 표면 밀도가 2.0g/㎡을 초과하지 않고, 40℃에서의 오일의 점성도가 40㎟/s 이하인 경우 즉, 낮은 점성도 오일이 사용되는 경우, 우수한 광학적 품질을 갖는 피복 강판이 얻어짐을 나타낸다. 낮은 점성도를 갖는 오일은 아주 균일하게 가해질 수 있고, 분말층을 통해 쉽게 확산되며 노내에서 증발하는 이점을 갖고 있다. 이 점은 가해진 오일의 양이 아주 소량인 경우에 특히 현저하다. 0.5g/㎡의 표면 밀도에서는 거의 모든 오일이 광학적으로 완벽한 표면을 얻을 수 있다.

표면의 광학적 품질은 광물을 기초로 한 오일이 사용되느냐 평지씨(rape seed) 오일과 같은 식물성 오일이 사용되느냐에 따라 결정된다.

표 2에는 페인트 층의 접착 성질들을 측정하는 DIN ISO 1520에 따른 커핑시험의 결과들을 나타냈다. 커핑 시험에서, 시편 강판을 플런저에 의해 변형시키고, 페인트 층이 균열하는 변형 깊이를 기록하였다. 페인트의 우수한 접착 성질을 위한 높은 디프 드로잉 지수를 얻었다.

표 2에는 다양한 오일 및 그들의 노내 잔류 시간이 기재되어 있다. 마지막 다섯칸은 표 1에서와 같이 가해진 오일량이 다르다. 표 2에는 크랙이 발생하는 변형량(mm, 디프 드로잉 지수)를 나타내었다. 노 온도는 항상 180℃였다. 시편 강판은 14분의 노내 잔류 시간후 그러한 온도에 도달한다. 디프 드로잉 지수는 14분, 16분 및 18분의 노내 잔류 시간 후에 측정하였다. 모든 오일을 제거한 종래의 시편 강판("비오일" 시편 강판)을 비교예들로서 연구하였다.

표 2는 가해진 오일의 양이 1.5g/㎡의 표면 밀도를 초과하지 않고 충분한 노내 잔류 시간이 유지되는 경우에, 디프 드로잉 지수가 5.0mm 이상이었으며, 이는 피복의 특히 우수한 접착 성질을 나타내는 것이다.

이 경우, 180℃의 노내 온도에서 18분의 잔류 시간이면 충분하였다. 이러한 조건에서, 시편 강편에 가해진 열량은 오일이 확산되고 분말층을 통해 증발되기에 충분하였다.

0.5g/㎡의 오일의 표면 밀도 및 상기한 가해진 열량에서, 디프 드로잉 지수는 비오일 또는 "오일이 제거된" 강판 금속과 같은 정도 예컨대, 약 10mm이다. 이러한 값은 접착력이 아주 우수한 것을 의미한다.

Claims (8)

1. 오일 박막이 제공된 금속 표면의 분말 피복 방법에 있어서, (가) 수지 분말 층을 상기 오일 박막에 직접 가하는 단계와, (나) 열을 가하여 상기 수지 분말을 용융시키는 단게와, (다) 상기 용융된 수지 분말을 냉각에 의해 경화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
2. 제1항에 있어서, 오일이 분말 층을 통해 사실상 확산 및 증발되도록 하는 열량으로 상기 (나) 단계 중에 열을 가하는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 금속 표면 상에 남아 있는 동안 안정성이 있는 오일을 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 (나) 단계 중에 상기 분말층이 변색되는 것을 방지하기에 충분하도록 화학적으로 안정된 오일을 사용하는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 오일 박막은 정전기적으로 가해진 분말의 접착력이 영향받지 않을 정도로 얇게 만들어진 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 오일 박막의 표면 밀도는 약 3g/㎡ 이하이고, 바람직하게는 약 0.3 내지 1.5g/㎡이고, 상기 경화에 의해 얻어진 수지층의 두께는 약 40㎛ 이상이고, 바람직하게는 약 50 내지 80㎛인 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 분말 피복전에, 알카리성 및/또는 인산염 층이 상기 금속 표면에 가해지는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 오일은 상기 오일의 잔류물이 경화된 수지 표면 상에 박막을 형성시키도록 하는 양으로 가해지는 것을 특징으로 하는 금속 표면의 분말 피복 방법.