KR100256331B1 - 밀착성과 표면형상이 우수한 진공증착 아연도금강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공증착 방법으로 강판상에 아연을 증착시켜 아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 강판상에 아연의 증착전 전자빔 가열원에 의하여 철을 10nm이상 증착시키고 그 위에 아연을 저항가열원을 사용하여 증착시키므로서 밀착성과 표면형상이 우수한 아연도금 강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 진공증착장치를 사용하여 강판상에 아연피막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 강판상에 아연을 진공증착하기 전에 철을 10nm이상의 두께범위로 진공증착하는 것을 포함하여 이루어지는 밀착성과 표면형상이 우수한 아연진공 증착 도금강판 제조방법에 관한것을 그 요지로 한다.

Description

밀착성과 표면형상이 우수한 진공증착 아연도금강판 제조방법

제1도는 본 발명의 방법이 적용되는 저항가열 증발원 및 전자빔가열증발원이 설치된 진공증착 장치의 개략도.

제2도는 본 발명의 방법이 적용된 아연피막을 테이프 박리실험하여 밀착성을 평가한 결과를 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명의 방법이 적용된 아연도금강판을 육안관측하여 표면형상을 평가한 결과를 나타낸 그래프.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 공전축 기어 2 : 서브모터

3 : 진공실링 4 : 내치기어 고정대

5 : 기판 가열장치 6 : 내치기어

7 : 공전축 8 : 자전기어

9 : 기판 10 : 철두께측정장치

11 : 아연두께측정장치 12 : 전자빔가열증발원

13 : 저항가열증발원 14 : 철증발원셔터

15 : 아연증발원셔터 16 : 진공조

본 발명은 진공증착 방법으로 강판상에 아연을 증착시켜 아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 강판에 전자빔 가열방식을 사용하여 먼저 철을 10nm이상 증착시킨후 여기에 아연을 저항가열원을 이용하여 증착시켜 밀착성이 우수하고 표면형상이 우수한 아연도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

현재 여러 철강회사에서는 각종 도금라인이 가동중에 있어 아연 및 아연계 합금 도금제품이 상업적으로 생산되고 있으며, 이들 도금제품은 가전제품, 자동차 및 건자재로서 그 사용이 확대되고 있다. 그러나 현재 대부분 사용되고 있는 전기도금이나 용융도금 방법에 의한 아연 및 아연계 합금 도금 강판은 부착량의 제어범위가 제한되며, 환경 및 공해문제로 인하여 이를 진공증착에 의해 대체하려는 연구가 시도되고 있다.

그러나 강판상에 아연을 직접 진공증착에 의해 도금하는 경우에는 강판표면의 자연산화층 때문에 강판표면과 아연도금층간의 밀착성이 나빠지는 문제점이 있는 데, 이를 해결하기 위하여 여러방법이 시도되고 있으며, 그중 다음과 같은 방법이 대표적이다.

진공증착기 내에 Ar등의 불활성 개스를 도입하고 기판에 고압을 걸어 스퍼터링하여 강판상의 자연산화층을 제거후 아연을 진공증착하는 방법, 환원성 분위기의 노내에서 강판을 열처리하여 표면의 산화막을 제거하고 활성화 시키는 방법 및 브러쉬등을 사용하여 강판의 표면을 물리적으로 깍아낸후 아연을 증착시키는 방법등이 바로 그것이다.

상기와 같은 방법중 진공증착기 내에 Ar개스를 도입하는 방법은 기판에 고압을 걸기위한 전원장치와 기판과 진공조 사이를 절연시켜야 하며, 가스를 일정량 공급해야 하는 설비등이 추가로 설치되어야 하며, 공정이 복잡하고 전체 증착시간이 오래 걸리는 등의 문제점이 있다.

그리고 환원성 분위기의 노내에서 강판을 열처리 하여 표면의 산화막을 제거하고 활성화 시키는 방법 및 브러쉬등을 사용하여 강판의 표면을 물리적으로 깍아낸후 아연을 증착시켜 밀착성을 개선하고자 하는 방법들은 모두 공정상 복잡한 전처리 장치가 필요한 단점이 있다.

이에, 본 발명자는 상기한 문제점 및 단점을 해결하기 위하여 연구의 실험을 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 강판상에 아연의 증착전 전자빔 가열원에 의하여 철을 10-120nm 증착시키고 그 위에 아연을 저항가열원을 사용하여 증착시키므로서 밀착성과 표면형상이 우수한 아연도금 강판을 제조할 수 있는 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.

이하, 본 발명에 대하여 설명한다.

본 발명은 진공증착장치를 사용하여 강판상에 아연피막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 강판상에 아연을 진공증착하기 전에 철을 10-120nm의 두께범위로 진공증착 하여 밀착성과 표면형상이 우수한 아연진공 증착 도금강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

상기한 본 발명의 목적은 강판상에 아연을 진공증착하기 전에 아연과 강판의 결합 매개층(inter bonding layer)으로 철을 10nm이상의 범위로 증착 하므로서, 그 해결이 가능하며, 이에 대하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 강판은 그 표면에 두께 약 5nm 정도의 산화층이 자연적으로 생성 되는데, 이러한 산화층은 아연과의 결합성이 좋지 않아 증착시 아연과 강판간의 밀착성을 저하시키는 요인으로 작용한다. 하지만 강판의 산화층은 철(순도 99%)과는 결합성이 우수하며, 또한 이러한 철은 아연과의 결합성이 좋다. 철과 아연간의 결합성이 좋다는 것은 철이 표면 산화의 염려가 없는 진공상태에 존재한다는 것을 전제로 한다.

따라서 본 발명에서는 이러한 사실에 근거하여 강판상에 적정두께의 철을 증착시킨다음, 아연을 증착시키게 되면 철이 강판과 아연 도금층간의 밀착성을 향상시킬 뿐만 아니라 아연도금강판의 표면형상도 개선시키게 되는 것이다.

이러한 철의 부착에 의한 아연도금 피막의 밀착성 향상 및 표면형상 향상은 철의 부착량이 10nm이상일 경우에 나타나므로 본 발명에서는 철의 부착량을 10nm이상으로 한정함이 바람직하다. 또한, 철의 부착량이 120nm를 초과할 경우에는 밀착성이 저하하는 경향을 보이기 때문에 120nm이하로 한정함이 바람직하다.

본 발명에서는 이상과 같이 강판상에 철을 증착시킨 후에는 통상의 진공증착 방법으로 아연을 증착시키게 되는데, 이때 아연의 증착량은 5g/㎡ 이상이 되도록 함이 보다 바람직한데, 그 이유는 아연의 증착량이 너무 적으면 진공중의 미량 산소가 철과 반응하여 아연의 밀착성을 저하시킬 우려가 있기 때문이다.

이하, 본 발명에 의한 아연의 진공증착 방법을 제1도를 참고하여 설명한다.

제1도는 본 발명에 적용되는 저항가열 증발원(13)과 전자빔 가열 증발원(12)이 설치된 진공증착 장치의 개략도를 나타낸다. 여기서 저항가열 증발원(13)의 재질은 흑연을 사용하였으며, 도금량을 700g/㎡ 이상 가능하도록 전체용적이 350cc이상인 보우트 형태로 가공 하였다. 이때 저항가열 증발원(13) 벽의 두께는 증발원(13)의 전력을 고려하여 1-2mm사이의 두께를 가지도록한다. 또한 증착율을 높여 후막을 제조할 경우 증발물질 표면의 산화물이 튀어 동시에 증착됨으로서 피막의 표면에 부착되는 현상을 막고 증착기체의 분포를 균일하게 하기 위하여 증발원(13)위에 스테인레스 재질의 망사형 덮개를 사용 하였다. 그리고 전자빔 가열 증발원(12)은 필라멘트를 가열하여 나오는 열전자를 벤딩 마그넷(bending magnet)과 500-2000V의 고전압에 의해 가속시키는 장치로 구성되어 있다. 증착용 철은 알루미나로 제작된 도가니에 넣은후 전자빔 증발원(12)에 장입 시킨다.

본 발명에 있어서 목적하는 밀착성이 우수하고 표면형상이 우수한 아연도금 강판을 제조하기 위해서는 저항가열증발원(13), 전자빔가열 증발원(12) 그리고 저항가열 증발원(13)상에 놓여지는 덮개(도면에 미도시)를 대기중에서 충분히 청정 및 건조 시킨후 진공조(16)내에 설치되어 있는 수냉이되는 증발원 지지대(미도시)에 고정 시키고 기판(9)은 통상의 방법에 의하여 탈지 및 세정시킨후 기판 고정장치(미도시)에 부착 시킨다. 저항가열 증발원(13)에는 각형의 금속 아연 덩어리를 넣고 덮개를 씌우고, 전자빔 가열 증발원(12)에는 99%순도 이상의 덩어리 형태의 금속철을 알루미나 도가니에 넣고 셔터(14,15)를 닫고 유회전 펌프(미도시)의 부스터 펌프(미도시)를 이용하여 진공조(16)내의 진공도가 10^-2Torr까지 되도록 배기한 후 유확산 펌프(미도시) 또는 터보펌프(미도시)를 이용하여 진공조(16)내의 진공도가 10^-4Torr이하가 될때까지 배기시킨다.

이어 기판(9)을 가열하여 기판(9)의 온도가 150-180℃의 범위에 달하면 전자빔 증발원(12)의 필라멘트(미도시)를 가열하고 고전압을 걸어 전자빔의 위치를 철에 맞춘다. 충분한 예열을 통해 탈개스 시킨후 원하는 온도와 증발율의 전력으로 맞춘후 철증발원셔터(14)를 열고 기판(9)에 철을 10nm이상 증착 시킨다. 철의 증착 두께는 보정된 철두께측정장치(10)를 사용하여 측정하거나 전자빔가열증발원(12)의 전력에 따라 보정된 증착률에 증착시간을 곱해 측정한다.

전자빔 가열에 의해 기판(9)상에 철을 증착시킨후 철증발원셔터(14)를 닫고 저항가열 증발원(13)에 의하여 아연을 동일한 방법에 의하여 원하는 도금량을 가지도록 증착시킨다. 아연의 증착이 끝나면 아연증발원셔터(15)를 닫고 기판(9)의 온도가 내려간 후 기판(9)을 꺼내어 도금전후의 무게를 측정하여 도금량을 결정한다.

이상과 같은 방법으로 강판상에 아연도금을 실시하게 되면 아연도금층의 밀착성이 우수할 뿐만 아니라 아연도금 강판의 표면형상도 개선할 수가 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

제1도에 나타낸 바와 같은 본 발명의 전자빔 가열 증발원과 저항가열 증발원이 구비된 진공증착 장치를 사용하여 강판상에 철과 아연을 도금 하였다. 이때 도금소재로는 두께 0.4mmt의 냉연강판을 사용하였으며 기판의 온도는 160℃를 유지하였다. 전자빔 가열 증발원에 의해 철을 0-120nm의 두께범위로 증착후 저항가열 증발원을 사용하여 아연을 1-1000g/㎡의 부착량 범위로 진공증착 하여 아연도금강판을 제조하였다. 이와같이 제조된 아연도금 강판의 밀착성 및 표면형상을 측정 평가하여 그 결과를 제2도 및 제3도에 나타내었다.

이때 밀착성은 테이프 테스트 방법에 의해 평가 하였으며, 표면형상은 육안관찰하여 평가하였다.

제2도 및 제3도에 나타난 바와 같이, 본 발명의 범위를 만족하는 경우에는 90도 벤딩이나 180도 벤딩후에도 테이프에 증착층이 묻어 나오지 않아 양호한 밀착성을 나타내었으며, 또한 육안관찰에 의해 표면이 은백색의 양호한 색상을 나타내어 표면형상이 우수함을 알 수 있다. 반면에 본 발명의 범위를 만족하지 못하는 경우에는 상기한 밀착성 및 표면형상 개선의 특성을 얻을 수 없었다.

[비교예]

저항가열 증발원만을 사용하여 아연을 도금량 100g/㎡ 증착 하였다. 표면형상은 양호하였으나, 테이프 시험 결과 테이프에 도금층이 묻어나와 밀착성이 불량한 것으로 판명 되었다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 철을 적정 두께범위로 진공증착하여 강판과 아연도금층간의 결합매개층으로 사용하므로서 아연 도금층의 밀착성 개선이 이루어질 뿐만이 아니라 아연도금층의 표면형상도 개선되는 효과가 있다. 특히 기판의 표면청정상태가 좋지 않을 경우에도 철을 도금한 후 아연을 도금하므로서 표면형상이 현저히 개선되었다.

Claims (3)

1. 진공증착장치를 사용하여 강판상에 아연피막을 제조하는 방법에 있어서, 상기 강판상에 아연을 진공증착하기 전에, 전자빔가열 증발원을 사용하여 철을 10-120nm의 두께범위로 진공증착하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 밀착성과 표면형상이 우수한 아연진공 증착 도금강판 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 아연진공증착층의 두께는 5g/㎡이상인 것을 특징으로 하는 밀착성과 표면형상이 우수한 아연진공 증착 도금강판 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 아연은 저항가열 증발원을 사용하여 진공증착됨을 특징으로 하는 밀착성과 표면형상이 우수한 아연진공 증착 도금강판 제조방법.