KR100296372B1 - 금속 성형물의 도장 전처리 방법 - Google Patents

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Abstract

처리조에 저장되는 용액은 금속 성형물을 침지하는 범위내에서 또는 금속 성형물의 실질적인 수평면 주위에서 처리조에 제공된 진동교반수단에 의해 하기 수학식으로 나타내는 평균가속도(a)가 8㎝/sec2 이상이 되도록 교반된다:
상기식에서,
X, Y 및 Z는 단위가 ㎝/sec2이고, 측정위치에서 서로 수직인 세 개의 축 X, Y 및 Z 방향에서 동시에 측정한 60초 이내의 유속변화의 평균가속도이다.

Description

금속 성형물의 도장 전처리 방법{Pretreatment method for coating on metal molded article}
본 발명은 처리조에 저장되는 용액에 금속 성형물을 침지시킴으로써 차체와 같은 금속 성형물의 코팅 전처리를 수행하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 자동차, 가전제품 또는 철재가구와 같은 금속 성형물은 코팅전에 전처리된다. 그러한 코팅 전처리에는 뜨거운 물로 예비-세척하거나, 탈지시키거나, 탈지후에 세정하거나, 화학적으로 전환시킴을 포함한다. 전처리는 일반적으로 스프레이 방법 또는 침지방법으로 수행되지만, 침지방법은 불룩한 구조부를 지니며 페인팅후에 내식성을 요하는 자동차 차체와 같은 피처리물에 일반적으로 적용된다. 그러한 침지방법에서, 금속 성형물은 세척수 또는 처리조에 저장된 처리용액에 침지되어, 도장 전처리된다.
종래의 도장 전처리 방법에서, 처리되는 목적물은 우수한 상태로 균일하게 처리될 수 없다.
불룩한 구조부를 지니는 자동차 차체와 같은 피처리물의 경우, 예를들어, 세척수 또는 처리용액은 불룩한 구조부 내에서 불충분하게 교반되어, 피처리물이 우수한 상태로 균일하게 처리될 수 없다. 인산염 처리의 경우에, 불룩한 구조부에 형성되는 인산염 피막에, 예를들어, 피막부족부 또는 황색의 녹이 발생된다. 따라서, 도장후에 우수한 내식성을 지닌 인산염 피막이 형성될 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 일본국특허공고 제 63-8820(1988)호에서는 보트형 처리조의 하부로부터 처리조에 침지된 피처리물로 처리용액을 상향 분사시켜, 처리용액을 피처리물의 하부 표면상의 오목부와 접촉시키는 수단을 제공하는 방법을 제시하고 있다. 그러나, 그러한 방법은 일정한 모양의 피처리물에만 유용하며, 처리용액의 흐름성이 예를들어 자동차 차체 등의 복잡한 불룩한 구조부에 충분히 가해질 수 없다.
한편으로는, 일본국특허공개 제2-277783(1990)호에는 처리용액에 박스형 시트 금속 피처리물을 침지시키고, 피처리물 운반 경로의 양측에 많은 스트레이트 노즐을 제공하여 노즐로부터 처리용액을 1.0 내지 10.0 kg/㎠의 압력하에 20 내지 50 l/min의 유속으로 분사시키고, 처리조중에서 처리용액을 교반시키면서 피처리물을 이동시킴으로써 피처리물상에 도장 전처리를 수행하는 방법을 제시하고 있다.
그러나, 이러한 방법에서, 처리용액은 전체적으로 균일하게 교반될 수 없으며 특정의 부분만이 교반된다. 처리용액이 피처리물의 불룩한 구조부에서 충분히 교반되도록 하기 위해서는, 처리용액을 분사하는 위치 및 각도등이 조절되어야만 한다. 또한, 복잡한 구조를 지니는 불룩한 구조부에서, 교반상태는 개선될 수 없다.
인산염화 처리에서의 균일하고 우수한 처리가 곤란하다는 상기와 같은 문제는 도장의 전처리에 포함되는 세정수로 예비-세척하거나, 탈지하거나, 탈지후에 세정하는 것에 있어서도 중요하다.
금속 성형물의 도장 전처리와 관련하여, 금속 성형물에 유착되어 있는 금속분말은 처리용액내로 혼입되어 부유되거나 현탁된다. 그러한 금속분말은 특히 인산염 피막 단계에서 문제를 유발시킬 수 있다. 인산염 피막내로 금속분말이 혼입되는 경우, 얻어진 전착도장피막은 금속분말에 의해 바람직하지 않게도 불균일하게 되며 평탄도도 저하된다. 금속분말의 유착으로 인한 평탄도의 저하는 특히 금속 성형물의 수평면에서 현저하게 나타난다.
본 발명의 목적은 금속 성형물에 금속분말의 유착을 보다 효과적으로 저지하면서 처리조에 저장된 용액에 금속 성형물을 침지시킴으로써 금속 성형물을 보다 균일하고 우수하게 처리할 수 있는 도장 전처리 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 도장 전처리 방법은 처리조에 저장된 용액에 금속 성형물을 침지시키고, 처리조에 저장된 용액을 처리조에 제공된 진동교반수단으로 교반하며, 금속 성형물이 침지된 범위내에서의 용액을, 하기 수학식으로 표현되는 평균 가속도(a)가 8 ㎝/sec2이상이 되도록 교반함을 특징으로 한다:
수학식 (1)
상기식에서,
X, Y 및 Z는 단위가 ㎝/sec2이고, 측정위치에서 서로 수직인 세 개의 축 X, Y 및 Z 방향에서 동시에 측정한 60초 이내의 유속변화의 평균가속도이다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 도장 전처리 방법은 금속 성형물을 이동시키면서 처리조에 저장된 용액에 금속 성형물을 침지시키고, 금속 성형물이 처리조내로 도입되는 입조부(入槽部)에 진동교반수단을 제공하고 진동교반수단에 의해 입조부에서 용액이 교반되도록 하여, 상기 수학식 (1)로 표현되는 평균 가속도가 8 ㎝/sec2 이상이 되도록 함을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 양태에 따른 도장 전처리 방법은 처리조에 저장된 용액에 실질적인 수평면을 지니는 금속 성형물을 침지시키고, 용액에 침지된 금속 성형물의수평면 주위의 용액이 처리조에 제공된 진동교반수단에 의해 교반되어, 상기 수학식 (1)로 표현되는 평균 가속도가 8 ㎝/sec2 이상이 되도록 함을 특징으로 한다.
본 발명의 제 4 양태에 따른 도장 전처리 방법은 실질적인 수평면을 지니는 금속 성형물을 이동시키면서 처리조에 저장된 용액에 금속 성형물을 침지시키고, 금속 성형물이 처리조내로 도입되는 입조부에 진동교반수단을 제공하고 진동교반수단에 의해 입조부에서 용액이 교반되도록 하여, 상기 수학식 (1)로 표현되는 평균 가속도가 8 ㎝/sec2 이상이 되도록 함을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 및 제 4 각각의 양태에서, 용어 "실질적인 수평면을 지니는 금속 성형물"은 도장 전처리에서 금속분말이 용이하게 유착되는 표면을 나타내며, 수평방향에 대해 ±45°의 범위로 경사진 표면을 포함한다.
본 발명의 제 1 , 2, 3 및 4 양태에서 공통적인 기술내용은 이하 간단하게 "본 발명"으로 표현한다.
본 발명에 따른 도장 전처리는 뜨거운 물로 예비-세척, 탈지, 탈지후의 세정, 또는 화학적 전환코팅등과 같은 처리법에 관한 것이다. 처리조내의 침지시간은 처리 형태에 따라 적절하게 선택되는데, 일반적으로 10초 이상이다. 인산염화 처리가 도장 전처리로 수행되는 경우, 용액을 바람직하게는 30초 이상동안 상기된 평균 가속도로 교반한다. 본 발명의 각각의 제 2 및 제 4양태에 따르면, 용액을 바람직하게는 상기된 평균가속도로 30초 이상동안 입조부에서 교반한다. 반면, 본 발명의 제 3 양태에 따르면, 용액을 바람직하게는 처리 개시후 30초 이상동안 상기된 평균가속도로 교반한다.
본 발명에 따른 도장 전처리에서, 용액을 처리조에 제공된 진동교반수단으로 교반한다. 본 발명의 제 2 및 제 4양태에 따르면, 진동교반수단은 처리조의 입조부에 제공된다. 그러한 진동교반수단의 예에는 처리조에 저장된 용액중에 진동판을 지녀 진동판을 진동시킴으로써 용액을 교반하는 장치가 있다. 바람직하게는, 그러한 진동판은 처리조의 크기에 따라서 수직방향으로 복수개 배열된다. 그러한 진동판의 모양은 처리조의 크기, 및 피처리물을 침지시키는 방법등에 따라 설정된다. 진동판은 일반적으로 진동모터의 진동을 전달함으로써 진동된다.
본 발명의 도장 전처리 방법에서, 용액은 평균 가속도(a)가 8㎝/sec2이상으로 교반되어 피처리물을 처리한다. 바람직하게는, 용액은 평균가속도(a)가 10㎝/sec2이상, 더욱 바람직하게는 10 내지 50㎝/sec2, 더욱 더 바람직하게는 10 내지 30㎝/sec2이 되도록 교반된다.
본 발명의 제 1양태에 따르면, 금속 성형물을 침지하는 범위의 용액은 상기된 평균 가속도로 교반된다. 상기된 평균가속도는 금속성형물을 침지하는 범위내에서 평균값으로 얻을 수 있다. 평균가속도는 용액에 침지된 금속 성형물의 처리표면의 인접부에서의 값을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 금속 성형물을 침지시킴으로써 평균가속도에 가해지는 영향이 적거나 침지된 상태에서의 측정이 곤란한 경우, 평균가속도는 금속 성형물을 침지시키기 전에 금속 성형물을 침지할 위치에서 측정될 수 있다.
본 발명의 제 2양태에 따르면, 상기된 평균가속도는 금속 성형물이 처리조에 도입되는 입조부에서 얻을 수 있다. 평균가속도는 입조부에서의 평균값으로 얻을수 있다. 평균가속도는 용액에 침지된 금속성형물의 처리표면의 인접부에서 값을 측정하는 것이 바람직하다. 그러나, 금속 성형물을 침지시킴으로써 평균가속도에 가해지는 영향이 적거나 침지된 상태에서 측정이 곤란한 경우, 평균가속도는 금속 성형물을 침지시키기 전에 금속 성형물이 침지될 위치에서 측정될 수 있다.
본 발명의 제 3 및 제 4 양태에 따르면, 전처리는 상기된 평균가속도로 금속 성형물의 실질적인 수평면 주위의 용액을 교반시키면서 수행된다. 상기된 평균 가속도는 실질적인 수평면 주위의 평균값으로 얻을 수 있다. 그러나, 금속 성형물을 침지시킴으로써 상기된 평균가속도에 미치는 영향이 적거나 침지상태에서 측정이 곤란한 경우, 평균가속도는 금속 성형물이 침지될 위치에서 금속 성형물을 침지시키기 전에 측정할 수 있다.
평균가속도(a)가 본 발명의 제 1 및 제 2 양태에서 상기된 값보다 작은 경우, 균일하고 우수한 전처리를 수행하는 것이 곤란하다. 반면, 평균가속도가 너무 큰 경우, 더 이상의 우수한 처리효과는 얻을 수 없으며 처리용액이 처리조로부터 튀거나 넘처흘러 불규칙적으로 처리될 수 있다.
평균가속도(a)가 본 발명의 제 3 및 제 4양태에서 상기된 값보다 작은 경우, 금속분말이 피처리물에 유착된다. 이러한 피처리물에 전착도장이 실시되는 경우, 생성되는 필름이 평탄하지 않다. 반면, 평균가속도(a)가 너무 큰 경우, 더 이상의 우수한 처리효과는 얻을 수 없으며, 처리용액이 처리조로부터 튀거나 넘처흘러 불규칙적으로 처리될 수 있다.
상기된 바와 같이, 평균가속도(a)는 시간에 따른 용액의 유속의 변화를 측정함으로써 계산할 수 있다. 이러한 용액의 유속은 페러데이의 전자 유도법을 근거로 하는 측정원리를 지닌 3-차원 전자유속계로 측정할 수 있다. 그러한 유속계를 사용하는 경우, X, Y 및 Z 방향에서의 평균가속도 값을 구하고 3-차원 평균가속도(a)를 계산하여 얻을 수 있다.
금속 성형물의 처리표면 주위의 평균 가속도(a)를 측정하는 경우에, 평균가속도(a)는 바람직하게는 표면으로부터 20㎝ 떨어진 위치까지의 범위에서 측정한다. 더욱 바람직하게는, 평균가속도(a)는 표면으로부터 약 10㎝ 떨어진 위치에서 측정한다. 금속 성형물이 도장 전처리시에 이동되는 경우, 측정장치는 금속 성형물 운반수단에 고정되어, 예를들어, 측정장치는 금속 성형물과 함께 이동하도록 고정된다. 또한, 측정장치가 금속 성형물을 이동시키는 경로를 따라 소정의 거리를 두고 설정되어, 소정의 위치에서의 평균가속도(a)를 측정할 수 있다.
처리조에 금속 성형물을 침지시키지 않으면서 평균가속도(a)를 측정하는 경우에, 금속 성형물이 처리조에 침지되는 경우에 처리 표면이 위치한 위치에서 평균가속도(a)를 측정하는 것이 바람직하다. 금속 성형물이 침지될 때 위치되는 처리표면의 위치로부터 20㎝의 범위에서 측정한다면, 측정값은 처리 표면의 위치에서 수행된 것과 실질적으로 동일한 것으로 한다.
본 발명의 제 1 및 제 2 양태에서의 도장 전처리 방법에 따르면, 금속 성형물의 불록한 구조부의 내부처리에서 충분한 효과를 얻을 수 있지만, 종래의 기술에서는 충분한 효과를 얻을 수 없다.
본 발명의 제 3 및 제 4양태에 따르면, 금속 성형물의 실질적인 수평면에 금속분말의 유착을 억제할 수 있다. 화학적 전환이 도장의 전처리로서 수행되는 경우, 금속분말이 화학적 전환 코팅시에 혼입되는 것을 억제하여, 형성된 필름의 평탄도를 개선시킬 수 있다.
인산염화 처리가 본 발명에 따른 도장 전처리로 수행되는 경우, 처리조중의 조성이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 처리용액은, 예를들어, 0.01 내지 0.5 g/l의 아질산염 이온, 0.5 내지 10g/l의 과산화수소 및 0.05 내지 5g/l의 니트로벤젠황산염 이온로부터 선택된 하나이상의 화학적 전환 촉진제와 0.5 내지 2.5g/l의 아연이온, 0.1 내지 3g/l의 망간이온, 5 내지 40g/l의 인산염이온, 및 HF 환산량으로 0.05 내지 3g/l 의 불소화합물로 제조될 수 있다.
아연이온의 함량이 0.5g/l이하인 경우, 피막부족부 또는 황색의 녹이 인산염화 코팅에 발생되어 도장후의 부식내성을 저하시킨다. 반면, 함량이 2.5g/l를 초과하는 경우, 아연금속 표면을 지니는 금속 성형물에 도장 부착성이 저하된다. 아연이온의 함량은, 더욱 바람직하게는, 0.8 내지 1.5g/l이다.
망간이온의 함량이 0.1g/l보다 적을 경우, 금속 성형물이 아연금속 표면을 지니는 경우에, 도장후의 도장 부착성 및 부식내성이 저하될 수 있다. 반면, 함량이 3g/l를 초과하는 경우, 추가의 이점이 없을 뿐만 아니라 그러한 방법은 경제적으로 불리하다. 망간이온의 함량은 더욱 바람직하게는 0.8 내지 2.0g/l이다.
임산염이온의 함량이 5g/l보다 적은 경우, 처리조의 조성이 현저하게 변화되어 우수한 코팅이 안정하게 형성될 수 없다. 반면, 함량이 40g/l를 초과하는 경우, 더 이상의 개선효과가 없을 뿐만 아니라 그러한 방법은 경제적으로 불리하다. 인산염 이온의 함량은 더욱 바람직하게는 10 내지 20g/l이다.
불소화합물의 함량이 HF 환산량으로 0.05g/l 보다 적을 경우, 처리조의 조성이 현저하게 변화되어 우수한 피막이 안정하게 형성될 수 없다. 반면, 함량이 3g/l를 초과하는 경우, 더 이상의 격별한 개선효과가 없을 뿐만 아니라 그러한 방법은 경제적으로 불리하다. 불소화합물은 불화수소산, 규불화수소산, 플루오로규산, 지르코늄 불화수소산, 티탄 불화수소산, 또는 이들의 알카리 또는 암모늄염으로부터 제조될 수 있다. 불소화합물의 함량은 더욱 바람직하게는 HF 환산량으로 0.3 내지 1.5g/l 이다. 처리용액에 함유된 화학적 변환 촉진제는 상기된 아질산염, 과산화수소 및 m-니트로벤젠황산염중에서 선택된 하나 이상의 화합물로 제조될 수 있다. 개별적으로 사용된 아질산염의 함량은 바람직하게는 0.01 내지 0.5g/l이다. 개별적으로 사용된 과산화수소의 함량은 바람직하게는 0.5 내지 10g/l이다. 개별적으로 사용되는 m-니트로벤젠황산염의 함량은 바람직하게는 0.05 내지 5g/l이다. 화학적 변환 촉진제의 함량이 상기된 범위 보다 적을 경우, 부식내성이 염스프레이 시험(SST:JIS-Z-2371)에서 저하될 수 있다. 반면, 함량이 상기된 범위를 초과하는 경우, 더 이상의 격별한 효과를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 그러한 방법은 경제적으로 불리하다.
처리용액이 2 내지 20g/l의 아질산염 이온을 추가로 함유할 수 있다. 또한, 처리용액은 0.05 내지 2g/l의 염소산염 이온을 추가로 함유할 수 있다.
처리용액의 유리산도는 바람직하게는 0.5 내지 2.0포인트이다. 이러한 처리용액의 유리산도는 10ml의 처리용액을 수거하여 브로모페놀 블루우를 지시약으로하고 0.1N 가성소다로 샘플을 적정함으로써 얻을 수 있다. 유리산도가 0.5포인트 이하인 경우, 처리용액의 안정성이 저하되어 슬러지가 형성된다. 한편, 유리산도가 2.0 이상인 경우, 부식내성이 SST에서 저하될 수 있다.
처리용액은 니켈이온을 바람직하게는 0.1 내지 6.0g/l의 범위로, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 2.0g/l의 범위로 추가로 함유할 수 있다.
인산염화 처리의 처리온도는 실온(20℃) 내지 70℃의 범위에서 적절하게 선택될 수 있으며, 처리시간은 바람직하게는 30초 이상, 더욱 바람직하게는 1 내지 2분이다.
본 발명의 제 1 및 제 2양태에 따르면, 침지된 금속 성형물을 침지하는 범위의 용액은 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상으로 되어, 도장 전처리가 우수한 상태로 균일하게 수행될 수 있도록 교반된다.
본 발명의 제 3 및 제 4양태에 따르면, 금속 성형물의 실질적인 수평면 주위의 용액은 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상으로 되어, 금속분말의 유착이 억제되고 우수한 평탄도를 지닌 필름이 전처리후의 도장에서 형성되도록 교반된다.
본 발명의 상기된 목적, 특징, 양태 및 이점, 및 그밖의 목적, 특징, 양태 및 이점은 본 발명의 하기된 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면과 결부시켜 이해할 경우 더욱 자명하게 이해될 것이다.
도 1은 본 발명의 양태에서 사용된 처리조의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 양태에 사용된 처리조의 측단면도이다.
도 3은 피처리물 침지범위에서 시험단편의 침지부분과 평균 가속도(a)의 측정 부분을 나타내는 사시도이다.
도 4는 피처리물 침지범위 내에서의 유속을 측정한 X, Y 및 Z방향을 나타내는 사시도이다.
도 5는 유속측정 챠트를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또다른 양태에서 사용된 처리조를 나타내는 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 처리조의 평면도이다.
도 8은 피처리물로서 처리조에 침지되는 자동차 차체를 도시하는 측면도이다.
도 9는 피처리물로서 처리조에 침지되는 자동차 차체를 도시하는 정면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 사용된 시험단편을 고정하는 홀더를 도시하는평면도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 사용된 시험단편을 고정하는 홀더를 도시하는 정면도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 사용된 시험단편을 고정하는 홀더를 도시하는 측면도이다.
〈도면의 주요 부호에 대한 설명〉
1, 11; 처리조 2, 3; 진동판
4; 진동로드 7; 배출 파이프
12; 처리용액 20; 진동교반기
21; 진동 모터 22; 프레임
23; 진동바 24; 진동판
26; 스프링 30; 자동차 차체
31; 행거 41; 개구
10; 피처리물 침지범위 42; 프레임
43; 원형 개구
도 1 및 도 2는 본 발명의 도장 전처리 방법의 양태에 사용되는 인산염화 처리용의 처리조를 도시하는 도면이다. 도 1은 평면도이고, 도 2는 측면도이다. 처리조(1)은 폭이 1000mm이고, 높이가 1650mm이며, 길이가 2300mm이다.
도 1 및 도 2에 따르면, 본 양태의 처리조는 진동교반수단으로 작용하는 진동교반기(8) 및 (9)가 길이방향 양단에 제공된다. 진동교반기(8) 및 (9)는 처리조(1)내의 진동로드(4) 및 (5)상에 설치된 진동판(2) 및 (3)에 의해 처리조(1)에 저장된 처리용액을 교반하도록 되어있다. 본 양태에 따르면, 진동판(2)의 23개의 단편 및 진동판(3)의 23개의 단편은 약 50mm간격으로 설치된다.
또한, 처리조(1)은 펌프교반 라이저(pump stirring riser:6)를 제공하여 처리용액을 펌프교반으로 교반시킨다. 펌프교반 라이저(6)은 처리조(1)에서 4부분에 제공되어 처리조(1)에 침지된 피처리물을 침지시키는 범위(10)을 둘러싸고 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 펌프교반 라이저(6)은 다수의 배출 파이프(7)을 제공하고, 배출 파이프(7)은 상응하는 펌프교반 라이저(6)으로부터 공급된 처리용액을 처리조(1)의 벽면으로 배출시킨다. 이러한 펌프교반 라이저(6)은 비교 펌프교반용 교반기이다.
실시예 1 및 2
도 1 및 2에 도시된 처리조를 본 발명의 제 1양태에 따른 인산아연의 화학 변환을 수행하는데 사용하였다. 시험단편은 표면 조정을 위해 70×150×0.8㎜의 냉간-인발 강판(冷間-引拔 鋼板: cold-drawn steel plate) (SPC)을 알칼리로 먼저 세정하여 준비되었다. 상기 시험단편은 도 10 내지 도 12에 도시된 정육면체 홀더의 각 표면 상에 놓여 있고, 이런 홀더는 도 3에 도시된 바와 같이 피처리물 침지범위(10) 내의 A부터 I까지 9개의 부분에 침지된다. 다시 말해, 여섯 개의 시험단편은 A부터 I까지 각각의 부분에 침지되어 있다. 도 10, 11 및 12 각각은 홀더의 평면, 정면 및 측면을 도시한다. 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 개구부(41)는 홀더 각면의 중앙부에 형성되고, 프레임(42)은 개구부(41)의 주위에 형성된다. 시험단편는 프레임(42)에 의해 지지된다. 도 10 내지 도 12에 도시된 바와 같이, 직경이 10㎜인 원형 개구부(43)도 또한 홀더 각면의 주변부에 형성된다. 처리용액은 원형 개구부(43)를 통해 홀더 내로 흘러들어가서 시험단편의 내측면을 처리하도록 내측면과 접촉할 수 있다.
하기 표 1은 인산아연의 화학 변환을 수행하는데 사용된 처리용액의 조성을 나타낸다.
처리용액의 조성 Zn(g/1) Ni(g/1) Mn(g/1) PO4(g/1) NO3(g/1) SiF6(g/1)(HF환산) NO2(g/1) 유리산도(포인트) 온도(℃)
1.0 1.0 0.7 15.0 6.0 1.0 0.06 0.6 40
시험단편을 침지시키기 전에, 처리용액을 처리시의 용액과 유사한 교반 상태로 준비하여, 유속 및 유속 변화를 도 3에 도시된 A부터 I까지 각각의 부분에서 측정하였다. 3-차원의 전자유속계(Alec Electronics Co., Ltd.의 "ACM300-A")를 사용하여 도 4에 도시된 바와 같이 X, Y 및 Z의 방향에서 유속 및 유속변화를 측정하였다. 즉, X, Y 및 Z의 방향 각각은 처리조의 길이, 폭 및 높이에 따른 방향을 나타낸다. Z방향에 대해 설명하면, 처리조의 바닥을 향하는 방향을 Z＋라고 나타내고, 용액표면을 향하는 방향은 Z－라고 나타내었다.
각각의 측정점에서, X, Y 및 Z의 방향에서의 유속은 매 0.5초 마다 측정되었고, 가속도는 그 기록차트로부터 측정되었다. 도 5는 측정한 유속기록차트를 예시하는 도면이다. 이런 기록차트에서, 피크점과 다음 피크점 사이의 유속변화와 시간을 측정하고, 유속변화를 시간으로 나누어 가속도를 얻었다. 도 5를 참조하면, 유속변화와 시간은 피크값 A와 B 사이, B와 C 사이, C와 D 사이, 및 D와 E 사이에서 측정하여, 60초 동안의 평균 가속도를 계산하였다.
상술한 방법으로 계산된 X, Y 및 Z 방향에서의 평균 가속도는 하기 수학식(1)에 의해 3-차원의 평균 가속도(a)로 전환되었다.
수학식(1)
하기 표 2 및 표 3은 측정점 A 내지 I에서의 평균 가속도를 나타낸다.
처리조내의측정점 실시예 1 실시예 2
평균 가속도(㎝/sec2) 화학변환성(겉면/내면) 평균 가속도(㎝/sec2) 화학변환성(겉면/내면)
X Y Z a X Y Z a
A 8.7 7.8 7.6 14.0 ◎ / ◎ 7.4 3.2 3.3 8.7 ◎ / ○
B 8.6 7.7 7.6 14.4 ◎ / ◎ 7.2 3.3 3.3 8.6 ◎ / ○
C 8.6 7.7 7.5 13.8 ◎ / ◎ 7.2 3.2 3.2 8.5 ◎ / ○
D 8.8 7.7 7.7 14.0 ◎ / ◎ 7.3 3.3 3.3 8.7 ◎ / ○
E 8.8 7.7 7.5 13.9 ◎ / ◎ 7.3 4.6 5.4 10.2 ◎ / ◎
F 8.8 7.7 7.8 14.1 ◎ / ◎ 7.3 4.7 5.4 10.2 ◎ / ◎
G 8.9 7.8 7.7 14.1 ◎ / ◎ 7.3 4.8 5.2 10.2 ◎ / ◎
H 8.8 7.8 7.8 14.1 ◎ / ◎ 7.0 4.9 5.4 10.1 ◎ / ◎
I 8.9 7.9 8.2 14.5 ◎ / ◎ 7.1 7.2 8.7 13.3 ◎ / ◎
A 내지 I 각각의 측정점에서 인산아연 화학변환된 시험단편에 관하여, 화학변환 피막을 눈과 광학 현미경으로 관찰하면, 측정점 상의 여섯 개의 시험단편 모두에 균일하며 농밀한 화학 변환 피막이 입혀진 각 부분은 ◎으로 표현하고, 여섯 개의 시험단편의 모두에 코팅이 부족하거나 노랗게 녹이 발생되는 것과 같은 결함 없이 화학변환 코팅이 형성되는 각 부분은 ○으로 표현하며, 여섯 개의 시험단편 중 적어도 한 시험단편에 코팅이 부족하거나 노랗게 녹이 발생되는 화학변환 코팅이 형성되는 부분은 ×으로 표현하여 화학변환특성을 평가하였다. 표 2 및 3은 또한 각각의 측정점 A 내지 I에서의 화학변화특성을 나타낸다.
본 발명의 제 1양태에 따른 실시예 1 및 2에서, 시험단편는 침지된 시험단편를 침지할 수 있는 범위 내의 용액이 흐르는 상태에서의 평균 가속도(a)가 발명의 범위 내에 있도록 하는 교반 상태에서 처리되었다. 상기 표 2는 그 결과를 나타낸다.
비교예 1 및 2
비교목적으로, 비교예 1로서, 본 발명의 범위 이하인 평균 가속도(a)로 침지된 시험단편를 수용하는 범위 내에서 흐르는 상태로 용액을 교반하도록 진동교반기을 사용되었다. 한편, 비교예 2로서, 침지된 시험단편를 수용할 수 있는 용액을 진동 교반기 없이 펌프 교반으로 교반시켰다. 하기 표 3은 비교예 1 및 2의 측정 결과를 나타낸다.
표 2 및 3을 서로 비교하면, 우수한 화학변환 피막은 본 발명의 제 1양태에 따라 평균 가속도(a) 8㎝/sec2이상으로 피처리물을 침지하는 범위 내에서 용액을 교반함으로써 형성된다는 것을 명백히 알 수 있다.
처리조내의측정점 비교예 1 비교예 2
평균 가속도(㎝/sec2) 화학변환성(겉면/내면) 평균 가속도(㎝/sec2) 화학변환성(겉면/내면)
X Y Z a X Y Z a
A 3.9 3.1 2.1 5.4 ○ / × 2.9 3.1 1.5 4.5 × / ×
B 4.0 3.1 2.3 5.6 ○ / × 3.1 3.0 1.4 4.5 × / ×
C 4.1 2.9 2.1 5.4 ○ / × 3.1 3.0 1.5 4.6 × / ×
D 4.0 3.0 2.3 5.5 ○ / × 3.0 2.9 1.5 4.4 × / ×
E 4.9 3.0 4.1 7.1 ○ / × 2.8 3.1 3.0 5.1 ○ / ×
F 4.8 3.2 3.9 7.0 ○ / × 2.8 3.1 3.2 5.3 ○ / ×
G 5.0 2.9 4.2 7.1 ○ / × 2.8 3.2 3.4 5.4 ○ / ×
H 4.9 2.9 4.0 7.0 ○ / × 2.9 3.0 3.4 5.4 ○ / ×
I 2.3 2.1 2.2 3.8 × / × 2.9 3.2 3.0 5.3 ○ / ×
실시예 3
도 1 및 2에 도시된 처리조를 사용하여 본 발명의 제 3양태에 따른 인산아연 화학변환을 수행하였다. 시험단편는 미리 알카리로 세정되고 표면조정된 100×300×0.8㎜의 냉간-인발 강판(SPC)으로 제조하였다. 알칼리 세정시에, 시험단편를 알칼리성 탈지제로 작용하는 닛본 페인트 가부시키기가이샤(Nippon Paint Co., Ltd.)제의 "서르프 클리너 SD250(Surf Cleaner SD250; 상품명)"의 2％ 수용액에 40℃에서 2분 동안 침지시켰다. 표면 조정시에, 시험단편를 표면 조정제로서 닛퐁 페인트 가부시키가이샤제의 "서르프 파인 5N-5(Surf Fine 5N-5; 상품명)"의 0.1％ 수용액에 40℃에서 20초 동안 침지시켰다.
상술한 시험단편는 도 1 및 2에 도시된 처리조의 중심용액 수준의 아래 300㎜의 위치에 수평으로 위치되도록 매달리며, 인산아연으로 화학적 변환되었다. 인산아연 화학변환용 처리용액은 실시예 1 및 2에서 사용되고 표 1에 나타난 조성물이며 또한 20㎛의 평균 입자 크기를 지닌 철분말 5ppm을 분산시켜 제조한 것을 사용하였다. 처리용액을 진동 교반기로 교반하여, 평균 가속도(a)가 본 발명의 범위 내에 있게 하였다. 평균 가속도(a)는 실시예 1 및 2에서 사용된 것과 유사한 유속계로 측정되었다. 측정점은 시험단편상의 100㎜ 위치로 하였다. X, Y 및 Z의 방향은 실시예 1 및 2에서의 방향과 유사하게 설정하였다. 60초 동안의 평균 가속도를 측정하였다. 하기 표 4는 X, Y 및 Z 방향에서의 평균 가속도와 평균 가속도(a)를 나타낸다.
상술한 방법으로 화학적으로 변환된 시험단편를 물로 세척하고, 이어서 이온 교환수로 세척한 후에, 건조 두께가 30㎛가 되도록 닛본 페인트 가부시키가이샤제의 양이온 전착페인트("파우어 톱U-1000"(Power Top U-1000; 상품명)로 전착도장하였다. 도장후의 피막의 평탄도를 눈으로 관찰하여, 하기된 기준으로 평가하였다:
○ : 피막의 표면에서 울퉁불퉁함이 관찰되지 않았음
△ : 막의 표면에서 울퉁불퉁함이 관찰되었음
× : 막의 표면이 상당히 울퉁불퉁하게 관찰되었음
하기 표 4는 피막의 평탄도를 나타낸다.
교반 평균 가속도(㎝/sec2) 평탄도
X Y Z a
실시예 3 진동 교반 8.9 7.5 5.2 12.7 ○
비교예 3 진동 교반 4.9 2.8 3.1 6.4 △
비교예 4 펌프 교반 3.1 3.0 1.2 4.5 ×
비교예 3 및 4
처리용액을 본 발명의 범위보다 낮은 평균가속도(a)로 교반함을 제외하고는 실시예 3과 유사하게 시험단편을 화학적으로 변화시켜 전착도장하고, 형성된 피막의 평탄도를 평가하였다(비교예 3). 상기 표 4는 화학 변환시에 처리용액의 평균 가속도 및 피막의 평탄도를 나타낸다. 한편, 처리용액을 진동교반기로 교반하지 않고 펌프로 교반시킴을 제외하고는 실시예 3과 유사하게 또 다른 시험단편을 화학적으로 변환시켜 전착도장하고, 형성된 피막의 평탄도를 평가하였다(비교예 4). 상기 표 4는 변환시에 처리용액의 평균 가속도 및 피막의 평탄도를 나타낸다.
표 4로부터, 본 발명의 인산아연의 도장법은 화학 변환시에 처리표면 주위의 처리용액을 적어도 8㎝/sec2의 평균 가속도 a에서 교반함으로써 금속 분말이 혼입되는 것을 막을 수 있으므로, 우수한 평탄도를 지닌 피막을 얻을 수 있다는 것을 명백히 알 수 있다.
실시예 4
처리용액을 처리 개시후 30초 동안 진동교반시키고, 이어서, 90초동안 펌프 교반시켜 전착도장함을 제외하고는 실시예 3과 유사하게 시험단편을 화학적으로 변환시키고 형성된 피막의 평탄도를 평가하였다. 하기 표 5는 30초의 제 1단계(진동교반) 및 90초의 제 2단계(펌프 교반)에서의 평균 가속도와, 피막의 평탄도를 나타낸다. 30초의 제 1단계에서의 평균 가속도는 60초 동안 처리용액을 교반하여 측정하였고, 시험단편을 동일한 진동교반 조건하에서 30초 동안 처리하였다.
제 1단계 30초 제 2단계 90초 평탄도
교반 평균 가속도(㎝/sec2) 교반 평균 가속도(㎝/sec2)
X Y Z a X Y Z a
실시예 4 진동 교반 8.8 7.8 5.3 12.9 펌프 교반 3.1 3.0 1.3 4.5 ○
상기 표 5로부터, 화학 변환시에 30초의 초기 단계에서 처리용액을 본 발명에서 한정한 평균 가속도(a)로 교반시킴으로써, 금속 분말의 유착을 효과적으로 억제될 수 있으므로, 우수한 평탄도를 지닌 피막을 얻을 수 있다는 것을 명백히 알 수 있다.
도 6 및 7은 본 발명에 따른 자동차 차체와 같은 금속성형물을 인산아연으로 화학 변환시키는데 사용된 처리조의 입조부를 도시하는 측면도 및 평면도이다. 도 6 및 7에 도시된 바와 같이, 보트-형상의 처리조(11)의 입조부는 양측상에 2 단으로 진동 교반기(20)쌍을 지닌다. 다시 말해, 총 네 개의 진동 교반기(20)가 제공된다. 진동 교반기(20) 각각은 처리조(11) 내에 저장된 처리용액(12) 내에 침지되는 다수개의 진동판(24)을 지닌다. 상기 진동판(24) 각각은 양단측의 근방에서 진동바(23)에 의해 지지된다. 진동바(23)의 상부는 진동 프레임(22) 상에 위치된다. 진동 프레임(22)은 처리조(11)의 양측부로부터 외부로 연장되어, 진동 프레임(22)의 양단은 스프링(26)을 통해 테이블(25) 상에 위치된다. 진동 모터(21)는 처리조(11) 상의 외부에 있는 진동 프레임(22)의 중앙부에 제공된다.
진동 모터(21)로부터 발생된 진동은 진동바(23)를 통해 진동판(24)을 진동시키도록 진동 프레임(22)에 전달된다. 진동판(24)의 진동에 의해, 처리조(11) 내에 저장된 인산아연 처리용액(12)가 교반된다.
도 8 및 9는 처리되는 피처리물이며 처리조(11)에 저장된 인산아연 처리용액으로 운반되어 침지되는 자동차 차체(30)를 도시하는 측면도 및 정면도이다.
도 8 및 9에 도시된 바와 같이, 자동차 차체(30)가 행거(31)에 매달려서 운반수단인 컨베이어(32)에 의해 운반되어 처리조(11) 내의 인산아연 처리용액(12) 내에 침지된다.
본 발명의 제 1 및 제 2양태에 따른 도장 전처리방법은 도 8 및 9에 도시된 바와 같은 처리조(11) 내에 제공된 진동 교반기(20)에 의해 처리조(11) 내의 인산아연 처리용액(12)을 교반시키도록 사용되어, 자동차 차체(30)를 침지하는 범위 내의 처리용액(12)의 평균 가속도(a)가 8㎝/sec2이상이 되게 교반한다. 자동차 차체(30)는 일반적으로 적어도 30초 동안 인산아연 처리용액(12)의 입조부에서 처리된다.
본 발명의 제 3 및 제 4양태에 따른 도장 전처리방법에서, 처리조(11) 내의 인산 아연 처리용액(12)은 처리조(11) 내에 제공된 진동 교반기(20)에 의해 교반되어, 자동차 차체(30)의 지붕 또는 덮개의 표면과 같은 실질적인 수평면 주위에서 처리용액(12)의 평균 가속도(a)가 8㎝/sec2이상으로 교반된다. 자동차 차체(30)는 일반적으로 적어도 30초 동안 인산아연 처리용액(12)의 입조부에서 처리되는 것이 바람직하다. 이러한 진동-교반 상태에서의 처리가 화학 변환 개시후 적어도 30초동안 수행될 때, 자동차 차체(30)의 지붕 또는 덮개의 표면과 같은 실질적인 수평면에 금속 분말이 부착되는 것을 효과적으로 막을 수 있으므로, 수평면 상에 형성된 피막의 평탄도을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 진동판의 모양, 크기 등 뿐만 아니라 진동수, 진동폭 등도 조정되고 설정되어, 인산아연 처리용액(12)의 평균 가속도(a)가 상술한 바와 같이 8㎝/sec2이상이 되게 한다.
본 발명의 제 1 및 제 2양태에 따르면, 침지된 금속 성형물을 침지하는 범위의 용액은 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상으로 되어, 도장 전처리가 우수한 상태로 균일하게 수행될 수 있도록 교반된다.
본 발명의 제 3 및 제 4양태에 따르면, 실질적으로 금형의 수평면 주위의 용액은 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상으로 되어, 금속분말의 유착이 억제되고 우수한 평탄도를 지닌 필름이 전처리후의 도장에서 형성되도록 교반된다.
상술한 설명은 도장 전처리로서 인산아연 화학변환을 참고로 하고 있지만, 본 발명의 도장전처리는 이로써 제한되는 것이 아니며, 크롬산염 처리, 예비-세척, 탈지 및 탈지후의 세정등과 같은 도장전처리에도 적용될 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명을 상세하게 설명하고 예시하였지만, 이는 본발명을 단지 설명하고 예시하고자 하는 것이고, 이로써 본 발명을 한정하고자 하는 것이 아니다. 오히려, 본 발명의 목적 및 범위는 본 발명의 특허청구의 범위로 한정되는 것으로 인지해야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 처리조(1,11)에 저장된 용액(12)에 금속 성형물을 침지시키고;
    처리조에 제공된 진동교반수단으로 처리조(1,11)내의 용액을 교반시키는 단계를 포함하여,
    하기 수학식(1)로 나타내는 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상이 되도록 금속 성형물이 침지된 범위내의 용액을 교반시킴을 특징으로 하는 금속성형물의 도장 전처리방법:
    수학식(1)
    상기식에서,
    X, Y 및 Z는 단위가 ㎝/sec2이며, 측정위치에서 서로 수직인 X, Y 및 Z 세 축방향에서 동시에 측정된 60초내의 유속변화의 평균 가속도이다.
  2. 제 1항에 있어서, 금속성형물이 처리조(1,4)내의 용액에 10초이상동안 침지되어 처리됨을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  3. 금속 성형물을 처리조내의 용액중으로 운반하여 침지시키고;
    하기 수학식(1)로 표현되는 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상이 되도록, 금속성형물을 처리조에 도입하는 처리조의 입조부에서 입조부에 제공된 진동교반수단으로 상기 용액을 교반하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속성형물의 도장 전처리방법:
    수학식(1)
    상기식에서,
    X, Y 및 Z는 단위가 ㎝/sec2이며, 측정위치에서 서로 수직인 X, Y 및 Z 세 축방향에서 동시에 측정된 60초내의 유속변화의 평균 가속도이다.
  4. 제 3항에 있어서, 입조부에서의 처리시간이 30초 이상임을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  5. 실질적인 수평면을 갖는 금속 성형물의 도장 전처리 방법이며,
    금속 성형물을 처리조내의 용액중에 침지시키고;
    하기 수학식(1)로 표현되는 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상이 되도록, 처리조의 용액에 침지된 금속성형물의 수평면 주위의 용액을 처리조에 제공된 진동교반수단으로 교반하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속성형물의 도장 전처리방법:
    수학식(1)
    상기식에서,
    X, Y 및 Z는 단위가 ㎝/sec2이며, 측정위치에서 서로 수직인 X, Y 및 Z 세 축방향에서 동시에 측정된 60초내의 유속변화의 평균 가속도이다.
  6. 제 5항에 있어서, 평균가속도(a)에서 용액을 처리 개시후 30초 이상 동안 교반시킴을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  7. 실질적인 수평면을 갖는 금속 성형물의 도장 전처리 방법이며,
    금속 성형물을 처리조내의 용액중으로 운반하여 침지시키고;
    하기 수학식(1)로 표현되는 평균가속도(a)가 8㎝/sec2이상이 되도록, 처리조내로 금속성형물을 도입하는 처리조의 입조부에서 금속 성형물의 수평면 주위의 용액을 입조부에 제공된 진동교반수단으로 교반하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 금속성형물의 도장 전처리방법:
    수학식(1)
    상기식에서,
    X, Y 및 Z는 단위가 ㎝/sec2이며, 측정위치에서 서로 수직인 X, Y 및 Z 세축방향에서 동시에 측정된 60초내의 유속변화의 평균 가속도이다.
  8. 제 7항에 있어서, 입조부에서의 처리시간이 30초 이상임을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  9. 제 1항, 제 3항, 제 5항 및 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 평균가속도(a)가 10 내지 50㎝/sec2이 되도록 용액을 교반시켜 처리함을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  10. 제 1항, 제 3항, 제 5항 및 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 평균가속도(a)가 10 내지 30㎝/sec2이 되도록 용액을 교반시켜 처리함을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  11. 제 1항, 제 3항, 제 5항 및 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 도장 전처리가 인산염화 처리임을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
  12. 제 1항, 제 3항, 제 5항 및 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 도장 전처리가 인산염화 처리이고, 처리조에 저장된 처리용액의 조성이 0.01 내지 0.5 g/l의 아질산염 이온, 0.5 내지 10g/l의 과산화수소 및 0.05 내지 5g/l의 니트로벤젠황산염 이온로부터 선택된 하나 이상의 화학적 전환 촉진제와, 0.5 내지 2.5g/l의 아연이온, 0.1 내지 3g/l의 망간이온, 5 내지 40g/l의 인산염이온, 및 HF 환산량으로 0.05 내지 3g/l의 불소화합물로 제조됨을 특징으로 하는 금속 성형물의 도장 전처리방법.
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