KR100317680B1 - 알루미늄 합금 및 강판을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인산염 피막제 원액을 희석한 용액에 불소 화합물을 포함하는 보조제가 첨가되어 이루어지는 강판 및 알루미늄 합금을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인산용액에 피막반응을 촉진시키기 위하여 질산, 질산철을 첨가하고, 피막의 주성분인 아연을 용해시킨 다음 피막의 내구성과 도장의 부착성을 증가시키기 위하여 망간과 니켈을 첨가하여 제조되는 인산염 피막제 원액의 희석액에, 알루미늄 합금의 표면 부식을 유발하고 용출된 알루미늄 이온을 제거하기 위한 불소 화합물을 함유하는 보조제가 첨가된 본 발명의 도장 하지용 표면처리제는, 기존의 인산염 표면처리제가 철 (鐵), 강 (鋼) 및 아연도금강 (亞鉛鍍金鋼) 등에서는 양호한 인산염 피막을 형성하지만 알루미늄 합금에 대해서는 인산염 피막을 형성시킬 수 없었던데 반하여 강판류 및 알루미늄 합금을 동시에 처리할 수 있어 자동차의 소재별로 별도의 도장전 (塗裝前) 표면처리를 수행할 필요가 없는 유용한 도장 하지용 표면처리제이다.

Description

알루미늄 합금 및 강판을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제 {Surface treatment agent for treating aluminium alloy and steel plate simultaneously before painting}

본 발명은 강판 및 알루미늄 합금을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 인산염 피막제 원액을 희석한 용액에 불소 화합물을 포함하는 보조제를 첨가하여 기존의 인산염 표면처리제가 철 (鐵), 강 (鋼) 및 아연도금강 (亞鉛鍍金鋼) 등에서만 인산염 피막을 형성하는데 반하여 강판류 뿐만 아니라 알루미늄 합금도 동시에 표면처리할 수 있는 도장 하지용표면처리제에 관한 것이다.

알루미늄은 산소와의 결합력이 강하므로 대기 중에 방치하면 자연적으로 일정한 두께의 산화층이 발생되어 자체적으로 우수한 내식성을 보유하게 되고, 재료의 재활용율이 높으며 외관이 미려하고 소재가 가벼워 여러 분야에서 특정한 표면처리 없이 사용하는 예가 많지만 자동차 산업에서와 같이 고내식성, 장식성과 기능성을 요구하는 부품에 사용되는 경우에는 다양한 형태의 표면처리가 행해지고 있다. 알루미늄은 특히 도장을 필요로 할 경우 도료를 부착시키기 어려울 뿐만 아니라, 도막 하에서 섬유모양의 부식 (filiform corrosion) 이 발생되어 도장전 표면처리가 필수적으로 요구된다.

자동차 산업에서 도장 하지용 표면처리제로서 사용중인 종래의 인산염 표면처리제는 철, 강 및 아연도금강 등에서는 양호한 인산염 피막을 형성하지만 알루미늄 합금에 대해서는 인산염 피막을 형성시킬 수 없어 알루미늄 합금의 도장전 표면처리제로서는 부적합하다는 문제가 있었다.

또한 알루미늄의 표면처리를 위해 주로 사용되는 크롬산을 기재로 한 알루미늄 합금 처리용 크롬산 염 (chromate)은 알루미늄 합금에 대해서 뛰어난 성능을 발휘하지만 환경을 오염시킨다는 문제점과 철, 강 및 아연도금강 등의 도장전 표면처리용으로는 적용이 불가능하다는 단점이 있었다.

따라서 철, 강 및 아연도금강과 같은 소재와 알루미늄 소재가 함께 사용되는 부품의 경우 소재별로 별도의 도장전 표면처리를 행한 다음 조립하여 도장을 실시하거나 표면처리와 도장을 실시한 후 조립하는 공정이 요구되는데, 이러한 공정은 소재별로 별도의 표면처리 설비를 필요로 하며 설비 투자에 따른 비용을 발생시켜 처리비용을 증가시키고, 그 공정이 복잡하며 조립단계에서 표면처리나 도장의 품질을 유지하기 힘들어 작업성과 제품의 품질을 저하시키는 등의 여러 가지 문제점을 발생시켜 왔다.

이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 연구를 계속하여 오던 중, 인산염 피막제에 불소 화합물을 포함하는 보조제를 첨가하면 철, 강 및 아연도금강뿐만 아니라 알루미늄 합금을 동시에 처리하여 각 소재 표면에 양호한 인산염 피막을 형성할 수 있음을 알아내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 철, 강 및 아연도금강과 알루미늄 합금을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 인산염 표면처리제로 처리한 알루미늄 합금의 표면을 주사전자 현미경으로 촬영한 사진이고,

도 2는 본 발명의 인산염 표면처리제로 처리한 알루미늄 합금의 표면을 주사전자 현미경으로 촬영한 사진이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 인산염 피막제 원액을 희석한 용액에, 알루미늄 합금의 표면 부식을 유발하고 용출된 알루미늄 이온을 제거하기 위한 불소 화합물을 함유하는 보조제가 첨가된 도장 하지용 표면처리제를 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

인산염 피막은 인산 (유리 인산)으로 처리하고자 하는 소재의 표면을 부식시키고 여기에 아연, 망간, 니켈과 철 등이 혼합된 인산염을 석출시켜 소재 표면을 피막함으로써 형성된다. 즉, 피막의 형성 과정에서 소재 표면의 부식이 초기 피막 반응을 개시시키는 것이다. 그러나 알루미늄 합금의 경우 철, 강 또는 아연도금강과는 달리 인산 (유리 인산)만으로는 피막 반응이 개시될 정도로 소재 표면이 부식되지 않으므로 결국 인산염 피막이 형성되지 않는다.

따라서 본 발명에서는 알루미늄의 부식을 유도하기 위하여 유리 불소를 인산염 피막제에 도입함으로써 알루미늄 합금의 경우에도 철, 강 또는 아연도금강 등의 경우와 마찬가지로 그 표면에 피막 반응이 개시되어 인산염 피막이 형성될 수 있도록 한다. 그러나 유리 불소만을 사용할 경우 소재의 부식으로 인해 알루미늄 이온이 용액내로 용출되고 또한 누적되어 피막 반응을 방해하게 되고, 결국 일정량의 피도물을 처리한 후에는 알루미늄 합금뿐만 아니라 일반 소재에도 피막을 형성하지 못하게 되어 용액 전체를 폐기시켜야 하는 문제점이 있다. 따라서 연속적인 알루미늄 소재의 표면처리를 위해서는 용액내로 용출된 알루미늄 이온을 지속적으로 제거해 주어야 한다.

본 발명에서는 용출된 알루미늄 이온이 불화알루미늄 착물로 슬러지화되어 제거될 수 있도록 불소 화합물을 인산염 용액에 첨가하여 연속적인 인산염 표면처리가 가능하도록 한다.

본 발명에서는 인산염 피막제 원액이 4∼6 중량%가 되도록 물로 희석한 용액에 불소 화합물을 포함하는 보조제를 첨가하여 이루어지는 도장 하지용 표면처리제를 제공한다. 이 때 인산염 피막제 원액은 인산 25∼40 중량%, 질산 5∼15 중량%, 질산철 0.1∼1 중량%, 아연 1∼5 중량%, 니켈 0.5∼1.5 중량%, 망간 0.3∼1 중량% 및 나머지는 물로 이루어지는데, 질산과 질산철은 피막 반응을 촉진시키기 위하여 첨가되며, 아연은 인산염 피막의 주성분이고, 니켈과 망간은 피막의 내구성과 도장의 부착성을 증가시키기 위하여 첨가된다. 또한 불소 화합물을 포함하는 보조제는 플루오르화 수소산 (hydrofluoric acid; HF) 0.1∼1 중량%, 플루오로 규산 (fluorosilicic acid; H₂SiF₆) 5∼15 중량%, 플루오르화 암모늄 (ammonium fluoride; NH₄F) 10∼15 중량%, 플루오르화 수소 칼륨 (potassium bifluoride; KHF₂) 5∼10 중량% 및 플루오르화 나트륨 (sodium fluoride; NaF) 2∼5 중량% 를 물에 용해한 것인데, 불소 화합물을 포함하는 보조제는 전술한 바와 같이 알루미늄 합금의 표면 부식을 유발하고 용출된 알루미늄 이온을 불화알루미늄 착물로 제거하기 위해 첨가되며, 유리 불소의 함량이 100∼500 ppm이 되도록 조절하는 것이 바람직하다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 인산염 표면처리제의 제조 (1)

인산 350 g

질산 150 g

아연화 (亞鉛華; 산화아연) 30 g

질산니켈 100 g

탄산망간 30 g

질산철 2 g

물 338 g

상기의 조성을 혼합, 용해하여 인산염 피막제의 원액으로 하고 이를 5%로 희석한 후 유리 불소의 농도가 150 ppm이 되도록 불화물을 첨가하여 인산염 표면처리제를 제조하였다.

실시예 2. 인산염 표면처리제의 제조 (2)

인산 320 g

질산 50 g

아연화 25 g

질산니켈 110 g

탄산망간 30 g

질산철 2 g

물 343 g

상기의 조성을 혼합, 용해하여 인산염 피막제의 원액으로 하고 이를 6%로 희석한 후 유리불소의 농도가 350 ppm이 되도록 불화물을 첨가하여 인산염 표면처리제를 제조하였다.

실시예 3. 인산염 표면처리제의 제조 (3)

인산 390 g

질산 80 g

아연화 30 g

질산니켈 130 g

탄산아연 28 g

질산철 0.5 g

물 341.5 g

상기의 조성을 혼합, 용해하여 인산염 피막제의 원액으로 하고 이를 4%로 희석하고 유리불소의 농도가 500 ppm이 되도록 불화물을 첨가하여 인산염 표면처리제를 제조하였다.

실험예; 인산염 피막의 형성 및 형성된 피막의 평가

상기 실시예에서 제조한 인산염 표면처리제의 표면처리를 평가하기 위하여 자동차 차체용으로 사용되는 알루미늄 합금과 냉연강판, 아연도금강판을 각각 70×150 mm로 절단해 시험편으로 사용하였고, 처리 공정은 시험편을 50℃의 알칼리 탈지용액에 침지시켜 표면의 방청유와 기타 오염물질을 완전히 제거한 다음 용수로 세척하여 시험편에 묻은 잔여 탈지액을 씻어내고 소재 표면을 활성화시키고 균일하고 조밀한 인산염 피막이 형성될 수 있도록 티타늄 화합물이 함유된 표면조정제를 이용하여 표면조정 공정을 실시한 후 45±5℃ 로 가열된 각 실시예에서 제조된 인산염 표면처리제에 2분간 침지시켜 표면처리하고 용수와 순수로 시험편 표면을 세척하여 시험편 표면에 남은 잔여 피막액을 제거하고 100±5℃ 의 건조 오븐에서 건조시켰다.

시험편의 처리 전에 아질산염을 리터당 0.2 g 투입하여 피막 반응을 촉진시켜 실시예 1의 표면처리제로 시험편을 처리한 결과 피막 중량이 2.1 g/m²이고 결정의 크기가 2∼5 ㎛ 내외인 양호한 인산염 피막을 형성시킬 수 있었다.

또한 시험편의 처리 전에 아질산염을 리터당 0.25 g 투입하여 피막 반응을 촉진시켜 실시예 2의 표면처리제로 시험편을 처리한 결과 피막 중량이 2.5 g/m²인 양호한 인산염 피막을 형성시킬 수 있었다.

또한 시험편의 처리 전에 아질산염을 리터당 0.2 g 첨가하여 피막 반응을 촉진시켜 실시예 3의 표면처리제로 시험편을 처리한 결과 2.8 g/m²의 피막 중량을 가진 양질의 인산염 피막을 형성시켰다.

또한 불소 화합물이 포함되지 않은 종래의 인산염 표면처리제를 이용하여 표면처리한 알루미늄 합금의 표면과 본 발명의 인산염 표면처리제를 이용하여 표면처리한 알루미늄 합금의 표면을 주사전자 현미경으로 촬영하여 비교한 결과 종래의 표면처리제를 이용한 경우에는 알루미늄 합금의 표면에 피막 입자가 거의 생성되지 않았음을 알 수 있으며 (도 1참조), 본 발명의 불소 화합물이 첨가된 표면처리제를 이용하여 표면처리한 경우에는 크기가 2∼5 ㎛인 다수의 피막 입자가 생성되었음을 확인할 수 있었다 (도 2참조).

상기 결과를 종합하여 보면, 본 발명의 실시예에서 제조된 인산염 표면처리제로 처리된 시험편을 평가한 결과 피막 중량이 2∼2.5 g/m²이고, 피막입자의 크기가 2∼5 ㎛인 양호한 인산염 피막이 형성되었음을 알 수 있었다.

한편 표면처리된 각 시편을 두께가 약 20 ㎛가 되도록 전착 도장을 한 후 예리한 칼날로 소지가 드러나도록 횡절단 (cross cut)하여 800시간 동안 KS D 9502에 따라 염수 분무를 실시한 후 부식의 진행 정도를 평가하였으나 시편 모두 편측 2.0 mm를 넘지 않았으며 알루미늄 합금의 경우 사상부식의 흔적을 발견할 수 없어 내식성에도 우수한 결과를 나타내었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 도장 하지용 인산염 표면처리제는 인산염 피막제에 불소 화합물을 포함하는 보조제를 첨가함으로써, 알루미늄 합금의 부식을 유발하고 인산염 피막을 형성할 수 있으므로 철, 강 또는 아연도금강과 같은 강판류에만 피막을 형성시킬 수 있었던 기존의 인산염 피막제와는 달리 알루미늄 합금에도 인산염 피막을 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라 알루미늄 합금의 부식을 유발하기 위하여 유리 불소만을 첨가하는 것이 아니라, 피막 용액내로 용출된 알루미늄 이온을 지속적으로 제거하기 위하여 다양한 불소 화합물을 첨가함으로써 연속적으로 알루미늄 합금의 표면처리를 할 수 있는 유용한 도장 하지용 표면처리제이다.

또한 본 발명의 인산염 표면처리제를 사용하는 경우, 철, 강 및 아연도금강과 같은 소재와 알루미늄 소재가 함께 사용되는 부품의 경우 소재별로 별도의 도장전 표면처리를 행한 다음 조립하여 도장을 실시하거나 표면처리와 도장을 실시한 후 조립하는 복잡한 공정을 거치지 않아도 되므로 비용 절감, 작업성의 향상 및 제품의 품질을 향상시킨 등의 여러 가지 이점이 있다.

Claims (2)

1. 인산염 피막제 원액이 4∼6 중량%가 되도록 물로 희석한 용액에 유리불소의 함량이 150-500ppm이 되도록 불소 화합물을 포함하는 보조제를 첨가하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 및 강판을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제.
2. 제 1항에 있어서, 강판은 철 (鐵), 강 (鋼) 또는 아연도금강 (亞鉛鍍金鋼)을 포함하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 합금 및 강판을 동시에 처리할 수 있는 도장 하지용 표면처리제.