KR100428941B1 - 표면품질및색상선명도가우수한착색용융아연도금강판제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 0.1∼0.3wt%의 Ti, 0.01∼0.05wt%의 Ni, 0.004wt%이하의 Al 및 잔부가 Zn와 불가피한 불순물로 구성된 아연합금계를 도금욕 성분계로 하고, 이러한 성분계가 475-600℃로 유지되는 도금욕에 도금욕 온도와 동일한 온도로 가열된 도금소재를 1∼3초 침적하여 유지하여 도금한 후, 산소분위기 공기 중에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 색상 선명도가 우수한 착색용융아연 도금강판 제조방법을 그 요지로 한다.
Description
본 발명은 표면품질 및 색상 선명도가 우수한 착색용융아연 도금강판 제조방법에 관한 것으로서, Zn-Ti계 도금욕에서 발색원소 Ti의 도금욕 상부 편석에 따른 도금욕 표면의 산화물 형성 증가 및 도금층 표면에서의 산화피막의 젖음성 저하로 인한 착색 용융아연 도금강판의 드로스(dross)부착, 흐름무늬 발생, 색상 편차 및 색상 선명도 저하를 방지하기 위하여 제3의 발색원소로서 Ni를 첨가하여 도금욕 내에서의 발색원소 Ti의 분포도 개선으로 인한 도금층 표면에서의 산화피막의 젖음성 향상으로 색상편차 방지 및 색상 선명도가 우수한 착색용융아연 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
용융아연 도금강판은 우수한 내식성의 건자재용, 가전용 및 자동차용 강판으로서 수요가 증대하고 있다. 최근 소득수준 향상 및 미관중시 풍조로 용융아연 도금강판의 고급화 및 칼라화가 요구되고 있다. 이와 같은 추세에 따라 철탑, 가로등, 가드레일, 방음벽 및 기타 외관 등에는 종래의 용융아연 도금강판과 같은 금속색을 띄는 것보다는 주위의 환경과 조화되는 미관색을 띄는 칼라화가 활발히 추진되고 있다.
종래의 용융아연 도금강판의 착색화는 주로 용융아연 도금 후, 용제도장 또는 분체도장을 실시하였으나 용융아연 도금강판에 부가적으로 도장처리를 실시하기 때문에 비용 및 공정의 증가를 가져오게 되며, 도료 및 용재에 의한 환경오염 문제를 초래하게 된다.
그러므로 도금욕에 고유한 색상을 갖는 발색원소를 첨가하여 용융아연 도금층 자체로 칼라화하는 착색 용융아연 도금강판 제조법이 근래에 부각되고 있다. 도금욕의 발색원소에 의한 아연도금층의 착색은 발색원소가 아연도금시 도금층 표면에서 산화되므로써 고유한 색상을 나타내게 된다. 이때 발색원소의 산화정도에 따라 다양한 색상의 착색 용융아연 도금강판을 제조하게 된다.
이러한 착색 용융아연 도금강판의 제조에는 Ti, Mn, Cr, Pb, Cd, Cu, Sn, Bi, Sb 및 In 등과 같은 산화가 용이한 발색원소를 1종 이상 첨가한 도금욕을 사용하여 도금층을 착색화하고 있다. (일본 특허공보 소 63-247331호)
그러나 산화가 용이한 합금원소들은 아연과의 융점차가 매우 크고 고용한이 적기 때문에 도금온도는 일반적인 용융아연 도금욕 온도인 400∼470℃보다 100∼200℃ 높게 관리하고 있다. 특히 이러한 발색원소 중 가장 다양하고 선명한색상을 나타내는 Ti(융점; 1670℃)은 아연(융점: 420℃)과 융점차(△T=1250℃)가 매우 크고, 아연에 대한 Ti의 고용한이 300℃에서 0.0004wt% 이하이기 때문에 Ti는 주로 도금욕 상부에 편석하게 된다. 또한 도금층 표면의 산화도 조정에 의한 금색, 자주색 및 청색의 다양한 색상을 부여하기 위하여 도금욕 온도를 500∼650℃으로 높게 관리하여야 하므로 도금욕 표면(상부)의 산화물 형성이 증가하게 되어 도금욕의 회수율이 감소하게 될 뿐만 아니라 도금층 표면에서는 산화피막의 젖음성 저하로 인해서 드로스(dross)부착, 흐름무늬가 발생하게 되어 착색 용융아연 도금층의 색상편차 발생 및 색상 선명도 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있다.
본 발명은 Zn-Ti계 착색 용융아연 도금강판에서 발색원소 Ti의 도금욕 상부에서의 편석에 따른 상술된 문제점을 해결하기 위하여 도금욕 내에서의 발색원소 Ti의 분포도 개선을 체계적으로 연구한 결과, 제3의 발색원소로서 Ni를 도금욕에 첨가하여 도금욕 내에서의 발색원소 Ti의 분포도를 균일하게 함으로써 도금층 표면에서의 산화피막의 젖음성 향상 및 색상편차 방지와 Ni 자체의 고유한 발색기능에 의한 색상 선명도 향상이 가능한 착색 용융아연 도금강판 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 0.1∼0.3wt%의 Ti, 0.01∼0.05wt%의 Ni, 0.004wt% 이하의 Al 및 잔부가 Zn와 불가피한 불순물로 구성된 아연합금계를 도금욕 성분계로 하고, 이러한 성분계가 475-600℃로 유지되는 도금욕에 도금욕 온도와 동일한 온도로 가열된 도금소재를 1∼3초 침적하여 도금한 후,산소분위기 공기 중에서 냉각하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 색상 선명도가 우수한 착색용융아연 도금강판 제조방법에 의하여 달성된다.
도 1은 도금욕 온도 및 도금욕 성분에 따른 착색 용융아연 도금강판의 표면조도 변화를 나타낸 도면.
도 2는 도금욕 온도 및 도금욕 성분에 따른 착색 용융아연 도금강판의 표면광택도 변화를 나타낸 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
Ti(융점:1670℃)은 아연(융점:420℃)과 융점차(△T=1250℃)가 매우 크고, 아연에 대한 Ti의 고용한이 300℃에서 0.0004wt% 이하이기 때문에 Ti는 주로 도금욕 상부에 편석하게 되므로 도금욕 표면에서의 산화물이 증가하게 되어 도금욕의 회수율이 감소하게 될 뿐만 아니라 도금층 표면에서의 산화물이 증가하게 되어 도금층 표면에서의 산화피막 젖음성의 저하로 인해서 드로스가 부착하고, 흐름무늬가 발생하고, 착색 용융아연 도금층의 색상편차 및 색상 선명도 저하를 초래하는 문제점을 가지고 있다.
이와 같이 Zn-Ti계 착색용융아연 도금강판의 표면 결함의 원인이 되는 발색원소 Ti의 도금욕 상부에서의 편석을 방지하기 위하여 제3의 발색원소로서 Ni를 첨가한 이유는 다음과 같다.
Ni는 도금욕 상부에 편석되는 발색원소 Ti과 공정 반응(eutectic reaction)에 의해서 고용체를 형성하므로 발색원소 Ti는 도금층 내에 균일하게 분포하게 되며, 이로 인해 도금욕의 유동성 향상 및 도금욕 상부에서 드로스 생성방지가 가능하기 때문에 착색 용융아연 도금강판의 표면품질이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 도금욕 상부에서의 드로스 감소에 따른 도금욕의 회수율 향상이 가능하게 된다.
첨가원소인 Ni 또한 발색원소이기 때문에 그 자체의 고유한 발색기능에 의해서 도금층의 색상 선명도가 우수한 착색 용융아연 도금강판을 제조할 수 있었다.
실제로 본 발명과 같이 0.1∼0.3wt%의 Ti, 0.004wt%이하의 Al 및 잔부가 아연과 불가피한 불순물로 구성된 도금욕에 Ni이 0.01∼0.05wt% 첨가되면, 착색 용융아연 도금강판의 표면조도와 표면광택도는 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 도금욕의 온도 변화에 따라서 변하게 된다. 이때, 표면조도가 감소한다는 것은 표면평활도가 개선되는 것을 의미한다. 또한 표면 광택도는 급격히 증가하게 된다. 이와 같은 현상은 도금욕 온도가 낮을수록 제3의 발색원소인 Ni의 첨가효과는 크게 나타남을 알 수 있다.
그러나 이와 같은 Ni의 첨가 효과는 모든 조건에서 일어나는 것은 아니다.
즉, 0.1∼0.3wt%의 Ti를 갖는 도금욕에 첨가되는 Ni 함유량은 0.01∼0.05wt%으로 한정한다. Ti-Ni 상태도를 참조하면, 765℃ 공정반응에서 하한이 0.0025wt% 이고 상한이 0.0545wt%이기 때문에, 0.0025wt% 미만에서는 Ti이 Ni과 반응하지 않으므로 α Ti 만이 존재하여 Ni의 첨가 효과가 없게 된다. 그러나 실제로 Ni첨가량이 0.0025∼0.01wt%에서는 Ni의 첨가효과가 미미하고 조업관리가 어려웠다, 따라서 본 발명에서는 Zn-Ti계의 도금욕에 첨가되는 Ni의 하한치를 0.01wt%로 한정하였다. 또한 Ni 함유량이 0.05wt%를 초과한 경우에 실제조업에서는 Ti에 대한 Ni의 고용한을 초과하기 때문에 Ni은 Ti와 고용체를 형성하지 않고 Ti2Ni의 금속간화합물이 석출되어 도금욕 내에 부유하기 때문에 도금욕의 유동성을 저하시키고, 일부 부유 석출물은 도금시 도금층에 혼입되어 모래알 모양(pimple)의 표면요철 및 도금부착량편차를 유발하여 도금층의 색상 편차를 발생시키게 된다. 따라서 본 발명에서 Ni 첨가량의 상한치를 0.05wt% 이하로 설정하였다.
또한 Zn-Ti계에서 Ni은 그 자체가 또 하나의 발색원소이기 때문에 고유한 발색기능에 의해서 착색 용융아연 도금층의 색상을 발색원소 Ti보다 한 단계 많이 함유하는 성분계의 색상과 같은 농도를 나타내게 되므로 색상 선명도가 더욱 증가하였다.
Ni 첨가에 따른 Zn-Ti-Ni계 착색 용융아연 도금강판의 도금층 표면 색상 변화는 Zn-Ti계와 같이 도금욕 온도 변화에 의한 산화피막의 조성 변화에 의한 것이 아니라 도금층 표면의 착색 산화피막(TiO2+NiO2)의 두께 차이에 따른 빛의 간섭정도에 의해서 다양한 색상의 착색 용융아연 도금강판이 형성되었다.
실제 Zn-Ti-Ni계의 아연합금계를 도금욕 성분으로 하는 본 발명의 경우, 도금욕 온도에 따른 표면색상은 475-500℃이하에서 도금한 후 산소분위기의 공기중에서 자연냉각하게 되면 금색(GOLD COLOR)를 나타내고, 540∼550℃의 도금욕에서 도금하는 경우에는 자주색(PURPLE COLOR)의 표면외관을 나타내고, 560∼570℃의 도금욕에서 도금하는 경우에는 청색(BLUE COLOR)을 나타내고, 580∼600℃의 도금욕에서 도금하는 경우에는 녹색(GREEN COLOR)을 나타내었다. 또한 도금욕 온도가 금색과 자주색의 중간온도인 520-530 영역에서는 이 두 가지 색상이 혼합된 중간색을 나타내었다. 이는 종래의 Zn-Ti계 아연합금계의 경우, 560-570℃의 도금욕에서는 자주색과 녹색의 중간색을 나타내었으나 Zn-Ti-Ni계는 청색을 나타내었으며, Zn-Ti계에서 청색을 나타내었던 580℃ 이상에서는 Zn-Ti-Ni계의 본 발명에서는 녹색의 표면외관을 나타내었다. 이는 제3의 발색원소인 Ni의 고유한 발색기능의 영향에 의한 것으로 판단할 수 있다.
그러나 도금욕 온도가 475℃ 미만인 경우에 도금욕의 유동성 및 젖음성의 저하로 도금층 표면에 드로스 부착 및 흐름무늬가 발생하여 국부적인 색상 편차를 가져왔다. 또한 도금욕 온도가 600℃ 이상인 경우에는 도금욕 온도가 높기 때문에 도금후 도금층 표면의 산화피막의 형성이 빠르게 되나 도금층 표면의 과다한 산화물 형성 및 도금층 표면의 드로스 부착으로 도금층 표면외관을 저해하는 문제가 발생하였으며, 그 무엇보다도 600℃ 이상으로 도금욕을 관리하여도 녹색 이외에 다른 색상이 형성되지 않았다. 따라서 본 발명에서는 색상균일도 및 선명도가 우수한 도금욕 온도인 금색의 475-500℃, 자주색의 540-550℃, 청색의 560-570℃ 및 녹색의 580-600℃로 한정한다.
0.1∼0.3wt% Ti-0.004wt% 이하 Al-Zn인 도금욕에 제3의 발색원소 Ni를 0.01∼0.05wt% 첨가하게 되면, 발색원소 Ti가 도금욕내 균일하게 분포시키는 것이 가능하게 되므로 도금욕 상부의 드로스 발생 감소 및 이외 도금층 표면부착 방지가 가능하며, 이로 인한 도금욕 유동성 향상 및 도금층 표면에서의 산화피막의 젖음성 향상에 의한 표면평활도가 개선되고, 표면 광택도가 증가하게 되므로 도금층 표면은 색상편차가 방지되며, 색상 선명도가 우수하였다.
이하 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예)
두께가 0.8mm인 일반저탄소강의 냉연강판을 가로 100mm, 세로 200mm로 전달하여 시험편으로 하였다. 이 시험편을 알칼리 용액에서 침적하여 탈지한 후 750℃의 소둔환원온도에서 열처리하였다. 이 시험편을 알칼리 용액에서 침적하여 탈지한 후 750℃의 소둔환원온도에서 열처리하였다. 이렇게 전처리된 도금소재를 0.1∼0.3wt%Ti-0.003wt% Al-Zn의 아연합금계의 도금욕에서 도금욕 온도(강판인입온도와 동일) 475∼600℃으로 3초간 동안 침적하여 단면 도금부착량이 150g/m2이 되게 도금한 후 산소분위기 중에서 자연냉각하여 착색 산화피막을 형성시켰다.
이렇게 제조된 착색용융아연 도금강판의 색상, 표면조도, 표면광택도, 시편의 폭방향 및 길이방향의 색상편차, 색상 선면도, 드로스 부착 여부 및 미도금 발생 여부 등의 도금품질평가를 육안으로 실시한 결과를 표 1에 나타내었다.
하기의 표 1에 나타낸 바와 같이 0.1-0.3wt%Ti-0.003wt%Al-Zn인 아연합금계에서 도금욕 온도가 525℃를 초과한 경우(No3-4 및 7-8)에서 산화속도는 빠르나 도금층 표면에서의 산화피막의 젖음성 부족으로 흐름무늬가 국부적으로 형성되어 색상편차를 나타내므로 도금층의 표면 물성은 더욱 열화되는 것을 알 수 있다.
이에 반해 0.1-0.3wt%Ti-0.003wt%Al-Zn인 아연합금계에 0.05wt%의 Ni를 첨가한 본 발명의 경우(No.9-12)에는 도금욕의 유동성 개선에 의한 도금층 표면에서의 산화피막의 젖음성 향상으로 드로스 부착 및 흐름무늬 발생 방지로 표면조도가 감소하고 표면광택도가 증가되며, 도금강판의 폭방향 및 길이방향의 색상 편차가 방지되고 색상 선명도가 크게 향상되었다.
따라서 0.1-0.3wt%Ti-0.003wt%Al-Zn인 아연합금계에 제3의 발색원소 Ni의 첨가에 의해, 발색원소 T1의 도금욕 분포도 개선에 의한 색상 편차 방지와 첨가원소 Ni 자체의 발색기능에 의한 색상 선명도가 향상되므로 우수한 도금표면 품질 특성을 가진 금색, 자주색, 청색 및 녹색의 착색 용융아연 도금강판을 제조할 수 있다.
[표 1]
Zn-Ti계 아연합금계의 도금욕에 제3의 발색원소 Ni를 첨가함으로써, 발색원소 Ti의 도금욕 상부에서의 편석방지로 도금욕내의 발색원소 Ti의 분포도가 균일하게 개선되므로 종래와 같은 도금층 표면의 드로스 부착, 흐름무늬 발생 및 색상편차와 같은 표면결함 방지가 가능하므로 표면품질 및 색상 선명도가 우수한 착색 용융아연 도금강판을 안정적으로 생산하는 것이 가능하고 Ni자체의 고유한 발색기능에 의한 산화피막의 두께 증가로 종래의 성분계에서 발색이 불가능한 녹색의 착색용융아연 도금강판의 제조가 가능한 우수한 발명이다.
Claims (2)
- 0.1∼0.3wt%의 Ti, 0.01∼0.05wt%의 Ni, 0.004wt% 이하의 Al 및 잔부가 Zn와 불가피한 불순물로 구성되는 도금욕을 준비하는 단계와;상기 도금욕에 전처리된 도금소재를 3초 동안 침적시키는 단계와;상기 도금욕을 통과한 도금소재를 산소분위기의 공기 중에서 냉각하는 단계로 이루어지고,상기 도금소재가 침적되어 있는 동안 상기 도금욕의 온도를 475-500℃로 유지하여 상기 도금소재의 표면색상을 금색으로 유지하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 색상 선명도가 우수한 착색 용융아연 도금강판 제조방법.
- 0.1∼0.3wt%의 Ti, 0.01∼0.05wt%의 Ni, 0.004wt% 이하의 Al 및 잔부 Zn와 불가피한 불순물로 구성되는 도금욕을 준비하는 단계와;상기 도금욕에 전처리된 도금소재를 3초 동안 침적시키는 단계와;상기 도금욕을 통과한 도금소재를 산소분위기의 공기 중에서 냉각하는 단계로 이루어지고,상기 도금소재가 침적되어 있는 동안 상기 도금욕의 온도를 560-570℃로 유지하여 상기 도금소재의 표면색상을 청색으로 유지하는 것을 특징으로 하는 표면품질 및 색상 선명도가 우수한 착색 용융아연 도금강판 제조방법.
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|---|---|---|---|---|
| CN110318015A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-10-11 | 东北大学 | 一种在扁平钢材上获得彩色镀层的热镀锌方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61288040A (ja) * | 1985-06-17 | 1986-12-18 | Nikko Aen Kk | 溶融メツキ用亜鉛合金およびその使用方法 |
| KR880006382A (ko) * | 1986-11-21 | 1988-07-22 | 가사하라 유끼오 | 착색아연 코우팅 방법 |
| JPS63317658A (ja) * | 1988-05-17 | 1988-12-26 | Nikko Aen Kk | 溶融メッキ用亜鉛合金およびその使用方法 |
-
1997
- 1997-12-29 KR KR1019970077445A patent/KR100428941B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
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