KR100566133B1 - 도장처리용 아연도금강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크로메이트처리하고 도장처리되는 아연도금강판에 관한 것으로, 그 목적은 공해발생 요인이 거의 없어서 기본적으로 환경친화형이라고 할 수 있는 건식 표면처리 기술을 이용하여 크로메이트 대신 알루미나를 진공증착함으로써 크로메이트 피막과 동일한 수준의 부착량으로 동등 이상의 내식성을 확보할 수 있는 도장처리용 아연도금강판을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 크로메이트처리하고 도장처리되는 아연도금강판에 있어서, 표면에 상기 크로메이트 대신, 10nm~ 200nm 알루미나 증착막을 갖는 도장처리용 아연도금강판에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

아연도금강판, 크로메이트, 알루미나 증착, 내식성, 도막밀착성

Description

도장처리용 아연도금강판{Galvanized steel sheet for color coating}

본 발명은 크로메이트처리하고 도장처리되는 아연도금강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크로메이트 대신 알루미나(Al₂O₃)를 진공증착함으로써 환경 공해의 주요한 발생 요인이 되는 6가 크롬을 사용하지 않으면서 도막 밀착성을 개선하고 내식성이 강화된 아연도금강판에 관한 것이다.

크로메이트 처리는 인산염 처리와 함께 아연, 아연-철, 아연-니켈 등의 아연계 도금강판을 도장강판으로 사용할 때의 도장 전처리 기술로서 널리 사용되고 있다. 크로메이트 피막은 도장막과 도금층 표면 간의 밀착성 향상이 주목적이며 부수적으로 도막이 손상된 부위의 내식성을 보완하는 기능도 있다.

그러나, 크로메이트 처리 기술은 6가 크롬을 원료로 사용한다는 점 때문에 향후 그 사용 분야가 크게 축소될 것이 확실하다. 6가 크롬은 인체에 대단히 유해한 물질일 뿐만 아니라 환경처리 비용도 많이 소요된다. 이러한 이유로 이미 많은 국가에서 사용 규제를 입법화하를 완료했거나 입법화를 추진하고 있는 실정이다. 이에 대한 대책으로서 몰리브데이트, 실리케이트, 희토류 금속 염 등을 이용한 다양한 크로메이트 대체 기술이 현재 개발이 진행중이며, 일부는 개발이 완료된 상태이다.

지금까지 크로메이트 대체기술로 개발된 피막들은 동일한 부착량에서 크로메이트 피막에 필적할 만한 내식성과 기능성을 제공하지 못한다는 한계를 지니고 있다. 크로메이트 대체 피막들은 크로메이트 피막의 10∼30배에 달하는 부착량을 가질 때 동등한 수준의 내식성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 결과적으로 이러한 대체기술들은 크로메이트 처리에 비해 경제성이 떨어지며 용접성에서도 문제를 야기한다.

본 발명은 크로메이트 처리 기술을 대체함에 있어서 종래의 개념인 도포형, 분사형 또는 침적형 등의 습식 표면처리 기술을 사용하지 아니하고 공해발생 요인이 거의 없어서 기본적으로 환경친화형이라고 할 수 있는 건식 표면처리 기술을 이용하여 크로메이트 대신 알루미나를 진공증착막으로 형성함으로써 크로메이트 피막과 동일한 수준의 부착량으로 동등 이상의 내식성을 확보할 수 있는 아연도금강판을 제공하는데, 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아연도금강판은,

크로메이트처리하고 도장처리되는 아연도금강판에 있어서, 상기 크로메이트 대신, 10nm~ 200nm 알루미나 증착막을 갖는 것을 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 아연도금강판의 표면에 진공증착법으로 알루미나를 증착한 결과, 크로메이트의 부착량 수준으로도 동등 이상의 내식성을 확보할 수 있다는 사실을 확인하고 본 발명을 제안하기에 이르렀다.

본 발명에 따라 얻어지는 아연도금강판은 그 표면에 10~200nm 두께의 알루미나 증착막이 형성된 것이다. 알루미나 증착 두께가 10 nm미만의 경우에는 소재인 아연도금강판 표면에 증착되는 알루미나의 표면 피복율이 100%에 이르지 못한다. 따라서, 피복되지 못하고 노출된 부분의 도막 밀착성이 불량하게 되어 도장 후 결함발생의 원인이 된다. 물론 국부적으로 내식성이 열악한 영역이 존재하게 되어 도막 파손시 국부적인 부식 가속 효과도 나타날 수 있다. 진공증착 공정에서 소재의 온도를 상향 조정하면 표면에서 도달하는 알루미나 분자의 표면확산계수가 높아지는 효과에 의해 표면 피복율이 상승하기는 하지만 소재 표면을 전체적으로 안전하게 피복하기 위해서는 최소한 10 nm의 증착 두께가 필요하다. 또한, 알루미나의 증착두께가 두꺼울수록 내식성이 향상되지만, 알루미나는 전기전도체인 소지 강판이나 아연도금층과는 달리 부도체이므로 알루미나 증착막의 두께가 증가할수록 용접성이 떨어진다. 따라서 최소한의 용접성을 얻을 수 있는 한계인 200 nm의 두께를 알루미나 증착막의 두께 상한선으로 제한하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 아연도금강판에 알루미나 증착층을 형성하는 방법은 전자빔 증발법, 이온 플레이팅법 및 스퍼터링법 등을 이용할 수 있다. 전자빔 증발법에서는 진공조 안의 도가니(crucible)에 입자 상태의 알루미나를 장입하고 전자빔으로 알루미나를 조사하여 기화시킴으로써 아연도금강판 상에 알루미나 코팅을 형성한다. 이온 플레이팅법에서는 전자빔 증발원과 같은 공정을 이용하여 알루미나를 기화시키면서 증발원과 소재 사이의 공간에 저온 플라즈마를 형성시킴으로써 알루미나의 분해를 억제하여 보다 이상적인 화학조성에 가까운 알루미나 코팅을 형성할 수 있다. 스퍼터링법에서는 고체 상태인 알루미나 타겟을 사용하고, 필요한 경우 산소를 진공조에 주입하면서 알루미나 코팅을 형성한다. 상기와 같은 3가지 방법으로 제조한 알루미나 코팅은 그 화학조성이 조금씩 다르기는 하지만, 본 발명의 목적인 크로메이트 대체 피막으로서의 기능에는 차이가 없었다. 따라서 본 발명에 따른 알루미나 증착코팅에는 상기 방법들이 모두 적용될 수 있다.

상기와 같이 아연도금강판에 알루미나 증착층을 형성할 때는 아연도금강판의 온도를 350℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 진공증착 공정에서 소재의 온도를 높이면 소재 표면에 입사한 피복물질의 원자 또는 분자가 충분한 운동에너지를 가지고 열역학적으로 안정한 위치를 찾아 확산, 이동할 수 있는 구동력을 갖게 되므로 보다 치밀한 피막을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나, 아연도금강판의 온도가 350℃ 이상에 이르게 되면 아연의 승화 현상이 일어나게 되어 아연도금층 자체가 불완전하게 됨으로써 결과적으로 도금강판으로서의 가치를 상실하게 된다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

아연도금강판의 온도를 변화시켜 가며 알루미나를 스퍼터링, 전자빔증발, 이온플레이팅법에 의해 증착한 다음, 도막밀착성과 용접성을 평가하여 그 결과를 표 1에 나타내었다.

도막밀착성은 테이프 테스트로 평가하였다. 즉, 시편을 1t/180˚로 굽힌 후 굽힘 부위에 스카치테이프(#610)를 접착하였다가 벗기면서 코팅층의 박리를 관찰하여 판정하였다. 판정기준은 다음과 같다.

◎ : 박리가 전혀 없음. ○ : 표층부위에서만 일부 박리가 관찰됨.

× : 코팅층의 일부 또는 전부가 박리됨.

용접성은 알루미늄 용융도금 강판에 사용되는 일반적인 seam welding 조건을 적용한 경우 용접부의 용접 품질을 나타내었다. 평가기준은 다음과 같다.

◎ : 우수, ○ : 양호, △ : 다소 불량, × : 불량

구분	증착 두께 (nm)	증착 온도 (℃)	증착방법	도막밀착성	용접성
발명예 1	10	150	스퍼터링	◎	◎
발명예 2	15	100	전자빔 증발	◎	◎
발명예 3	25	120	전자빔 증발	◎	◎
발명예 4	30	225	이온 플레이팅	◎	◎
발명예 5	80	330	전자빔 증발	◎	◎
발명예 6	100	170	이온 플레이팅	◎	◎
발명예 7	140	290	전자빔 증발	◎	◎
발명예 8	180	140	스퍼터링	◎	○
발명예 9	200	255	전자빔 증발	◎	○
비교예 1	8	150	전자빔 증발	×	◎
비교예 2	220	180	스퍼터링	◎	△
비교예 3	650	220	이온 플레이팅	◎	×
비교예 4	50	360	전자빔 증발	×	○
비교예 5	120	375	전자빔 증발	×	○
비교예 6	크로메이트	-	-	◎	◎
비교예 7	무처리	-	-	×	◎

표 1에 나타난 바와 같이, 증착두께와 증착온도가 본 발명의 범위를 만족하는 경우에 도막밀착성과 용접성이 우수하였다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 환경친화형이라고 할 수 있는 건식 표면처리 기술을 이용하여 크로메이트 대신 알루미나를 진공증착함으로써 크로메이트 피막과 동일한 수준의 부착량으로 동등 이상의 내식성을 확보할 수 있는 아연도금강판을 제공하는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 크로메이트처리하고 도장처리되는 아연도금강판에 있어서,

   표면에 상기 크로메이트 대신, 10nm~ 200nm 알루미나 증착막을 갖는 것을 포함하여 이루어지는 도장처리용 아연도금강판.
2. 제 1항에 있어서, 상기 알루미나 증착막은 아연도금강판이 350℃이하로 유지된 상태에서 형성된 것임을 특징으로 하는 도장처리용 아연도금강판.