KR100645180B1 - 가공성 및 용접성이 우수한 무기계 윤활처리용액 조성물및 이를 이용한 용융아연도금강판의 표면처리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 윤활제로서 순수 40∼70중량％에 미립자의 산화아연 3∼15wt.％를 가하고 습윤(wetting)제로 친수성 계면활성제 0.2∼5wt.％를 가하여 수용액에서 안정되도록 고르게 혼합한다. 윤활성 향상을 위하여 폴리비닐계인 폴리비닐 알코올, 폴리초산비닐, 폴리염화비닐, 폴리비닐 부티랄 중 1종 이상으로 1∼5wt.％로 첨가하고 인산염계로 피로인산카리, 피로인산소다, 3인산소다, 중합인산소다 중 1종 이상을 5∼20wt.％로 첨가한 후 용해 혼합하므로써 탁한 용액이 분산되도록 하여 안정성을 기하며 마지막으로 순수를 가하여 고형분이 10∼30％ 되도록 한 윤활처리 용액 조성물을 제조하는 것을 요지로 한다.
또한, 본 발명의 상기 제조된 윤활처리 용액을 건조 후의 부착량이 800∼1300㎎/㎡ 가 되도록 아연도금강판에 도포하고, 강판 온도 60∼200℃ 범위에서 소부처리하므로써 가공성 및 용접성이 우수한 아연도금강판 표면처리 방법을 제공하는 것을 요지로 한다.
Description
제1도는 윤활제 함량에 따른 성형비를 나타내는 그래프.
제2도는 윤활제 부착량에 따른 성형비를 나타내는 그래프.
본 발명은 아연도금강판, 특히 용융아연도금강판에 대한 표면윤활성 및 용접성이 우수한 금속산화물계 윤활처리용액 조성물의 제조 방법 및 이를 이용한 용융아연도금강판 표면처리방법에 관한 것이다.
근래에 자동차 방청 보증연한이 증가함에 따라 자동차용 강판으로 그 사용이 점차 증가하고 있는 용융아연도금강판 또는 합금화 용융아연도금강판은 표면에 존재하는 아연 합금층의 희생방식작용에 의해 우수한 내식성을 가지고 있다. 그러나 이들 용융아연도금강판은 프레스가공시 크랙이 발생하는 문제를 가지고 있으므로 심가공(deep-drawing)이 필요한 부품에는 사용하기 힘들다.
따라서 상기 용융아연도금강판을 심가공이 필요한 부품에 사용할 경우에는 연신율이 더 높은 강판을 소재로 사용하거나 강판에 윤활처리를 하여야 한다. 그러나 연신율이 높은 고급강을 사용할 경우에는 일반강을 사용할 경우에 비해 제조 비용이 현저히 추가되므로 결과적으로 제품 가격을 상승시키는 요인이 된다. 반면, 강판에 윤활처리를 하는 경우에는 일반강을 이용해서 고급강을 사용한 효과를 낼 수 있기 때문에 비용면에서 잇점이 있다.
그러나 종래의 윤활처리 용액의 경우, 고분자 수지를 베이스로 하여 왁스(wax)계열 윤활제 및 각종 첨가제를 포함하고 있다. 이렇게 되면, 자동차 차체 용접시 표면처리된 윤활제가 고온, 고압의 용접조건하에서 산화되어 탄화물을 형성하게 되고 이것이 용접봉에 응착된다. 응착된 탄화물은 전류의 흐름을 방해하여 결국 불량용접과 용접봉의 수명을 떨어뜨리는 현상을 초래하게 된다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 문제를 해결하고자 종래의 유기 고분자 수지를 베이스로 하고 왁스계열 윤활제 등의 각종첨가제를 미립자의 무기 산화아연 파우더 등으로 대체하는 방안에 착안하였다. 무기 미립자로 대체한 경우에는 용접시에 윤활제 파우더가 타지 않아 용접봉 수명을 단축시키지 않고, 따라서 연속용접성을 떨어뜨리지 않는다. 또한 본 발명상의 윤활처리 용액은 밀착성 및 탈막성이 양호해 차체 용접 후 탈지공정에서 피막이 제거되어 이후 도장공정에도 영향을 미치지 않는 용접성과 가공성이 우수한 고윤활전도성 크롬프리 내지문강판의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
따라서, 본 발명은 윤활제로서 순수 40~70wt.％(중량％)에 미립자의 산화아연 3~15wt.％를 가하고, 습윤(wetting)제로 친수성 계면활성제 0.2~5wt.％를 가하여 수용액에서 안정되도록 고르게 혼합한다. 여기에 윤활성 향상을 위하여 폴리비닐계인 폴리비닐 알코올, 폴리초산비닐, 폴리염화비닐, 폴리비닐 부티랄 중 1종 이상으로 1~5wt.％로 첨가하고, 또한 인산염계 첨가제로서 피로인산카리, 피로인산소다, 3인산소다, 중합인산소다 중 1종 이상을 5~20wt.％로 첨가한 후 이들을 모두 용해 혼합되게 하므로써 탁한용액이 분산되도록 하여 안정성을 기하며 마지막으로 순수를 가하여 고형분이 10~30 되도록한 윤활처리 용액 조성물을 제조하는 것을 요지로 한다.
또한, 본 발명의 상기 제조된 윤활처리 용액을 건조후 부착량이 800~1300mg/m2 가 되도록 강판에 도포하고, 강판 온도 60~200℃ 범위에서 소부처리하므로써 가공성 및 용접성이 우수한 아연도금강판 표면처리 방법을 제공하는 것을 요지로 한다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 상세히 설명한다.
본 발명의 윤활처리 용액을 제조함에 있어, 전술한 바와 같이 먼저 순수 40~70wt.％에 미립자의 산화아연 파우더 3~15wt.％를 가한다. 산화아연 파우더는 윤활제로 쓰이는 것으로 통상 나노 크기(size)의 초미세 입자를 사용한다. 산화아연 파우더를 3wt.％ 미만으로 첨가하였을 경우에는 표면 윤활성 향상 효과가 미진하고, 15wt.％를 초과하여 첨가하였을 때에는 입자들의 부분적인 응집으로 더 이상 윤활성 향상 효과가 증대되지 않으므로 3~15wt.％ 범위에서 관리하는 것이 바람직하다.
윤활제 첨가후 친수성 계면활성제를 0.2~5wt.％ 첨가하여 윤활제 파우더가 수용액에서 고르게 분산될 수 있도록 충분히 혼합한다. 윤활제 파우더의 입자가 나노 크기(size)의 미립자이므로 계면활성제가 0.2wt.％ 미만으로 첨가되면 입자의 응집으로 인해 윤활성이 떨어지고 도막 표면에 얼룩이 발생할 수 있고, 5wt.％ 초과하여 첨가되면 윤활제 피막과 강판 사이의 접착력이 떨어져 전체적인 물성이 저하될 수 있다.
한편, 본 발명에서 윤활처리제 용액에서 매우 중요한 요소인 윤활성 및 분산성 향상을 위하여 폴리비닐계 첨가제를 1~5wt.％로 첨가한다. 폴리비닐계 첨가제로는 폴리비닐 알코올(Polyvinyl alcohol), 폴리초산비닐(Polyvinyl acetate), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride), 폴리비닐 부티랄(Polyvinyl butyral) 중 1종 이상을 선택한다. 폴리비닐계 첨가제를 1wt.％ 미만으로 첨가하였을 경우 용액 안정성이 떨어지는 현상이 나타나며, 5wt.％를 초과하여 첨가할 경우에는 유기물 첨가제이므로 연속용접성이 떨어지는 현상이 나타나므로 1~5wt.％ 범위에서 관리하여야 한다.
상기 처리 후에 내식성 및 분산성, 접착성을 향상시킬 목적으로 인산염계 첨가제를 5~20wt.％로 첨가한다. 인산염계 첨가제로는 피로인산카리(Potassium Pyrophosphate), 피로인산소다(Sodium Pyrophosphate), 삼인산소다(Sodium Phosphate tribasic), 중합인산소다(Sodium hexameter phosphate) 중 1종 이상을 선택한다. 인산염계 첨가제를 5중량wt.％ 미만으로 첨가하였을 경우 도막의 밀착성이 저하되고, 20중량％ 초과하여 첨가하였을 경우 용액 안정성이 떨어지므로 5~20wt.％ 범위에서 관리하는 것이 바람직하다.
이들 첨가제를 모두 혼합한 후에 탁한 용액이 분산되도록 하여 안정성을 기하고 마지막으로 순수를 가하여 고형분이 10~30％가 되도록 희석하므로써 본 발명상의 윤활처리 용액이 제조된다.
본 발명은 상술한 바와 같이 제조된 윤활처리용액을 롤코팅으로 처리하여 건조 부착량 기준 800~1300mg/m2 이 되도록 코팅하고, 강판온도 60~200℃온도에서 이를 건조하므로써 가공성 및 용접성이 우수한 합금화 용융아연도금강판을 제조할 수 있다. 거듭된 실험결과, 건조 부착량이 800mg/m2 미만인 경우에는 표면 윤활성 향상 효과가 크지 않고, 1300mg/m2 을 초과할 경우에는 오히려 윤활성이 떨어지는 현상이 나타났다. 또한, 표면코팅부 강판건조온도가 60℃ 미만인 경우에는 윤활처리용액이 충분히 건조하지 않아 물성이 확보되지 않고, 200℃ 초과인 경우 강판 자체의 물성이 변할 수 있으므로 60~200℃ 범위에서 관리하는 것이 바람직하다. 다만, 강판표면 건조온도는 윤활제 종류, 계면활성제, 상술한 첨가제와 건조부착량 기준으로 한 윤활처리 용액의 코팅량 등에 따라 적정범위로 선택된다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
[실시예]
(실시예 1)
(실시예 1)
먼저, 윤활제 함량(wt.％)과 성형비(％) 소재강판에 윤활처리용액의 도포·건조에 따른 건조부착량(mg/m2)과 성형비의 관계를 조사하였다. 윤활처리제 제조에 있어 순수 50wt.％에 산화아연분말을 1~19wt.％ 범위로, 계면활성제 4wt.％, 폴리비닐부티랄 2중량％, 피로인산소다 18wt.％를 첨가한 다음, 고형분이 24％ 되도록 순수로 희석하여 윤활처리제를 제조하였다. 윤활처리제함량(wt.％)과 성형비(％)와의 관계를 도 도 1에 나타내었다. 또한, 상기 제조된 윤활처리제의 건조부착량을 300~1700mg/m2 범위에서 변화시켜 코팅하고, 가공성 평가후, 이를 도 2에 그 결과를 나타내었다. 도 1과 도 2를 보면, 윤활제는 각각 13wt.％, 1100mg/m2에서 가장 성형비가 낮아 성형성이 좋아지는 것을 알 수 있다.상기 결과에 의해 윤활제 13wt.％, 건조부착량 1100mg/m2를 표준으로 삼았다.
(실시예 2)
순수 50중량부에 윤활제로서 산화아연 파우더를 13wt.％ 가하고 계면활성제, 폴리비닐계 첨가제인 폴리비닐부티랄, 인산염계 첨가제인 피로인산소다를 하기표 1에 기재된 함량으로 각각 첨가한 다음, 고형분이 24％ 되도록 순수로 희석하여 발명예 No.1 - No.8 및 비교예 No.1 - No.6 을 제조하였다.
위와 같이 제조된 윤활처리용액을 아연부착량 45g/m2, 두께 0.7㎜t, 가공용 NQ 급 소재 강판에 건조부착량 1100mg/m2 이 되도록 도포하고 60℃에서 건조한 후 공냉시켜 제조하고 다음과 같이 피막 특성을 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
표 1의 상술한 조성의 용액을 도포, 코팅, 건조하여 제조된 강판을 다음과 같이 물성테스트 하였다.
[가공성] 가공성 평가는 강판을 절단한 후 컵드로잉을 수행하여 성형비를 구하였다. 성형비는 다음과 같은 식으로 정의된다.
성형비 = (윤활처리한 강판의 최대 펀치 하중/윤활처리하지 않은 강판의 최대 펀치 하중) x100(%)
가공성 평가 ◎: 성형비 93% 미만, ○: 성형비 95% 미만, △: 성형비 98% 미만, X: 성형비 98% 이상
[용접성] 용접성 평가는 정치식 점용접기로 전류는 8kA, 가압력은 250kgf, 14사이클의 조건으로 연속용접성 평가를 수행하였다. 매회 100타점 간격으로 형성된 너겟의 크기를 측정하여 그 지름이 4√t 이하로 떨어지는 시점을 연속용접성의 값으로 하였다.
연속용접성 타점수 ◎: 1000타점 이상, ○: 700타점 이상, △: 300타점 이 상, X: 300타점 미만
[탈막성] 탈막성 평가는 삼양화학(상표명:Gardoclean 4292L) A,B재를 건욕하여 55℃로 가열하면서 교반한 탈지액에 강판을 2분간 침지하고, 색차계(Minolta)로 측정하여 그 값을 윤활처리 하지 않은 합금화 용융아연도금 강판의 값과 비교하였다. 이 때 색차는 ΔL 값으로 평가한다.
탈막성 평가 (ΔL) ◎: 1 미만, ○: 2 미만, △: 3 미만, X : 3 이상
[표면외관] 표면외관 평가는 육안 관찰 및 촉감으로 평가하였다.
표면외관 평가 ◎: 얼룩 전혀 없음, ○: 얼룩 약간 있음, △: 얼룩이 확연히 보임, X: 얼룩을 손으로 만져봤을 경우 얼룩이 만져짐
[용액안정성] 용액안정성은 침지시험을 통해 평가하였다. 침지시험은 메스실린더에 1L 의 윤활처리용액을 붓고, 1시간동안 방치한 후 가라앉은 고형분의 부피를 읽어 평가하였다.
용액안정성 ◎: 10mL 미만, ○: 50mL 미만, △: 100mL 미만, X: 100mL 이상
[표 1]
상기 표 1 의 결과를 발명예와 비교예를 비교하여 분석평가한 결과는 다음과 같다.
[발명예 No.1 - No.8]
계면활성제와 폴리비닐계 첨가제, 인산염계 첨가제를 본 발명의 조건 범위로 혼합한 본 발명상의 용액조성물을 제조한 후 이를 강판에 코팅한 제품을 평가한 결과, 상기 표 1과 같이 우수한 물성을 나타내었다. 그중에서도 No.3 샘플은 물성 모두에 걸쳐 우수한 성적을 나타내었고, No.5, No.6 샘플이 비교적 저조한 용접성과 표면외관을 보였다.
[비교예 No.1 - No.2]
인산염계 첨가제인 피로인산소다를 2wt.％로 조건범위보다 적게 첨가했을 경우는 윤활처리용액의 분산성이 확보되지 못해 표면외관과 용액안정성이 기준에 미달하였으며, 25wt.％로 조건범위보다 과량 첨가했을 경우는 인산염계 첨가제의 접착성으로 인해 윤활 피막이 탈지과정에서 완전히 탈막되지 않아 탈막성 불량을 나타냈다.
[비교예 No.3 - No.4]
폴리비닐계 첨가제인 폴리비닐부티랄을 10wt.％로 과량 첨가했을 경우 유기물의 함량이 많아지므로 연속용접성 불량을 일으켰고, 0.5wt.％로 조건범위보다 적게 첨가했을 경우에는 분산성이 떨어져 표면외관과 용액안정성이 열세로 나타났다.
[비교예 No.5 - No.6]
계면활성제를 0.2wt.％로 소량 첨가했을 경우에는 윤활제 파우더의 분산이 제대로 이루어지지 않아 가공성이 열세로 나타났고, 표면 외관 및 용액 안정성도 불량으로 나타났다. 계면활성제를 10wt.％로 과량 첨가했을 경우, 윤활제 파우더가 부분적으로 응집되어 가공성이 다소 열세한 것으로 나타났다.
본 발명에 의하여 효율적인 윤활처리용액과 이 용액을 코팅하므로써 심가공이 가능한 강판을 얻을 수 있었으며, 전술한 바와 같이 가공성, 용접성, 탈막성, 표면외관 등에 있어 우수한 물성을 얻을 수 있었다.
Claims (2)
- 합금화용융 아연도금 강판의 가공성 및 용접성을 향상시키기 위한 윤활처리 용액 제조방법에 있어서, 순수 40~70wt.％에 미립자의 산화아연분말 3~15wt.％, 친수성 계면활성제 0.2~5wt.％, 폴리비닐계 첨가제 1~5wt.％, 인산염계 첨가제 5~20wt.％를 용해혼합하고 여기에 순수를 가하여 고형분이 10~30％가 되게 제조한 윤활처리 용액 조성물.
- 청구범위 1의 윤활처리 용액 조성물을 건조후의 윤활제 부착량 800~1300mg/㎡ 가 되도록 상기 도금강판에 도포한 후, 상기 강판 온도 60~200℃에서 소부처리함을 특징으로 하는 가공성 및 용접성이 우수한 도금강판의 제조방법.
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