KR100676522B1

KR100676522B1 - 용융알루미늄 도금조

Info

Publication number: KR100676522B1
Application number: KR1020050054475A
Authority: KR
Inventors: 구본곤
Original assignee: 덕산산업주식회사
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2007-02-01
Also published as: KR20050079967A

Abstract

본 발명은 알루미늄의 용융도금에 사용되는 도금조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도금조를 이루는 벽체가 바닥부와 일정 각도만큼 경사지도록 형성시킴과 동시에, 알루미늄과 도금조와의 화학반응에 의한 합금층의 생성을 억제시키기 위하여 기존에 회주철을 적용하였던 도금조의 재질을 알루미늄 도금조건을 저하시키지 않는 강재(鋼材)로 대체시킴으로서, 용융알루미늄의 지속적인 가열과 냉각에 따른 도금조의 균열이나 파손을 방지할 수 있고, 이로 인하여 용융알루미늄 도금조의 사용수명을 크게 연장시킬 수 있으면서도, 도금조를 용접에 의하여 제조할 수 있도록 하여 도금조의 제조에 따른 시간과 비용을 크게 절감시킬 수 있도록 한 용융알루미늄 도금조에 관한 것이다.

본 발명에 의한 용융알루미늄 도금조는, 모재(母材)가 되는 각종 금속재료의 표면에 알루미늄(Al) 도금층을 형성시키기 위하여 알루미늄을 용융된 상태로 저장시킬 수 있도록 한 도금조(10)에 있어서, 상기 도금조(10)는 그 벽체(11)가 바닥부(12)와 84 ∼ 86°만큼 외측으로 경사지게 형성되고, 상기 도금조(10)의 재질은 KS규격명이 SM 400A, SM 400B, SM 400C, SM 490A, SM 490B, SM 490C, SM 490YA, SM 490YB, SM 520B, SM 570인 기계구조용 압연강재 중에서 택일하여서 되는 것을 특징으로 한다.

알루미늄 용융도금, 도금조, 회주철, 기계구조용 압연강재

Description

용융알루미늄 도금조{Hot-dip aluminizing pot}

도 1은 본 발명에 의한 용융알루미늄 도금조를 나타내는 측단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

10 : 도금조 11 : 벽체 12 : 바닥부

13 : 라운드부 θ : 경사각

본 발명은 알루미늄의 용융도금에 사용되는 도금조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 도금조를 이루는 벽체를 바닥부와 일정 각도만큼 경사지게 형성시킴과 동시에, 알루미늄과 도금조와의 화학반응에 의한 합금층의 생성을 억제시키기 위하여 기존에 회주철이 적용되었던 도금조의 재질을 알루미늄 도금조건을 저하시키지 않는 강재(鋼材)로 대체시킨 용융알루미늄 도금조에 관한 것이다.

일반적으로 모재(母材)가 되는 금속재료의 표면에 다른 종류의 금속 또는 합금을 얇은 막 형태로 피복하는 도금방법은 표면경화나 장식적인 개념 뿐만 아니라, 모재가 가지지 못하는 기계적, 화학적 특성(방식성, 내마모성, 내후성, 전기전도성, 내열성 등)을 도금되는 금속이나 합금에 의하여 모재의 표면에 부여하기 위한 것이다.

상기와 같은 도금방법으로는 수용액 중에 이온(Ion)의 형태로 존재하는 목적 금속을 전기에너지를 이용하여 모재의 표면에 환원 석출시키는 전기도금과, 도금조 내부의 금속이온을 화학환원제로 환원시켜 모재의 표면에 금속층을 석출시키는 화학도금과, 도금조 내부의 용융금속에 모재를 침지시켰다가 꺼낸 다음 모재의 표면에 부착된 용융금속을 응고시키는 용융도금을 포함하여, 물리증착이나 화학증착과 같은 다양한 종류의 도금방법이 행하여지고 있다.

상기와 같은 각종 도금방법 중에서 도금조 내부에 저장된 용융금속으로 모재를 침지시키는 용융도금방법은, 모재의 표면에 도금층이 다소 두껍게 형성되기 때문에 긴 수명을 가지는 도금층을 형성시키고자 할 때 주로 사용되며, 가장 일반적인 것으로는 아연철판(함석)이나 가이드레일, 강관이나 강선 등과 같이 야외나 땅속에서 장기간 사용되는 금속재료의 부식을 방지하기 위한 아연(Zn) 용융도금과, 자동차용 머플러와 같이 내열성과 내후성 및 내식성이 요구되는 부품에 적용되는 알루미늄(Al) 용융도금을 들 수 있다.

상기와 같이 알루미늄 용융도금에 사용되는 도금조를 탄소 및 규소가 소량 함유된 철재나 금속 재질로 제조할 경우, 도금조에 저장된 용융 알루미늄과 도금조의 재질을 이루는 철분 및 금속 성분이 서로 화학반응을 일으켜 도금조의 내부 표면에 합금층을 형성시키게 되는 데, 이러한 합금층의 두께가 두껍게 형성될 경우 도금조를 통한 열전달이 원활하게 이루어지지 못하여 알루미늄을 그 용융온도까지 가열시키기가 어렵게 될 뿐만 아니라, 과도한 가열로 인하여 도금조의 균열이나 파손을 유발시키는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 현재까지 알루미늄 용융도금의 도금조에 사용되는 재질은 주철의 한 종류로서 알루미늄과 친화력이 없는 탄소(C) 및 규소(Si)가 다량으로 함유된 회주철(灰鑄鐵: Grey cast iron)이 주류를 이루고 있으나, 회주철을 이용하여 도금조를 제조하기 위해서는 주조에 의한 방법에 의존하여야 함으로서, 별도의 금형제작과 회주철의 주조에 따라 도금조의 제조에 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었으며, 이와 같이 도금조 자체의 제조단가가 상승하게 됨으로서 알루미늄 도금제품의 가격경쟁력이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 상기 회주철의 경우는 탄소 및 규소의 함량이 높기 때문에 주조성(鑄造性)과 절삭성(切削性)은 비교적 양호하지만 충격에 매우 약한 성질 즉, 취성(脆性)을 가지게 됨으로서, 용융알루미늄의 가열과 냉각이 반복되는 알루미늄 용융도금의 특성상 냉각된 알루미늄이 용해되는 과정에서 발생하는 알루미늄의 체적팽창압력에 의하여 도금조에 균열이 쉽게 발생하거나 심한 경우 도금조가 파손되는 문제점이 있었다.

따라서, 회주철을 재질로 하여 제조된 기존의 도금조는 그 사용수명이 매우 짧게 됨으로서 도금조를 자주 교체함에 따른 비용상승과 더불어, 그 교체시기를 제대로 맞추지 못할 경우에는 도금조의 파손이 발생하여 용융알루미늄이 외부로 누출됨으로서 주변장치나 기계설비의 손상 뿐만 아니라 대형 화재를 유발시킬 수 있는 문제점이 있었으며, 이로 인하여 회주철을 용융알루미늄 도금조의 재질로 사용함에 따른 장점은 살리면서도 그 단점은 극복할 수 있는 새로운 소재의 적용이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명에 의한 용융알루미늄 도금조는 그 벽체를 바닥부와 일정 각도만큼 경사지게 형성시킴과 동시에, 알루미늄과 도금조와의 화학반응에 의한 합금층의 생성을 억제시키기 위하여 기존에 회주철을 적용하였던 도금조의 재질을 알루미늄 도금조건을 저하시키지 않는 강재(鋼材)로 대체시킴으로서, 용융알루미늄의 지속적인 가열과 냉각에 따른 도금조의 균열이나 파손을 방지할 수 있고, 이로 인하여 용융알루미늄 도금조의 사용수명을 크게 연장시킬 수 있으면서도, 도금조를 용접에 의하여 제조할 수 있도록 하여 도금조의 제조에 따른 시간과 비용 절감에 크게 기여할 수 있도록 하는 것을 그 기술적인 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 모재(母材)가 되는 각종 금속재료의 표면에 알루미늄(Al) 도금층을 형성시키기 위하여 알루미늄을 용융된 상태로 저장시킬 수 있도록 한 도금조에 있어서, 상기 도금조는 그 벽체가 바닥부와 84 ∼ 86°만큼 외측으로 경사지게 형성되고, 상기 도금조의 재질은 KS규격명이 SM 400A, SM 400B, SM 400C, SM 490A, SM 490B, SM 490C, SM 490YA, SM 490YB, SM 520B, SM 570인 기계구조용 압연강재 중에서 택일하여서 되는 것을 특징으로 한다.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 용융알루미늄 도금조(10)는 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 벽체(11)와 바닥부(12)로 이루어지는 포트(Pot) 형상을 가지며, 그 벽체(11)가 바닥부(12)를 중심으로 하여 외측 방향으로 일정 각도(θ)만큼 경사지게 형성되며, 벽체(11)와 바닥부(12)가 연결되는 부분에는 도금조(10)에 저장되는 용융알루미늄의 중량을 분산시킬 수 있도록 라운드부(13)가 형성되어 있다.

상기와 같이 도금조(10)를 이루는 벽체(11)를 바닥부(12)로부터 외측 방향을 향하여 84 ∼ 86°만큼 경사지게 형성시키는 이유는, 도금조(10)의 상부측 공간이 그 하부측 공간보다 넓게 형성되도록 함으로서, 도금조(10)의 내부에서 냉각된 상태로 존재하는 알루미늄을 용융시키는 과정에서 발생하는 알루미늄의 체적팽창압력이 도금조(10)의 경사진 내벽면을 따라 상부측으로 용이하게 분산될 수 있도록 한 것이다.

따라서, 도금조(10)의 벽체(11)를 일정 각도(θ = 84 ∼ 86°)만큼 외측 방향으로 경사지게 형성시키는 것만으로도, 용융알루미늄의 가열과 냉각이 반복되는 과정에서 발생할 수 있는 도금조(10)의 균열현상을 1차적으로 차단시킬 수 있게 되는 데, 상기 벽체(11)의 경사각도(θ)는 바닥부(12)의 수평선상을 기준으로 하여 84 ∼ 86°의 범위내가 되도록 하는 것이 알루미늄의 체적팽창압력을 보다 효과적으로 분산시키면서도 도금조(10) 자체의 부피는 최소화시키는 측면에서 바람직하다.

그리고, 본 발명에 의한 용융알루미늄 도금조(10)는 알루미늄의 용융도금시 도금조(10)의 내벽면을 따라 발생하는 합금층의 생성에 따른 문제점으로 인하여 기존에 회주철이 적용되었던 도금조(10)의 재질을, KS규격명이 SM 400A, SM 400B, SM 400C, SM 490A, SM 490B, SM 490C, SM 490YA, SM 490YB, SM 520B, SM 570인 기계구조용 압연강재 중에서 택일한 것을 용접에 의하여 형성시킨 것이다.

표 1. 본 발명에 적용되는 SM 계열의 강재

구 분	두께범위 (mm)	화 학 성 분(%)
구 분	두께범위 (mm)	C	Si	Mn	P	S
SM 400A	t≤50	0.23 이하	-	2.5×C 이상	0.035 이하	0.035 이하
	50<t≤200	0.25 이하	-	2.5×C 이상	0.035 이하	0.035 이하
SM 400B	t≤50	0.20 이하	0.35 이하	0.6~1.4	0.035 이하	0.035 이하
	50<t≤200	0.22 이하	0.35 이하	0.6~1.4	0.035 이하	0.035 이하
SM 400C	t≤100	0.18 이하	0.35 이하	1.40 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 490A	t≤50	0.20 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
	50<t≤200	0.22 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 490B	t≤50	0.18 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
	50<t≤200	0.20 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 490C	t≤100	0.18 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 490YA	t≤100	0.20 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 490YB	t≤100	0.20 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 520B	t≤100	0.20 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 490C	t≤100	0.20 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하
SM 570	t≤100	0.18 이하	0.55 이하	1.60 이하	0.035 이하	0.035 이하

상기 표 1에 나열된 SM 계열의 강재는 용접성이 매우 우수하여 형강이나 타워(Tower)와 같은 토목건축용 구조물이나 기계구조용 구조물로 사용되는 여러 가지 종류의 압연강재 중에서, 기존의 회주철과 마찬가지로 알루미늄과 친화력이 없는 탄소(C) 및 규소(Si)가 함유되어 알루미늄의 용융도금시 합금층의 생성을 억제하는 기능을 가지면서도, 기존의 회주철에 비하여 그 기계적 성질 특히, 연성(延性)이 우수하여 용융알루미늄 도금조(10)에 적용시킬 수 있는 최적의 소재만을 한정한 것이다.

상기와 같이 SM 계열의 강재를 사용하여 도금조(10)를 제조한 다음, 그 도금조(10)의 내부에 알루미늄을 저장시켜 알루미늄의 가열과 냉각을 반복하면서 알루미늄의 용융도금을 수행한 결과, 용융알루미늄이 도금조(10)와 반응하여 생성되는 합금층의 두께 및 그 합금층의 생성면적이 회주철을 사용한 경우와 비교하여 거의 증가하지 않았음을 육안에 의한 관측 및 광전자분광법과 전자선회절법과 같은 표면분석방법을 통하여 알 수 있었다.

또한, 도금조(10)를 가열하여 그 내부에 저장된 알루미늄을 용융시킨 다음, 도금조(10)에 저장된 알루미늄을 냉각시키는 작업을 수 십회 반복한 결과, SM 계열의 강재가 가지는 특유의 연성에 의하여 도금조(10)의 표면 및 그 내부에 균열층이 거의 발생하지 않았음을 자분탐상검사(Magnet partial testing: 표면균열검사) 및 초음파탐상검사(Ultrasonic testing: 내부균열검사)와 같은 각종 비파괴 검사방법을 통하여 확인할 수 있었다.

상기와 같이 SM 계열의 강재를 사용하여 용융알루미늄 도금조(10)를 제조하게 되면, 용융알루미늄과 도금조(10)와의 반응에 따른 합금층의 생성이 억제되어 도금조(10)에 저장된 알루미늄을 그 용융온도까지 손쉽게 가열할 수 있게 됨으로서, 도금조(10)의 가열에 따른 열손실을 최소화시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 도금조(10)를 과도한 온도로 가열시킴에 따른 도금조(10)의 균열이나 파손을 미연에 방지할 수 있게 된다.

또한, 도금조(10)의 내부에 저장되는 알루미늄의 가열과 냉각이 반복되는 과정에서 알루미늄의 체적팽창압력이 발생하더라도, 도금조(10) 자체의 연성이 매우 우수하기 때문에 알루미늄의 체적팽창압력을 도금조(10)가 용이하게 흡수 및 지지할 수 있게 되고, 이로 인하여 알루미늄의 지속적인 가열과 냉각에도 불구하고 도금조(10)의 균열이나 파손이 발생하지 않게 되는 것이다.

따라서, 기존의 회주철과 비교하여 도금조(10)의 사용수명을 크게 연장시킬 수 있게 됨으로서, 도금조(10)를 자주 교체함에 따른 유지관리 비용의 상승을 방지하여 알루미늄 도금제품의 단가절감에 크게 기여할 수 있을 뿐만 아니라, 도금조(10)의 파손에 따른 용융알루미늄의 누출로 인한 주변장치나 기계설비의 손상 및 대형 화재의 위험성을 사전에 차단시킬 수 있게 된다.

특히, 용융알루미늄 도금조(10)를 주조에 의한 방법이 아닌 용접에 의한 방법으로 제조할 수 있기 때문에 도금조(10)의 제조에 따른 시간과 비용 또한 현저하게 절감시킬 수 있으며, 이로 인하여 도금조(10) 자체의 제조단가와 이에 동반하는 알루미늄 도금제품의 단가절감에 보다 더 크게 기여할 수 있도록 하여 알루미늄 도금제품의 가격경쟁력 향상을 도모할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의한 용융알루미늄 도금조는 그 벽체를 바닥부와 일정 각도만큼 경사지게 형성시킴과 동시에, 알루미늄과 도금조와의 화학반응에 의한 합금층의 생성을 억제시키기 위하여 기존에 회주철을 적용하였던 도금조의 재질을 알루미늄 도금조건을 저하시키지 않는 강재 즉, SM 계열의 강재로 대체시킴으로서, 도금조의 내부에서 냉각된 상태로 존재하는 알루미늄을 용융시키는 과정에서 발생하는 알루미늄의 체적팽창압력이 도금조의 경사진 내벽면을 따라 상부측으로 용이하게 분산되도록 하여 도금조의 균열현상을 1차적으로 차단시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 용융알루미늄과 도금조와의 반응에 따른 합금층의 생성을 억제시켜 도 금조에 저장된 알루미늄을 그 용융온도까지 손쉽게 가열할 수 있게 됨으로서, 도금조의 가열에 따른 열손실을 최소화시킬 수 있게 될 뿐만 아니라, 도금조를 과도한 온도로 가열시킴에 따른 도금조의 균열이나 파손을 미연에 방지할 수 있는 효과가 있고, 도금조 자체의 연성이 매우 우수하여 알루미늄의 체적팽창압력을 도금조가 용이하게 흡수 및 지지할 수 있게 됨으로서, 상기 경사진 벽체와 함께 도금조의 균열이나 파손방지에 더욱 크게 기여하는 효과가 있다.

따라서, 회주철을 사용한 기존의 도금조와 비교하여 그 사용수명을 크게 연장시킬 수 있게 됨으로서, 도금조를 자주 교체함에 따른 유지관리 비용의 상승을 방지하여 알루미늄 도금제품의 단가절감에 크게 기여하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 도금조의 파손에 따른 용융알루미늄의 누출로 인한 주변장치나 기계설비의 손상 및 대형 화재의 위험성을 사전에 차단시키는 효과가 있으며, 용융알루미늄 도금조를 용접에 의하여 제조할 수 있게 됨으로서 도금조의 제조에 따른 시간과 비용 또한 현저하게 절감시키는 효과가 있고, 이로 인하여 도금조 자체의 제조단가와 이에 동반하는 알루미늄 도금제품의 단가절감에 보다 더 크게 기여할 수 있도록 하여 알루미늄 도금제품의 가격경쟁력 향상을 도모할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims

(정 정) 모재(母材)가 되는 각종 금속재료의 표면에 알루미늄(Al) 도금층을 형성시키기 위하여 알루미늄을 용융된 상태로 저장시킬 수 있도록 한 도금조(10)에 있어서,

상기 도금조(10)는 그 벽체(11)가 바닥부(12)와 84 ∼ 86°만큼 외측으로 경사지게 형성되고,

상기 도금조(10)의 재질은 KS규격명이 SM 400A, SM 400B, SM 400C, SM 490A, SM 490B, SM 490C, SM 490YA, SM 490YB, SM 520B, SM 570인 기계구조용 압연강재 중에서 택일하여서 되는 것을 특징으로 하는 용융알루미늄 도금조.