KR100707884B1 - 금속 가공물용 내식 코팅 및 내식 처리 방법 - Google Patents

금속 가공물용 내식 코팅 및 내식 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 바람직하게는 얇은 층으로 도포될 수 있고 동시에 고도의 유효 보호성을 부여하는 크롬 및 크롬계 유도체를 함유하지 않는, 특히 6가 크롬을 함유하지 않는 금속 부품용 내식 코팅을 제조하는 방법에 관한 것이다. 상기 코팅은 제 1 금속 아연층과, 미립 금속, 적절한 용매, 증점제 및 실란계 바인더로 구성되는 수성 조성물을 사용하여 얻어진 하나 이상의 코팅층의 상승 작용 결합으로 이루어진다.

Description

금속 가공물용 내식 코팅 및 내식 처리 방법{Method for anticorrosive coating and treatment of metal parts}
본 발명은 금속 가공물용 내식 코팅 및 내식 처리 방법에 관한 것이다. 본 발명은 바람직하게는 얇은 층으로 도포될 수 있고 동시에 고도의 유효 보호성을 부여하는 크롬 및 크롬계 유도체, 특히 6가 크롬을 함유하지 않는 금속 가공물용 내식 코팅을 개발하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 얇은 층과 함께, 우수한 내식성이 요구되는 금속 특성(특히, 강철, 주철)의 가공물에 적용된다. 가공물의 기하 형태는 상술한 방법을 이용하여 도포하기에 적합하게 존재하는 한 중요하지 않다.
본 발명에 의해, 코팅의 제형화시에 크롬, 특히 6가 크롬을 사용하지 않고서 처리된 가공물의 내식성을 개선시킬 수 있다.
지금까지 많은 크롬계 내식 처리액이 제안되어 있을 것이다. 이들이 일반적으로 금속 가공물의 보호면에서 만족스러우나, 독성면에서는 이들 결과로 인해 점점 비판되고 있다.
본 발명은 금속 가공물용 내식 코팅에 있어서, 금속 아연계 제 1 층과, 미립 금속, 적절한 용매, 증점제 및 실란계 바인더를 함유하는 수성 조성물을 사용하여 얻은 하나 이상의 코팅층(들)의 상승 작용 결합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅에 관한 것이다.
금속 아연계 제 1 층은 예를 들면 유리하게는 기계적 부착에 의해 제조될 수 있다. 아연 또는 더욱 일반적으로는 아연 및 철 합금, 심지어는 아연 입자와 철 입자의 혼합물로 구성되는 이러한 층은 본 발명에서는 코팅 금속 50 내지 300㎎/d㎡의 양으로 사용될 수 있다. 몇몇 특정 사용에 관해서는, 심지어 더 적은 부착양으로도 사용될 수 있다.
유리하게는, 금속 아연계 층은 순 아연 또는 아연계 합금을 포함하는 하나 이상의 외층을 갖는 강철 숏(shot)의 도움으로 숏블라스팅(shotblasting) 작업에 의해 기계적으로 부착된다.
이러한 금속 아연계 층의 기계적 부착은 또한 강철 숏, 및 강철 코어로 구성되고 표면에 하나 이상의 아연 합금계 외층 또는 순 아연 외층을 갖는 숏의 혼합물에 의해 수행될 수 있다.
최종적으로, 이러한 금속 아연계 층의 기계적 부착은 또한 실질적으로 철 합금계 숏의 도움으로 숏블라스팅에 의해 얻어질 수 있고, 블라스팅은 아연 분말 또는 아연 입자의 존재하에 행해지므로, 블라스팅의 기계적 작용으로 적용된다.
본 발명에서 숏블라스팅 작업을 묘사하는데 사용되는 용어 "숏" 또는 "마이크로숏"은 광범위한 의미로 이해되어야 하는데, 즉 가공물의 표면에 블라스트되는 입자 또는 마이크로 입자 형상에 대한 모든 형태를 포함하도록 이해되어야 한다.
이러한 아연계 제 1 층을 형성하는데 사용되는 숏블라스팅 머신은 예를 들면 첨부된 도 1에 예시된 개략도에 따라 구성될 수 있다.
도 1은 주로 숏블라스팅 챔버로 구성되는 숏블라스팅 머신의 개략도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 숏블라스팅 챔버 12: 블라스팅 터빈
16: 입자 크기 분리기 20: 자기분리기
도 1은 예를 들면 처리될 가공물이 이동하는 2개의 블라스팅 터빈(12)을 구비하는 주로 숏블라스팅 챔버(10)로 구성되는 숏블라스팅 머신이 도시되어 있다. 따라서, 블라스팅 터빈(12)은 경우에 따라, 아연 분말 또는 아연 입자의 존재하에, 철 합금 또는 아연계 합금으로 제조된 마이크로숏을 처리할 가공물의 표면에 블라스트한다. 이러한 숏블라스팅 챔버(10)의 하부는 블라스팅숏을 재순환하기 위한 장치(14)가 구비되어 있다. 다음에는, 이 숏은 직경이 지나치게 작아지는 숏 입자를 분리하도록 입자 크기 분리기(16)로 진행된다. 그리하여, 블라스팅 작업에 의해 발생된 금속 더스트(18)가 특히 제거된다. 아연계 합금으로 코팅된 숏만이 사용되는 경우에는, 숏 입자 크기 분류후에 숏은 자기분리기(20)로 진행하여, 아연계 합금으로 커버된 강철 숏과, 아연이 결핍된 강철 숏, 즉 이러한 대부분의 아연계 합금을 손실한 숏을 분류할 수 있으며, 아연이 결핍된 강철 숏이 스테이션(22)에서 회수된다. 이 자기분리기(20) 다음에, 블라스팅 숏의 아연 함량을 측정하는 장치(24)도 구비한다.
아연 함량 측정에 따라, 숏블라스팅 장치(10)의 블라스팅 터빈(12)을 공급하도록 사용되는 마이크로숏 탱크(26)는 도면 부호 28로 나타낸 프레쉬 숏, 즉 아연으로 충전되거나 재충전되는 숏으로 보충되거나 보충되지 않는다. 유리하게는, 탱크(26)는 또한 레벨 제어 시스템(30)을 구비하고 있다.
따라서, 이렇게 하여 금속 아연계 층이 연속식 또는 비연속식으로 처리할 가공물의 표면에 기계적으로 부착될 수 있다. 아연 또는 아연 합금의 금속 부착물을 제조하는 또 하나의 방법은 전기 아연 도금이다.
전기 아연 도금은 코팅할 가공물과 양극간에 직류를 걸어 수용액 중에서 아연 또는 아연계 합금을 금속 부착하는 것이다. 이 양극은 불활성이거나, 순도가 99.99%인 볼 또는 플레이트 형태의 아연 자체로 구성될 수 있다. 전해조는 시안화물을 함유하거나 함유하지 않는 산이나 알칼리일 수 있다. 전해조는 또한 다른 금속염을 함유하므로, 아연과 합금을 형성할 수 있다(니켈, 망간, 철, 코발트).
아연 또는 아연계 합금을 부착시키는 또 다른 방법은 용융 아연 도금이다. 용융 아연 도금은 약 460℃의 용융 아연욕에 침지하여 코팅하는 작업이다.
실제 아연 도금 작업 이전에, 표면 제조를 완성하도록 의도된 플럭싱 작업을 행해야만, 린스시에 표면에서 재형성되는 산화물을 용해함으로써, 플럭스 필름에 의한 한 가공물의 산화를 피할 수 있고 용융 아연에 의한 표면의 우수한 습윤성을 확보할 수 있다. 사용된 플럭스는 염화아연 및 염화암모늄으로 이루어진다.
제 2 단계는 실제 아연 도금이다. 일반적으로, 욕 중의 아연 함량은 99.5%이 다. 통상적인 온도 범위는 445 내지 460℃이다. 욕 중의 가공물의 침지율은 아연층의 두께를 조절할 것이다.
미립 금속, 용매, 증점제 및 실란계 바인더를 함유하는 수용액을 기제로 하여 얻어진 하나 이상의 층(들)의 후속 피복에 관해서는, 조성물은 더욱 엄밀하게는 예를 들면 하기와 같다:
아연 및/또는 알루미늄 중에서 선택되는 미립 금속, 유기 용매, 증점제, 에폭시 작용기 함유 실란계 바인더 및 물.
본 발명의 또 하나의 특성에 따르면, 상기 조성물은 아연 10∼35중량% 및/또는 알루미늄 1.5∼35중량%를 함유한다.
본 발명의 유리한 특성에 따르면, 상기 조성물은 실란 3∼20중량%를 함유한다.
일반적으로, 바인더로서 사용되는 실란계 유도체, 유리하게는 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란은 예를 들면 조성물 중에 조성물 전체 중량에 대하여 약 5∼약 12중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 또 하나의 특성에 따르면, 상기 조성물은 유기 용매, 특히 디프로필렌글리콜 1∼30중량%를 함유한다.
일반적으로, 상기 수성 조성물에 사용되응 유기 용매는 고 비점을 갖는 액체 용매, 유리하게는 트리에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 상술한 글리콜의 모노메틸에테르 및 디에틸에르, 폴리프로필렌글리콜, 디아세톤알콜, 디에틸렌글리콜의 에테르 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 예를 들면 옥소히드록시화 액체이다.
상기 조성물은 증점제, 특히 히드록시프로필메틸셀룰로스 0.005∼2중량%를 함유하는 것이 바람직하다.
유리하게는, 미립 금속은 직경이 1∼10㎛, 바람직하게는 2∼5㎛인 분말 형태, 또는 입자가 작고 15 미크론 미만인 입자 형태, 또는 이들의 혼합물로 사용된다.
일반적으로, 미립 금속은 아연 및 알루미늄 중에서 선택되는 1 또는 2개의 금속, 이들의 합금 및 모든 비율의 금속간 혼합물로 구성될 수 있다.
상기 수성 조성물은 또한 증점제를 함유하는데, 바람직하게는 조성물 전체 중량에 대하여 0.05∼약 2중량%로 존재하는 것이 바람직하다. 상기 증점제는 셀룰로스 증점제, 크산탄 검, 변성 클레이 및 이들의 혼합물로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 것이 바람직할 것이다.
상기 수성 조성물의 유리한 실시형태에 따르면, 수성 조성물은 바람직하게는 히드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 메틸히드록시프로필셀룰로스, 에틸히드록시에틸셀룰로스, 메틸에틸셀룰로스 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 증점제를 약 0.2∼약 1.2중량% 함유할 것이다.
상기 수성 조성물은 또한 유리하게는 습윤제를 함유하는데, 조성물의 전체 중량에 대하여 약 0.01∼3중량%로 존재하는 것이 바람직하며, 상기 습윤제는 비이온종인 것이 바람직하다.
수성 조성물은 또한 특정 조건하에, 예를 들면 오르토붕산, 메타붕산, 테트 라붕산, 산화붕소 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 붕소계 화합물을 약 0.1∼약 10중량% 함유한다.
최종적으로, 상기 조성물은 또한 질산칼슘, 2가 인산암모늄, 술폰산칼슘, 탄산리튬 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 부식억제제를 약 0.1∼약 2중량% 함유할 수 있다.
최종적으로, 일반적으로, 상기 조성물이 조성물의 전체 중량에 대하여 물을 약 30∼약 60중량% 함유하는 것이 구체적으로 지적될 것이다.
이 조성물은 스프레이 작업, 침지 또는 딥 스피닝(dip-spinning)에 의해 금속 아연계 제 1 층에 도포된 다음에, 바람직하게는 70∼300℃의 온도에서 베이킹 작업이 행해진다.
유리하게는, 상기 코팅층(들)은 건조 재료 중량에 대하여 약 10∼20g/㎡을 얻도록 제조된다.
실란계 수성 조성물을 사용하여 얻은 것에 대하여 코팅층(들)과 금속 아연계 제 1 층의 결합의 상승 작용 특성을 입증하기 위해, 여러 층이 도포되는 조건이 비교 실험에 관련해서 하기에 구체적으로 지적되며, 이들 결과가 후술될 것이다.
적절한 예에 있어서는, 블라스팅에 의한 금속 아연계 층의 기계적 부착은 상품명 Z-코터(coater) DZ-100(Japanese company SAMPOH 제) 하에 시판되는 블라스팅 머신을 이용하여 DC04 강판에 기계적 드라이 블라스팅에 의해 행해지며, 이 머신의 기능은 첨부 도면의 기구의 기능에 상응한다. 블라스팅 조건은 다음과 같다:
블라스팅 속도: 분당 80㎏
터빈 속도: 4200rpm
사용된 입자는 아연-철 합금 입자이다.
ZZ48: 70%, 0.25∼0.7㎜의 입자 크기
ZZ60: 30%, 0.04∼0.25㎜의 입자 크기
입자는 계면에서 아연-철 합금층을 갖는 아연 필름으로 커버된 철심으로 구성된다.
ZZ48 및 ZZ60 입자에 대한 아연 함량은 각각 33∼39% 및 67∼73%이다.
비교 실험에 사용되는 실란계 수성 조성물은 아연 28%, 알루미늄 3.1%, 디프로필렌글리콜 4.2%, 글리시독시프로필트리메톡시실란 7%, 노닐페놀폴리옥시에틸렌 3% 및 히드록시프로필메틸셀룰로스 0.13%에 해당한다.
이러한 실란계 수성 조성물을 라운드 제트(round-jet; 0.8㎜) 스프레이 건으로 도포한다. 고형분이 40%이고 점도가 38초인 생성물을 갖는 중량이 약 16∼18g/㎡인 층을 얻기 위한 분무 시간은 4초간이다(AFNOR [French Standards Institute] No.4).
가공물을 대류에 의해 베이크한다: 70℃에서 20분간 건조한 후에, 300℃에서 30분간 베이크한다.
이들 비교 실험의 결과는 3개의 하기 표에 나타낸다.
Figure 112002009515006-pct00001
Figure 112002009515006-pct00002
Figure 112002009515006-pct00003
실란계 수성 조성물을 사용하여 코팅을 부착하는 것과 결합된 제 1 층을 금속 아연에 부착하는데 사용되는 방법이 무엇이든, 상승 작용 효과는 물론 실험에서 시도된 각종 전체 평량 변화에 대하여 3개의 표에서 확실하게 입증된다.
염수 분무 저항성은 실란 처리가 20g/㎡의 평량에 이를 때에, 전기 아연 도금 및 아연 도금과, 다소간은 블라스팅에 의한 계에 대하여 매우 확실히 향상된다. 이는 10g/㎡의 평량이 표면 불균일이 주어지면 아마도 가공물을 완전히 커버하기에 불충분하다는 사실에 의해 설명된다.
약 400시간의 염수 분무를 얻기 위해, 블라스팅 + 실란 처리계에 대해서는 전체 평량 20g/㎡(즉, 6∼7㎛)을 사용하거나, 전기 아연 도금 + 실란 처리계에 관해서는 전체 평량 80g/㎡(즉, 11∼13㎛)을 사용하거나, 아연 도금 + 실란 처리계에 관해서는 전체 평량 100g/㎡(즉, 14∼16㎛)을 사용할 수 있다.
이는 아연 블라스팅과 실란 처리 사이에 존재하는 강한 상승 작용을 나타내 고, 유사한 내식성에 관해서는 부착 두께를 반감할 수 있게 한다.

Claims (24)

  1. 기계적 부착에 의해 형성된 금속 아연계 제 1 층과, 미립 금속, 적절한 용매, 증점제(thickner) 및 실란으로 이루어진 바인더를 포함하는 수성 조성물을 사용하여 얻은 하나 이상의 코팅층(들)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  2. 제 1 항에 있어서, 금속 아연계 층의 기계적 부착은 아연계 합금을 포함하는 하나 이상의 외층을 갖는 숏의 도움으로 숏블라스팅에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  3. 제 1 항에 있어서, 금속 아연계 층의 기계적 부착은 철계 합금으로 이루어진 숏과 아연계 합금을 포함하는 하나 이상의 외층을 갖는 숏의 혼합물의 도움으로 숏블라스팅에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  4. 제 1 항에 있어서, 금속 아연계 층의 기계적 부착은 아연 분말의 존재하에 철 합금계 숏의 도움으로 숏블라스팅에 의해 행해지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 금속 아연계 층의 기계적 부착은 아연 입자, 아연 입자와 철 입자의 혼합물, 또는 아연-철 합금 입자를 50∼300㎎/d㎡으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 코팅층(들)은, 아연, 알루미늄 또는 아연 및 알루미늄 중에서 선택되는 미립 금속, 유기 용매, 증점제, 에폭시 작용기를 가진 실란계 바인더 및 물을 포함하는 조성물을 사용하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  7. 제 6 항에 있어서, 조성물은 아연 10∼35중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  8. 제 6 항에 있어서, 조성물은 알루미늄 1.5∼35중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  9. 제 6 항에 있어서, 조성물은 실란 3∼20중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  10. 제 6 항에 있어서, 조성물은 유기 용매 1∼30중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  11. 제 6 항에 있어서, 조성물은 증점제 0.005∼2중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층(들)은 스프레이, 침지(dipping) 또는 딥 스피닝(dip-spinning)에 의해 도포된 다음에, 베이킹 작업이 행해지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 코팅층(들)은 건조 재료 중량으로 10∼20g/㎡을 얻도록 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 내식 코팅이 가공물의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 처리 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 내식 코팅을 그 표면에 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물.
  16. 제 6 항의 내식 코팅이 가공물의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 처리 방법.
  17. 제 10 항의 내식 코팅이 가공물의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 처리 방법.
  18. 제 11 항의 내식 코팅이 가공물의 표면에 도포되는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 처리 방법.
  19. 제 6 항의 내식 코팅을 그 표면에 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물.
  20. 제 10 항의 내식 코팅을 그 표면에 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물.
  21. 제 11 항의 내식 코팅을 그 표면에 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물.
  22. 제 6 항에 있어서, 조성물은 디프로필렌 글리콜 1∼30중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  23. 제 6 항에 있어서, 조성물은 히드록시프로필메틸셀룰로스 0.005∼2중량%를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
  24. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅층(들)은 스프레이, 침지 또는 딥 스피닝에 의해 도포된 다음에, 70∼300℃의 온도에서 베이킹 작업이 행해지는 것을 특징으로 하는 금속 가공물용 내식 코팅.
KR1020027004142A 1999-09-30 2000-09-29 금속 가공물용 내식 코팅 및 내식 처리 방법 KR100707884B1 (ko)

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