KR100916907B1

KR100916907B1 - 표면외관이 균일한 전기아연도금강판의 제조방법

Info

Publication number: KR100916907B1
Application number: KR1020020055361A
Authority: KR
Inventors: 곽영진; 한현섭
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-09-12
Filing date: 2002-09-12
Publication date: 2009-09-09
Also published as: KR20040023912A

Abstract

본 발명은 아연볼을 pH1.0 ~ 1.4에 이르는 황산 아연욕에서 용해 시켜 제조되는 전기 아연 도금 강판의 인산염 처리후에 강판의 폭 및 길이방향으로 불균일한 백색도의 차이 발생을 억제하여 표면외관이 균일하고 전력비가 절감되는 전기아연도금강판 제조방법에 관한 것으로, 불용성 양극을 사용하는 황산아연욕의 수평형 전기도금설비를 이용한 아연도금강판의 제조방법에 있어서, 상기 도금욕의 아연 농도를 150 ~ 200g/l로 함과 동시에 황산 나트륨을 30~50g/l 첨가하여 전기도금을 실시한 후 인산염 처리하는 전기아연도금강판의 제조방법을 요지로 한다. 본 발명에 의하면, 전기 아연 도금후의 인산염 처리시 강판의 폭 및 길이 방향의 표면외관 불량을 억제하여 표면품질 향상 증대에 기여할 뿐만 아니라, 도금욕의 전기전도도 향상에 의한 셀 전압 감소에 전력비 절감 및 고전류밀도에서 작업이 가능하여 생산성을 크게 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

표면외관, 황산아연욕, 전기아연도금강판

Description

표면외관이 균일한 전기아연도금강판의 제조방법{a method of manufacturing an electro-galvanized sheets with uniform surface appearance}

도 1은 본 발명에 의해 도금액 분출 노즐 부위를 테이프로 반을 막아 강판의 폭 방향으로 도금액의 유속 불균일을 유발시켜 전기 아연 도금 및 인산염 처리실시 후의 표면외관을 나타내며 (a)는 기존예, (b)는 본 발명예를 도시한다.

본 발명은 황산아연욕에서 표면외관이 균일하고 전력비가 절감되는 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세히는 pH 1.0 ~ 1.4의 황산아연욕에서 제조되는 전기아연도금강판의 인산염 처리후에 강판의 폭 및 길이 방향으로 불균일한 표면외관 차이로 인해 발생하는 표면 불량발생을 억제하고 도금욕의 전도도 향상에 의한 전력비가 절감되는 표면외관이 균일한 전기아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 수평셀을 이용한 황산욕 도금은 기존의 레디얼(radial)형의 염산욕 도금욕과 여러가지 상이한 면을 가지고 있다. 즉 수평셀을 이용한 황산욕 도금은 기존의 염산욕과 달리 아연이온이 양극의 용해에 의해서 공급되지 않고 금속 아연볼을 도금액에 용해시켜 공급하게 되므로 도금액의 작업pH를 1~1.4 범위에서 낮게 관리하여 금속 아연의 용해속도를 증가시켜 강판에 석출되는 아연양 만큼 아연이온을 신속히 보충할 수 있도록 되어있다.

또한 낮은 pH로 인하여 용액의 용액과전압이 감소하여 한계전류밀도를 상향시켜 도금 할 수 있는 장점도 있다.

그러나, 낮은 도금액 pH로 인해 강판으로 부터 용출된 철이온이 도금액중의 불순물로 존재하게 되고, 철이온은 아연의 석출전위에 비해 귀하기 때문에 석출이 용이하여, 전기아연도금시 아연도금층에 공석하게 되는데, 이때 강판 전폭에 걸친 국부적 유속차이로 인해 도금과전압 차이가 불균일하게 되어 전기아연 도금시 도금층에 공석되는 철의 양이 다르게 된다.

이때 이러한 공석된 철함량의 차이는 전기아연 도금만 했을 때는 고광택으로 인해 도금층 표면외관 차이가 잘 나타나지 않게 되나, 인산염 처리를 하게 되면 도금층 철함량 차이에 의한 인산염 피막의 부착량의 차이로 인해 폭 혹은 길이 방향으로 색상 차이가 더욱 더 뚜렷하게 나타나 표면외관을 해치게 되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 도금액내의 철을 선택적으로 제거하기 위해 과산화수소를 이용하여 도금액 내의 pH를 상향시켜 도금액내의 철이온을 슬러지화 하여 필터를 이용하여 제거한 후, 다시 황산에 의해 pH를 낮춰 도금하는 방법이 있지만 필터 및 설비 관리등의 고비용 및 저효율의 문제점으로 인해 적용되지 못하고 있다.

또한 이 문제점에 대하여 킬레이트 시약을 이용하는 철이온의 제거방법이 있 지만 이 역시 고비용 및 제거효과가 크지 않으며, 또한 11개의 셀(cell)에서 후단부 3개의 도금셀에서 저전류 밀도로 작업하는 방법이 있지만 작업성 및 셀의 운용측면에서 바람직하지 못하다.

또한 후단부의 도금셀에서 평류 부분, 즉 유속이 0인 부분의 전류를 투입하지 않고 역류인 부분만의 전류를 투입하는 방법이 있지만 셀의 저효율등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수평셀을 이용한 불용성 양극을 사용하는 황산욕에서, 낮은 pH로 인하여 강판으로 부터 용해된 철로 인해, 도금액중의 불순물로 존재하는 철이 전기아연도금시 도금층에 부분 공석되어 인산염 처리 후 발생되는 불균일한 표면외관을 방지하여 고전류 밀도하에서도 인산염 처리후 표면외관이 균일한 전기아연도금강판을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성 하기 위하여, 황산아연욕의 도금액의 농도조건을 아연 150~200g/l으로 하고, 황산 나트륨 30~50g/l을 첨가하여 전기 전도도도 30% 향상시켜 셀에 걸리는 전압을 감소시키고 고전류밀도하에서도 인산염 처리후 표면외관이 균일한 전기아연도금강판의 제조 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다.

즉, 본 발명은 불용성 양극의 황산욕에서 인산염 처리후 표면외관이 균일한 전기아연도금강판을 제조하기 위하여, 황산욕의 도금조건에서 아연의 농도를 기존 농도에 2.5배이상 상향 시키고 황산 나트륨을 첨가하여 전도도 향상에 의한 전력비 감소 및 아연 도금충내의 철이온의 부분공석을 방지하는 것을 특징으로 하는 것이다.

이하 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 인산염 처리 후 표면외관이 균일하고 전력비가 절감되는 전기 아연 도금강판의 제조방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 황산욕의 아연 농도를 기존 60~70g/l에서 150~200g/l로 아연 농도를 상향시켜서 전기 아연 도금시 도금욕의 불순물로 존재하고 있는 철이온의 공석기회를 줄여 인산염 처리후에도 표면외관이 균일한 아연도금층을 얻고, 또한 황산 나트륨을 30 ~50g/l을 첨가하여 황산욕의 전도도인 90mS/cm에서 130~140ms/cm의 전기전도도의 도금욕의 특성으로 인해 셀에 걸리는 전압을 감소시켜 전력비 감소의 효과도 있는 전기 아연 도금 강판을 제조하는 방법이다.

일반적으로 아연은 강판표면에 도금되어 방식작용을 함으로써, 소지철을 보호하고, 도금이 용이하기 때문에 자동차용 강판재 혹은 가전용 강판재에 오래전부터 이용되어 왔다. 그리고 전기아연 도금조는 크게 수평형, 수직형, 레이디얼형으로 나눌 수 있으며, 도금액에 따라 염산욕과 황산욕으로 그리고 양극의 용해에 따라 가용성과 불용성 양극으로 나눌 수 있다.

이중에서 도금조직 및 표면외관이 우수하고 극간거리 감소로 고전류밀도 작업이 가능한 장점을 가지고 있는 불용성 양극을 적용하면서 황산욕을 기본으로 하는 설비는 금속 아연볼을 도금용액으로 용해시켜 아연이온을 공급해주는 방식을 채 택하고 있다.

따라서 도금욕의 pH가 1.0 - 1.4의 범위에서 금속아연의 용해율을 증가시켜 아연이 강판에 석출되는양 이상만큼 아연이온을 공급해 줄 수 있다.

그러나 도금액의 pH가 낮아 소지강판의 도금용액에 대한 용해속도가 증가하여 강판에서 철이온이 용출되어 용액중에 불순물로 1500 ~ 3000ppm의 농도로 존재 한다. 이 철이온은 아연의 석출전위와 비교하여 볼 때 약 0.32V 정도 귀한 금속이기 때문에 석출이 용이하여 아연과 철이온이 존재하는 도금욕에서 아연과 동시에 강판상에 공석을 하게 된다.

이때 강판의 국부적 도금과전압 차이에 따라 강판에 공석되는 양이 다르게 되어, 이러한 공석양의 차이는 전기도금된강판을 인산염 처리한 후 보면 공석된 철의양에 의해 인산염 피막의 부착량의 차이를 유발시켜 인산염 피막의 불균일에 의해 전기 아연 도금강판상의 표면외관 불균일을 야기 시키게 된다.

따라서 본 발명에서는 황산욕의 아연 농도를 기존 60~70g/l에서 150~200g/l로 아연 농도를 상향시켜서 전기아연도금시 도금욕의 불순물로 존재하고 있는 철이온의 공석기회를 줄여 인산염 처리후에도 인산염 부착량의 차이가 없어 표면외관이 균일한 아연도금층을 얻고, 또한 황산 나트륨을 30 ~50g/l을 첨가하여 기존의 전도도인 90mS/cm에서 130~140mS/cm의 전기전도도의 도금욕의 특성으로 인해 셀에 걸리는 전압을 감소시켜 전력비 감소의 효과도 있는 전기 아연 도금 강판을 제조하는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명에 의해 도금액 분출 노즐 부위를 테이프로 반을 막아 강판의 폭 방향으로 도금액의 유속 불균일을 유발시켜 전기 아연 도금 및 인산염 처리실시 후의 표면외관을 도시한 도면이다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의하여 제조된 전기아연 도금 및 인산염처리후의 표면외관을 보면 기존에 발생하던 표면외관 불균일 현상은 거의 찾아 볼 수 없게 된다.

다음은 본 발명의 수치한정이유에 대하여 설명한다.

본 발명에서 황산욕의 아연 농도를 150g/l이하로 하게 되면 철이온의 도금층의 공석을 억제시키는 효과가 떨어지고, 아연의 농도가 200g/l이상에서는 아연의 용해도 및 원가 측면에서 바람직하지 못하다.

또한 황산욕에 첨가되는 황산 나트륨의 경우 30g/l 이하로 첨가하면 전기 전도도의 향상 효과가 미미하여 셀에 걸리는 전압의 감소 효과가 거의 없고 50g/l이상 이면 전기 아연 도금시 도금욕내의 불순물로 존재하고 있는 철이온의 공석이 증대되어 인산염 처리 후 불균일한 표면외관을 유발시킨다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

<실시예>

일반 저탄소 냉연강판을 하기 표 1의 도금욕의 조성 및 조건하에서 도금한다.

도금에 사용한 음극시편의 크기는 100×200mm 이었고 전체 도금부착량은 20g/m²으로 하였으며, 양극과 음극간의 극간거리는 10mm이고, 사용한 양극은 Ti위에 IrO₂가 부착된 불용성 양극을 사용하였고, 도금액의 조성 및 조건을 표 1에 나타내었다. 표면외관의 불균일을 확인하기 위해 도금장치의 도금액 분출 노출 노즐 부위를 테이프로 반을 막아 음극인 시편에 유속 불균일을 유발시켜 도금을 한 후 인산염처리를 하여 표면외관의 불균일 정도를 간접적으로 비교평가 하였다.

온도 (℃)	아연 (g/l)	황산 나트륨 (g/l)	철이온 (g/l)	PH	전류밀도 (A/dm²)	도금부착량 (g/dm²)	유속 (m/sec)
60	150	40	1.5	1.2	60 ~150	20	1.5

본 실시예에서 전기 아연도금 후의 인산염 조건은 다음과 같다.

1) 표면 조정

용액 : PREPALENE-ZJ(NIPPON Parkerizing㈜)

방법 : 40℃ 용액에 2초간 침지

2) 인산염 처리

용액 : PALBOND 3312J(NIPPON Parkerizing㈜)

방법 : 60℃ 용액에서 8초간 침지

3) 수세 : 상온의 수도물 5초간 수세

표면외관은 일본 수가사(SUGA)의 멀티스펙트로 칼라 미터(Multispectro Colour Meter)를 이용하여 백색도를 측정하였다.

표 2는 상기의 실시예로부터 평가된 주요결과와 효과에 관하여 설명하고자 한다.

구분	아연(g/l)	황산 나트륨(g/l)	전류밀도(A/dm2)
구분	아연(g/l)	황산 나트륨(g/l)	60	100	150
비교예 1	60	-	1	1	1
비교예 2	80	30	1	5	6
비교예 3	100	50	3	6	6
비교예 4	140	30	3	6	6
비교예 5	210	50	1	1	1
비교예 6	150	60	1	5	6
비교예 7	150	20	1	1	1
발명예 1	200	30	1	1	1
발명예 2	175	50	1	1	1
발명예 3	150	50	1	1	1
발명예 4	150	30	1	1	1

(테이프로 막은 부위의 유무에 따른 인산염 처리후의 백색도 차이 : 좋음 <- 1 ~ 6 -> 나쁨 )

상기 표 2 에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 조건을 만족하는 발명예(1~4)는 인산염 처리후 표면외관의 불균일 즉 백색도 차이가 1미만으로 우수함을 나타 내었으나, 비교예 2와 같이 황산나트륨의 30g/l의 첨가시에는 저전류 밀도(60A/dm²)에서는 백색도 차이가 없이 균일하나, 100A/dm²의 고 전류밀도하에서는 유속 불균일에 따른 철의 공석에 따라 인산염 처리후의 백색도 차이가 3이상 및 육안으로 관찰 되었다. 비교예 5에서는 전류밀도에 따른 인산염 처리강판의 백색도 차이는 거의 없으나, 아연을 용해시의 시간 및 용해도 문제로 인해 작업성 측면에 불리하다. 비교예 6에서는 황산 나트륨을 60g/l 첨가시 도금욕의 전도도 향상으 로 인해 셀 전압을 감소 시켜 전력비는 절감 시킬 수 있으나, 아연 도금층에 더욱 더 많은 철의 불균일한 공석으로 인해 인산염 처리후의 표면외관을 해치게 된다. 비교예 7에서는 황산욕에 첨가되는 황산 나트륨의 농도가 20g/l 로 전기 전도도의 향상 효과가 미미하여 셀에 걸리는 전압의 감소 효과가 거의 없다.

따라서 본 발명에 의해 황산욕의 아연 농도를 150~200g/l로 하여 전기 아연 도금시 도금욕의 불순물로 존재하고 있는 철이온의 공석기회를 줄여 인산염 처리후에도 인산염 부착량의 차이가 없어 표면외관이 균일한 아연도금층을 얻고, 또한 황산 나트륨을 30 ~50g/l을 첨가하여 기존의 전도도인 90mS/cm에서 130~140mS/cm의 전기전도도의 도금욕의 특성으로 인해 셀에 걸리는 전압을 감소시켜 전력비 감소의 효과가 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전기 아연 도금후의 인산염 처리시 강판의 폭 및 길이 방향의 표면외관 불량을 억제하여 표면품질 향상 증대에 기여할 뿐만 아니라, 도금욕의 전기전도도 향상에 의한 셀 전압 감소에 전력비 절감 및 고전류밀도에서 작업이 가능하여 생산성을 크게 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

불용성 양극을 사용하는 황산아연욕의 수평형 전기도금설비를 이용한 아연도금강판의 제조방법에 있어서, 도금욕의 아연 농도를 150 ~ 200g/l로 함과 동시에 황산 나트륨을 30~50g/l 첨가하여 전기도금을 실시한 후 인산염 처리하는 것을 특징으로 하는 표면외관이 균일한 전기아연도금강판의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 도금욕의 전기전도도는 130 ~140mS/cm 인 것을 특징으로 하는 표면외관이 균일한 전기아연도금강판의 제조방법.