KR101143219B1

KR101143219B1 - 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판 및 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액

Info

Publication number: KR101143219B1
Application number: KR1020090131435A
Authority: KR
Inventors: 정용균; 임상훈; 이시우; 이재륭
Original assignee: 포항공과대학교 산학협력단; 주식회사 포스코
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2012-05-18
Also published as: KR20110075092A

Abstract

본 발명은 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판 및 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액에 관한 것으로, 아연도금강판 및 마그네슘 판재중 적어도 하나로 이루어진 금속의 표면을 유기세척하는 단계; 상기 금속의 표면에 잔존하는 유기용매를 질소가스로 제거하는 단계; 상기 금속의 표면을 가습처리하는 단계; 상기 금속을 실란계열, 알칸계열산 및 인산계열 성분 중에서 선택된 적어도 하나의 자기 조립 특성을 갖는 화합물 및 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올 중에서 선택된 적어도 하나의 용매로 이루어진 자기 조립 분자막을 형성하는 용액에 담금처리하는 단계; 상기 담금처리된 금속을 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용매에 세정하는 단계; 및 상기 금속을 진공 하에 100-200℃에서 열처리하여 경화시키는 단계를 포함하는 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법이 제공된다. 또한, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판 및 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액이 제공된다.

본 발명의 금속 표면 처리 방법에 의하면, 아연 도금 강판 또는 마그네슘 판재의 표면에 자기 조립 분자막이 형성되며, 이러한 자기 조립 분자막이 금속 표면의 특성을 향상 시킬 수 있다.

표면처리, 자기 조립 분자막, 가습처리, 금속, 강판

Description

자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판 및 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액{Method for treating metal surface by using self-assembled monolayer, the steel sheet surface-treated by the method and the metal surface treatment solution therefor}

본 발명은 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판 및 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아연 도금 강판 또는 마그네슘 판재의 표면에 자기 조립 분자막을 형성하여 표면 특성을 향상시키는 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판 및 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액에 관한 것이다.

아연은 내식성이 우수한 특성을 지녔기 때문에 강판에 도금하여 아연 도금 강판으로 사용하나 그 이외의 용도로 사용하는 경우에는 도장성 및 기타 다른 특성 등이 취약해 제한이 있고, 마그네슘 판재의 경우에는 가볍고 무게 당 강도는 뛰어 난 장점이 있으나 내식성 및 기타 다른 특성 등이 취약한 문제점을 지닌다.

이러한 물질의 한계점 때문에 과거에는 크롬이 포함된 물질을 사용하여 표면 처리를 하였으나, 여기에 사용된 크롬은 매우 유독하여 환경에 큰 문제가 되고, 규제가 까다롭다는 문제점이 있기 때문에 사용이 힘든 단점이 존재한다.

이에 따라 기존의 표면 특성 향상에 사용한 방법 및 물질의 한계를 극복하기 위한 새로운 표면 처리 연구가 필요한 실정이다.

또한, 이러한 표면 특성 향상을 위해, 귀금속(Ni, Co 등)과의 합금을 통한 자체 금속의 내식성 향상, 고분자 막의 표면 코팅을 통한 내식성 향상 등의 방식을 사용하는 기술이 알려져 있지만, 이와 같은 방법 역시 금속 자체의 잇점이 없어지거나 가격 상승의 요인이 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 환경적으로도 문제되지 않으면서, 내식성, 내지문성 및 다른 물질층과의 접착성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 금속 자체의 특성을 유지하고, 적은 비용으로 금속 표면에 강하게 분자를 부착시킬 수 있는 금속 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 표면처리된 강판을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 사용되는 금속 표면 처리용액을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 견지에 의하면, 아연도금강판 및 마그네슘 판재중 적어도 하나로 이루어진 금속의 표면을 유기세척하는 단계; 상기 금속의 표면에 잔존하는 유기용매를 질소가스로 제거하는 단계; 상기 금속의 표면을 가습처리하는 단계; 상기 금속을 실란계열, 알칸계열산 및 인산계열 성분 중에서 선택된 적어도 하나의 자기 조립 특성을 갖는 화합물, 및 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올 중에서 선택된 적어도 하나의 용매로 이루어진 자기 조립 분자막을 형성하는 용액에 담금처리하는 단계; 상기 담금처리된 금속을 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용매에 세정하는 단계; 및 상기 금속을 진공 하에 100-200℃에서 열처리하여 경화시키는 단계를 포함하는 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면, 상기 방법에 의해 표면 처리된 강판이 제공된다.

본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 실란계열, 알칸계열산 및 인산계열 성분중에서 선택된 적어도 하나의 성분 및 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올 중에서 선택된 적어도 하나의 용매를 포함하여 이루어진 자기 조립 분자막을 형성하는 금속 표면 처리용액이 제공된다.

본 발명의 금속 표면 처리 방법에 의하면, 아연 도금 강판 또는 마그네슘 판재의 표면에 자기 조립 분자막이 형성되며, 이러한 자기 조립 분자막이 금속 표면의 특성을 향상 시킬 수 있다. 본 발명의 방법에 의하면 내식성, 내지문성 및 다른 물질층과의 부착을 위한 접착층으로 사용될 수 있는 등의 표면 특성이 향상된 아연 도금 강판 및 마그네슘 판재가 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 방법은 크롬 프리(Cr-free) 표면처리 방법으로서 환경친화적인 잇점이 있다.

자기 조립 분자막(Self-Assembled Monolayer : SAM)이란 유기 용매와 계면 활성제를 넣은 용액 안에서 계면 활성제가 기판에 대한 흡착에 의해서 자발적으로 형성되어 모이는 분자들을 의미하고, 자기 조립 분자막을 형성하는 분자는 세 가지 구성요소로 구성되며 다음과 같다.

첫 번째 부분은 활성도를 가진 헤드기(Head group)로서 고체 시료 표면에 화학적 흡착을 일으키고, 이러한 과정을 통해서 헤드기는 기판 표면과 화학적 결합을 형성하고 유기 분자는 시료표면에 조밀하게 자리잡게 된다. 이러한 화학 결합은 공유 결합적인 성질이나, 배위 결합적 성질 또는 이온 결합적인 성질을 가지기도 한다.

두 번째 부분은 알킬 사슬(Alkyl chain)이다. 에너지 측면에서 사슬 간의 인력은 10kcal/mol 미만의 반데르 발스 상호 작용이다. 따라서 자기 조립 분자막의 형성은 헤드기의 화학 결합과 그 후 일어나는 알킬 사슬의 상호작용을 통해 이루어진다.

세 번째 부분은 말단기능기(Surface group)로서 표면에 드러나는 부분이다. 이러한 말단기능기에 따라 자기 조립 분자막의 물리 화학적 성질이 결정된다. 가장 간단한 작용기로는 메틸기가 있으나 분자막에 특수한 기능을 부여하기 위해서는 여러 가지 다른 그룹들이 이용될 수 있다.

위의 성질을 지니는 자기 조립 분자막을 내식 향상을 위한 표면 처리에 이용할 경우 장점은 먼저, 자기 조립 분자막은 단분자층으로 코팅이 되기 때문에 금속 자체의 특성 유지, 적은 비용으로 금속 표면에 강하게 분자를 부착시킬 수 있고, 금속 표면의 모양이나 거칠기에 관계없이 가능하고, 자기 조립 분자막 분자의 말단기능기 선정에 따라 금속 표면 특성을 변화시킬 수 있는 점이다.

이에, 본 발명자들은 예의 연구를 계속한 결과, 기존과는 다르게 아연 도금 강판과 마그네슘 판재를 가습 처리하여 표면에 산화막과 수산화막을 생성시키는 표면 전 처리 과정을 거친 다음, 자기 조립 분자막을 이용하여 아연 도금 강판과 마그네슘 판재에 표면 처리하였고, 이 때 용액의 농도와 담금 시간을 조절함으로써 조건별 내식성을 비교하여 짧은 시간 안에 자기 조립 분자막 표면 처리를 이용하여 내식성을 향상시킬 수 있음과 동시에 내지문성과 다른 물질 층의 접착층으로 사용가능함을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 따른 표면 특성을 향상시키는 방법은 아연 도금 강판과 마그네슘 판재를 가습처리하여 표면에 산화막과 수산화막을 생성시킨 뒤, 자기 조립 분자막 성분으로서 실란계열, 알칸계열산(alkanoic acid) 또는 인산계열 화합물을 사용하여 표면처리하는 것을 특징으로 한다.

도 1에 본 발명의 금속 표면 처리 방법을 개략적으로 도시하였다.

본 발명의 방법에 따르면, 우선 아연도금강판 및 마그네슘 판재중 적어도 하나로 이루어진 금속의 표면을 유기세척한다. 이때 상기 유기세척은 특별히 제한되지 않으나, 아세톤, 에탄올, 이소프로판올의 순서로 각 용매에 금속을 담그어서 초 음파 처리함으로써 수행되는 것이 바람직하다.

그 다음, 유기세척된 금속의 표면에 잔존하는 유기용매를 질소가스로 제거한 다음, 상기 금속의 표면을 가습처리한다. 이때 상기 가습처리 조건은 특별히 제한하는 것은 아니나, 적어도 80%이상의 습도 하에서 적어도 10시간동안 행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게, 80-100%의 습도 하에서 20-30시간 동안 가습처리 된다. 이러한 가습처리에 의해 금속의 표면에 산화막 및 수산화막이 충분히 생성되어진다. 이러한 산화막 및 수산화막이 자기 조립 분자막의 형성을 가능하게 하여주며, 이러한 막이 균일하게 생성이 되어질수록 자기 조립 분자막 또한 균일하게 표면에 생성이 되어진다.

그 다음, 가습처리된 상기 금속을 실란계열, 알칸계열산 및 인산계열 성분중에서 선택된 적어도 하나의 자기 조립 특성을 갖는 화합물이 용해된 자기 조립 분자막을 형성하는 용액에 담금처리한다. 상기 자기 조립 분자막을 형성하는 용액은 바람직하게, 옥타데실트리클로로실란, 부틸트리클로로실란, 3-클로로프로필트리클로로실란, 3-브로모프로필트리클로로실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸-트리클로로실란, 펜에틸트리클로로실란, 4-(클로로메틸)페닐트리클로로실란, 2-(4-클로로설포닐페닐)에틸트리클로로실란, 헥사노익산, 헵타노익산, 옥탄산, 노나노익산, 데카노익산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키딕산, 12-아미노도데카노익산,1,11-운데칸디카르복시산, 메틸포스폰산, 페닐포스폰산, 옥타데실포스폰산, 3-머캅토프로필포스폰산중에서 선택된 적어도 하나의 자기 조립 특성을 갖는 화합물이 0.01 내지 20mM의 농도로 존재하는 것이다. 이때 상기 자기 조립 특성을 갖는 화합물의 농도가 0.01mM미만인 경우에는 표면에 자기 조립 분자막의 형성속도가 매우 늦어질 뿐만 아니라, 형성된 자기 조립 분자막이 균일하지 않게 된다. 20mM을 초과하는 경우에는 농도가 너무 높아지게 되어, 표면에 자기 조립 분자막을 형성함과 동시에 표면과 자기 조립 분자막 형성시 생기는 부산물과 반응을 하여 오히려 표면 특성이 좋지 않게 되어 바람직하지 않다.

또한, 이때 상기 자기 조립 분자막을 형성하는 용액에서 상기 화합물들에 대한 용매로서 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올 중에서 선택된 적어도 하나의 용매가 사용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 담금처리시 그 조건은 특별히 제한되지 않으나, -10℃ 내지 60℃에서 1초 내지 30분 동안 수행되는 것이 바람직하다. 만일 상기 담금처리시 -10℃미만의 온도에서 수행되는 경우에는 자기 조립 분자막의 형성되는 시간이 매우 오래 걸리며, 60℃를 초과하여 수행되는 경우에는 자기 조립 분자막이 형성되기보다는 분자와 표면이 부반응을 하게 되어 표면 특성이 좋지 않게 되어 바람직하지 않으며, 또한, 처리시간이 1초미만으로 너무 짧으면 표면상에 자기 조립 분자막이 형성되지 않으며, 30분을 초과하는 경우에는 표면에 자기 조립 분자막을 형성함과 동시에 표면과 자기 조립 분자막 형성시 생기는 부산물과 반응을 하여 오히려 표면 특성이 좋지 않게 되어 바람직하지 않다.

그 다음, 상기 담금처리된 금속을 꺼내어 용매를 사용하여 세정한다. 이때 세정시 사용되는 용매는 특별히 제한되지 않으나, 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용매가 사용되는 것이 바람직하다.

그 다음, 마지막으로 상기 세정된 금속을 진공하에 열처리하여 경화시킨다. 열처리시 온도는 100-200℃, 바람직하게 120-180℃에서 수행될 수 있으며, 시간은 1-30분간으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에서와 같이 자기 조립 분자막으로 금속 표면을 처리함으로써 비교적 짧은 시간 안에 아연도금 강판 또는 마그네슘 판재의 내식성을 향상시킬 수 있으며, 이와 동시에 내지문성 및 다른 물질 층과의 접착성이 개선되어 다른 물질과의 접착층으로 사용가능한 특성을 갖는다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 상세히 설명하고자 하나, 본 발명이 기술되는 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1 - 아연도금 강판 및 마그네슘 판재의 표면 처리

표면 처리 하기 전에 아연 도금 강판과 마그네슘 판재의 표면에 묻은 이물질을 제거하기 위해 아세톤, 에탄올, 이소프로판올의 순서로 사용하여 각각의 유기 용매에 15분간씩 초음파 처리하면서 유기세척하였다. 그 다음, 상기 금속의 표면에 잔존하는 유기용매를 질소가스로 제거하였다. 그 다음, 상기 금속을 습도 80%하에 24시간동안 방치하여 가습처리하였다.

한편, 자기 조립 분자막을 형성하는 물질로서 옥타데실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane, OTS)을 사용하고, 용매로서 톨루엔을 사용하여 자기 조립 분자막 용액을 제조하였다. 상기 금속을 상기 제조된 자기 조립 분자막 용액에 담금처리하여 표면 처리를 수행하였다. 이때 표면 처리 시 온도는 상온이었고, 용액 농도는 0.1내지 2mM에서 변화시키고, 담금 시간은 1초부터 5분내의 범위에서 변화시키면서 수행하였다. 담금 처리후, 이물질을 제거하기위해 용매로서 톨루엔을 사용하여 세정하였다. 그 다음, 표면 처리 후에 자기 조립 분자막이 붙어있는 아연 도금 강판과 마그네슘 판재를 진공 오븐에 넣어 150℃에서 10분간 열 경화시켰다.

실시예 2 - 가습처리후 금속 강판의 표면 분석

상기 실시예 1에서 아연 도금 강판을 습도 80%하에 24시간동안 방치하여 가습처리한 후, 표면에 산화막 및 수산화막이 형성되었는지 조사하기위해 XPS(X-ray photoelectron) 및 AES(auger electron spectrometer)를 이용하여 표면을 분석하였 다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, XPS 결과인 Zn2p 및 O1s를 살펴보면, 표면 상태에서 충분히 Zn(OH)₂ 및 ZnO가 생성되어 있음을 확인할 수 있으며, 또한, AES 결과인 Zn_LMN을 살펴보면, 역시 Zn(OH)₂ 및 ZnO가 충분히 생성되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 상기 실시예 1에서 마그네슘 판재를 습도 80%하에 24시간동안 방치하여 가습처리한 후, 표면에 산화막 및 수산화막이 형성되었는지 조사하기위해 XPS(X-ray photoelectron)를 이용하여 표면을 분석하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, XPS 결과인 Mg2p 및 O1s를 살펴보면, Mg(OH)2 및 MgO가 충분 히 생성이 된 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 2 및 3의 XPS 결과에서 각 피크별 넓이를 통하여 표면의 산화막 및 수산화막의 조성을 구한 결과를 표 1에 나타내었다.

[표 1]

기판	스퍼터 타임	Zn(OH)2	Zn, ZnO
GI	0s(표면) 600s	82.9% 62.6%	17.1% 37.4%
기판	스퍼터 타임	Mg(OH)₂	MgO
Mg	0s(표면) 1200s	100% 32%	0% 68%

상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 마그네슘 판재가 아연 도금 강판에 비하여 Mg(OH)₂의 수산화막으로만 구성되어 더 균일한 표면을 가짐을 알 수 있으며, 이 표면의 균일함이 자기 조립 분자막의 형성에 영향을 미쳐 표면의 내식성을 향상시키는 것으로 여겨진다.

실시예 3 - 표면처리후(담금처리후) 금속 강판의 표면 분석

상기 실시예 1에서 금속 강판을 담금처리하여 표면처리가 완료된 후, 표면에 자기 조립 분자막이 형성되었는지 조사하기위해 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy )을 이용하여 표면을 분석하였다. 시험 결과, 아연도금 강판과 마그네슘 판재에 대한 결과가 완전히 동일하였으며, 도 4에 아연도금 강판의 결과를 나타내었다. 도 4의 좌측은 담금 시간을 1초로 고정하여 농도별로 확인한 결과이고, 우측은 담금 시간을 5분으로 고정하여 농도별로 확인한 결과이다. 도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 2mM의 농도로 1초간 담근 경우와 모든 농도에서 5분동안 담근 경우의 피크의 크기가 동일한 것을 통해 2mM에 1초만 담그어도 표면에 완전한 자기 조립 분자막이 생성됨을 확인할 수 있었으며, 아연 도금 강판과 마그네슘 판재가 동일한 결과를 보였다.

또한, 표면에 자기 조립 분자막이 형성되었는지 조사하기위해 접촉각(contact angle)을 이용하여 자기 조립 분자막이 생성되었는지 확인하여 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5로부터 알 수 있는 바와 같이, FT-IR 분석 결과와 동일한 결과를 보였으며, 마찬가지로 2mM에 1초만 담그어도 표면에 완전한 자기 조 립 분자막이 생성됨을 확인할 수 있다.

실시예 4 - 내식성 시험

상기 실시예 1에서 표면 처리된 아연 도금 강판 및 마그네슘 판재에 대해 내식성을 조사하기위해 염수 분무시험(5% NaCl 용액)을 수행하여 그 결과를 도 6에 나타내었다. 좌측은 시험전 사진이며, 우측은 시험후 사진이다. 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험 전, 후를 살펴보면, 아연 도금 강판 및 마그네슘 판재 모두 내식성이 향상된 것을 확인할 수 있으나, 아연 도금 강판의 경우는 마그네슘 판재에 비해 내식성이 조금 저하되는 것을 확인할 수 있으며, 이 결과는 도 2 및 3, 그리고 표 1의 결과로서 설명된다. 즉, 마그네슘 판재가 아연 도금 강판보다 표면이 더 균일하여 부식 저항막인 자기 조립 분자막이 더 촘촘하게 생성되어 더 우수한 내식성을 가지게 되는 것으로 설명된다.

또한, 상기 염수 분무시험 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

[표 2]

표면처리여부		표면미처리 (비교예)	표면처리
시료		시료 1	시료 2	시료 3	시료 4	시료 5	시료 6	시료 7	시료 8
담금처리조건		미처리	0.1mM 1초	0.1mM 1분	0.1mM 5분	0.5mM 1초	0.5mM 1분	0.5mM 5분	2mM 1초
염수분무시험결과	GI	0.5시간	0.8시간	2시간	5.5시간	1시간	2.1시간	6시간	5.7시간
염수분무시험결과	Mg	0.5시간	1시간	2.2시간	7.2시간	1.5시간	3시간	7.5시간	7.3시간
내식성 평가		×	×	△	○	×	△	○	○

* 염수 분무 시험 평가시 내식성을 다음과 같이 3가지 등급으로 구분하였다. ×: 0-2시간, △: 2-5시간, ○: 5-8시간

상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 표면미처리된 비교예인 시료 1에 비해 실시예 1에 따라 표면처리된 시료들이 내식성이 우수함을 알 수 있으며, 실시예 1에 따른 시료 2-8을 살펴보면, 동일한 농도에서 담금 시간이 증가할수록 내식성이 향상됨을 확인할 수 있다. 특히, 시료 8을 살펴보면, 짧은 시간의 담금 처리를 통해서도 내식성이 매우 향상되어, 이를 통해 본 발명의 방법에 따르면 짧은 시간 내의 표면 처리를 통해서 내식성이 향상됨을 확인할 수 있다.

또한, 상기 실시예 1에서 표면 처리된 아연 도금 강판 및 마그네슘 판재에 대해 내식성을 조사하기위해 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)에 의해 분석하여 나이키스트 임피던스 플롯(Nyquist impedence plot)을 구하여 그 결과를 도 7에 나타내었다. 또한, 도 7의 나이키스트 임피던스 플롯으로부터 구한 반지름을 통해 내식성에 대한 효율(PE)을 계산하여 그 결과를 표 3에 나타내었다. 도 7에서 좌측은 표면처리를 수행하지 않은 경우의 그래프이며, 우측은 표면처리를 수행한 경우의 그래프이다. 내식성은 그래프에서 반원의 반지름을 의미하며, 반지름이 커질수록 내식성이 커짐을 의미한다. 표 3에서 Rt는 표면 처리를 하지 않은 경우의 내식성 테스트의 결과이고, Rsam은 본 발명에 따라 표면 처리 한 후에 내식성 테스트 한 결과이다.

[표 3]

기판	조건	Rt(Ω·㎠)	조건	Rsam(Ω·㎠)	내식성효율 (PE)(%)
GI	미처리(bare)	3.7×10³	0.1mM, 5분	3.75×10⁴	90.1
GI	미처리(bare)	3.7×10³	2mM, 1초	4.0×10⁴	90.8
Mg	미처리	4.5×10³	0.1mM, 5분	1.25×10⁵	96.4
Mg	미처리	4.5×10³	2mM, 1초	1.3×10⁵	96.5

도 7 및 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 아연 도금 강판 및 마그네슘 판재 모두 내식성이 향상되었음을 확인할 수 있었으며, 다만 아연 도금 강판이 마그네슘 판재보다 내식성이 조금 낮음을 알 수 있었고, 그 이유는 도 2 및 3, 그리고 표 1의 결과로 설명되어지는 이유와 도 6의 결과를 통해서 마그네슘 판재가 아연 도금 강판보다 표면이 더 균일하여 부식 저항막인 자기 조립 분자막이 더 촘촘하게 생성되어 더 우수한 내식성을 가지게 되는 것으로 여겨진다.

도 1은 본 발명의 금속 표면 처리 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

도 2는 아연 도금 강판을 가습처리한 후 XPS(X-ray photoelectron) 및 AES(auger electron spectrometer)를 이용한 표면 분석결과를 나타낸 것이다.

도 3은 마그네슘 판재를 가습처리한 후 XPS를 이용한 표면 분석결과를 나타낸 것이다.

도 4는 본 발명의 방법에 따라 표면처리한 후 FT-IR(Fourier-transform infrared spectroscopy)을 이용하여 금속 강판의 표면을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

도 5는 본 발명의 방법에 따라 표면처리한 후 접촉각(contact angle)을 이용하여 금속 강판의 표면을 분석한 결과를 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명의 방법에 따라 표면처리된 금속 강판에 대해 내식성을 조사하기위해 염수 분무시험(5% NaCl 용액)을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

도 7은 본 발명의 방법에 따라 표면처리된 금속 강판에 대해 내식성을 조사하기위해 EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy) 분석을 수행한 결과를 나타낸 것이다.

Claims

아연도금강판 및 마그네슘 판재중 적어도 하나로 이루어진 금속의 표면을 유기세척하는 단계;

상기 금속의 표면에 잔존하는 유기용매를 질소가스로 제거하는 단계;

상기 금속의 표면을 가습처리하는 단계;

상기 금속을 실란계열, 알칸계열산 및 인산계열 화합물 중에서 선택된 적어도 하나의 자기 조립 특성을 갖는 화합물, 및 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올 중에서 선택된 적어도 하나의 용매로 이루어진 자기 조립 분자막을 형성하는 용액에 담금처리하는 단계;

상기 담금처리된 금속을 톨루엔, 벤젠, 에탄올, n-부탄올, n-헵탄올 및 이소프로판올로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 용매에 세정하는 단계; 및

상기 금속을 진공하에 열 경화시키는 단계를 포함하는 자기 조립 분자막을 이용한 금속 표면 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 유기세척은 금속을 아세톤, 에탄올 및 이소프로판올의 순서로 담그어 초음파 처리함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 가습처리는 적어도 80%이상의 습도하에서 적어도 10시간동안 행해지는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 자기 조립 분자막을 형성하는 용액은 옥타데실트리클로로실란, 부틸트리클로로실란, 3-클로로프로필트리클로로실란, 3-브로모프로필트리클로로실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸-트리클로로실란, 펜에틸트리클로로실란, 4-(클로로메틸)페닐트리클로로실란, 2-(4-클로로설포닐페닐)에틸트리클로로실란, 헥사노익산, 헵타노익산, 옥탄산, 노나노익산, 데카노익산, 라우르산, 미리스트산, 팔미트산, 스테아르산, 아라키딕산, 12-아미노도데카노익산,1,11-운데칸디카르복시산, 메틸포스폰산, 페닐포스폰산, 옥타데실포스폰산, 3-머캅토프로필포스폰산중에서 선택된 적어도 하나의 자기 조립 특성을 갖는 화합물이 상기 용매에 0.01 내지 20mM의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항에 있어서, 상기 담금처리는 -10℃ 내지 60℃에서 1초 내지 30분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 방법에 의해 표면 처리된 강판.
제 6항에 있어서, 상기 금속은 아연도금강판 또는 마그네슘 판재인 것을 특징으로 하는 강판.
삭제
삭제