KR101301575B1 - 고내식성을 가지는 표면층 및 이의 형성 방법 - Google Patents

고내식성을 가지는 표면층 및 이의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층은, 철강소재로 이루어진 표면처리대상물의 외면에 도금되어 표면처리대상물의 경도, 내마모성, 윤활성, 이형성, 내약품성, 내식성 중 어느 하나 이상의 특성을 높이기 위한 도금층과, 상기 도금층 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도포 및 경화시켜 형성된 내식층을 포함하여 구성되며, 상기 내식층의 일부는 도금층에 형성된 크랙과 핀홀에 삽입된 상태를 유지하는 충진부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

고내식성을 가지는 표면층 및 이의 형성 방법 {A Surface having a high corrosion resistance and method for forming thereof}
본 발명은 표면처리대상물의 외면에 내식성을 부여하기 위하여 형성된 표면층에 불소수지를 코팅 후 열처리하여 내식성이 향상되도록 한 고내식성을 가지는 표면층 및 이의 형성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철강부품들은 산업 제품용의 경우, 그 사용 목적에 따라 스프링용, 펜스용, 진직선용, 금망(weaving)용, 냉간압조용, 쾌삭용, 일반 가공용 등으로 구분할 수 있으며 자동차, 건설, 전자, 전기, 정밀기계, 사무기기 및 의료기기 등에 사용되고 있고, 일반 소비제품용의 경우에는 주방용, 인테리어용, 방충망용, 레저용, 장식용 등 우리 생활에 아주 광범위하게 사용되고 있다.
그리고 금형, 공구, 자동차 부품 등의 내마모성을 향상시키기 위하여 표면의 고경도 박막을 증착하여 왔다. 이러한 방법에 의해 금형, 공구, 자동차 부품 등의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한, 부식환경에 노출되는 철강 부품은 내식성을 부여하기 위한 방법으로 경질 크롬도금이 사용되고 있으며, 최근에는 환경문제가 야기되는 경질 크롬도금에 대체되는 방법으로 무전해 니켈 도금을 실시한 후 열처리를 통하여 경도를 높이는 방법이 사용되고 있다.
대한민국 특허청 등록특허번호 제0218230호 "니켈을 도금한 스프링용 스테인레스 강선 제조 방법"에는 표면에 신선 윤활성을 부여하기 위하여 니켈을 도금하고, 니켈 도금의 두께를 두껍게 함으로써 스테인리스 강의 내식성을 높이기 위한 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래 기술은 단순히 도금층의 두께를 높여 내식성을 높이는 것으로서, 도금층에는 내부 응력으로 인하여 마이크랙(micro crack)이 쉽게 발생되고, 원소재 간의 계면이 존재하여 밀착성이 떨어지게 되므로, 내식성을 향상시키는 원리 측면에서 부적합하며, 그 효과 및 경제성도 상당히 낮은 문제점이 있다.
또한 대한민국 등록특허 제1059229호에는 "내식성이 우수한 무전해 니켈 도금액을 이용한 무전해 도금방법"이 개시되어 있다.
개략적으로 살펴보면, 표면에 PTFE를 화학 처리로 코팅하고, 이후 인산염을 화학반응으로 피막여 이중의 보호피막을 형성하도록 한 제조 방법이다.
따라서, PTFE물성과 인산염 피막의 물성을 동시에 가지게 되는 장점이 있긴 하나 도금공정에서 발생하는 결함인 크랙이나 핀홀은 그대로 유지하게 되어 내식성을 극대화하는 데에는 어려움이 있다.
또한 인산염 피막과 PTFE 층은 얇은 두께의 막을 형성하게 되므로 유공압 제품에 적용되는 경우 기계적 마모가 발생하게 되어 지속적인 사용이 불가한 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 부식환경에 노출되는 철강소재에 고내식성을 가지는 표면층을 형성하되, 경질의 도금층을 형성하고, 도금층 외면에 내식층을 형성하여 도금층에 형성된 크랙이나 핀홀에 내식층의 일부가 삽입되도록 함으로써 고경도, 내마모성, 윤활성 및 고내식성을 유지하도록 한 고내식성을 가지는 표면층 및 이의 형성 방법을 제공하는 것에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층은, 철강소재로 이루어진 표면처리대상물의 외면에 도금되어 표면처리대상물의 경도, 내마모성, 윤활성, 이형성, 내약품성, 내식성 중 어느 하나 이상의 특성을 높이기 위한 도금층과, 상기 도금층 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도포 및 경화시켜 형성된 내식층을 포함하여 구성되며, 상기 내식층의 일부는 도금층에 형성된 크랙과 핀홀에 삽입된 상태를 유지하는 충진부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 표면층은 Hv700 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 한다.상기 도금층은 크롬 또는 니켈을 포함하는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 충진부는 도금층 두께의 1/2 이상의 높이를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 불소수지는 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE:Poly Tetra Fluor Ethylene) 또는 테트라플로로에틸렌(TFE:Tetra Fluor Ethylene)인 것을 특징으로 한다.
상기 내식층은 크랙과 핀홀에 삽입된 충진부를 제외하고 선택적으로 제거됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법은, 철강소재로 이루어진 표면처리대상물과, 도금층 형성을 위한 도금액과, 상기 도금층에 도포 및 경화되어 도금층의 내식성을 높이기 위한 불소수지분산액을 준비하는 재료준비단계와, 상기 표면처리대상물에 부착된 오염물을 탈지하는 탈지단계와, 상기 표면처리대상물을 세척하는 제1세척단계와, 상기 표면처리대상물의 표면을 에칭하는 에칭단계와, 상기 표면처리대상물에 부착된 에칭액을 세척하는 제2세척단계와, 상기 표면처리대상물의 표면에 도금층을 형성하는 도금층형성단계와, 상기 표면처리대상물 및 도금층에 부착된 도금액을 세척하는 제3세척단계와, 상기 도금층의 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도포하는 불소수지도포단계와, 상기 불소수지분산액에 열을 제공하여 내식층을 형성하여 표면층을 완성하는 열처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 재료준비단계에서, 상기 불소수지분산액은 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE:Poly Tetra Fluor Ethylene) 또는 테트라플로로에틸렌(TFE:Tetra Fluor Ethylene)인 불소수지와, 유기용제 및 분산제를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 불소수지는 불소수지분산액의 전체 중량에 대하여 0.5 내지 15중량% 포함됨을 특징으로 한다.
상기 제3세척단계와 열처리단계 이후에는, 표면연마단계가 선택적으로 실시됨을 특징으로 한다.
상기 도금층형성단계에서, 상기 도금층은 30 내지 70℃ 온도의 크롬도금액에 10 내지 100A/dm2의 전류밀도를 인가하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 크롬도금층을 형성하거나, 80 내지 95℃ 온도에서 무전해니켈도금액에 담지하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 니켈도금층을 형성하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 열처리단계는, 상기 도금층이 니켈을 포함하는 경우 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 상기 도금층에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화시킴으로써 충진부를 형성하는 충진부형성과정과, 250 내지 375℃의 온도 범위에서 1시간 이상 가열하여 수소취성을 제거하고 표면처리대상물을 열처리하는 수소취성제거과정 및 열처리과정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 열처리단계는, 상기 도금층이 크롬을 포함하는 경우 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 상기 도금층에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화하는 과정임을 특징으로 한다.
상기 수소취성제거과정과, 충진부형성과정은 동시에 실시됨을 특징으로 한다.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층은, 철강소재로 이루어진 표면처리대상물의 외면에 도금되어 표면처리대상물의 경도, 내마모성, 윤활성, 이형성, 내약품성, 내식성 중 어느 하나 이상의 특성을 높이기 위한 도금층과, 상기 도금층 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도포 및 경화시켜 형성된 내식층을 포함하여 구성된다.
그리고, 내식층의 일부는 도금층에 형성된 크랙과 핀홀에 삽입된 상태를 유지하는 충진부를 형성하게 된다.
따라서, 도금층에 형성된 크랙과 핀홀을 통해 표면처리대상물과 부식물질의 접촉이 차단되므로 고내식성을 가질 수 있는 이점이 있다.
또한, 도금층 외측에 형성된 내식층이 제거되더라도 충진부는 크랙과 핀홀에 삽입된 상태를 유지하게 되므로 내식성의 저하가 발생되지 않고 장기간 유지되는 이점이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법에 따르면 간단한 공정으로 고내식성을 가지는 표면층의 형성이 가능하며, 다양한 소재의 표면처리대상물에 대하여 다양한 도금층과 내식층을 채택함으로써 다양한 기능 향상을 기대할 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 구성을 보인 단면 개요도.
도 2 는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법을 나타낸 공정 순서도.
도 3 은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법에서 단계별 표면처리대상물의 단면 상태 변화를 나타낸 개요도.
도 4 는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 바람직한 실시예와 비교예의 단면을 비교한 전자현미경 사진.
도 5 는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 바람직한 실시예와 비교예의 표면을 비교한 전자현미경 사진.
도 6 은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 바람직한 실시예와 비교예의 경도 측정 결과를 비교하여 나타낸 표.
도 7 은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층의 바람직한 실시예와 비교예의 염수분무실험 결과를 나타낸 비교 사진.
이하 첨부된 도 1 을 참조하여 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(이하 '표면층(100)'이라 칭함)의 구성을 설명한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1에는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 구성을 보인 단면 개요도가 도시되어 있다.
도면과 같이, 상기 표면층(100)은 표면처리대상물(10)의 외면에 구비되어 경도, 내마모성, 윤활성, 이형성, 내약품성, 내식성 중 어느 하나 이상의 특성을 높이기 위한 구성으로, 표면처리대상물(10)의 외면에 도금된 도금층(120)과, 상기 도금층(120) 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액(도 3의 도면부호 144 참조)을 도포 및 경화시켜 형성된 내식층(140)을 포함하여 구성된다.
상기 표면처리대상물(10)은 본 발명의 실시예에서 철강소재가 적용되었으며, 상기 표면층(100)이 코팅된 표면처리대상물(10)은 Hv700 이상의 경도를 갖게 된다.
그리고, 상기 도금층(120)은 표면처리대상물(10)의 경도와 내식성을 높이기 위해 30 내지 70℃ 온도의 크롬도금액에 10 내지 100A/dm2의 전류밀도를 인가하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 크롬도금층이 적용되거나, 80 내지 95℃ 온도에서 무전해니켈도금액에 담지하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 니켈도금층이 적용되었다.
상기 내식층(140)은 본 발명의 요부 구성으로서, 도금층(120)에 형성된 크랙이나 핀홀에 삽입된 상태를 유지하여 표면처리대상물(10)의 표면이 부식환경에 노출되지 않도록 차단하는 역할을 수행한다.
이를 위해 상기 내식층(140)의 일부는 상기 크랙이나 핀홀에 삽입되어 충진부(142)를 형성하게 된다.
상기 충진부(142)는 도금층(120)의 상측에 위치한 내식층(140)이 마모되어 제거되거나 도금층(120)마저 마모되더라도 내식성을 유지할 수 있도록 하기 위해 도금층(120)의 두께의 1/2 이상의 높이를 갖도록 함이 바람직하다.
상기 내식층(140)은 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도금층(120)에 분문하거나 상기 도금층(120)이 형성된 표면처리대상물(10)을 불소수지분산액에 침지한 후 열처리하여 경화시킴으로써 형성된 것으로, 상기 불소수지는 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE:Poly Tetra Fluor Ethylene) 또는 테트라플로로에틸렌(TFE:Tetra Fluor Ethylene)이 적용됨이 바람직하다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 PTFE와 크랙이나 핀홀에 침투하기 위해 분자단위의 입자상으로 구성됨이 바람직하며, 이에 따라 분자단위 또는 작은 결합단위의 TFE가 적용 가능하다.
그리고, 상기 불소수지는 분산제와 유기용제에 분산된 상태로 도금층(120) 외면에 분포되어야 하므로, 상기 불소수지분산액의 전체 중량에 대하여 0.5 내지 15중량% 포함된다.
한편, 상기 내식층(140)은 크랙과 핀홀에 삽입된 충진부(142)를 제외하고 선택적으로 제거될 수도 있다.
즉, 상기 표면처리대상물(10)이 유공압실린더, 스크류, 기어류, 피스톤 등 마찰환경에 노출되어 사용되는 부품인 경우 상기 내식층(140)은 부품의 동작과 동시에 제거되되 크랙과 핀홀에 삽입된 충진부(142)는 남아 있는 상태를 유지하여 내식성을 갖도록 하게 되므로, 상기 도금층(120) 외측에 위치한 내식층(140)은 미리 선택적으로 제거할 수도 있음은 물론이다.
이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)을 형성하는 방법을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 형성 방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 3은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 형성 방법에서 단계별 표면처리대상물(10)의 단면 상태 변화를 나타낸 개요도이다.
이들 도면과 같이, 상기 표면층(100)을 형성하는 방법은, 철강소재로 이루어진 표면처리대상물(10)과, 도금층(120) 형성을 위한 도금액과, 상기 도금층(120)에 도포 및 경화되어 도금층(120)의 내식성을 높이기 위한 불소수지분산액을 준비하는 재료준비단계(S100)와, 상기 표면처리대상물(10)에 부착된 오염물을 탈지하는 탈지단계(S200)와, 상기 표면처리대상물(10)을 세척하는 제1세척단계(S300)와, 상기 표면처리대상물(10)의 표면을 에칭하는 에칭단계(S400)와, 상기 표면처리대상물(10)에 부착된 에칭액을 세척하는 제2세척단계(S500)와, 상기 표면처리대상물(10)의 표면에 도금층(120)을 형성하는 도금층형성단계(S600)와, 상기 표면처리대상물(10) 및 도금층(120)에 부착된 도금액을 세척하는 제3세척단계(S700)와, 상기 도금층(120)의 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도포하는 불소수지도포단계(S800)와, 상기 불소수지분산액에 열을 제공하여 내식층(140)을 형성하여 표면층(100)을 완성하는 열처리단계(S900)로 이루어진다.
상기 재료준비단계(S100)는 전술한 표면처리대상물(10)과, 도금액 및 불소수지분산액을 준비하는 과정으로, 상기 불소수지분산액에 포함되는 불소수지는 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE:Poly Tetra Fluor Ethylene) 또는 테트라플로로에틸렌(TFE:Tetra Fluor Ethylene)를 채용하였다.
그리고, 불소수지분산액에 포함되는 분산제는 일반적으로 알려진 유/무기 분산제가 모두 적용 가능하며 유기용제는 탄화수소계 유기용제가 채택됨이 바람직하다.
상기 재료준비단계(S100) 이후에는 탈지단계(S200)가 실시된다. 상기 탈지단계(S200)는 표면처리대상물(10)의 외면에 붙어있는 오염물과 기름을 제거하기 위한 과정으로 전해탈지방법을 이용하였다.
보다 구체적으로 살펴보면, 탈지제 40 내지 70℃에 표면처리대상물(10)을 1 내지 10분간 담지하여 오염물 및 기름을 제거하였다.
상기 탈지단계(S200) 이후에는 제1세척단계(S300)가 실시된다. 상기 제1세척단계(S300)는 표면처리대상물(10)의 외면에 붙어있는 탈지제를 제거하기 위한 과정으로, 상온에서 1 내지 10분간 수세하였다.
상기 제1세척단계(S300) 이후에는 에칭단계(S400)가 실시된다. 상기 에칭단계는(S400)는 상온의 에칭제에 1 내지 10분간 표면처리대상물(10)을 담지하여 표면을 에칭하기 위한 과정으로, 상기 도금층(120)의 형성을 용이하게 하고, 형성된 도금층(120)과 표면처리대상물(10)의 결합력이 높아지도록 하는 과정이다.
상기 에칭단계(S400) 이후에는 제2세척단계(S500)가 실시된다. 제2세척단계(S500)는 표면처리대상물(10)의 표면에 묻은 에칭액을 제거하기 위한 과정으로, 상온에서 1 내지 10분간 수세하였다.
상기 제2세척단계(S500) 이후에는 도금층형성단계(S600)가 실시된다. 상기 도금층형성단계(S600)는 전술한 도금층(120)을 형성하는 과정으로, 상기 도금층(120)은 30 내지 70℃ 온도의 크롬도금액에 10 내지 100A/dm2의 전류밀도를 인가하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 크롬도금층을 형성하거나, 80 내지 95℃ 온도에서 무전해니켈도금액에 담지하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 니켈도금층을 형성하게 된다.
상기 도금층형성단계(S600)가 완료되면, 첨부된 도 3의 위에서 두번째 그림과 같이 표면처리대상물(10)의 외면에 도금층(120)이 형성되며, 상기 도금층(120)에는 핀홀이나 크랙이 미세하게 존재하게 된다.
상기 도금층형성단계(S600) 이후에는 제3세척단계(S700)가 실시된다. 상기 제3세척단계(S700)는 도금층(120)에 묻어있는 도금액을 제거하기 위한 과정으로, 상온에서 1 내지 10분간 수세하였다.
상기 제3세척단계(S700) 이후에는 불소수지도포단계(S800)가 실시된다. 상기 불소수지도포단계(S800)는 불소수지분산액을 분무하거나 불소수지분산액에 도금층(120)이 형성된 표면처리대상물(10)을 담지한 후 꺼내어 불소수지분산액이 도금층(120) 외측에 위치하도록 하는 과정이다.
상기 불소수지도포단계(S800)가 완료되면 상기 불소수지분산액은 첨부된 도 3의 위에서 세번째 그림과 같이 도금층(120)의 상측에 위치하게 되며, 상기 도금층(120)에 핀홀이나 크랙이 형성된 상태라면, 그 내부에도 침입된 상태가 된다.
상기 불소수지도포단계(S800) 이후에는 열처리단계(S900)가 실시된다. 상기 열처리단계(S900)는 불소수지분산액을 가열하여 경화시킴으로써 내식층(140)을 형성하는 과정으로, 첨부된 도 3의 아래에서 두번째 그림과 같은 상태가 된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 열처리단계(S900)는 불소수지분산액이 도포된 표면처리대상물(10)을 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 불소수지를 경화하는 과정으로, 수소취성제거과정과, 상기 도금층(120)에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화시켜 충진부(142)를 형성하는 충진부형성과정으로 이루어진다.
보다 구체적으로 살펴보면, 상기 열처리단계(S900)는 상기 도금층(120)이 니켈 또는 크롬 중 어떠한 것을 포함하는가에 따라 다양하게 변경 실시가 가능하다.
즉, 상기 도금층(120)이 니켈을 포함하는 경우, 상기 열처리단계(S900)는 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 상기 도금층(120)에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화시킴으로써 충진부(142)를 형성하는 충진부형성과정과, 250 내지 375℃의 온도 범위에서 1시간 이상 가열하여 수소취성을 제거하고 표면처리대상물을 열처리하는 수소취성제거과정 및 열처리과정으로 이루어진다.
반면, 상기 도금층(120)이 크롬을 포함하는 경우 상기 열처리단계(S900)는 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 상기 도금층에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화하는 과정만 실시된다.
따라서, 상기 표면층(100)에 요구되는 기계적 성질에 따라 상기 도금층(120)은 니켈도금층을 적용하고 열처리단계(S900) 실시 중에 열처리 시간을 1시간 이상으로 변경 적용하여 수소취성 제거 및 표면처리대상물(10)의 열처리 효과도 동시에 획득할 수 있으며, 상기 도금층(120)이 크롬도금층인 경우에는 열처리단계(S900) 중에 열처리 시간을 10분 이상 실시하여 불소수지의 충진 및 경화만 이루어지도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
상기와 같은 과정이 완료되면, 도금층(120)과 내식층(140)을 포함하는 표면층(100)의 형성이 완료되며, 도 3의 아래에서 두 번째 그림과 같은 상태가 된다.
한편, 상기 제3세척단계(S700)와 열처리단계(S900) 이후에는 표면연마단계가 더 실시될 수 있다.
즉, 상기 제3세척단계(S700) 이후에는 제1표면연마단계(S750)를 실시하여 불소수지도포단계(S800)에서 불소수지분산액이 핀홀이나 크랙 내부로 보다 용이하게 침투할 수 있도록 할 수도 있으며, 상기 열처리단계(S900) 이후에는 제2표면연마단계(S950)를 실시하여 상기 도금층(120)의 상면으로부터 상측에 형성된 내식층(140)을 제거함으로써 핀홀 및 크랙 내부에 형성된 충진부(142)만 남겨지도록 구성할 수도 있다.(도 3의 맨 아래 그림 참조)
이하 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 바람직한 실시예와 비교예에 따라 제조된 시편의 표면부위 상태를 비교하여 살펴보기로 한다.
도 4에는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 바람직한 실시예와 비교예의 단면을 비교한 전자현미경 사진이 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 바람직한 실시예와 비교예의 표면을 비교한 전자현미경 사진이 도시되어 있다.
먼저 첨부된 도 4의 좌측 사진은 크롬도금 공정을 실시하여 표면처리대상물(10)의 표면에 도금층(120)만 형성된 비교예이고, 우측 사진은 크롬도금 공정을 실시하여 도금층(120)을 형성하고, 도금층(120)의 상면에 내식층(140)을 형성한 바람직한 실시예이다.
도면과 같이 비교예와 실시예의 표면에는 크랙이 확인되었으나, 실시예의 경우 PTFE가 침임된 후경화되어 충진부(142)를 형성함에 따라 도 5와 같이 비교예보다 어두운 색상을 띄고 있다.
도 6은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 바람직한 실시예와 비교예의 경도 측정 결과를 비교하여 나타낸 표로서, 200g의 하중으로 비커스 경도를 측정한 결과, 비교예보다 실시예의 시편 경도가 낮아지긴 했으나, 700Hv 이상의 경도를 유지하였을 뿐 아니라 그 차이는 경미하였다.
도 7은 본 발명에 의한 고내식성을 가지는 표면층(100)의 바람직한 실시예와 비교예의 염수분무실험 결과를 나타낸 비교 사진으로서, 크롬도금층만 형성한 비교예의 경우 크랙이 표면처리대상물(10)의 표면과 연통되어 부식환경을 차단하지 못함에 따라 염수분무시험 48시간부터 녹이 발생하였다.
반면, 실시예의 경우 염수분무 시험을 1000시간 유지한 경우에도 전혀 녹이 발생하지 않았다.
이것은 도금층(120)에 형성된 크랙이나 핀홀을 충진부(142)가 메워 부식환경으로부터 표면처리대상물(10)의 표면을 보호함에 따라 나타나는 효과라 할 수 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는 도금층으로서 크롬 또는 니켈이 포함되도록 구성하였으나, 핀홀이나 크랙이 발생할 수 있는 모든 종류의 도금층에 대하여 적용 가능함은 자명하다.
10. 표면처리대상물 100. 표면층
120. 도금층 140. 내식층
142. 충진부 144. 불소수지분산액
S100. 재료준비단계 S200. 탈지단계
S300. 제1세척단계 S400. 에칭단계
S500. 제2세척단계 S600. 도금층형성단계
S700. 제3세척단계 S750. 제1표면연마단계
S800. 불소수지도포단계 S900. 열처리단계
S950. 제2표면연마단계

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  9. 철강소재로 이루어진 표면처리대상물과, 도금층 형성을 위한 도금액과, 상기 도금층에 도포 및 경화되어 내식층을 형성하며 폴리테트라플로로에틸렌(PTFE:Poly Tetra Fluor Ethylene) 또는 테트라플로로에틸렌(TFE:Tetra Fluor Ethylene)가 채택되는 0.5~15중량%의 입자상 불소수지, 분산제 및 탄화수소계 유기용제를 포함하는 불소수지분산액을 준비하는 재료준비단계와,
    상기 표면처리대상물에 부착된 오염물을 전해 탈지하는 탈지단계와,
    상기 표면처리대상물을 세척하는 제1세척단계와,
    상기 표면처리대상물의 표면을 에칭하는 에칭단계와,
    상기 표면처리대상물에 부착된 에칭액을 세척하는 제2세척단계와,
    상기 표면처리대상물의 표면에 도금층 두께에 대하여 1/2 이상 높이를 가지는 핀홀이나 크랙을 갖는 도금층을 형성하는 도금층형성단계와,
    상기 표면처리대상물 및 도금층에 부착된 도금액을 세척하는 제3세척단계와,
    상기 핀홀이나 크랙에 불소수지의 충진이 용이하도록 도금층을 연마하는 제1표면연마단계와,
    상기 도금층의 외면에 불소수지가 분산된 불소수지분산액을 도포하는 불소수지도포단계와,
    상기 불소수지분산액에 열을 제공하여 핀홀이나 크랙에 형성된 충진부를 포함하는 내식층을 형성함으로써 표면층을 완성하는 열처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 열처리단계 이후에는,
    상기 충진부를 제외한 내식층을 제거하는 제2표면연마단계가 실시됨을 특징으로 하는 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 도금층형성단계에서,
    상기 도금층은 30 내지 70℃ 온도의 크롬도금액에 10 내지 100A/dm2의 전류밀도를 인가하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 크롬도금층을 형성하거나,
    80 내지 95℃ 온도에서 무전해니켈도금액에 담지하여 10㎛ 이상의 두께를 가지는 니켈도금층을 형성하는 과정임을 특징으로 하는 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 열처리단계는,
    상기 도금층이 니켈을 포함하는 경우 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 상기 도금층에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화시킴으로써 충진부를 형성하는 충진부형성과정과,
    250 내지 375℃의 온도 범위에서 1시간 이상 가열하여 수소취성을 제거하고 표면처리대상물을 열처리하는 수소취성제거과정 및 열처리과정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 열처리단계는,
    상기 도금층이 크롬을 포함하는 경우 250 내지 375℃의 온도 범위에서 10분 이상 가열하여 상기 도금층에 형성된 핀홀 및 크랙에 불소수지를 충진 및 경화하는 과정임을 특징으로 하는 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 수소취성제거과정과, 충진부형성과정은 동시에 실시됨을 특징으로 하는 고내식성을 가지는 표면층의 형성 방법.
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