KR101372624B1 - 상압 플라즈마를 이용한 용융 알루미늄 도금 스테인레스강판 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스테인레스 강판을 상압 플라즈마 처리한 후에 알루미늄을 용융 도금함으로써 스테인레스 강판과 알루미늄 사이의 젖음성과 밀착성을 향상시키는 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 스테인레스 강판을 미리 설정된 온도로 가열하는 가열단계; 상기 가열된 스테인레스 강판의 표면에 상압 플라즈마 처리를 수행하는 상압 플라즈마 처리단계; 및 상기 상압 플라즈마 처리된 스테인레스 강판을 용융 알루미늄 도금욕조로 통과시켜 용융 알루미늄 도금을 수행하는 도금단계를 포함한다.
스테인레스, 상압 플라즈마, 젖음성, 밀착성, 용융 알루미늄, 도금
Description
도 1은 본 발명이 적용되는 연속 용융 알루미늄 도금 공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판의 제조방법을 보이는 흐름도이다.
도 3은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 처리 전,후의 스테인레스 강판 상의 알루미늄 형상을 나타낸 도시화한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실제 상압 플라즈마 처리 전,후의 스테인레스 강판의 화상 및 용융 알루미늄의 젖음성을 실험한 결과를 나타낸다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 스테인레스 강판 20 : 전해탈지 설비
30 : 예열 및 환원처리 설비 40 : 상압 플라즈마 처리설비
50 : 알루미늄 도금욕조 60 : 에어나이프
70 : 상압 플라즈마
본 발명은 용융 알루미늄 도금 스테인레스(stainless) 강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 스테인레스 강판을 상압 플라즈마 처리한 후에 알루미늄을 용융 도금함으로써 스테인레스 강판과 알루미늄 사이의 젖음성과 밀착성을 향상시키는 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판 제조방법에 관한 것이다.
플라즈마(plasma)는 이온화된 상태의 기체이며, 플라즈마 속에는 전기적으로 중성인 원자들로만 이루어진 고온 기체와는 달리 서로 반대의 전하를 띤 입자들, 즉 전자와 원자핵이 뒤섞여 존재한다. 따라서, 플라즈마는 전체적으로는 중성이지만 국부적으로는 양이온과 전자 사이의 전하 분리에 의한 전기장이, 전하의 흐름에 의한 전류의 자기장이 발생된다.
이러한 플라즈마는 형성시의 온도에 따라 저온 또는 고온 플라즈마, 형성시의 압력에 따라 저압(수 mmTor ~ 수 Torr) 또는 상압(~760 Torr) 플라즈마로 각각 구분될 수 있다. 이 중에서 상압 플라즈마는 대기압 상태에서 형성되므로 저압 플라즈마를 형성할 때처럼 고비용의 진공 시스템이 필요하지 않는 이점이 있어 현재 공업적으로 많이 이용되고 있다.
스테인레스 강판은 그 자체만으로도 내식성이 뛰어나지만 알루미늄 도금을 하게 되면 내식성이 획기적으로 향상된다. 이러한 알루미늄 도금을 한 스테인레스 강판은 자동차 배기계의 소재나 건자재용 소재로서 매우 우수한 평가를 받고 있으 며, 최근에는 원료 전지의 전극이나 분리판 등으로 그 용도가 확대되고 있다. 또한, 스테인레스 강판에 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 도금된 경우 내열성이나 내식성이 우수하기 때문에 내열용도 또는 내식용도에 광범위하게 사용되고 있다. 그 중 내열용도는 연소기기용, 난방기기용, 자동차 배기가스 배관을 구성하는 부품에 주로 사용되고 있다.
스테인레스 강판에 알루미늄을 도금하는 방법으로는 용융 도금하는 방법이 가장 경제적이다. 그러나 일반적으로 스테인레스 강판의 표면과 용융 알루미늄 사이의 젖음성이 좋지 않아 용융 도금 방법으로 알루미늄을 스테인레스 강판에 도금하는 것은 매우 어렵다. 통상적으로 알려진 바로는 스테인레스 강판의 표면에 치밀한 크롬 산화층이 형성되어 있어 이 크롬 산화층이 스테인레스와 용융 알루미늄 사이의 젖음성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하고 있다는 것이 알려져 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 다양한 방법과 프로세스가 사용되고 있다. 예컨대, 공지의 Kilbane 프로세스, Boston 프로세스 또는 Jasper 프로세스 등과 같이 일본 공개특허공보 제1995-337022호(1995.09.05 공개)에는 용융 알루미늄 도금 전에 스테인레스 강판의 온도를 조절하여 도금 전의 분위기 가스의 성분과 이슬점을 엄격하게 관리하는 프로세스를 이용하여 스테인레스 강판에 알루미늄을 용융 도금하는 방법을 제공한다. 그러나 상기한 프로세스에서는 분위기 가스의 이슬점을 매우 엄격히 관리해야 하기 때문에 공정조건을 맞추기가 극히 어렵다. 즉, 분위기 가스에 유입되는 산소의 양을 극저로 가져가기 위하여 고도의 산소 제거기술을 이용해야 하며, 외부로부터 분위기로 산소가 침입하는 것을 방지하기 위 한 설비와 기술이 적용되어야 한다. 이러한 방법과 설비는 통상의 방법으로는 구현하기 어려우므로 일반적인 용융 알루미늄 도금 라인에 적용하기 어렵다.
또한, 한국 특허공개공보 제2005-0104667호(2005.11.03 공개)는 스테인레스 강판에 알루미늄 도금욕에서 도금하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에서는 질소와 수소의 가스분압을 조절하여 알루미늄을 도금하는 방법으로서 질소와 수소의 가스분압을 엄격히 조절해야 하므로 공정조건을 맞추기 어렵다는 문제가 있다.
그 외에도 스테인레스 강판에 알루미늄을 도금하기 전에 젖음성이 좋은 니켈이나 철을 먼저 도금하는 방법을 사용하기도 하지만, 이러한 방법은 중간 도금층을 먼저 도금하기 위한 추가적인 설비가 필요하기 때문에 일반적인 용융 도금 라인에서 적용하기란 매우 어렵고 제조 원가도 상승한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 상압 플라즈마를 이용하여 스테인레스 강판의 표면을 전처리한 후 상기 스테인레스 강판에 알루미늄을 용융 도금함으로써 스테인레스 강판과 알루미늄 사이의 젖음성과 밀착성을 향상시키도록 하는 상압 플라즈마를 이용한 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 상압 플라즈마를 이용한 용융 알 루미늄 도금 스테인레스 강판의 제조방법은,
스테인레스 강판을 미리 설정된 온도로 가열하는 가열단계; 상기 가열된 스테인레스 강판의 표면에 상압 플라즈마 처리를 수행하는 상압 플라즈마 처리단계; 및 상기 상압 플라즈마 처리된 스테인레스 강판을 용융 알루미늄 도금욕조로 통과시켜 용융 알루미늄 도금을 수행하는 도금단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 상기 가열단계 이전에, 상기 스테인레스 강판의 표면에 상압 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에서 상기 상압 플라즈마 처리는 바람직하게는 일정한 간격을 두고 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 전극에 직류 또는 교류 전원을 인가하여 상압 플라즈마를 발생시키는 단계; 및 상기 상압 플라즈마가 발생된 한 쌍의 전극 사이로 상기 스테인레스 강판을 통과시키는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 그에 대한 상세한 설명을 생략할 것이다.
도 1은 본 발명이 적용되는 연속 용융 알루미늄 도금 공정도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스테인레스 강판(10)은 전해탈지 설비(20)에서 전 해탈지 공정을 거침으로써 스테인레스 강판(10)의 표면에 묻은 이물질 등을 제거한다. 이와 같은 전해탈지 공정을 통하여 스테인레스 강판(10)의 표면에 묻은 이물질을 제거해 줌으로써 후속 공정에서 도금 특성의 개선을 도모할 수 있다. 상기 전해탈지 설비(20)를 통과한 스테인레스 강판(10)은 예열 및 환원처리 설비(30)로 입력된다.
상기 예열 및 환원처리 설비(30)에서는 스테인레스 강판(10)에 용융 알루미늄을 도금하기 전에 상기 스테인레스 강판(10)을 적정한 온도로 가열한다. 이때, 분위기 가스로는 환원성 가스를 이용하는 것이 바람직하며, 이슬점도 가능한 낮게 조절하는 것이 필요하다. 그러나 이러한 예열 및 환원처리는 스테인레스 강판(10)의 종류, 두께, 폭 및 이송속도 등에 따라 달라질 수 있으므로 이러한 변수들을 고려하여 최적의 조건을 확보하는 것이 바람직하다. 상기 예열 및 환원처리 설비(30)에서 적당한 온도로 가열된 스테인레스 강판(10)은 알루미늄 도금욕조(50)로 들어간다.
여기서, 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 예열 및 환원처리 설비(30)의 입구측 및 출구측에 플라즈마 처리설비(40,41)를 각각 구비한다. 상기 입구측 플라즈마 처리설비(40)에서는 상기 전해탈지 공정을 거친 스테인레스 강판(10)의 표면에 1차적으로 플라즈마 처리를 수행하고, 상기 출구측 플라즈마 처리설비(41)에서는 상기 스테인레스 강판(10)이 상기 알루미늄 도금욕조(50)로 들어가기 전에, 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 2차적으로 플라즈마 처리를 수행한다. 이때, 상기 1차 및 2차 플라즈마(70)는 상압 플라즈마인 것이 바람직하며 공정상 유리하다. 왜 냐하면 대기압에서 플라즈마를 처리하기 때문에 처리가 간편하고 고압 플라즈마에 비해 필요한 장비 및 설비면에서 유리하기 때문이다. 이러한 상압 플라즈마 처리는 일정한 간격을 두고 서로 대향하는 한 쌍의 전극을 각각 설치하고, 상기 전극에 전류를 인가하여 상기 전극간에 직류 또는 교류의 상압 플라즈마(70)를 발생시키며, 상기 상압 플라즈마(70)가 발생된 두 전극 사이에 상기 스테인레스 강판(10)을 통과시킴으로써 수행된다. 이로써 상압 플라즈마에 의한 이온들이 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 충돌하도록 하여 상기 스테인레스 강판(10)의 표면을 개질할 수 있다.
여기서, 본 발명의 다른 실시 예에서는 상기 입구측 플라즈마 처리설비(40)는 선택적으로 생략할 수도 있다. 즉 상기 스테인레스 강판(10)이 알루미늄 도금욕조(50)에 들어가기 전에 한 번의 상압 플라즈마 처리만 수행할 수도 있다. 이는 상압 플라즈마 처리의 수행결과에 따라 선택적으로 한번 또는 두번의 상압 플라즈마 처리를 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 상압 플라즈마(70)를 발생시키는 전원은 직류 또는 교류를 사용할 수 있으며, 통상 2kV 이상 20kV 이하의 전압을 사용한다. 직류는 펄스형 전원을 사용할 수도 있으며, 이때에는 통상적으로 1~10kHz 범위의 주파수를 사용한다. 양 전극 사이에 발생된 상압 플라즈마(70) 내로 스테인레스 강판(10)을 통과시킴으로써 상압 플라즈마 처리가 수행된다. 상기 상압 플라즈마(70)의 발생시에는 X선이 동시에 발생되므로 사람이 직접 눈으로 보는 것을 방지하기 위하여 이들 플라즈마 발생부위를 중심으로 안전한 차폐수단을 설치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 스테인레스 강판(10)이 용융 알루미늄 도금욕조(50)에 들어가기 전에 상압 플라즈마 처리를 수행한 후에 상기 용융 알루미늄 도금욕조(50)로 상기 스테인레스 강판(10)을 입력시킨다. 이와 같이 상기 상압 플라즈마 처리된 스테인레스 강판(10)은 상기 도금욕조(50)를 통과하면서 도금이 수행되고, 도금이 수행된 이후에는 수직방향으로 도금욕조(50)를 빠져나가게 되고, 이때 에어나이프(60)를 통해 에어를 적절히 분사하여 도금량을 조절한다.
도 2는 본 발명에 따른 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판의 제조방법을 보이는 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 스테인레스 강판(10)을 전해탈지 공정을 통해 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에서 이물질을 제거한다(S200). 상기 전해탈지 공정에서 표면의 이물질이 제거된 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 1차적인 플라즈마 처리를 수행한다(S202). 이어 상기 스테인레스 강판(10)에 대하여 상기 1차 플라즈마 처리가 완료된 후 상기 스테인레스 강판(10)을 알루미늄 도금을 위하여 예컨대, 예열 및 환원처리 설비(30)에서 적절한 온도로 가열한다(S204).
상기와 같이 가열된 스테인레스 강판(10)을 용융 알루미늄 도금욕조(50)에 담그기 전에 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 2차적인 플라즈마 처리를 수행한다(S206). 이와 같이 2차 플라즈마 처리가 완료되면 상기 스테인레스 강판(10)을 상기 용융 알루미늄 도금욕조(50)를 통과시켜 알루미늄 도금을 수행한다(S208).
여기서, 본 발명의 일 실시 예에서 상기 1차 및 2차 플라즈마 처리는 바람직 하게는 상압 플라즈마(70)를 이용한다. 이를 위하여 대기압에서 일정한 간격을 두고 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 전극에 직류 또는 교류 전원을 인가하여 상압 플라즈마(70)를 생성하고, 상기 상압 플라즈마가 생성된 두 전극 사이를 상기 스테인레스 강판(20)을 통과시킴으로써 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 상압 플라즈마 처리를 수행한다. 이 경우 상기 상압 플라즈마에 의한 이온들이 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 충돌하게 하여 상기 스테인레스 강판(20)의 표면에 대한 개질효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 제1차 플라즈마 처리를 선택적으로 생략할 수 있다. 즉 상기 스테인레스 강판(10)을 상기 용융 알루미늄 도금욕조(50)에서 알루미늄 도금을 수행하기 전에 한 번의 상압 플라즈마 처리만 수행할 수도 있다.
계속하여, 상기 알루미늄 도금이 완료되어 상기 알루미늄 도금욕조(50)를 통과한 상기 스테인레스 강판(10)의 표면에 대하여 에어나이프(60)를 통해 공기를 분사하여 도금량을 조절하도록 한다(S210).
도 3은 본 발명에 따른 상압 플라즈마 처리 전,후의 스테인레스 강판 상의 알루미늄 형상을 나타낸 도시화한 예시도이고, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 실제 상압 플라즈마 처리 전,후의 스테인레스 강판의 화상 및 용융 알루미늄의 젖음성을 실험한 결과를 나타낸다.
우선 도 3에서, 스테인레스 강판(10)에 본 발명에 따른 상압 플라즈마 처리 를 수행하기 전과 수행한 후의 용융 알루미늄(80)의 형상을 살펴보면, 상압 플라즈마 처리를 수행하기 전에는 용융 알루미늄(80)과 스테인레스 강판(10)과의 밀착성이 나빠 용융 알루미늄(80)이 둥그런 구 모양으로 형성되지만, 본 발명에 따른 상압 플라즈마를 처리한 후에는 용융 알루미늄(80)과 스테인레스 강판(10)과의 밀착성이 우수하여 넓은 면적으로 퍼져서 분포함을 알 수 있다. 이는 도 4에 도시된 실제 실시 예에 따른 실험 결과에서도 알 수 있다.
도 4에서는 본 발명의 일 실시 예로서, 스테인레스 강판(10)의 전,후면에 상기 스테인레스 강판(10)과의 간격을 4mm로 하여 전극을 각각 배치하고, 그 전극에 300Hz의 주파수를 갖는 펄스형 전원 1kV를 인가하여 상압 플라즈마를 발생시켰다. 이 실험을 적용하기 전과 적용한 후의 스테인레스 강판(10)의 표면에 대한 화상이 도 4의 (a)에 도시되어 있다. 도 4의 (a)에서 알 수 있듯이, 상압 플라즈마를 처리한 부분은 거칠기가 발생되어 표면개질의 효과가 발생되며, 나아가 표면의 산화효과도 발생된다.
또한, 도 4의 (b) 및 (c)에는 상기 실험조건에서 상압 플라즈마 처리를 수행하기 전과 수행한 후에 용융 알루미늄을 떨어뜨려 그 밀착성 및 젖음성을 실험한 결과를 사진으로 도시하고 있다. 도 4의 (b)는 상압 플라즈마 처리를 하지 않은 것으로서 스테인레스 강판과 용융 알루미늄과의 밀착성 및 젖음성이 낮음을 알 수 있고, 도 4의 (c)에는 상압 플라즈마 처리를 한 것으로서 스테인레스 강판과 용융 알루미늄과의 밀착성 및 젖음성이 매우 우수하다는 것을 알 수 있다.
상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
상기한 바와 같이 본 발명에 의하면 기존의 도금라인에 상압 플라즈마 처리장치를 간단히 추가하여 스테인레스 강판에 용융 알루미늄을 도금할 수 있으며, 간단한 방법으로 젖음성과 밀착성이 우수한 알루미늄 도금 스테인레스 강판을 제조할 수 있다.
Claims (3)
- 스테인리스 강판의 표면에 상압 플라즈마 처리를 수행하는 제 1 상압 플라즈마 처리단계;상기 제 1 상압 플라즈마 처리된 스테인레스 강판을 미리 설정된 온도로 가열하는 가열단계;상기 가열된 스테인레스 강판의 표면에 상압 플라즈마 처리를 수행하는 제 2 상압 플라즈마 처리단계; 및상기 제 2 상압 플라즈마 처리된 스테인레스 강판을 용융 알루미늄 도금욕조로 통과시켜 용융 알루미늄 도금을 수행하는 도금단계; 를 포함하는 상압 플라즈마를 이용한 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판 제조방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 상압 플라즈마 처리는,일정한 간격을 두고 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 전극에 직류 또는 교류 전원을 인가하여 상압 플라즈마를 발생시키는 단계; 및상기 상압 플라즈마가 발생된 한 쌍의 전극 사이로 상기 스테인레스 강판을 통과시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 상압 플라즈마를 이용한 용융 알루미늄 도금 스테인레스 강판 제조방법.
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