KR101486991B1 - 금속 표면 처리방법 및 이에 사용되는 금속 표면 처리제 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 표면 처리방법 및 이에 사용되는 금속 표면 처리제에 관한 것으로, 금속 소재의 스케일을 제거한 후 수세하는 단계와, 상기 수세 후, 상기 금속 소재가 다이스를 통해서 신선가공할 때의 윤활효과를 높이고 상기 금속 소재의 표면 보호를 위해 상기 금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하는 단계와, 건조하는 단계를 포함한다.
본 발명은 환경문제를 유발하지 않으면서 선재 표면에 신선성, 내식성, 내마모성을 부여하는 이점이 있다.

Description

금속 표면 처리방법 및 이에 사용되는 금속 표면 처리제{METHOD FOR TREATING METAL SURFACE AND METAL SURFACE TREATING AGENT USED THEREOF}
본 발명은 금속 표면 처리방법 및 이에 사용되는 금속 표면 처리제에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 소성가공시 윤활성 증대와 신선성 부여를 목적으로 금속 표면에 피막을 형성하며 침지(Batch System)와 연속작업(Inline System)을 포함하는 금속 표면 처리방법 및 이에 사용되는 금속 표면 처리제에 관한 것이다.
금속 중 철은 공기 중에서 산화되므로 소지 그대로 사용이 어렵다. 따라서, 금속 표면을 보호하기 위해 도금이나 화성처리 한다. 화성처리에는 도료의 밀착성, 내마모성, 소성 변형 가공의 윤활, 전기 절연 등의 목적으로 금속 소재의 표면에 인산염 피막을 형성하는 인산염 피막 처리가 일반적이다.
인산염 피막 처리 메커니즘은 아래와 같다.
3[Zn(H2PO4)2)] → Zn3(PO4)2 + 4H3PO4
인산염 피막 처리에 의해 형성된 인산염 피막은 소성 가공에서 이용되고 있는 표면 처리 중 가장 품질이 우수한 것으로 알려져 있다.
그러나 인산염 피막 처리는 중금속을 포함한 인산염 피막제의 폐수처리 문제, 아래와 같이 슬러지(Sludge) 발생(Fe(PO4))으로 인한 폐기물 처리 등의 문제가 발생한다.
슬러지(Sludge) 발생(Fe(PO4))가 발생하는 과정은 아래와 같다.
Fe+2H3PO4 → Fe(H2PO4)2 + H2
산화제(O) →H2O
FePO4(Sludge) + H3PO4 + 1/2H2O
또한, 인산염 피막제를 80℃ 이상의 온도로 관리하기 위하여 소비되는 열원 등도 문제가 되고 있다.
따라서, 지속적으로 환경 보호에 대한 인식이 높아지고 있는 현재 인산염 피막 처리 중 발생하는 산업폐기물은 환경 보호와 상충되는 관계에 있다.
본 발명의 목적은 기존 인산염 피막 처리에서 발생하는 폐수, 슬러지로 인한 환경문제를 개선하며, 특히 공정의 감소로 인한 열원 및 원 단위 감소의 효과를 부여하면서 금속 표면에 신성성을 부여하는 전처리(Precoating) 피막을 형성하는 금속 표면 처리방법 및 이에 사용되는 금속 표면 처리제를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 금속 소재의 스케일을 제거한 후 수세하는 단계와, 상기 수세 후, 상기 금속 소재가 다이스를 통해서 신선가공할 때의 윤활효과를 높이고 상기 금속 소재의 표면 보호를 위해 상기 금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하는 단계와, 건조하는 단계를 포함한다.
상기 금속 소재의 스케일 제거는, 화학산세공정, 전해산세공정, 물리적 탈스케일 공정 중 선택된 1종 또는 1종 이상의 방법으로 수행된다.
상기 알칼리금속염 피막은 알칼리금속염 반응물과 첨가제를 포함하는 금속 표면 처리제에 상기 수세한 금속 소재를 침적하여 상기 금속 소재 표면에 부착시킨다.
상기 금속 표면 처리제는 상기 알칼리금속염 반응물과 상기 첨가제의 질량비가 10:90~90:10 범위이다.
상기 알칼리금속염 반응물은 상기 반응물 총 질량에 대하여 Na2O 10~90 질량%, B2O3 10~90 질량%를 포함하고, pH가 5~10 범위이다.
상기 첨가제는 바인더로서 상기 알칼리 금속염 피막의 부착량을 증가시키고 상기 알칼리 금속염 피막에 내식성을 부여하는 역할을 하며,
B2O3, Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물과, CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물 중 선택된 1종 또는 이들의 화합물로 된다.
상기 무기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 B2O3 10~90 질량%, Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 30 이하 질량%, SiO2 0 초과 30 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%를 포함한다.
상기 유기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량%, CH3OH 1~15 질량%, COOH 1~15 질량%, Methoxy 1~15 질량%, ethoxy 1~15 질량%, hydroxyproxy 1~15 질량%, Ester 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%, C6H12O6 1~15 질량%, CH2OH 1~15 질량%, Polyol 1~15 질량%를 포함한다.
상기 첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종이 더 함유되며, 상기 첨가제 총 질량에 대하여 0 초과 10 질량% 범위로 함유한다.
상기 금속 소재는 선재이고, 상기 선재는 철강, 스테인레스, 알루미늄, 티탄, 구리, 마그네슘 및 이들의 합금 중 선택된 1종으로 이루어진다.
금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하는 금속 표면 처리제이며,알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 10:90~90:10 범위로 포함된다.
상기 알칼리금속염 반응물은 상기 반응물 총 질량에 대하여 Na2O 10~90 질량%, B2O3 10~90 질량%를 포함하고, pH가 5~10 범위이다.
상기 첨가제는 B2O3, Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물과, CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물 중 선택된 1종 또는 이들의 화합물로 된다.
상기 무기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 B2O3 10~90 질량%, Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 30 이하 질량%, SiO2 0 초과 30 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%를 포함한다.
상기 유기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량%, CH3OH 1~15 질량%, COOH 1~15 질량%, Methoxy 1~15 질량%, ethoxy 1~15 질량%, hydroxyproxy 1~15 질량%, Ester 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%, C6H12O6 1~15 질량%, CH2OH 1~15 질량%, Polyol 1~15 질량%를 포함한다.
상기 첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종이 더 함유되며, 상기 첨가제 총 질량에 대하여 0 초과 10 질량% 범위로 함유한다.
금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하며, B2O3를 함유하지 않는 보론(Boron) 프리(Free) 금속 표면 처리제이고, 첨가제와 물의 질량비가 5:95~50:50 범위로 포함된다.
첨가제는 Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO, S, Si, Ca 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물과, CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물 중 선택된 1종 또는 이들의 화합물을 포함한다.
상기 금속 표면 처리제는 K2O와 SiO2가 반응하여 상기 금속 소재의 표면에 알칼리금속염 피막을 형성한다.
본 발명의 금속 표면 처리방법은 알칼리 금속염 반응으로 선재의 표면에 알칼리 금속염 전처리 피막을 형성하므로 인산염 피막 형성시와 같이 환경문제를 유발하지 않으면서 선재 표면에 신선성, 내식성, 내마모성을 부여하는 효과와 각종 윤활제를 캐리어(carrier(pick-up)하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 공정 감소로 인한 열원 및 원 단위 감소의 효과를 부여하므로 금속 표면 처리를 위한 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 금속 표면 처리방법을 보인 과정도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 금속 표면 처리방법에 의해 형성된 피막을 보인 모식도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 금속 표면 처리방법에 의해 형성된 보론 프리 피막을 보인 모식도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 금속 표면 처리방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 소재의 스케일을 제거한 후 수세하는 단계와, 수세 후, 금속 소재가 다이스를 통해서 신선할 때의 윤활효과를 높이고 표면 보호와 각종 윤활제를 캐리어(carrier(pick-up))하기 위해 금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 전처리 피막(이하, '알칼리 금속염 피막'이라 칭함)을 형성하는 단계와, 건조하는 단계를 포함한다.
금속 소재는 선재가 해당된다. 선재는 신선가공에 의해 각종 선을 제조하는 원자재(Wire Rod)을 의미한다. 선재는 열간압연에 따라 직경 5.5mm~32mm의 것이 제조되며, 다이스의 구멍을 통해서 뽑아내어 목적하는 모양과 치수의 가는 선으로 만드는 신선가공에 의해 강선, 철선, 피아노선 등으로 제조된다.
선재는 열간압연하고 나면 표면에 경질의 스케일이 형성되는데 신선가공을 위해서는 스케일을 제거해야 한다. 또한, 선재는 열간압연 후 물리적 성질(강도와 인성)을 얻기 위해 열처리를 수행하는데, 열처리를 행한 선재도 표면에 스케일이 형성되므로 신선가공을 위해서는 스케일을 제거해야 한다. 스케일은 선재 표면에 발생하는 산화물로 제거하지 않으면 신선가공에 영향을 준다.
스케일 제거는 화학산세공정, 전해산세공정, 물리적 탈스케일 공정 중 선택된 1종 또는 1종 이상의 방법으로 수행될 수 있다.
산세(酸洗)공정은 선재를 염산, 황산 등에 일정시간 침적하여 스케일을 제거하는 공정이고, 물리적 탈스케일 공정은 굴곡 파쇄(scale breaker)를 하거나 선재의 표면에 경질의 미립 투사물과 고압수를 분사하여 선재 표면의 스케일을 제거하는 공정이다.
산세공정의 스케일 제거는 염산, 황산, 질산 등의 산세용액의 농도를 높여 제거율을 높일 수 있다.
선재 표면의 스케일을 제거한 후에는 수세(水洗)하고 선재의 표면에 알칼리금속염 피막을 형성한다. 알칼리 금속염 피막의 형성 후 건조하고 신선가공을 수행한다.
신선가공시 가장 중요한 조건이 윤활효과를 통한 신선가공성 확보이다. 신선가공은 고속으로 가공되는 경우가 많으므로 가공 중 온도 상승을 일으키고 윤활유의 점도저하 또는 분말 윤활제의 효부현상 및 유막파단이 일어나기 쉽다. 또한, 신선가공은 높은 온도를 발생하고 수반하므로 다이스와 선재의 마찰로 인해 다이스에 응착물이 발생하기 쉽고 이 응착물로 인해 선재에 표면흠이 발생하거나 원활한 소성 변형 작업이 어려울 수 있다.
따라서, 신선가공 중 다이스와 선재 사이에 발생하는 고온, 고압의 마찰로 인한 선재 표면의 손상을 방지하고 원활한 소성 변형 작업을 위해 선재 표면에 피막을 형성한다.
피막은 알칼리 금속염 피막이다. 알칼리 금속염 피막은 알칼리금속염 반응물과 첨가제를 포함하는 금속 표면 처리제에 수세한 선재를 침적하여 선재 표면에 부착시킨 것이다.
이 외에도 금속 표면 처리제를 선재 표면에 분사하는 스프레이법, 솔로 바르는 브러싱법, 롤로 바르는 방법 등을 적용할 수 있으나, 금속 표면 처리제가 담겨진 탱크 내에 선재를 침적하고 통과시킴으로써 선재 표면에 금속 표면 처리제를 부착시키는 침지법이 가장 적합하다.
알칼리 금속염 피막은 신선가공에 있어 윤활성을 향상시켜 원활한 소성 변형 작업을 가능하게 한다.
알칼리 금속염 피막의 부착량(두께)은 5~30g/㎡인 것이 바람직하다.
알칼리 금속염 피막의 부착량은 신선가공과 관련되며, 피막 부착량이 5g/㎡ 미만이면 피막에 의한 내식성 및 내마모성 확보 효과가 없고 신선가공에서 윤활성을 확보하기 어려우며, 30g/㎡를 초과하면 과도한 피막으로 인해 피막 자체의 밀착성이 열화되는 동시에 오히려 신선가공성이 저하되는 문제가 있다.
알칼리 금속염 피막은 10g/㎡의 부착량일 때 가장 좋은 형태의 피막이 형성된다.
금속 표면 처리제는 알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 10:90~90:10 범위이다. 바람직하게는, 금속 표면 처리제는 알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 60:40~70:30 범위이다.
알칼리금속염 반응물이 선재 표면에 피막을 형성한다.
첨가제는 피막의 내식성을 높이고 피막 또는 윤활제의 부착량을 증가시키는 역할을 한다. 첨가제를 포함하지 않고 알칼리금속염 반응물만으로 선재 표면에 피막을 형성하는 경우 피막 형성은 가능하나 부착량 조절이 어렵고 균일하지 않으며 선재에 녹이 발생하는 등 내식성 확보가 어렵다.
알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 60:40 질량비 미만이면 피막형성에는 큰 문제가 없으나 알칼리 금속염 반응물의 양이 부족하여 좋은 형태의 피막형성이 어려울 수 있고, 70:30 질량비를 초과하면 첨가제가 부족하여 윤활제 캐리어(carrier(pick-up)) 능력 부족으로 좋은 형태의 피막형성이 어려울 수 있다.
더욱이, 알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 10:90 질량비 미만이면 피막 부착량 확보가 어렵고, 90:10 질량비를 초과하면 첨가제가 부족하여 좋은 형태의 피막형성이 어렵고 피막의 균일한 부착도 어렵다
알칼리금속염 반응물은 상기 반응물 총 질량에 대하여 Na2O 10~90 질량%, B2O3 10~90 질량%를 포함하고, pH가 5~10 범위이다.
Na2O와 B2O3가 반응하여 알칼리 금속염을 형성한다. 따라서, 알칼리 금속염은 Na2B4O7을 포함한다. 이러한 알칼리 금속염은 산을 중화시키는 역할을 하므로 인산염 피막 형성시와 같이 선재의 표면 처리시 환경문제를 유발하지 않는다.
알칼리금속염 반응물은 pH 5 미만 10 pH 초과에서는 점도가 저하되어 시간 내 피막형성 반응이 어려울 수 있다. 따라서 pH가 5~10 범위인 것이 바람직하다.
첨가제는 B2O3, Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물과, CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물 중 선택된 1종 또는 이들의 화합물로 된다.
첨가제는 무기화합물이 기본성분이다. 무기화합물(무기물)은 바인더로서 알칼리 금속염 피막의 부착량을 증가시키고 알칼리 금속염 피막에 내식성을 부여하는 역할을 한다.
유기화합물(유기물)은 무기화합물에 추가되어 더 많은 무기화합물이 부착되도록 함으로써 피막 또는 윤활제의 부착량을 증가시키는 역할을 한다. 유기화합물은 무기화합물과 함께 첨가제로 사용시 더 많은 무기화합물을 잡아당겨 피막 부착량을 증가시킨다.
무기화합물과 유기화합물은 99:1 ~ 50:50 질량비 비율로 포함될 수 있다.
무기화합물에 비해 유기화합물의 함량이 더 많은 경우 피막 부착량 증가 효과가 포화된다.
무기화합물은 B2O3, Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 무기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 B2O3 10~90 질량%, Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 30 이하 질량%, SiO2 0 초과 30 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%를 포함할 수 있다.
또는, 무기화합물은 BaO, SO3, SrO를 포함할 수 있다. 예를 들어, 무기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 BaO 1~10 질량%, SO3 1~90 질량%, SrO 1~90 질량%를 포함할 수 있다.
유기화합물은 CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여 CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량%, CH3OH 1~15 질량%, COOH 1~15 질량%, Methoxy 1~15 질량%, ethoxy 1~15 질량%, hydroxyproxy 1~15 질량%, Ester 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%, C6H12O6 1~15 질량%, CH2OH 1~15 질량%, Polyol 1~15 질량%를 포함할 수 있다.
유기화합물에서 CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol는 작용기를 의미한다.
첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물(유무기복합물)을 중 선택된 1종이 더 함유되며, 첨가제 총 질량에 대하여 0 초과 10 질량% 범위로 함유할 수 있다.
첨가제는 선재에 피막이 균일하게 형성되도록 하는 작용을 한다.
선재를 금속 표면 처리제가 담겨진 탱크 내에 침적한 후 통과시킴으로써 선재 표면에 금속 표면 처리제를 부착시키는 방법이 일반적인데, 이 경우 선재가 탱크 내에 침적된 후 통과하는 과정에서 선재 상부의 금속 표면 처리제가 중력에 의해 하부로 흘러내리게 되고 하부로 흘러내린 금속 표면 처리제가 선재의 하부로 몰리게 되어 선재 상부의 피막은 얇고 하부의 피막은 굵은 불균일 현상이 나타날 수 있다.
이를 방지하기 위해 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물을 중 선택된 1종이 더 함유된다.
Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물은 작용기가 금속 표면 처리제가 선재에 부착된 상태를 균일하게 만들어 주어 선재에 균일한 피막을 형성하도록 돕는다.
첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종은 첨가제 총 질량에 대하여 10 질량%를 초과하여 포함되면 다른 첨가제 성분 즉, 무기화합물이나 유기화합물의 성분이 상대적으로 감소하여 피막 부착량 확보가 어려울 수 있다.
피막 형성 후 건조는 40~300℃ 범위가 바람직하다. 건조온도는 40℃ 미만이면 건조가 충분하지 않아 피막 형성에 의한 충분한 효과를 기대하기 어렵고, 300℃를 초과하면 건조 후 냉각이 용이하지 않고 피막의 탄화 발생 등 피막성분 결합의 변형으로 인해 전반적인 성능이 감소될 수 있다.
도 2 및 도 3에는 본 발명의 금속 표면 처리방법에 의해 형성된 알칼리 금속염 피막이 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 알칼리 금속염 피막은 알칼리 금속염 반응물과 무기화합물이 작용하여 형성할 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 알칼리 금속염 반응물과 무기화합물, 유기화합물이 함께 작용하여 형성할 수도 있다.
도 2의 경우 도 3에 비해 상대적으로 얇은 두께의 피막이 형성되며, 두 경우 모두 첨가제로 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종이 첨가되어 선재의 상부와 하부 피막 형성을 균일하게 한다.
전술한 금속 표면 처리방법은 Na2O와 B2O3가 반응하여 알칼리 금속염을 형성하므로 피막 처리 과정 중에 과도한 슬러지가 발생하지 않고 중금속 등의 폐기물 발생이 방지된다.
따라서, 본 발명의 금속 표면 처리방법은 인산염 피막 형성시와 같이 선재의 표면 처리시 환경문제를 유발하지 않으면서 선재 표면에 신선성, 내식성, 내마모성 등을 부여한다.
금속 소재는 선재를 예로 들어 설명하였으나, 반드시 금속 소재가 선재에 해당하는 것은 아니고 소성 가공시 윤활을 요구하는 강판, 강재 등 다양한 소재에 해당될 수 있다.
그리고, 금속 소재는 철강, 스테인레스, 알루미늄, 티탄, 구리, 마그네슘 및 이들의 합금 중 선택된 1종으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 금속 표면 처리제는 상기 언급한 구성요소 외에 본 발명의 취지나 피막 성능을 해치지 않는 범위로 소포제, 물 등을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 금속 표면 처리제는 상기에서 언급한 성분을 일정량으로 유리하게 혼합하여 제조할 수 있으며, 혼합 방법은 특별히 제한되지 않으며 여러 가지 공지 방법을 적용할 수 있다.
금속 표면 처리제의 온도는 70~90℃로 유지한다. 금속 표면 처리제의 온도는 70℃ 미만이면 부착 효과가 낮고 90℃를 초과하면 휘발되어 사라지는 양이 많아지게 되고 전체적인 질량비를 유지하기 어렵다.
상기한 바와 같은 과정에 의해 알칼리 금속염 피막이 형성된 선재는 신선가공을 통해 원하는 모양과 치수의 가는 선으로 만들게 된다.
이하, 본 발명을 하기의 발명예 및 비교예에 의해 상세히 설명한다.
그러나, 하기 발명예 및 비교예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기의 발명예와 비교예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 발명의 금속 표면 처리제를 이용하여 선재에 피막 형성 후 부착량, 신선성, 내마모성, 피막 균일 여부 등을 나타낸 것이다.
(단위:질량%)
구분 Na2O B2O3 무기화합물 유기화합물 기타
화합물		 부착량 신선성 내식성 내마모성 피막 균일 여부
비교예1 40 60 0 0 0 4 × × × 불균일
비교예2 20 30 50 0 0 4.5 × ○ × 불균일
발명예1 30 30 39 0 1 5.5 ○ ○ ○ 균일
비교예3 30 30 40 0 0 5.7 △ △ △ 불균일
발명예2 30 40 29 0 1 10 ○ ○ ○ 균일
비교예4 35 40 25 0 0 4.9 △ △ △ 균일
발명예3 35 35 25 4 1 20 ○ ○ ○ 균일
발명예4 40 30 25 4 1 18 ○ ○ ○ 균일
발명예5 30 30 25 14 1 20 ○ ○ ○ 균일
발명예6 40 30 20 9 1 15 ○ ○ ○ 균일
발명예7 40 30 20 7 3 10 ○ ○ ○ 균일
비교예5 40 30 20 6 4 4.9 ○ ○ ○ 균일
비교예6 60 0 30 9 1 0 × × × -
비교예7 0 60 30 9 1 0 × × × -
비교예8 70 0 20 9 1 0 × × × -
비교예9 0 70 20 9 1 0 × × × -
[부착량 단위:g/㎡ ]
<신선성>
○: 우수, △: 보통, ×: 나쁨
<내식성 및 내마모성>
○: 우수, △: 보통, ×: 나쁨
참고로, 무기화합물은 첨가제 총 질량에 대하여 B2O3 10~90 질량%, Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 30 이하 질량%, SiO2 0 초과 30 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%를 포함하는 것을 사용하였고, 유기화합물은 첨가제 총 질량에 대하여 CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량%, CH3OH 1~15 질량%, COOH 1~15 질량%, Methoxy 1~15 질량%, ethoxy 1~15 질량%, hydroxyproxy 1~15 질량%, Ester 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%, C6H12O6 1~15 질량%, CH2OH, 1~15 질량%, Polyol 1~15 질량%를 포함하는 것을 사용하였으며, 기타 화합물은 Ester계 작용기를 가지는 화합물을 사용하였다.
또한, 선재는 금속 표면 처리제가 담긴 탱크에 1~10분간(Batch System) 또는 1초에서 5분간(Inline System)침적 후 통과하도록 하였으며, 이때 금속 표면 처리제의 온도는 70~90℃로 유지하였다.
표 1에 의하면, 첨가제가 함유되지 않은 비교예1은 부착량이 낮았고 피막도 불균일 하였고, 기타 화합물이 포함되지 않은 비교예2, 비교예3은 피막이 불균일 하였다.
알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 60:40~70:30 범위를 만족하지 않고 첨가제가 함유되지 않는 비교예4는 피막 부착량이 부족했고 그에 따라 신선성, 내식성, 내마모성이 부족했다.
기타 화합물의 함량이 첨가제 총 질량에 대해 10 질량%를 초과하는 비교예5는 피막은 균일했으나 상대적인 무기화합물 또는 유기화합물의 함량이 부족하여 피막 부착량이 낮았다.
Na2O와 B2O3중 어느 한 성분만 포함하는 비교예 6 내지 비교예9는 금속염이 생성되지 않아 피막이 형성되지 않았다.
반면, 본 발명의 범위를 만족하는 발명예1 내지 발명예 7은 피막 부착량이 5~30g/㎡를 만족했고, 피막도 균일하였다. 특히, 발명예 2에서 피막 부착량이 10g/㎡로 좋은 형태의 피막이 형성되었다.
위 실험 결과를 통해, 본 발명의 금속 표면 처리제는 환경문제를 유발하지 않으면서 선재 표면에 균일한 피막을 형성하여 신선성, 내식성, 내마모성을 부여하는 효과가 있음을 확인할 수 있다.
다른 실시예로, 금속 표면 처리제가 보론(Boron) 프리(Free) 목적일 경우 첨가제와 물을 포함하며, 첨가제와 물의 질량비를 5:95~50:50로 할 수 있다.
보론 프리 목적에서는 알칼리금속염 반응물을 별도로 사용하지 않으며 첨가제에 포함되어 있다. 보론 프리에서는 첨가제에 알칼리금속염 반응물이 포함되어 있으므로 금속 표면 처리제에 포함되는 첨가제의 질량이 상술한 실시예와 다를 수 있다.
첨가제는 Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO, S, Si, Ca 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물과, CH2O, C6H10O5, CH3OH, COOH, Methoxy, ethoxy, hydroxyproxy, Ester, 갈락토오스, 글루코오스, C6H12O6, CH2OH, Polyol 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물 중 선택된 1종 또는 이들의 화합물을 포함한다.
바람직하게는, 무기화합물은 Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 90 이하 질량%, SiO2 0 초과 90 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%, S 0 초과 30 이하 질량%, Si 0 초과 30 이하 질량%, Ca 0 초과 30 질량% 이하를 포함한다.
유기화합물은 CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량%, CH3OH 1~15 질량%, COOH 1~15 질량%, Methoxy 1~15 질량%, ethoxy 1~15 질량%, hydroxyproxy 1~15 질량%, Ester 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%, C6H12O6 1~15 질량%, CH2OH, 1~15 질량%, Polyol 1~15 질량%를 포함한다.
첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종이 더 함유된다.
유기화합물 및 더 함유되는 첨가제가 피막 형성에 작용하는 원리에 대해서는 실시예에 이미 기재하였으로 자세한 설명을 생략하기로 한다.
보론 프리에서는 B2O3를 함유하지 않으며 K2O와 SiO2가 반응하여 알칼리금속염 피막을 형성한다. 즉, 보론 프리에서는 SiO2 10~90 질량%, K2O 10~90 질량%가 포함되고 B2O3가 함유되지 않는다.
실험결과, 도 4에 도시된 바와 같이, B2O3를 함유하지 않는 보론(Boron) 프리(Free) 금속 표면 처리제도 첨가제와 물의 질량비를 5:95~50:50 범위로 포함하는 경우 첨가제에 포함된 K2O와 SiO2가 반응하여 금속 소재의 표면에 알칼리금속염 피막을 형성함을 확인할 수 있었다.
그리고, 금속 소재의 표면에 형성된 알칼리금속염 피막은 피막 부착량이 5~30g/㎡를 만족했고, 피막도 균일하였다.
본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (19)

  1. 금속 소재의 스케일을 제거한 후 수세하는 단계와;
    상기 수세 후, 상기 금속 소재가 다이스를 통해서 신선가공할 때의 윤활효과를 높이고 상기 금속 소재의 표면 보호를 위해 상기 금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하는 단계와,
    건조하는 단계를 포함하며,
    상기 알칼리금속염 피막은
    알칼리금속염 반응물과 첨가제를 포함하는 금속 표면 처리제에 상기 수세한 금속 소재를 침적하여 상기 금속 소재 표면에 부착시킨 것이며,
    상기 금속 표면 처리제는
    상기 알칼리금속염 반응물과 상기 첨가제의 질량비가 10:90~90:10 범위이며,
    상기 알칼리금속염 반응물은 상기 반응물 총 질량에 대하여
    Na2O 10~90 질량%, B2O3 10~90 질량%를 포함하고,
    pH가 5~10 범위이며,
    상기 첨가제는 바인더로서 상기 알칼리 금속염 피막의 부착량을 증가시키고 상기 알칼리 금속염 피막에 내식성을 부여하는 역할을 하며,
    B2O3, Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물을 기본성분으로 하고,
    상기 무기화합물에 CH2O, C6H10O5, CH3OH, 갈락토오스, 글루코오스, 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물이 더 포함되며,
    상기 알칼리 금속염 피막은 상기 금속 소재의 표면에 신선성을 부여하는 전처리 피막으로서 건조 후 신선가공 시 사용되는 윤활제를 캐리어(carrier)하는 역할을 하며,
    상기 전처리 피막의 부착량은 5~30g/m2이고,
    상기 무기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여
    B2O3 10~90 질량%, Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 30 이하 질량%, SiO2 0 초과 30 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%를 포함하며,
    상기 유기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여
    CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량% CH3OH 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 소재의 스케일 제거는,
    화학산세공정, 전해산세공정, 물리적 탈스케일 공정 중 선택된 1종 또는 1종 이상의 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종이 더 함유되며,
    상기 첨가제 총 질량에 대하여 0 초과 10 질량% 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 소재는 선재이고,
    상기 선재는 철강, 스테인레스, 알루미늄, 티탄, 구리, 마그네슘 및 이들의 합금 중 선택된 1종으로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리방법.
  11. 금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하는 금속 표면 처리제이며,
    상기 금속 표면 처리제는 알칼리금속염 반응물과 첨가제의 질량비가 10:90~90:10 범위로 포함되며,
    상기 알칼리금속염 반응물은
    Na2O 10~90 질량%, B2O3 10~90 질량%를 포함하고,
    pH가 5~10 범위이며,
    상기 첨가제는 바인더로서 상기 알칼리 금속염 피막의 부착량을 증가시키고 상기 알칼리 금속염 피막에 내식성을 부여하는 역할을 하며,
    B2O3, Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물을 기본성분으로 하고,
    상기 무기화합물에 CH2O, C6H10O5, CH3OH, 갈락토오스, 글루코오스, 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물이 더 포함되며,
    상기 알칼리 금속염 피막은 상기 금속 소재의 표면에 신선성을 부여하는 전처리 피막으로서 건조 후 신선가공 시 사용되는 윤활제를 캐리어(carrier)하는 역할을 하며,
    상기 전처리 피막의 부착량은 5~30g/m2이고,
    상기 무기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여
    B2O3 10~90 질량%, Al2O3 0 초과 30 이하 질량%, ZrO2 0 초과 30 이하 질량%, K2O 0 초과 30 이하 질량%, SiO2 0 초과 30 이하 질량%, Fe2O3 0 초과 10 이하 질량%, MgO 0 초과 10 이하 질량%를 포함하며,
    상기 유기화합물은 상기 첨가제 총 질량에 대하여
    CH2O 1~15 질량%, C6H10O5 1~15 질량% CH3OH 1~15 질량%, 갈락토오스 1~15 질량%, 글루코오스 1~15 질량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리제.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 첨가제는 Ester계, Vinyl계, Epoxy계, Methacryloxy계, Amino계, Mercapto계의 작용기를 가지는 화합물 중 선택된 1종이 더 함유되며,
    상기 첨가제 총 질량에 대하여 0 초과 10 질량% 범위로 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리제.
  17. 금속 소재의 표면에 알칼리 금속염 피막을 형성하며, B2O3를 함유하지 않는 보론(Boron) 프리(Free) 금속 표면 처리제이고, 상기 금속 표면 처리제는 첨가제와 물의 질량비가 5:95~50:50 범위로 포함되며,
    첨가제는 바인더로서 상기 알칼리 금속염 피막의 부착량을 증가시키고 상기 알칼리 금속염 피막에 내식성을 부여하는 역할을 하며,
    Al2O3, ZrO2, K2O, SiO2, Fe2O3, MgO, BaO, SO3, SrO, S, Si, Ca 중 선택된 1종 이상을 포함하는 무기화합물을 기본성분으로 하고,
    상기 무기화합물에 CH2O, C6H10O5, CH3OH, 갈락토오스, 글루코오스, 중 선택된 1종 이상을 포함하는 유기화합물이 더 포함되며,
    상기 알칼리 금속염 피막은 상기 금속 소재의 표면에 신선성을 부여하는 전처리 피막으로서 건조 후 신선가공 시 사용되는 윤활제를 캐리어(carrier)하는 역할을 하며,
    상기 전처리 피막의 부착량은 5~30g/m2인 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리제.
  18. 삭제
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 금속 표면 처리제는 K2O와 SiO2가 반응하여 상기 금속 소재의 표면에 알칼리금속염 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 표면 처리제.
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