KR101491098B1 - 마그네슘 판재 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네슘 판재 및 그 도금방법에 관한 것으로, 마그네슘: 0.2~5.0중량%, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물에 의해 아연 합금 도금층이 형성된 마그네슘 판재 및 그 제조방법이 개시된다. 이때, 마그네슘 판재 제조방법은 마그네슘 판재를 예열하고, 상기 마그네슘 판재를 용융 아연도금욕에 침지하여 아연 도금층을 형성한 다음, 상기 침지된 마그네슘 판재를 인출하여 에어나이프를 통과시키고, 상기 에어나이프를 통과한 마그네슘 판재를 합금화처리 및 냉각시킴으로써 달성된다.

Description

마그네슘 판재 및 제조방법{MAGNESIUM PLATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 자동차 및 주방기기용 고내식성 아연 합금이 도금된 마그네슘 판재 및 그 도금방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 아연(Zn)과 마그네슘(Mg) 용탕을 이용하여 고 내식성을 확보한 마그네슘 판재 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 마그네슘 판재는 마그네슘을 녹여서 판재로 직접 주조한 후, 압연을 통해 제조하거나, 연주법으로 두꺼운 빌렛을 제조한 후, 압연을 통해 제조하는 것을 알려져 있다. 그러나, 상기 방법으로 제조되는 마그네슘 판재는 열악한 내식성으로 인해 실용성이 제한적이다.

마그네슘의 취약한 내부식성을 극복하기 위해 사용분야에 적합한 재질 및 공법으로 도장 및 코팅을 적용하고 있으나, 마그네슘 판재가 아직 널리 사용되고 있지 못하므로 마그네슘 판재에 적합한 표면처리 기법 및 재질도 매우 제한적인 실정이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 고내식성을 확보하여 자동차 및 주방기기로 사용될 수 있는 고내식성 마그네슘 판재 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 마그네슘: 0.2~5.0중량%, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물에 의해 아연 합금 도금층이 형성된 마그네슘 판재가 제공될 수 있다.

상기 마그네슘 판재는, 마그네슘의 함량이 50중량% 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 아연, 마그네슘 및 불가피한 불순물로 구성되는 아연합금에 의해 도금층이 형성되는 마그네슘 판재 제조방법이 제공될 수 있다.

상기 도금층 형성방법은, 마그네슘 판재를 예열하는 단계; 상기 마그네슘 판재 위에 아연 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 아연 도금층을 합금화처리하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 아연 도금층은 마그네슘을 0.2~5.0중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.

상기 예열하는 단계는, 1차 예열은 240~260℃, 2차 예열은 410~430℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 아연 도금층의 형성은 450~470℃의 용융 아연도금욕에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하고, 상기 합금화처리하는 단계는 320~340℃의 온도 범위에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 아연 도금층 형성 이후에는 마그네슘 판재를 폭 10mm당 10~30L/min의 유량의 에어나이프를 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 합금화처리 이후에 폭 10mm당 10~30L/min의 유량으로 냉각시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 마그네슘 판재는 마그네슘의 함량이 50중량% 이상인 것을 특징으로 하며, 상기 마그네슘 판재는 AZ31 합금일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 Zn-Mg 용탕을 이용함으로써 자동차 및 주방기기로 사용될 수 있는 마그네슘 판재의 내식성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 아연 합금이 도금된 마그네슘 판재 제조방법을 개략적으로 나타내는 공정순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 마그네슘 판재가 용융 아연 욕조를 통과하도록 한 후, 급속히 냉각하도록 함으로써 마그네슘 판재 표면이 아연이 도금되도록 유도한다. 모재인 마그네슘 판재와 아연도금재의 밀착성을 높이기 위해 마그네슘 판재와 아연 욕조를 각각 음극과 양극으로 통전할 수도 있다.

그리고, 마그네슘 판재는 중량비 기준으로 50% 이상의 마그네슘을 함유하며, 판재 낱장 혹은 판재 코일을 의미하고 아연 욕조도 중량비 기준으로 아연이 50% 이상이 함유된 것을 의미한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차용 고내식성 도금 강판 제조 방법을 개략적으로 나타내는 공정순서도이다.

이하에서는 도 1을 참조하여 마그네슘 판재 도금공정 순서에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 실시예에서는 Zn-Mg 용탕에 마그네슘 판재를 연속적으로 침지한 후, 합금화하여 마그네슘 판재 표면에 합금 도금층이 형성되도록 하는 것이다.

이를 위하여 먼저, 강재는 연속적으로 1차 및 2차 예열구간(1^st and 2^nd pre-heating section)(S10, S20), 용융 도금욕(Pot)(S30), 에어나이프(Air knife)(S40), 합금화처리 구간(Soaking section)(S50), 최종냉각대(Final Zn cooling)(S60)를 거치게 된다.

본 발명에 따른 실시예에서는 용융 아연도금욕의 조성을 Mg: 0.2~5.0 중량%을 포함하고, 나머지가 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어져 있다.

즉, 마그네슘은 내식성이 낮아 자동차용 도장 및 주방기기용 표면처리가 매우 어려우므로 마그네슘 판재 표면을 내식성이 뛰어난 아연 합금으로 도금하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 아연합금을 이용하여 아연합금 도금층과 모재 사이에 Mg₂Zn 금속간화합물 형성을 유도함으로써 도금 밀착성을 높이고 또한 모재와 동일한 성분인 Mg를 아연합금에 첨가함으로써 도금 밀착성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에서는 마그네슘 강재를 용융 아연도금욕에 침지하기 이전에 1차 및 2차 예열구간(1^st and 2^nd pre-heating section)을 거치도록 하는데, 상기 1차 예열구간의 온도는 240~260℃, 2차 예열구간의 온도는 410~430℃에서 실시한다.

만약, 최종 예열온도가 410℃ 보다 낮아지면 마그네슘 판재와 용융 아연 합금 간의 도금 밀착성이 저하되며, 반대로 430℃ 보다 높으면 마그네슘 판재의 표면산화가 가속화되므로 도금 밀착성이 저하될 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서의 최종 예열온도는 상기 범위로 한정한다.

또한, 마그네슘 판재를 단번에 상기 최종 예열온도까지 예열할 수도 있지만, 이럴 경우 판재부분별 온도편차로 발생되거나 부분적인 산화편차가 발생될 수 있으므로 1차 및 2차 예열구간으로 나누어 단계별로 예열하는 것이 유리하다. 이때의 1차 예열구간의 온도는 상기 범위에서와 같다.

본 발명에 따른 실시예에서의 용융 아연도금욕의 온도는 450~470℃ 로 한정하는데, 만약 용융 아연도금욕의 온도가 상기 범위를 벗어나면 도금 밀착성이 저하될 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서는 용융 아연도금욕의 온도를 450~470℃로 한정한다.

이 때, 상기 도금욕에서 인출된 판재는 합금화처리 구간(Soaking section)을 거치는데, 상기 합금화처리 구간의 온도는 Mg₂Zn 금속간화합물 형성을 통한 도금 밀착성 확보에 유리하도록 하기 위해 320~340℃로 한정한다. 이는 합금화처리 구간에서 상기 온도가 유지되면서 강재의 합금화 반응을 지속시키기 위한 반응을 유지하도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 도금욕에서 인출된 판재는 상기 합금화처리 구간으로 인입되기 이전에 에어나이프(Air knife)를 통과하는데, 상기 에어나이프의 유량은 판재의 폭(Width) 10mm당 10~30L/min 인 것이 바람직하다. 에어나이프(Air knife)는 고압의 에어를 분사하여 강재의 표면에 부착된 도금층이 균일하게 형성되도록 하는 역할을 수행한다. 본 발명에 따른 실시예에서 상기 에어나이프에서 분사되는 압축공기의 유량은 판재의 폭(Width) 10mm당 10~30L/min인 것이 바람직하다.

또한, 상기 합금화처리 구간을 거친 강재는 공기를 분사하여 강대를 냉각시키는 최종냉각대를 통과하되, 상기 최종 냉각대에서 분사되는 공기의 유량은 판재의 폭(Width) 10mm당 10~30L/min 인 것이 바람직하다. 최종냉각대에서는 강재의 표면에 기체를 분사하여 강재의 온도를 하강시켜 과도한 합금화 반응을 억제하게 된다. 이 때 분사되는 기체의 유량은 판재의 폭(Width) 10mm당 10~30L/min 인 것이 바람직하다.

[실시예]

Zn과 1.0, 4.0, 7.0중량%Mg 조성을 가지는 용탕을 이용하여 아래와 같은 공정조건으로 아연 도금 마그네슘 판재를 제조하였으며, 이 때 사용한 마그네슘 판재는 폭 150mm, 두께 1.5mm의 AZ31 합금이었다.

1차 예열구간온도 250℃, 2차 예열구간온도 420℃, 도금욕 온도 460℃, 에어나이프 유량 폭(Width) 10mm당 20L/min, 합금화처리 구간 온도 330℃, 최종냉각대 유량 폭(Width) 10mm당 20L/min로 하였다.

도금욕 조성별로 제조된 마그네슘 판재의 폭방향 두께편차 측정으로 통해 도금 밀착성을 간접적으로 비교하였다. 하기 표 1은 본 발명의 실시예에 따른 도금욕 조성 및 제조 공정에 따른 판재의 두께 평균 및 두께 편차를 나타낸다.

도금욕 조성 및 제조 공정에 따른 판재의 두께 평균 및 두께 편차

도금욕 조성	1차예열 온도(℃)	2차예열 온도(℃)	도금욕 온도(℃)	에어나이프 유량	합금화처리 온도(℃)	최종 냉각대 유량	두께 평균 (mm)	두께 편차 (mm)
Zn-1.0Mg	250	420	460	폭10mm당 20L/min	330	폭10mm당 20L/min	1.62	0.05
Zn-4.0Mg	250	420	460	폭10mm당 20L/min	330	폭10mm당 20L/min	1.59	0.03
Zn-7.0Mg	250	420	460	폭10mm당 20L/min	330	폭10mm당 20L/min	1.91	0.16

두께편차에 대한 결과를 살펴보면, Zn과 1.0, 4.0, 7.0중량%Mg 합금의 두께의 평균은 1.62, 1.59, 1.91 이었으며, 두께 편차는 0.05, 0.03, 0.16였다.

평균두께가 두껍거나 두께편차가 크다는 것은 도금층의 유동성 감소에 의한 도금 밀착성 저하와 관련되므로 Zn과 1.0, 4.0중량%Mg 합금의 도금 밀착성이 우수한 것으로 판단된다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

1. 마그네슘: 3.0초과~5.0중량% 미만, 나머지는 아연 및 불가피한 불순물에 의해 아연 합금 도금층이 형성되고, 도금층과 모재 사이에 Mg₂Zn 금속간화합물이 형성된 마그네슘의 함량이 50중량% 이상인 마그네슘 판재.
2. 삭제
3. 마그네슘 판재를 240~260℃에서 1차 예열하는 단계 및 410~430℃에서 2차 예열하는 단계;
   상기 마그네슘 판재를 450~470℃에서 마그네슘을 3.0초과~5.0중량% 미만을 포함하는 용융 아연 도금욕에 침지하여 아연 도금층을 형성하는 단계; 및
   상기 아연 도금층을 320~340℃에서 합금화처리하여 Mg₂Zn을 포함하는 금속간화합물을 형성하는 단계를 포함하는 마그네슘의 함량이 50중량% 이상인 마그네슘 판재 제조방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 제3항에 있어서,
   상기 아연 도금층 형성 이후에는 마그네슘 판재를 폭 10mm당 10~30L/min의 유량의 에어나이프를 통과시키는 단계를 더 포함하는 마그네슘 판재 제조방법.
10. 제3항에 있어서,
    상기 합금화처리 이후에 폭 10mm당 10~30L/min의 유량으로 냉각시키는 단계를 더 포함하는 마그네슘 판재 제조방법.
11. 삭제
12. 제3항에 있어서,
    상기 마그네슘 판재는 AZ31 합금인 것을 특징으로 하는 마그네슘 판재 제조방법.

Images