KR101558923B1 - 티타니아 복합 용융도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents
티타니아 복합 용융도금강판 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 복합 용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 도금강판의 도금층은 광촉매로 작용하는 티타니아를 포함하고 있으며, 전자기 또는 기계적와류에 의하여 상기 티타니아와 용융도금물질을 혼합하여 제조하는 티타니아 복합 용융도금강판 및 그 제조방법을 특징으로 한다.
자외선이 상기 티타니아에 방사되면 티타니아에서 여기전자가 방출되어 도금층의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 여기전자에 의하여 강 표면에 존재하는 유기물을 분해하여 자체 정화 능력을 가질 수 있다.
용융도금강판, 도금강판, 티타니아, 광촉매
Description
본 발명은 철강 표면에 이종물질을 도금하여 내식성. 내산화성, 내마모성 등을 향상시키는 도금강판에 관한 것으로서, 티타니아를 용융도금 물질과 혼합하여 철강의 표면을 도금함으로써 내식성, 내산화성 등을 향상시키고 철강 표면의 유기물을 분해하는 정화능력을 향상시킬 수 있는 티타니아 복합 용융도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 용융도금강판의 수요는 냉연강판 수요의 50%이상을 차지하고 건축 및 산업소재로서 매년 그 수요가 증가하고 있다. 강판의 고급화가 요구되고 있으며 기능성 제품인 바이오 강판, 향균 강판 등도 개발되고 있다.
부식이란 금속이 주위환경과 전기화학적 반응을 하여 금속이 열화되는 현상이다. Zn은 산화반응에 의하여 Zn -> Zn2 + + 2e-로 반응이 진행된다. Zn의 원자가 가 0으로부터 +2로 증가하면서 전자를 방출하게 된다.
상기와 같은 부식에 의하여 용융도금강판은 손실을 입게 된다. 최근에는 강 판의 고급화를 위해서 내식성을 향상시킨 강판이 요구되고 있다.
강판의 내식성을 향상시키기 위하여 도금의 부착량을 30g/㎡에서 500g/㎡까지 증가시켜 파형 강관 및 강판으로 사용하고 있다. 또한, 도금물질로서 종래의 Zn보다 활성이 좋은 금속을 합금한다.
예를들면, Zn에 Al, Mg을 첨가하여 Galfan. Galvalum, Zam, SuperDyma 등의 제품을 제조한다. 그러나 상기와 같이 도금물질이 증가되고 다양한 합금화로 인하여 모재인 철강재와의 접착력이 감소하고 원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 용융도금물질에 티타니아를 포함하여 도금층의 부식을 방지하고 강표면에 존재하는 유기물질을 분해할 수 있는 복합 용융도금강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 복합 용융도금강판에 있어서, 티타니아 30중량% 이하와 잔부 용융도금 성분으로 조성된 복합 용융도금층이 형성된 것을 특징으로 한다. 상기 용융도금 물질은 아연, 주석 및 알루미늄 중 1종 또는 2종 이상임이 바람직하다.
본 발명의 다른 일실시예로써, 복합 용융도금강판의 제조방법에 있어서, 용융도금 물질 및 티타니아의 모합금을 제조한 후 상기 모합금을 용융도금욕에 첨가하고 전자기 또는 기계적 와류에 의하여 혼합하여 균일한 복합 용융도금욕을 만드는 단계 및 상기 복합용융도금욕을 이용하여 용융도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 용융도금 물질은 아연, 주석 및 알루미늄 중 1종 또는 2종 이상임이 바람직하다. 티타니아의 함량은 30중량%이하가 바람직하다.
본 발명에 의하면, 금속 도금층에 광촉매작용을 하는 티타니아를 혼합하여 빛에 의하여 티타니아로부터 여기된 전자가 금속 도금층의 부식속도를 감소시켜 내식성을 향상시킨 복합 용융도금강판을 제조할 수 있다. 또한, 여기된 전자는 도금층 표면에서 유기물을 분해하여 자체 정화효과도 나타낼 수 있다.
본 발명은 용융도금물질로 사용할 수 있는 도금물질에 특별히 제한되는 것은 아니지만, 아연, 주석 및 알루미늄 중 1종 또는 2종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 아연을 용융도금물질로 사용하는 것이 바람직하다. 이하, 아연을 용융도금물질로 선택하여 본 발명을 설명하고자 한다.
티타니아의 함량은 30중량%이하가 바람직하다. 30중량%를 초과하는 경우에는 티타니아와 용융도금물질을 교반하기 어려워 혼합할 수 없는 경우가 발생할 수 있다. 다만, 보다 바람직하게는 티타니아의 함량은 5중량%이하임이 바람직하다. 하기 실시예를 통하여서 확인해 볼 수 있듯이 티타니아의 함량이 5중량%이하의 경우에는 교반이 매우 용이하다.
또한, 전자기 또는 기계적 와류에 의하여 티타니아와 아연을 혼합할 수 있으며, 지나치게 교반속도가 빠르면 복합 용융도금물질이 묽게 되어 도금이 용이하게 되지 않고 반대로 교반속도가 느리면 복합 용융도금물질이 도금전에 굳어버릴 수 있다.
도 1을 보면, 냉연강판(1)의 복합 용융도금층(2)에서는 부식에 의하여 Zn이 Zn2+이온으로 분리되고 전자(e-)는 수용액 중의 수소와 반응하여 H2가스를 발생한다. 금속산화물인 티타니아(3)는 빛을 받으면 3.2eV 밴드갭 에너지띠가 형성되면서 여기전자(e-)를 발생시킨다. 상기 발생된 여기전자가 부식시 생성되는 금속이온을 환 원시켜 부식속도를 감소시킨다. 또한, 여기전자가 물과반응하면 수산화기(OH-)가 생성되어 각종 유기물과 광촉매제의 반응을 일으켜서 상기 유기물은 H2O, CO2와 같은 무해한 물질로 분해되어 소멸된다.
아연은 원자량이 65.38이고 티타니아는 79.9로써 유사하지만, 티타니아는 세라믹으로서 밀도가 낮아 용융 아연과 혼합되기 어렵다. 따라서, 아연과 티타니아를 강력한 교반에 의하여 모합금을 제조한 후 용융 도금조에 투여하여야만 혼합할 수 있다.
따라서, 먼저 아연과 티타니아를 강력히 교반 혼합하여 아연/티타니아 모합금을 제조한 후 아연 용융 도금조에 아연/티타니아 모합금을 첨가하고 티타니아의 분산을 도와주기 위하여 전자기장 또는 기계적인 유동을 주어 아연과 티타니아가 혼합된 용융 도금조를 만든다.
냉간 압연된 코일상태의 강판을 도금조에 넣어 통과시킨다. 강판은 도금조를 통과하면서 강판의 표면에 아연과 티타니아의 복합층을 형성한다.
아연도금층의 부식 시험시 하기와 같은 반응식에 의하여 부식이 일어난다.
(반응식)
양극반응 : Zn → Zn2 + + 2e- ---------- 반응식 1
음극반응 : 2H+ + 2e- → H2 ----------- 반응식 2
Zn + 2H+ → Zn2 + + H2 -------- 반응식 3
아연은 양극반응에 의하여 2가 양이온이 되고 전자 2개가 빠져나간다. 반면에 수소이온은 상기 전자 2개와 반응하여 수소가스가 된다.
본 발명인 티타니아를 함유한 용융도금강판은 상기의 부식을 억제할 수 있다. 티타니아는 광촉매로써 빛에 의하여 전자를 방출한다. 따라서, 티타니아가 방출한 전자는 Zn2 + 와 반응하여 다시 Zn로 환원된다. 즉, 아연도금층이 부식에 의하여 감소하는 것을 방지한다.
도2에 나타낸 바와 같이, 전극의 부식전위를 비교하여 보면 아연도금의 경우 반응식1과 2의 반응에 의하여 두 선이 만나는 교점이 Icorr으로 부식전위와 전류를 결정하게 되고 부식전류는 부식되는 속도를 나타내게 된다.
티타니아를 도금층에 혼합한 경우에는 아연의 양극 부식전위(EZn / Zn2 +)가 전자를 공급받아서 새로운 부식전위(E'Zn/Zn2+)으로 증가한다. 따라서, 음극의 반응선과 교차하는 부식전위인 Icorr이 I'corr으로 변화하여 부식전류가 감소하게 되는 것이다. 또한 부식전류의 감소는 부식속도의 감소를 나타낸다.
이하, 실시예를 통하여 본발명을 구체적으로 설명한다.
(실시예)
티타니아 30중량%를 포함한 아연/티타니아를 강력히 교반하여 아연/티타니아 모합금을 제조하여 용융된 아연 도금조에 첨가한 후 교반시켜 전체적으로 균일한 복합 용융 도금조를 만든다. 복합 용융도금조의 티타니아 농도는 0~20%까지 조정하여 도금욕을 제조한 후 아연의 용해온도보다 50℃ 정도 과열하여 470℃로 유지한다. 티타니아는 TiO2이고 아나타제(anataze)구조로써 순도는 98.5%이상이다. 또한 입자의 크기는 0.33㎛이다. 복합 용융도금을 위하여 냉연강판을 0.5% NaOH 수용액으로 세척한 후에 침적하여 강판의 표면에 복합 도금층을 형성한다. 상기 형성된 복합 용융도금 강판을 자외선 형광램프 밑에서 0.1M HCl 수용액을 사용하고 카로멜 전극으로 부식전위를 측정하여 하기 표1에 나타내었다.
| TiO2첨가량(중량%) | 0 | 2 | 3 | 5 |
| 부식전위(V) | -0.75 | -0.66 | -0.6 | -0.54 |
상기 표1에 나타난 바와 같이 순수 아연도금층에 비하여 티타니아 혼합 도금층에서 티타니아의 첨가량에 따라서 부식전위가 점차적으로 증가함을 알 수 있다. 즉, 이는 도2에 도시된 그래프를 통해 설명한 바와 같이 부식전류가 감소되고 부식속도가 결과적으로 감소함을 알 수 있다.
도1 은 복합 용융도금강판의 부식현상의 개략도;
도2는 부식전류와 부식전위와의 관계를 나타낸 그래프.
<도면의 주용부분에 대한 부호의 설명>
1: 냉연강판,
2: 복합 용융도금층,
3: 티타니아.
Claims (5)
1) 티타니아 30중량% 이하 (0중량% 제외)와 2) 아연, 주석 및 알루미늄으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하는 용융도금 성분을 포함하고, 상기 용융도금 성분 내에 상기 티타니아가 균일하게 분포된 복합 용융도금층이 형성된 티타니아 복합 용융도금강판.
삭제
복합 용융도금강판의 제조방법에 있어서,
용융도금 성분 및 티타니아의 모합금을 제조한 후 상기 모합금을 용융도금욕에 첨가하고 전자기 또는 기계적 와류에 의하여 혼합하여 균일한 복합 용융도금욕을 만드는 단계 및 상기 복합용융도금욕을 이용하여 용융도금하는 단계를 포함하는 티타니아 복합 용융도금강판의 제조방법.
제 3항에 있어서,
상기 용융도금 성분은 아연, 주석 및 알루미늄 중 1종 또는 2종 이상임을 특징으로 하는 티타니아 복합 용융도금강판의 제조방법.
제 3항 또는 제4항에 있어서,
상기 모합금의 상기 티타니아의 함량은 30중량%이하 (0중량% 제외)인 것을 특징으로 하는 티타니아 복합 용융도금강판의 제조방법.
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| JP2004027285A (ja) * | 2002-06-25 | 2004-01-29 | Japan Fine Steel Co Ltd | 高摩擦メッキ鋼線の製造方法 |
| JP2007514865A (ja) | 2003-12-17 | 2007-06-07 | サントル ド ルシェルシュ メタリュルジク アエスベエル−セントラム ヴォール リサーチ イン デ メタルージー フェーゼットヴェー | 超微粒層で金属表面を被覆する方法 |
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| KR20100070625A (ko) | 2010-06-28 |
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