KR101775940B1 - Method for Treating Surface of Metallic Workpiece - Google Patents

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Abstract

Disclosed is a surface treatment method for forming a plurality of coating layers capable of simultaneously improving corrosion resistance, blocking resistance, releasability, low friction properties, and the like with respect to the surface of a metal processing material or an ingredient. The surface treatment method comprises: a) providing a metal processing material (workpiece) having steel, stainless steel, titanium, aluminum, copper, or an alloy material thereof; b) forming a phosphate layer in the surface treatment device with respect to the metal processing material, wherein the adhesion weight of the phosphate layer is in the range of 1.5 to 30 g/m^2; c) forming a first lubricant layer comprising a composite containing a polymer and an inorganic material with respect to the phosphate layer; and d) forming a second lubricant layer by plasma-coating an organosilane-based compound on the first lubricant layer.

Description

금속 가공재의 표면 처리 방법{Method for Treating Surface of Metallic Workpiece}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a method for treating a surface of a metal material,

본 발명은 금속 가공재의 표면 처리 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 금속 가공재 또는 재료의 표면에 대하여 내부식성, 내블로킹성, 이형성, 저마찰 특성 등을 동시에 개선할 수 있는 복수의 피막 층을 형성하는 표면 처리 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface treatment method of a metalworking material. More specifically, the present invention relates to a surface treatment method for forming a plurality of coating layers capable of simultaneously improving corrosion resistance, blocking resistance, releasability, low friction characteristics, and the like on the surface of metal working materials or materials.

금속 및 이의 합금과 같은 금속 가공재로서 대표적으로 철강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 동합금, 마그네슘 합금 등이 널리 알려져 있는 바, 이러한 금속 재료는 건설 분야, 해양 분야 및 항공 분야를 비롯한 모든 생활 환경에 걸쳐 적용되고 있다. 이와 관련하여, 금속 가공재는 가공 과정은 물론 가공 후에도 주변 환경으로부터 다양한 영향을 받게 되는 바, 예를 들면 습도, pH, 온도, 생물체 등과 같은 부식 환경에 노출 시 용이하게 부식될 수 있다. Steel, stainless steel, titanium, aluminum, copper alloy, magnesium alloy, etc. are widely known as metal processing materials such as metals and alloys thereof. Such metal materials are widely used in various fields such as construction, . In this regard, metal processing materials are subject to various influences from the surrounding environment as well as the processing process, and can easily be corroded when exposed to corrosive environments such as humidity, pH, temperature, and living organisms.

이처럼, 주변 환경으로부터 받는 영향을 최소화하기 위하여 당업계에서는 다양한 피막 처리 공정이 실시되고 있다. 예를 들면, 종래에도 냉연 강판, 아연계 도금 강판 등에서는 내식성 향상, 도료 밀착성 향상 등을 목적으로 크롬산염으로 예비 처리한 후, 인산염으로 처리하는 공정이 널리 행하여진 바 있다. Thus, in order to minimize the influence from the surrounding environment, various film processing processes are being performed in the art. For example, conventionally, cold-rolled steel sheets, zinc-coated steel sheets and the like have been widely used for pretreatment with a chromate salt and then treating with phosphate for the purpose of improving corrosion resistance and improving paint adhesion.

그러나, 크롬산염 처리는 처리 공정에서의 크롬산염 퓸의 휘산 문제, 배수 처리 설비에 따른 비용 증가, 화성 처리 피막으로부터 6가 크롬이 용출되는 문제점 등을 수반한다. 따라서, 크롬산염 처리를 수반하지 않고 금속 재료의 표면에 바로 인산염 처리를 수행한다. 이와 관련하여, 인산염 처리에 의한 피막 형성 공정에 있어서, 인산염 처리제는 주로 유리인산 및 제1 인산 아연을 주성분으로 하되, 보조 성분으로 다양한 촉진제 및 개질제를 추가적으로 함유하는 용액인 바, 금속(철강) 재료를 상기 인산염 용액에 함침시킴으로써 발생되는 화학 반응에 의하여 피막을 형성한다.  However, the chromate treatment involves problems of volatilization of chromium fumarate in the treatment process, an increase in cost due to the wastewater treatment facility, and the problem of hexavalent chromium leaching from the chemical treatment film. Therefore, the phosphate treatment is carried out directly on the surface of the metal material without involving the chromate treatment. In this connection, in the film-forming step by the phosphate treatment, the phosphate treatment agent is a solution mainly containing free phosphoric acid and zinc phosphate as the auxiliary component and further containing various promoters and modifiers as the auxiliary component, and the metal (steel) material Is impregnated with the phosphate solution to form a coating film by a chemical reaction.

예를 들면, 철강 기재 상에 아연 포스페이트 피막을 형성하는 경우, 철강 표면이 상기 용액 배스에 함침됨에 따라 철 성분이 인산의 존재로 인하여 용해된다. 이때, 강철의 함침 시 수소가 발생하고, 이와 동시에 금속-용액 계면에서 pH를 증가시키는 바, 이는 표면 상에 용해성 제1 포스페이트와 비용해성 제3 포스페이트 간의 평형을 형성한다. 이러한 평형은 하기 반응식 1 및 반응식 2와 같이 예시될 수 있다.For example, when a zinc phosphate film is formed on a steel substrate, the iron component dissolves due to the presence of phosphoric acid as the steel surface is impregnated into the solution bath. At this time, hydrogen is generated during the impregnation of the steel, and at the same time, the pH is increased at the metal-solution interface, which forms an equilibrium between the soluble first phosphate and the insoluble third phosphate on the surface. Such equilibrium can be illustrated by the following Reaction Schemes 1 and 2.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112017061640313-pat00001
Figure 112017061640313-pat00001

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112017061640313-pat00002
Figure 112017061640313-pat00002

즉, 제1 포스페이트가 분해되어 상기 반응식 1에 따라 아연 포스페이트 피막을 형성하고, 앞선 용해 과정에서 소비된 유리 인산을 회복시킨다. 그러나, 아연 포스페이트 피막의 형성에 앞서 수행되는 반응으로부터 형성된 Fe(H2PO4)2가 분해되어 FePO4로 표시되는 슬러지와 같은 폐기물을 생성하기 때문에, 배스 용기로부터 슬러지를 함유하는 폐액을 제거하여 처리하는 과정이 수행된다. 따라서, 이러한 폐액 처리에 상당한 비용이 발생한다. That is, the first phosphate is decomposed to form a zinc phosphate film according to the reaction formula 1, and the free phosphoric acid consumed in the preceding dissolution process is recovered. However, since Fe (H 2 PO 4 ) 2 formed from the reaction carried out prior to the formation of the zinc phosphate coating is decomposed to produce waste such as sludge expressed by FePO 4 , the waste liquid containing the sludge is removed from the bath vessel Processing is performed. Therefore, a considerable cost is incurred in such a waste liquid treatment.

또한, 최근에는 아연 포스페이트와 같은 인산염 처리에 앞서 크롬산염의 사용을 수반하지 않는 예비 처리가 수행되고 있으나, 기존의 크롬산염을 이용하는 경우에 비하여 예비 처리 효과가 낮은 문제점이 존재한다. Recently, pretreatment without chromate has been carried out prior to phosphate treatment such as zinc phosphate, but there is a problem that the pretreatment effect is lower than that of the conventional chromate.

한편, 금속 재료의 소성 가공을 위하여, 피가공재와 공구 간의 금속 접촉에 의하여 발생하는 마찰을 저감하고, 소부 또는 마멸을 방지할 목적으로 액상 또는 고상의 윤활 성분을 사용하여 윤활층을 형성하고 있다. 이때, 사용되는 윤활 성분은 크게 2가지 방식으로 구분되는 바, 하나는 금속 표면에 직접 물리적으로 부착되는 윤활 성분인 한편, 다른 하나는 화학 반응에 의하여 금속 표면에 캐리어 피막을 생성한 후, 윤활 성분을 부착하는 방식이다. On the other hand, for the plastic working of the metal material, a lubricating layer is formed by using a liquid or solid lubricating component for the purpose of reducing friction caused by metal contact between the work piece and the tool and preventing firing or abrasion. In this case, the lubricating component used is largely divided into two types, one of which is a lubricating component that is physically attached directly to a metal surface, and the other that is a lubricating component that generates a carrier coating on a metal surface by a chemical reaction, .

전자의 경우, 윤활 성분으로서, 광유, 식물유 또는 합성유를 기유(base oil)로 하여 각종 첨가제를 혼입한 것으로 금속 표면에 부착 후 그대로 소성 가공하거나, 또는 금속 비누, 흑연 또는 이황화 몰리브덴 등의 고상 윤활 성분을 바인더와 함께 물에 분산시킨 형태로 금속 표면에 부착하고 건조시킨 후에 소성 가공을 수행하는 방식이다. 후자에서는, 화성 피막을 형성하는 것으로, 하기 반응식 3에 예시된 바와 같이 화학반응에 의하여 금속 표면에 전술한 바와 같이 인산염계 피막을 형성한 후, 윤활 성분으로서 스테아린산나트륨이나 스테아린산 칼슘 등의 반응성 비누 또는 비반응성 비누를 이용하여 부가적인 층 구조를 형성한다. In the case of the former, as a lubricating component, a mineral oil, a vegetable oil, or a synthetic oil is mixed with various additives with a base oil, which is adhered to the surface of the metal and is then subjected to plastic working as it is, or a solid lubricant component such as metal soap, graphite or molybdenum disulfide Is attached to a metal surface in the form of dispersed in water together with a binder, dried, and then subjected to plastic working. In the latter, a phosphate coating is formed on the metal surface by a chemical reaction as exemplified in the following Reaction Scheme 3, and then a reactive soap such as sodium stearate or calcium stearate as a lubricating component or Non-reactive soaps are used to form additional layer structures.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure 112017061640313-pat00003
Figure 112017061640313-pat00003

상기 예시된 방식에서, 인산염인 아연 포스페이트 층은 내부식성을 제공할 뿐만 아니라 윤활 성분의 캐리어로 작용한다.In the manner illustrated above, the zinc phosphate layer, which is a phosphate, not only provides corrosion resistance, but also acts as a carrier of the lubricating component.

그러나, 금속 비누를 이용하는 경우, 처리액의 pH에 크게 영향을 받을 뿐만 아니라, 금속 비누 층 상에 미반응의 스테아린산나트륨 층이 부착되는 바, 이는 윤활성을 저하시키는 요인으로 작용한다. 더욱이, 금속 비누 층 재질의 윤활층은 표면이 매끄럽지 않기 때문에 외관 상으로도 개선 필요성이 있다.However, when the metal soap is used, not only is the pH of the treatment liquid greatly affected, but also the unreacted sodium stearate layer adheres to the metal soap layer, which acts as a factor for lowering the lubricity. Furthermore, the lubricating layer of the metal soap layer has to be apparently improved since the surface is not smooth.

따라서, 최근에는 인산염 층 상에 고분자를 이용한 코팅층을 형성하여 윤활성 또는 저마찰 특성을 부여하는 기술이 개발되었다. 그러나, 고분자 층은 기본적으로 인화성을 갖고 있기 때문에 코팅 조성물 내에 상당량의 무기질 난연성 필러 등을 첨가하고 있으나, 이러한 무기질 필러로 인하여 고분자 코팅액의 가공성이 저하되고, 또한 고분자의 노화 현상이 유발된다. Therefore, recently, a technique has been developed in which a coating layer using a polymer is formed on a phosphate layer to impart lubricity or low friction characteristics. However, since the polymer layer is basically flammable, a considerable amount of inorganic flame retardant filler is added to the coating composition. However, due to the inorganic filler, the processability of the polymer coating liquid is lowered and the polymer is aged.

또한, 유기층을 하측의 아연 포스페이트 층과 같은 금속층에 직접 부착할 경우, 전술한 금속 비누를 사용하는 경우와 달리 바인딩 효과과 불충분하고, 유기 성분과 무기 성분 간의 상용성 저하로 인하여 견고한 층 간 결합을 달성하기 곤란하다. 그 결과, 고분자 코팅층이 기저의 인산염 층으로부터 분리되는 경우도 발생하는 바, 이는 금속 성형, 특히 냉간 단조 공정에서 금속 기재에 중대한 결함을 유발할 수 있다.In addition, when the organic layer is directly attached to the metal layer such as the zinc phosphate layer on the lower side, unlike the case of using the metallic soap described above, the binding effect is insufficient and the compatibility between the organic component and the inorganic component is poor, It is difficult to do. As a result, the polymer coating layer may be separated from the underlying phosphate layer, which may cause serious defects in the metal substrate in the metal forming process, particularly the cold forging process.

이처럼, 철강 등의 금속 재료에 내부식성을 제공하고, 또한 냉간 주조와 같은 성형 과정 중 윤활성을 확보하기 위한 종래 기술은 제조 공정 상의 비효율성 또는 처리 비용 증가와 같은 경제성을 저하시키고, 또한 최근 각광받은 윤활층으로서 고분자 코팅을 도입할 경우에는 하측의 인산염 층과의 상용성 저하, 무기질 필러 사용에 따른 가공성 또는 노화 현상의 유발로 인한 문제점이 지적되고 있다. As described above, the prior art for providing corrosion resistance to metal materials such as steel and securing lubricity during the molding process such as cold casting lowers economical efficiency such as an increase in manufacturing process inefficiency or processing cost, When a polymer coating is introduced as a lubricating layer, it is pointed out that the compatibility with the lower phosphate layer is lowered, and the workability or the aging phenomenon is accompanied by the use of the inorganic filler.

따라서, 고분자 코팅층을 적용하되, 전술한 종래 기술의 문제점을 일거에 해소할 수 있는 방안이 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a method of solving the above-described problems of the prior art by applying a polymer coating layer.

본 발명자는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 지속적인 연구를 수행한 결과, 전술한 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있는 방안을 개발하게 되었다.The inventor of the present invention has conducted research to solve the problems of the prior art described above, and as a result, the inventor has developed a solution to solve the problems of the related art.

따라서, 본 발명에서는 냉간 성형용 금속 가공재 또는 재료에 대한 내부식성, 윤활성(저마찰성), 이형성, 내블로킹성 등을 부여하기 위한 표면 처리 공정에 있어서, 인산염 처리 과정에서 발생되는 부산물-함유 폐액을 별도로 처리함에 따라 유발되는 경제성 저하, 인산염 층에 고분자 코팅층을 직접 적용함에 따른 층간 접착력 저하 및 고분자 코팅액 내에 무기 필러의 함유에 따른 가공성 저하 및 노화 현상을 동시에 해결할 수 있는 공정을 제공하고자 한다.Accordingly, in the present invention, in the surface treatment step for imparting corrosion resistance, lubricity (low friction property), releasability, blocking resistance, etc. to the metal material or material for cold forming, the by- To provide a process capable of solving at the same time degradation of economical efficiency caused by separate treatment, deterioration of interlayer adhesion due to direct application of a polymer coating layer to a phosphate layer, deterioration of workability due to the inclusion of an inorganic filler in a polymer coating solution, and aging phenomenon.

본 발명에 따르면,According to the present invention,

금속 가공재의 표면 처리 방법으로서,A surface treatment method for a metal material,

a) 철강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 또는 이의 합금 재질을 갖는 금속 가공재(workpiece)을 제공하는 단계;a) providing a metal workpiece having steel, stainless steel, titanium, aluminum, copper or alloys thereof;

b) 상기 금속 가공재에 대하여, 표면 처리 장치 내에서 인산염 층을 형성하는 단계, 이때 상기 인산염 층의 부착 중량은 약 1.5 내지 30 g/㎡ 범위임;b) forming a phosphate layer in the surface treatment apparatus for the metalworking material, wherein the adhesion weight of the phosphate layer is in the range of about 1.5 to 30 g / m 2;

c) 상기 인산염 층에 대하여 고분자 및 무기물을 함유하는 복합물을 포함하는 제1 윤활층을 형성하는 단계; 및 c) forming a first lubricant layer comprising a complex containing a polymer and an inorganic material for the phosphate layer; And

d) 상기 제1 윤활층 상에 유기실란계 화합물을 플라즈마 코팅시켜 제2 윤활층을 형성하는 단계;d) plasma-coating an organosilane compound on the first lubricant layer to form a second lubricant layer;

를 포함하며,/ RTI >

여기서, 제1 윤활층은 상기 인산염 층 상에 1 내지 3 g/㎡의 부착 중량으로 형성된 코팅층으로서, 에폭시계 고분자의 주쇄에 실란계 화합물이 졸-겔법에 의하여 에폭시계 고분자의 중량을 기준으로 1 내지 3 중량%의 량으로 그라프팅 반응된 복합물을 함유하며, Here, the first lubricant layer is a coating layer formed on the phosphate layer at an adhesion weight of 1 to 3 g / m < 2 >, and the silane compound is added to the main chain of the epoxy polymer by a sol- To 3% by weight of the composite,

상기 제2 윤활층은 상기 제1 윤활층 상에 2 내지 6 g/㎡의 부착 중량으로 형성된 코팅층으로서, 인-함유 유기 실란계 화합물을 플라즈마 코팅시켜 형성되며, 그리고Wherein the second lubricant layer is formed by coating a phosphorus-containing organosilane-based compound on the first lubricant layer with a coating weight of 2 to 6 g / m < 2 >

상기 단계 b)에서 사용된 표면 처리 장치는, The surface treatment apparatus used in the step b)

상기 금속 가공재 및 액상의 인-함유 처리제로서 수계 용액을 수용하는 컨테이너; A container for containing an aqueous solution as the metal-working material and the liquid-phase phosphorus-containing treatment agent;

상기 처리제의 적어도 일부분을 순환시키기 위한 펌프;A pump for circulating at least a portion of the treatment agent;

온도 제어기에 의한 제어 하에서 상기 컨테이너의 일 측부 영역에 배치된 온조 조절 부재; A temperature control member disposed in one side region of the container under the control of a temperature controller;

초음파 조사 부재; 및An ultrasonic irradiation member; And

필터 부재:Filter element:

를 포함하며,/ RTI >

여기서, 상기 컨테이너는,Here,

상기 금속 가공재를 도입하기 위하여 상측에 개방부가 형성되고, 도입된 금속 가공재를 수용하기 위한 공간을 제공하는 금속 가공재 수용 공간;A metal processing material receiving space formed on the upper side for introducing the metal processing material and providing a space for accommodating the introduced metal processing material;

상기 금속 가공재 수용 공간의 하면 상에 소정 간격을 두고 이격 설치되고, 이에 형성된 제1 그레이팅 구조에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간과 유체 연통되어 금속 가공재 수용 공간으로부터 처리제가 유입되도록 구성되는 제1 보조 수용 공간; A first auxiliary storage space which is spaced apart from the metal processing material receiving space at a predetermined interval and is in fluid communication with the metal processing material receiving space by a first grating structure formed therein, ;

상기 온도 조절 부재의 설치 공간을 제공하면서 종 방향 또는 수직 방향으로 설치되는 제2 그레이팅 구조에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간과 구별되는 공간의 경계를 정하는 제2 보조 수용 공간, 여기서 상기 제2 보조 수용 공간은 상기 제2 그레이팅 구조에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간과 유체 연통되며, 또한 상기 금속 가공재 수용 공간과 제1 보조 수용 공간의 이격 간격은 상기 제2 보조 수용 공간의 제2 그레이팅 구조에 상기 제1 보조 수용 공간의 제1 그레이팅 구조가 삽입 설치되는 방식으로 조절되며, 상기 온도 조절 부재는 상기 제2 보조 수용 공간 내에 설치됨; 및A second auxiliary accommodation space defining a boundary between the metal processing material accommodation space and the space separated by the second grating structure provided in the longitudinal direction or the vertical direction while providing a space for installing the temperature adjusting member, Wherein the second grating structure is in fluid communication with the metal processing material receiving space by the second grating structure and the spacing between the metal processing material receiving space and the first auxiliary receiving space is smaller than the first auxiliary Wherein the first grating structure of the accommodation space is adjusted in such a manner that the first grating structure is inserted and the temperature adjustment member is installed in the second auxiliary accommodation space; And

종 방향 또는 수직 방향으로 설치되는 격벽에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간의 제2 보조 수용 공간 측과 반대 방향의 경계를 정하는 한편, 상기 격벽과 상기 컨테이너 내면 사이의 간격에 의하여 경계가 정해지는 수집 공간, 이때 상기 격벽의 상측 단부가 상기 컨테이너의 상면과 소정 간격을 두고 이격됨으로써 상기 금속 가공재 수용 공간의 최대 수용 공간을 초과하는 량의 처리제가 상기 격벽의 상측 단부를 넘어 수집 공간으로 이송됨;A collection space which is defined by a space defined between the partition wall and the inner surface of the container by a boundary defined in the longitudinal direction or the vertical direction and opposite to the second auxiliary accommodation space side of the metal processing material accommodation space, Wherein an upper end of the partition wall is spaced apart from an upper surface of the container by a predetermined distance so that an amount of the treating agent exceeding the maximum receiving space of the metal processing material receiving space is transferred to the collecting space beyond the upper end of the partition wall;

을 포함하고,/ RTI >

상기 초음파 조사 부재는 상기 격벽의 내측 면에 설치되고,Wherein the ultrasonic wave irradiating member is provided on an inner surface of the partition wall,

상기 필터 장치는 상기 수집 공간과 연통되어 상기 펌프에 의하여 상측으로 이동하면서 필터 장치를 경유함으로써 상기 수집 공간으로 이송된 처리제 내 불순물을 제거한 여과액이 상기 금속 가공재 수용 공간으로 리사이클되도록 순환 라인을 구비하며, 그리고The filter device includes a circulation line communicating with the collection space and moving upward by the pump to filter the filtrate from which the impurities in the treatment agent transferred to the collection space have been removed by passing through the filter device to the metal material accommodating space , And

상기 필터 장치를 거친 여과액에 처리제를 보충하기 위한 메이크업 라인이 부가되어 있는 방법이 제공된다.A method is provided in which a makeup line for supplementing the treatment agent is added to the filtrate passed through the filter device.

예시적 구체예에 따르면, 인-함유 유기 실란계 화합물은 2-(디페닐포스피노)에틸트리에톡시실란, 2-(디메틸포스피노)에틸트리에톡시실란, 2-(디에틸포스피노)에틸트리에톡시실란, 2-(디페닐포스피노)메틸디에톡시실란, 2-(디메틸포스피노)메틸디에톡시실란, 2-(디에틸포스피노)메틸디에톡시실란, 3-(디페닐포스피노)에틸트리에톡시실란, 3-(디메틸포스피노)에틸트리에톡시실란, 3- (디페닐포스피노)메틸디에톡시실란, 3-(디메틸포스피노)메틸디에톡시실란, 3-(디에틸포스피노)메틸디에톡시실란, 2-(디사이클로헥실포스피노에틸)트리에톡시실란, 2-(디사이클로헥실포스피노에틸)메틸디에톡시실란, 3-(디사이클헥실포스피노에틸)트리에톡시실란, 3- (디사이클로헥실포스피노에틸)메틸디에톡시실란, (2-디에틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디메틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디페닐포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디사이클로포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디메틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디페닐포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디사이클로포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (2-디메틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (2-디프로필포스페이토에틸)트리에톡시실란, 3-(디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (3-디메틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, 및 (3-디프로필포스페이토에틸)트리에톡시실란으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the phosphorus-containing organosilane compound is at least one compound selected from the group consisting of 2- (diphenylphosphino) ethyltriethoxysilane, 2- (dimethylphosphino) ethyltriethoxysilane, 2- (diethylphosphino) (Diethylphosphino) methyldiethoxysilane, 3- (diphenylphosphino) methyldiethoxysilane, 2- (dimethylphosphino) methyldiethoxysilane, 2- (Diphenylphosphino) methyldiethoxysilane, 3- (dimethylphosphino) methyldiethoxysilane, 3- (dimethylphosphino) ethyltriethoxysilane, 3- (Dicyclohexylphosphinoethyl) triethoxysilane, 2- (dicyclohexylphosphinoethyl) methyldiethoxysilane, 3- (dicyclohexylphosphinoethyl) triethoxysilane, (Dicyclohexylphosphinoethyl) methyldiethoxysilane, (2-diethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-dimethylphosphine) (2-diphenylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-dicyclophosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (3-dimethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, Silane, (3-diphenylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (3-dicyclophosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-diethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (2- (2-dipropylphosphatoethyl) triethoxysilane, 3- (diethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (3-dimethylphosphatoethyl) Triethoxysilane, and (3-dipropylphosphatoethyl) triethoxysilane can be selected.

예시적 구체예에 따르면, 인-함유 유기 실란계 화합물은 하기 화학식 1, 화학식 2 또는 이의 조합일 수 있다:According to an illustrative embodiment, the phosphorus-containing organosilane-based compound may be represented by the following formula (1), (2), or a combination thereof:

[화학식 1][Chemical Formula 1]

Figure 112017061640313-pat00004
Figure 112017061640313-pat00004

[화학식 2](2)

Figure 112017061640313-pat00005
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Figure 112017061640313-pat00005
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예시적 구체예에 따르면, 상기 금속 가공재는 시트, 플레이트, 압출물(extrusion) 또는 캐스팅 형상일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the metal workpiece may be in the form of a sheet, a plate, an extrusion or a casting.

예시적 구체예에 따르면, 상기 금속 가공재는 와이어 또는 로드 형상일 수 있다.According to an exemplary embodiment, the metal working material may be wire or rod-shaped.

예시적 구체예에 따르면, 상기 금속 가공재의 재질은, 냉연 강, 열연 강, 아연(또는 아연 합금) 도금 강, 용융아연도금 강, 알루미늄 합금, 알루미늄 합금 도금 강, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 또는 이의 조합일 수 있다. According to an exemplary embodiment, the material of the metal working material is selected from the group consisting of cold rolled steel, hot rolled steel, zinc (or zinc alloy) plated steel, molten galvanized steel, aluminum alloy, aluminum alloy plated steel, magnesium or magnesium alloy, .

예시적 구체예에 따르면, 상기 단계 b)에 앞서, According to an exemplary embodiment, prior to said step b)

(i) 지르코늄, 티타늄, 하프늄 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속-함유 화합물, (ii) 하기 화학식 3으로 표시되는 이노시톨 헥사포스포릭산 또는 이의 염, 및 (iii) 불화수소산, 불화알칼리염, 불화암모늄, 착체 불화물 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 불소 화합물을 함유하는 수계 조성물로 전처리하는 단계를 더 포함하며, (i) a metal-containing compound selected from the group consisting of zirconium, titanium, hafnium and combinations thereof, (ii) inositol hexaphosphoric acid represented by the following formula (3) or a salt thereof, and (iii) hydrofluoric acid, , A fluoride compound selected from the group consisting of ammonium fluoride, complex fluoride, and combinations thereof,

여기서, 수계 조성물 내 금속-함유 화합물의 함량은 금속 원소 기준으로 10 내지 800 ppm 범위이고, 상기 성분 (ii)에 대한 성분 (i)의 몰 비는 4 내지 10 범위이고, 상기 불소 화합물의 함량은 불소 원소 기준으로 20 내지 300 ppm 범위이며, 그리고Here, the content of the metal-containing compound in the aqueous composition is in the range of 10 to 800 ppm based on the metal element, the molar ratio of the component (i) to the component (ii) is in the range of 4 to 10, In the range of 20 to 300 ppm based on the fluorine element, and

상기 조성물의 pH는 2.5 내지 4.5 범위일 수 있다:The pH of the composition may range from 2.5 to 4.5:

[화학식 3](3)

Figure 112017061640313-pat00006
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Figure 112017061640313-pat00006
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본 발명에 따라 제공되는 금속 가공재의 표면 처리 방법은 금속 재료의 가공, 특히 냉간 성형(예를 들면, 냉간 단조) 공정 중 금속 가공재에 가해지는 외력에 의한 손상을 최소화함과 동시에 양호한 내부식성 등을 제공할 수 있다. 특히, 내부식성을 제공하는 인산염 층 형성 시 발생되는 부산물-함유 폐액을 효과적으로 처리하고, 더 나아가 인산염 층에 고분자 코팅층을 직접 적용함에 따른 층간 접착력 저하 및 고분자 코팅액 내에 난연 특성을 갖는 무기 필러의 함유에 따른 가공성 저하 및 노화 현상을 동시에 해결할 수 있는 장점을 제공한다. The surface treatment method of the metal workpiece provided according to the present invention minimizes the damage caused by external force applied to the metal workpiece during the processing of the metal material, particularly the cold forming (for example, cold forging), and at the same time, . Particularly, by effectively treating the by-product-containing waste fluid generated in the formation of the phosphate layer providing corrosion resistance and further reducing the interlayer adhesion due to the application of the polymer coating layer directly to the phosphate layer and the content of the inorganic filler having the flame retardant property in the polymer coating liquid It is possible to simultaneously solve the degradation of workability and the aging phenomenon.

따라서, 향후 광범위한 적용이 기대된다.Therefore, it is expected to be widely applied in the future.

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따라 금속 가공재 상에 형성된 피막을 개략적으로 도시하는 단면도이고;
도 2는 본 발명의 예시적 구체예에 따라 금속 가공재 상에 인산염 피막을 형성하기 위한 장치의 내부 구조를 도시하는 도면이고;
도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 금속 가공재 상에 형성된 피막을 개략적으로 도시하는 단면도이고; 그리고
도 4는 실시예에서 형성된 제2 윤활층에 대한 FT-IR 스펙트럼이다.
1 is a cross-sectional view schematically showing a coating formed on a metal workpiece according to one embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing the internal structure of an apparatus for forming a phosphate coating on a metal workpiece according to an exemplary embodiment of the present invention;
3 is a cross-sectional view schematically showing a coating formed on a metal working material according to another embodiment of the present invention; And
Figure 4 is the FT-IR spectrum for the second lubricating layer formed in the example.

본 발명은 하기의 설명에 의하여 모두 달성될 수 있다. 하기의 설명은 본 발명의 바람직한 구체예를 기술하는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 첨부된 도면은 이해를 돕기 위한 것으로, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 개별 구성에 관한 세부 사항은 후술하는 관련 기재의 구체적 취지에 의하여 적절히 이해될 수 있다.The present invention can be all accomplished by the following description. The following description should be understood to describe preferred embodiments of the present invention, but the present invention is not necessarily limited thereto. It is to be understood that the accompanying drawings are included to provide a further understanding of the invention and are not to be construed as limiting the present invention. The details of the individual components may be properly understood by reference to the following detailed description of the related description.

본 명세서에 있어서, 어떠한 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 별도의 언급이 없는 한, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. In this specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it may further include other elements unless otherwise stated.

또한, 본 명세서에서, "상측에 위치한다" 또는 "하측에 위치한다"는 용어는 특정 대상과 접촉된 상태뿐만 아니라 접촉되지 않은 상태에서 상대적인 위치 관계를 표현하는 것으로 이해될 수 있다.Also, in this specification, the terms "located on the upper side" or "located on the lower side" can be understood to express a relative positional relationship in a state of being in contact with not only a state in contact with a specific object.

본 명세서에서 임의의 구성 요소 또는 부재가 다른 구성 요소 또는 부재와 "연결된다" 또는 "연통된다"고 기재되어 있는 경우, 달리 언급되지 않는 한, 상기 다른 구성 요소 또는 부재와 직접 연결 또는 연통되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성 요소 또는 부재의 개재 하에서 연결 또는 연통되어 있는 경우도 포함되는 것으로 이해될 수 있다. Where reference is made herein to any component or element that is "connected" or "communicating" with another component or element, unless otherwise stated, the component or element is directly connected or in communication with the other component The present invention can be understood to include not only the case but also the case where it is connected or communicated under the interposition of another component or member.

이와 유사하게, "접촉한다"는 용어 역시 반드시 직접적으로 접촉하는 경우뿐만 아니라, 다른 구성 요소 또는 부재의 개재 하에서 접촉하는 경우도 포함될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.Similarly, the term "contacting" may also be understood to include not only direct contact, but also contact in the presence of other components or members.

"단조"는 광범위하게는 금속에 외력을 가하여 형상을 변형시키는 성형 공정, 즉 금속을 소성이 있는 상태에서 변형시키는 공정을 의미한다. 구체적으로, 단조 공정은 단련을 통하여 강재의 기계적 성질을 향상시키고, 성형에 의하여 소정의 형상으로 제조하는 공정을 의미할 수 있다."Forging" refers broadly to a forming process of deforming a shape by applying an external force to a metal, that is, a process of deforming a metal in a state of calcination. Specifically, the forging step may mean a step of improving the mechanical properties of the steel material through annealing and manufacturing the steel material into a predetermined shape by molding.

"냉간 단조"는 재료를 가열하지 않고 상온 또는 상온에 가까운 온도에서 실시하는 단조 공정을 의미할 수 있다."Cold forging" may mean a forging process carried out at room temperature or near room temperature without heating the material.

본 발명에 따르면, 금속 가공재의 표면은 복수의 처리 단계의 순서에 따라, 각각의 처리 단계에 따른 코팅층이 형성되는 바, 이하에서 상세히 설명한다.According to the present invention, the surface of the metal working material forms a coating layer according to each processing step in the order of a plurality of processing steps, which will be described in detail below.

제1 구체예First embodiment

도 1은 본 발명의 일 구체예에 따라 금속 가공재 상에 형성된 피막을 개략적으로 도시한다.Figure 1 schematically shows a coating formed on a metal workpiece according to one embodiment of the present invention.

상기 도면에 따르면, 금속 가공재(11)의 표면에 인산염 층(12), 제1 윤활층(13) 및 제2 윤활층(14)이 순차적으로 형성된 적층 구조(10)가 형성된다. According to the figure, a laminated structure 10 in which a phosphate layer 12, a first lubricating layer 13 and a second lubricating layer 14 are sequentially formed on the surface of the metal working material 11 is formed.

일 구체예에 따르면, 금속 가공재(11)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 시트, 플레이트, 압출물(extrusion) 또는 캐스팅 형상일 수 있다. 이때, 금속 가공재(11)의 재질은, 냉연 강, 열연 강, 아연(또는 아연 합금) 도금 강, 용융아연도금 강, 알루미늄 합금, 알루미늄 합금 도금 강, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 또는 이의 조합일 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 금속 가공재(11)는 와이어 또는 로드 형상일 수 있다.According to one embodiment, the shape of the metal workpiece 11 is not particularly limited, and may be, for example, a sheet, a plate, an extrusion or a casting shape. The material of the metal material 11 may be cold rolled steel, hot rolled steel, zinc (or zinc alloy) plated steel, molten galvanized steel, aluminum alloy, aluminum alloy plated steel, magnesium or magnesium alloy or a combination thereof. According to an exemplary embodiment, the metal workpiece 11 may be wire or rod-shaped.

예시적 구체예에 따르면, 인산염 층의 형성에 앞서, 복수의 전처리 단계를 거칠 수 있다. 이러한 전처리 단계의 주된 기능 중 하나는 금속 가공재의 표면에 존재하는 오일 성분(예를 들면, 방청유 및 가공유) 등을 제거함으로써 후단의 인산염 처리 등을 효과적으로 수행하는 것으로, 기본적인 절차라 할 수 있다. 예를 들면, 금속 가공재(11)는 (i) 냉각수를 이용하여 딥 린스(dip rinse)하는 단계, (ii) 염산과 같은 산 수용액을 이용하여 산 세정(pickling)하는 단계, (iii) 냉각수를 이용한 스프레이 린스하는 단계, 및 (iv) 냉각 수를 이용한 딥 린스하는 단계를 거칠 수 있다. 이때, 단계 (ii)에서는 산 농도를 달리한 다단 산 세정 단계를 수행할 수 있는 바, 예를 들면 약 6 내지 9% 산 용액, 약 12 내지 16% 산 용액, 약 18 내지 22% 산 용액 및 약 24 내지 28% 산 용액의 순으로 산 세정할 수 있다. 이와 같은 전처리를 통하여, 탈그리스(degrease), 디스케일링(descale) 등의 효과가 얻어지며, 필요에 따라서는 그라인딩(grinding), 필링(peeling), 브러싱(brushing), 연마제를 이용한 블라스팅 및 어닐링 중 적어도 하나가 선택적으로 수행될 수 있다.According to an exemplary embodiment, prior to the formation of the phosphate layer, a plurality of pretreatment steps may be taken. One of the main functions of the pretreatment step is to perform the phosphate treatment at the post-stage by removing the oil component (for example, rust-preventive oil and processing oil) existing on the surface of the metalworking material. For example, the metal workpiece 11 may be prepared by (i) dip rinsing with cooling water, (ii) acid pickling using an aqueous acid solution such as hydrochloric acid, (iii) , And (iv) a deep rinse step using cooling water. In step (ii), a multi-stage acid cleaning step with different acid concentrations can be performed, for example, about 6 to 9% acid solution, about 12 to 16% acid solution, about 18 to 22% About 24 to 28% acid solution. Through such pretreatment, effects such as degrease and descale can be obtained and, if necessary, grinding, peeling, brushing, blasting using an abrasive and annealing At least one can be selectively performed.

인산염 층의 형성Formation of Phosphate Layer

전술한 바와 같이, 금속 가공재(11)에 대한 통상의 전처리 단계를 거친 금속 가공재(11)의 표면에 인산염 피막(12)을 형성하는 단계가 수행된다. 이때, 인산염은, 예를 들면 인산아연, 인산아연칼슘, 인산망간 또는 이의 조합일 수 있다. 이와 같은 인산염 피막을 형성하기 위한 처리제는 수계 처리 용액이다.As described above, the step of forming the phosphate coating 12 on the surface of the metal workpiece 11 that has undergone the normal pre-treatment step for the metal workpiece 11 is performed. At this time, the phosphate may be, for example, zinc phosphate, calcium zinc phosphate, manganese phosphate, or a combination thereof. The treating agent for forming such a phosphate coating is an aqueous treating solution.

일 예로서, 인산염 피막 형성 용액, 즉 인산염 처리 용액은 (i) 아연 이온 약 0.1 내지 5 g/l (구체적으로 약 0.2 내지 4 g/l, 보다 구체적으로 약 0.5 내지 2 g/l), (ii) 칼슘, 마그네슘 및 망간으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 추가 금속 이온 0 내지 10 g/l (구체적으로 약 0.2 내지 5 g/l, 보다 구체적으로 약 0.5 내지 4 g/l), (iii) 포스페이트 이온 약 5 내지 60 g/l(구체적으로 약 10 내지 50 g/l, 보다 구체적으로 약 15 내지 40 g/l) 및 (iv) 니트레이트 이온, 니트라이트 이온 및 퍼옥사이드 이온로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉진제 약 0.1 내지 10 g/l(구체적으로 약 0.5 내지 7 g/l, 보다 구체적으로 약 1 내지 5 g/l)을 포함할 수 있다.As an example, a phosphate film forming solution, i. E. A phosphate treatment solution, can be prepared by (i) providing about 0.1 to 5 g / l zinc ion (specifically about 0.2-4 g / l, more specifically about 0.5-2 g / ii) 0 to 10 g / l (specifically about 0.2 to 5 g / l, more specifically about 0.5 to 4 g / l) of additional metal ions selected from at least one group selected from the group consisting of calcium, magnesium and manganese; ) About 5 to 60 g / l of phosphate ions (specifically about 10 to 50 g / l, more particularly about 15 to 40 g / l) and (iv) nitrate ions, nitrite ions and peroxide ions (Specifically about 0.5 to 7 g / l, more particularly about 1 to 5 g / l) of an accelerator selected from the group consisting of:

아연 이온 소스의 예는 산화아연, 탄산아연, 질산아연, 이의 조합일 수 있다. 추가 금속 이온의 소스의 경우, 칼슘, 마그네슘 및/또는 망간의 탄산염, 질산염, 염화물, 이의 조합 등일 수 있다. 이외에도, 포스페이트 이온의 소스는, 예를 들면 인산, 인산아연, 인산수소아연, 인산이수소아연, 인산망간, 인산수소망간, 인산이수소망간, 이의 조합 등일 수 있다. Examples of zinc ion sources may be zinc oxide, zinc carbonate, zinc nitrate, combinations thereof. In the case of sources of additional metal ions, it may be a carbonate, nitrate, chloride, combinations thereof, etc. of calcium, magnesium and / or manganese. In addition, the source of the phosphate ion may be, for example, phosphoric acid, zinc phosphate, zinc hydrogen phosphate, zinc dihydrogenphosphate, manganese phosphate, manganese phosphate, manganese phosphate, manganese phosphate and combinations thereof.

이와 관련하여, 아연 이온의 함량이 일정 수준에 미치지 않을 경우에는 금속 가공재의 표면에 균일한 인산염 층이 형성되지 않는 반면, 지나치게 높은 경우에는 인산염 층의 빌드 업 현상이 유발되어 인산염 층과 하측의 금속 가공재의 표면 간의 접착력이 감소될 수 있다. 따라서, 전술한 아연 이온의 함량 범위 내에서 적절히 선택하는 것이 유리할 수 있다.In this regard, if the zinc ion content does not reach a certain level, a uniform phosphate layer is not formed on the surface of the metal working material, whereas if it is excessively high, buildup phenomenon of the phosphate layer is caused and the phosphate layer and the lower metal The adhesion between the surfaces of the work pieces can be reduced. Therefore, it may be advantageous to suitably select within the above-mentioned zinc ion content range.

한편, 추가 금속 이온의 경우, 처리제 내 함량이 지나치게 낮을 경우에는 추가 금속 이온의 혼입에 따른 효과를 기대하기 어려운 반면, 지나치게 높을 경우에는 더 이상의 개선 효과를 제공하지 않을 뿐만 아니라 과량의 침전물을 형성하여 안정화된 처리제 용액을 얻기 곤란할 수 있다.On the other hand, in the case of the additional metal ions, if the content in the treating agent is too low, it is difficult to expect the effect due to the incorporation of additional metal ions. On the other hand, when the content is too high, further improvement effect is not provided, It may be difficult to obtain a stabilized treating agent solution.

또한, 포스페이트 이온의 함량이 지나치게 낮은 경우에는 불균일한 포스페이트 층이 형성되는 반면, 지나치게 높은 경우에는 과량 첨가에 따른 효과를 얻기 론란하므로 경제성 측면에서 바람직하지 않을 수 있다. 따라서, 전술한 함량 범위 내에서 조절하는 것이 유리할 수 있다.In addition, when the phosphate ion content is excessively low, a non-uniform phosphate layer is formed, whereas when the phosphate ion content is excessively high, an effect due to excessive addition may be obtained, which may be undesirable from the economical point of view. Therefore, it may be advantageous to control within the above-mentioned content range.

예시적 구체예에 따르면, 상기 인산염 처리 용액 중 아연 이온 : 추가 금속(Ca, Mg 및/또는 Mn) 이온 : 포스페이트 이온의 중량 비는, 예를 들면 약 0.1 내지 3 : 약 0 내지 3 : 약 5 내지 40(구체적으로 0.2 내지 2 : 약 0.5 내지 2 : 약 10 내지 30) 범위로 조절될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the weight ratio of zinc ion: additional metal (Ca, Mg and / or Mn) ion: phosphate ions in the phosphate treatment solution is, for example, from about 0.1 to 3: about 0 to about 3: To about 40 (specifically 0.2 to 2: about 0.5 to 2: about 10 to 30).

예시적 구체예에 있어서, 상기 인산염 처리제는 선택적으로 니켈 이온을 더 포함할 수 있는 바, 이때 니켈 이온의 함량, 예를 들면 약 0.1 내지 3 g/l, 구체적으로 약 0.2 내지 2.5 g/l, 보다 구체적으로 약 0.5 내지 2 g/l 범위일 수 있다. 이러한 니켈 이온 소스의 예는 탄산니켈, 질산니켈, 염화니켈, 인산니켈 등일 수 있으며, 이를 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. In an exemplary embodiment, the phosphate treatment agent may optionally further comprise nickel ions, wherein the content of nickel ions is, for example, about 0.1 to 3 g / l, specifically about 0.2 to 2.5 g / l, More specifically from about 0.5 to 2 g / l. Examples of such nickel ion sources include nickel carbonate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel phosphate and the like, which can be used singly or in combination.

예시적 구체예에 따르면, 인산염 처리제인 수계 용액의 전산도(total acidity)는, 예를 들면 약 10 내지 50, 구체적으로 약 20 내지 40, 보다 구체적으로 약 25 내지 35 범위일 수 있고, 또한 유리 산도(free acidity)는, 예를 들면 약 0.2 내지 2, 구체적으로 약 0.5 내지 1.5, 보다 구체적으로 약 0.7 내지 1.2 범위일 수 있다. 이와 같은 범위의 전산도 및 유리 산도 범위 내에서 금속 가공재의 표면에 대한 과도한 에칭 없이 균일한 인산염 층을 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 필요에 따라서는 전술한 범위의 산도를 갖도록 염기성분, 예를 들면 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 등을 선택적으로 첨가할 수 있다.According to an exemplary embodiment, the total acidity of the aqueous solution as the phosphate treatment agent can be, for example, in the range of about 10 to 50, specifically about 20 to 40, more specifically about 25 to 35, The free acidity can range, for example, from about 0.2 to 2, specifically from about 0.5 to 1.5, more specifically from about 0.7 to 1.2. A uniform phosphate layer can be readily formed without undue etching on the surface of the metalworking material within the range of computational and free acid ranges. Therefore, base components such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonium hydroxide and the like can be selectively added so as to have an acidity in the above-mentioned range, if necessary.

전술한 성분 이외에도, 당업계에서 인산염 층 형성시 사용되는 성분, 예를 들면 유리산, 착화제, 중금속, 불소 화합물 등을 단독으로 또는 조합하여 더 혼입시킬 수 있다.In addition to the above-mentioned components, the components used in forming the phosphate layer in the art, such as free acids, complexing agents, heavy metals, fluorine compounds, etc., can be incorporated alone or in combination.

한편, 본 발명의 구체예에 따르면, 인산염 처리 온도는, 예를 들면 약 30 내지 80 ℃, 구체적으로 약 35 내지 70 ℃, 보다 구체적으로 약 40 내지 60 ℃ 범위일 수 있는 바, 지나치게 낮은 온도에서는 원하는 수준의 코팅을 생성하기 곤란한 반면, 지나치게 높은 온도에서는 촉진제가 분해되어 용액 내에 침전물이 형성될 수 있다. 따라서, 전술한 온도 범위 내에서 적절히 선정하는 것이 유리할 수 있다. 또한, 인산염 처리 시간은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 0.5 내지 30분, 구체적으로 약 1 내지 15분, 보다 구체적으로 약 3 내지 10분 범위일 수 있다.On the other hand, according to embodiments of the present invention, the phosphate treatment temperature may be in the range of, for example, about 30 to 80 캜, specifically about 35 to 70 캜, more specifically about 40 to 60 캜, While it is difficult to produce the desired level of coating, at excessively high temperatures, the accelerator may decompose to form precipitates in the solution. Therefore, it may be advantageous to suitably select within the above-mentioned temperature range. The phosphate treatment time is not particularly limited, but may be, for example, in the range of about 0.5 to 30 minutes, specifically about 1 to 15 minutes, more specifically about 3 to 10 minutes.

상술한 인산염 처리 용액을 통하여 인산염 층은, 예를 들면 약 1.5 내지 30 g/㎡, 구체적으로 약 2.5 내지 20 g/㎡, 보다 구체적으로 약 5 내지 15 g/㎡ 범위의 부착 중량으로 형성될 수 있다. The phosphate layer through the phosphate treatment solution described above may be formed with an adhesion weight in the range of, for example, from about 1.5 to 30 g / m 2, specifically from about 2.5 to 20 g / m 2, more specifically from about 5 to 15 g / m 2 have.

도 2는 본 발명의 구체예에 따라 금속 가공재 상에 인산염 피막을 형성하기 위한 장치의 내부 구조를 도시한다.Figure 2 shows the internal structure of an apparatus for forming a phosphate coating on a metal workpiece according to embodiments of the present invention.

도시된 예에 있어서, 인산염 피막 형성을 위한 표면 처리 장치(100)는 크게 컨테이너(102), 필터 부재(110) 및 펌프(111)를 포함한다. 이때, 컨테이너(102)는 금속 가공재(101)를 도입할 수 있도록 상측에 개방부가 형성되어 있는 바, 도입된 금속 가공재(101)는 금속 가공재 수용 공간(103)에 수용되고, 컨테이너(102)에 채워진 액상 처리제 내에 함침 또는 침적된다. 금속 가공재 수용 공간(103)은 컨테이너(102)의 하면 상에 소정 간격을 두고 수평 방향으로 연장되면서 이격 설치된 제1 그레이팅 구조(107)에 의하여 하측 경계가 정하여 진다. 이때, 제1 그레이팅 구조(107)와 컨테이너 하면 사이의 공간은 제1 보조 수용 공간(104)을 형성하는 바, 금속 가공재 수용 공간(103)과 유체 연통되어 있기 때문에, 금속 가공재 수용 공간(103)으로부터 도입된 처리제가 제1 보조 수용 공간(104)을 채우게 된다. In the illustrated example, the surface treatment apparatus 100 for forming a phosphate coating mainly includes a container 102, a filter member 110, and a pump 111. At this time, the container 102 is provided with an opening on the upper side so that the metal processing material 101 can be introduced. The introduced metal processing material 101 is accommodated in the metal processing material receiving space 103, Impregnated or immersed in the filled liquid treating agent. The lower end of the metal processing material receiving space 103 is defined by the first grating structure 107 spaced apart from the lower surface of the container 102 with a predetermined interval therebetween while being extended in the horizontal direction. At this time, the space between the first grating structure 107 and the bottom surface of the container forms the first auxiliary storage space 104 and is in fluid communication with the metal processing material receiving space 103, The first auxiliary accommodation space 104 is filled with the treatment agent introduced from the first auxiliary accommodation space 104. [

한편, 컨테이너(102) 내 금속 가공재 수용 공간(103)의 양 측면 경계는 제2 그레이팅 구조(108) 및 격벽(109)에 의하여 정하여진다. 구체적으로, 제2 그레이팅 구조(108)는 컨테이너의 일 측면과 소정 간격을 두고 종 방향 또는 수직 방향으로 이격 설치되어 있고, 그 결과 컨테이너(102)의 일 측면과 제2 그레이팅 구조(108) 사이에는 금속 가공재 수용 공간(103)과 구별되는 공간인 제2 보조 수용 공간(105)이 형성된다. 특히, 제2 보조 수용 공간(105)은 제2 그레이팅 구조(108)에 의하여 금속 가공재 수용 공간(103)과 유체 연통되므로, 처리제 용액은 금속 가공재 수용 공간(103) 뿐만 아니라, 제1 보조 수용 공간(104) 및 제2 보조 수용 공간(105)에도 채워지도록 구성된다. 이때, 금속 가공재 수용 공간(103)과 제1 보조 수용 공간(104) 사이의 이격 간격은 제2 보조 수용 공간(105)의 제2 그레이팅 구조(108)에 상기 제1 보조 수용 공간(104)의 제1 그레이팅 구조(107)가 삽입 설치되는 방식으로 조절될 수 있다. On the other hand, both side boundaries of the metal processing material receiving space 103 in the container 102 are defined by the second grating structure 108 and the partition wall 109. [ Specifically, the second grating structure 108 is spaced apart from the one side of the container by a predetermined distance in the longitudinal direction or the vertical direction, and as a result, between the one side of the container 102 and the second grating structure 108 A second auxiliary storage space 105 is formed, which is a space separated from the metal processing material receiving space 103. [ Particularly, since the second auxiliary accommodation space 105 is in fluid communication with the metalworking material accommodation space 103 by the second grating structure 108, the treatment agent solution is supplied not only to the metalworking material accommodation space 103, (104) and the second auxiliary storage space (105). At this time, the spacing between the metal processing material accommodating space 103 and the first auxiliary accommodating space 104 is equal to the distance between the metal working material accommodating space 103 and the first auxiliary accommodating space 104 in the second grating structure 108 of the second auxiliary accommodating space 105 The first grating structure 107 can be adjusted in such a manner that the first grating structure 107 is inserted and installed.

도시된 구체예에 따르면, 제2 보조 수용 공간(105) 내에 온도 조절 부재(115)가 설치되는 바, 이때 온도 조절 부재(115)는 전형적으로 코일 형 온도 조절기일 수 있다. 이러한 온도 조절 부재(115)는 온도 제어기(114)에 의한 제어 하에서 작동하는 바, 제2 그레이팅 구조(108)의 상측 부위는 밀폐된 면을 형성하고, 온도 제어기(114)와 온도 조절 부재(115) 사이에는 수평 방향으로 설치된 평판 부재(116)가 설치되어 온도 제어기(114)의 설치 공간을 제공한다. 따라서, 온도 제어기(114)와 온도 조절 부재(115) 간의 연결부를 제외하고는 온도 제어기(114)의 설치 공간은 실질적으로 밀폐되어 있는 것으로 고려할 수 있다. 또한, 도시된 구체예에 따르면, 제2 그레이팅 구조(108)를 경계로 하여 금속 가공재 수용 공간(103)과 제2 보조 수용 공간(105)이 연통되어 있기 때문에 제2 보조 수용 공간(105) 내 온도 조절 부재(115)에 의하여 온도가 조절된 액상 처리제가 금속 가공재 수용 공간(103)과 상호 이동하게 되어 결과적으로 금속 가공재(101)의 처리 온도를 조절할 수 있다. According to the illustrated embodiment, a temperature regulating member 115 is provided in the second auxiliary receiving space 105, wherein the temperature regulating member 115 is typically a coil-type thermostat. This temperature regulating member 115 operates under the control of the temperature controller 114 so that the upper portion of the second grating structure 108 forms a closed surface and the temperature controller 114 and the temperature regulating member 115 A flat plate member 116 provided in a horizontal direction is provided to provide an installation space for the temperature controller 114. Therefore, it is considered that the installation space of the temperature controller 114 is substantially closed except for the connection portion between the temperature controller 114 and the temperature control member 115. According to the illustrated embodiment, since the metal processing material receiving space 103 and the second auxiliary receiving space 105 are communicated with each other with the second grating structure 108 as a boundary, The liquid treating agent whose temperature is controlled by the temperature controlling member 115 moves with the metal processing material receiving space 103, and as a result, the processing temperature of the metal working material 101 can be controlled.

또한, 금속 가공재 수용 공간(103)의 제2 보조 수용 공간(105) 측과 반대 방향의 경계를 정하는 격벽(109) 역시 종 방향 또는 수직 방향으로 설치되어 있는 바, 격벽(109)은 밀폐되어 있기 때문에 처리제가 두께 방향으로 격벽(109)을 통과하지 못한다. 이때, 격벽(109)은 금속 가공재 수용 공간(103)의 상면까지 연장되지 않고, 또한 격벽(109)의 상측 단부가 금속 가공재 수용 공간(103)의 상면과 소정 간격을 두고 이격됨으로써 금속 가공재 수용 공간(103)의 최대 수용 공간을 초과하는 량의 액상 처리제가 격벽(109)의 상측 단부를 넘어 흐르도록 구성된다. 그 결과, 격벽(109)과 컨테이너의 내면(측면) 사이의 간격에 의하여 경계가 정하여지는 처리제의 수집 공간(106)으로 흘러넘친 액상 처리제가 흐르게 된다. The partition wall 109 defining the boundary in the direction opposite to the second auxiliary accommodation space 105 side of the metal processing material accommodation space 103 is also provided in the longitudinal or vertical direction, The treatment agent does not pass through the partition wall 109 in the thickness direction. At this time, the partition wall 109 does not extend to the upper surface of the metal processing material accommodating space 103, and the upper end of the partition wall 109 is separated from the upper surface of the metal processing material accommodating space 103 by a predetermined distance, So that the amount of the liquid treatment agent exceeding the maximum accommodation space of the partition wall (103) flows over the upper end of the partition wall (109). As a result, the liquid treating agent flowing into the collecting space 106 of the treating agent bounded by the interval between the partition wall 109 and the inner surface (side surface) of the container flows.

이때, 주목할 점은 격벽(109)의 높이는 평판 부재(116)의 설치 높이에 비하여 낮게 설정됨으로써 액상 처리제가 온도 제어기(114)의 설치 공간으로 유입되지 않도록 하는 것이다. 따라서, 온도 제어기(114)와 온도 조절 부재(115) 간의 연결 부위에 틈이 존재한다 해도 액상 처리제가 온도 제어기(114)의 설치 공간으로 역류할 위험성은 감소하게 된다.It should be noted that the height of the partition wall 109 is set to be lower than the height of the plate member 116 so that the liquid treating agent is prevented from flowing into the installation space of the temperature controller 114. Therefore, even if there is a gap in the connection portion between the temperature controller 114 and the temperature regulating member 115, the risk of the liquid treating agent flowing back into the installation space of the temperature controller 114 is reduced.

도 2를 참조하면, 격벽(109)을 상측 단부를 넘어 수집 공간(106)으로 이송된 액상 처리액은 수집 공간(106)과 연결된 도관(117)을 경유하며, 순환 라인(118)을 통하여 리사이클되어 분사 노즐(112)에 의하여 금속 가공재 수용 공간(103)으로 도입된다. 도관(117)으로 이송되는 처리제에는 인산염 층의 형성 과정에서 발생하는 슬러지 등의 부생성물 또는 폐기물을 함유하고 있다. 이때, 수집 공간(106)으로부터 처리제를 흡입하는 펌프(111)가 순환 라인(118)의 중간 영역에 설치되어 있는 바, 이때 순환 라인(118) 내 펌프(111)의 전단에는 필터 부재(110)가 설치되어 처리제 내 부생성물 또는 폐기물의 적어도 일부분을 여과하여 제거하도록 구성되어 있다. 따라서, 순환 라인(118)을 통하여 재차 컨테이너(102)로 리사이클되어 금속 가공재 수용 공간(103)으로 도입되는 처리제는 슬러지 등의 부생성물 또는 폐기물의 적어도 일부가 제거된 상태이다. 또한, 금속 가공재(101)의 처리 과정에서 손실된 액상 처리제를 보충하기 위하여 필터 부재(110)를 거쳐 여과된 처리제가 리사이클되는 순환 라인(118)에 메이크업 라인(119)이 설치되어 신규의 액상 처리제가 도입하여 리사이클되는 처리제와 조합된다.2, the liquid processing solution transferred to the collecting space 106 through the upper end of the partition wall 109 passes through a conduit 117 connected to the collecting space 106 and is recycled through the circulating line 118 And is introduced into the metal processing material accommodation space 103 by the injection nozzle 112. The treatment agent transferred to the conduit 117 contains by-products such as sludge or waste generated during the formation of the phosphate layer. At this time, a pump 111 for sucking the treatment agent from the collection space 106 is installed in the middle region of the circulation line 118. At this time, the filter member 110 is provided at the front end of the pump 111 in the circulation line 118, So that at least a part of the byproducts or wastes in the treatment agent are filtered and removed. Therefore, the processing agent recycled to the container 102 through the circulation line 118 and introduced into the metal processing material receiving space 103 is in a state in which at least a part of the byproducts or waste such as sludge is removed. A makeup line 119 is installed in the circulation line 118 where the processed material filtered through the filter member 110 is recycled to supplement the liquid processing agent lost during the processing of the metal processing material 101, And is combined with a treatment agent which is introduced and recycled.

도시된 구체예에 따르면, 초음파 조사 장치(113)가 격벽(109)의 내측 면(즉, 금속 가공재 수용 공간을 향하는 면)에 설치되는 바, 이때 초음파 조사 장치는 금속 가공재(101)의 처리 시 초음파 진동 에너지를 제공한다. 이와 같이, 액상 처리제에 초음파 진동을 가할 경우, 금속 가공재(101)의 표면에 보다 작은 결정 사이즈를 갖는 인산염 층을 형성할 수 있다.According to the illustrated embodiment, the ultrasonic wave irradiating device 113 is installed on the inner surface (that is, the surface facing the metal processing material accommodating space) of the partition wall 109. At this time, Provides ultrasonic vibration energy. As described above, when ultrasonic vibration is applied to the liquid processing agent, a phosphate layer having a smaller crystal size can be formed on the surface of the metal working material 101.

예시적으로, 초음파 조사 장치(113)로부터 조사되는 초음파 에너지의 주파수는, 예를 들면 약 150 kHz 이하, 구체적으로 약 20 내지 50 kHz 범위일 수 있고, 또한 액상 처리제에 전달되는 초음파 출력은, 예를 들면 약 70 내지 150 Watt, 구체적으로 약 80 내지 120 Watt, 보다 구체적으로 약 90 내지 110 Watt 범위일 수 있다. 만약 초음파 주파수 및/또는 초음파 출력이 일정 수준에 미달할 경우, 작은 결정 사이즈의 치밀한 인산염 층을 형성하기 곤란할 수 있으므로 전술한 초음파 주파수 및 초음파 출력 범위 내에서 조절된 초음파를 조사하는 것이 바람직할 수 있다.Illustratively, the frequency of the ultrasonic energy irradiated from the ultrasonic wave irradiating device 113 may be, for example, about 150 kHz or less, specifically about 20 to 50 kHz, and the ultrasonic wave power delivered to the liquid treatment agent may be, For example, from about 70 to 150 Watts, specifically about 80 to 120 Watts, more specifically about 90 to 110 Watts. If the ultrasonic frequency and / or the ultrasonic output is below a certain level, it may be difficult to form a dense phosphate layer having a small crystal size. Therefore, it may be preferable to irradiate ultrasonic waves adjusted within the above-described ultrasonic frequency and ultrasonic output range .

제1 윤활층 형성First lubricant layer formation

도 1을 참조하면, 전술한 방법에 따라 형성된 인산염 층 상에 제1 윤활층(13)으로서 에폭시 고분자계 코팅층, 구체적으로 에폭시계 고분자의 주쇄에 실란계 화합물이 그라프팅되어 있는 복합물 재질의 코팅층을 형성한다. 1, an epoxy polymer coating layer is formed as a first lubricating layer 13 on the phosphate layer formed according to the above-described method, specifically, a coating layer of a composite material having a silane-based compound grafted on the main chain of the epoxy polymer .

전술한 바와 같이, 인산염 층은 무기물 재질의 코팅층으로서 이의 상면에 윤활층으로서 순수 유기물인 고분자 층을 형성할 경우, 무기물 층과 유기물 층 간의 상용성 저하로 인하여 이들 간의 접착력이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명에 있어서, 주목할 점은 윤활층의 주성분으로서 에폭시 수지를 사용하되, 이를 무기물인 실란계 화합물로 그라프팅하는 방식으로 개질함으로써 하측의 인산염 층과의 접착력을 개선하고, 이와 동시에 고분자인 에폭시 수지의 고유 특성을 이용한 윤활 기능을 제공할 수 있다는 것이다. 특히, 소량의 실란계 화합물을 사용하는 경우에도 에폭시 수지 층과 하측의 인산염 층 간에 현저히 개선된 점착력을 확보할 수 있다.As described above, when the phosphate layer is a coating layer made of an inorganic material and a polymer layer, which is a pure organic substance, is formed as a lubricant layer on the upper surface of the phosphate layer, the adhesion between the inorganic layer and the organic layer is lowered due to the lowered compatibility thereof . Therefore, in the present invention, it should be noted that the epoxy resin is used as the main component of the lubricating layer, and the epoxy resin is modified by grafting with an inorganic silane compound to improve the adhesive force with the lower phosphate layer, It is possible to provide a lubrication function using the inherent characteristics of the epoxy resin. In particular, even when a small amount of silane-based compound is used, a remarkably improved adhesion between the epoxy resin layer and the lower phosphate layer can be ensured.

이와 관련하여, "에폭시"는 기결합된 2개의 탄소 원자에 산소가 결합되어 있는 그룹을 의미할 수 있는 바, 가장 간단한 에폭시 구조는 하기 화학식 3에 나타낸 바와 같은 3원 고리 구조를 갖고 있다.In this connection, "epoxy" may mean a group in which oxygen is bonded to two bonded carbon atoms, and the simplest epoxy structure has a three-membered ring structure as shown in the following formula (3).

[화학식 3](3)

Figure 112017061640313-pat00007
Figure 112017061640313-pat00007

일 구체예에 따르면, 에폭시 수지로서 비스페놀류, 구체적으로 비스페놀 A와 에피크롤로로히드린을 반응시켜 얻어지는 비스페놀형 에폭시수지, 특히 하기 화학식 4와 같이 표시되는 비스페놀 A형 에폭시 수지(즉, 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르)일 수 있다.According to one embodiment, a bisphenol type epoxy resin obtained by reacting bisphenols, specifically, bisphenol A with epichlorohydrin as an epoxy resin, a bisphenol A type epoxy resin represented by the following Formula 4 (that is, bisphenol A Of diglycidyl ether).

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure 112017061640313-pat00008
Figure 112017061640313-pat00008

다른 구체예에 따르면, 노보락 수지의 페놀성 수산기를 글리시딜 에테르화한, 노보락형 에폭시수지, 방향족 카르본산의 글리시딜에스테르, 에틸렌성 불포화 화합물의 2중 결합을 과산으로 에폭시화한 과산 에폭시형 등을 사용할 수 있다. 이외에도, 전술한 에폭시 수지의 수지 골격에 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드를 부가한 수지, 다가의 알코올의 글리시딜 에테르 등도 예시할 수 있다. According to another embodiment, a novolak type epoxy resin obtained by glycidyl etherating a phenolic hydroxyl group of a novolac resin, a glycidyl ester of an aromatic carboxylic acid, a peroxidized epoxidized double bond of an ethylenically unsaturated compound, Epoxy type or the like can be used. In addition, a resin obtained by adding ethylene oxide or propylene oxide to the resin skeleton of the above-mentioned epoxy resin, a glycidyl ether of a polyhydric alcohol, and the like can also be mentioned.

다만, 전술한 비스페놀 A형 에폭시 수지를 사용하는 것이 유리할 수 있으며, 또한 에폭시 수지의 분자량(Mw)은, 예를 들면 약 300 내지 10000, 구체적으로 약 400 내지 7000, 보다 구체적으로 약 1000 내지 5000 범위일 수 있다.However, it may be advantageous to use the above-mentioned bisphenol A type epoxy resin, and the molecular weight (Mw) of the epoxy resin is, for example, about 300 to 10000, specifically about 400 to 7000, more specifically about 1000 to 5000 Lt; / RTI >

본 발명에 있어서, 상술한 에폭시 수지는 실란계 화합물의 졸-겔법에 의하여 그라프팅 반응된다. 이때, 에폭시 수지에 경화제로서 폴리아미드를 혼합하고, 이에 실란계 화합물을 그라프팅 반응시킬 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 경화제에 대한 에폭시 수지의 중량 비는, 예를 들면 약 1 내지 2, 구체적으로 약 1.1 내지 1.5, 보다 구체적으로 약 1.2 내지 1.4 범위일 수 있다. 에폭시 수지와 경화제의 혼합물은 물(예를 들면, 탈이온수)과, 예를 들면 약 0.5 내지 1.5 : 1의 중량 비로 분산(희석)시킨 후에 실란계 화합물을 함유하는 코팅액과 조합하여 반응시킬 수 있다. In the present invention, the above-mentioned epoxy resin is subjected to a grafting reaction by a sol-gel method of a silane compound. At this time, polyamide may be mixed as a curing agent in the epoxy resin, and the silane compound may be subjected to a grafting reaction. According to exemplary embodiments, the weight ratio of epoxy resin to the curing agent may range, for example, from about 1 to 2, specifically from about 1.1 to 1.5, and more specifically from about 1.2 to 1.4. The mixture of the epoxy resin and the curing agent can be reacted in combination with a coating solution containing a silane compound after being dispersed (diluted) with water (for example, deionized water) at a weight ratio of, for example, about 0.5 to 1.5: 1 .

이러한 실란계 화합물은, 구체적으로 알콕시기를 함유하는 실란계 화합물일 수 있는 바, 이의 예는 (3-글리시딜옥시프로필)트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 페닐-아미노-프로필트리에톡시실란, 3-머캡토프로필트리에톡시실란, 또는 이의 조합일 수 있다. 예시적 구체예에 따르면, 이러한 실란계 화합물로서, (3-글리시딜옥시프로필)트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란 및 페닐-아미노-프로필트리에톡시실란의 조합을 사용힐 수 있다.Such a silane-based compound may specifically be a silane-based compound containing an alkoxy group, examples of which include (3-glycidyloxypropyl) triethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyl-amino- 3-mercaptopropyltriethoxysilane, or a combination thereof. According to an illustrative embodiment, a combination of (3-glycidyloxypropyl) triethoxysilane, methyltriethoxysilane and phenyl-amino-propyltriethoxysilane may be used as such silane-based compounds.

일 구체예에 따르면, 에폭시 수지의 주쇄에 그라프팅 반응을 수행하기 위한 졸-겔 코팅 용액은 물의 존재 하에서 실란계 화합물을 가수 분해 및 축합 반응시켜 제조할 수 있다. 이때, 가수 분해 및 축합 반응은 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면 약 15 내지 40℃, 구체적으로 약 20 내지 35 ℃, 보다 구체적으로 상온에서 수행될 수 있으며, 또한 필요에 따라서는 지방족 알코올, 예를 들면 메탄올, 에탄올 및/또는 이소프로필알코올을 실란계 화합물 대비 체적 기준으로, 예를 들면 약 3 내지 6배, 구체적으로 약 4 내지 5 배 비율로 첨가한 후에 가수 분해 및 축합 반응을 위하여 물을 첨가할 수 있다. 이때, 선택적으로 산 촉매, 예를 들면 아세트산 등을 적량 첨가할 수 있다.According to one embodiment, the sol-gel coating solution for performing the grafting reaction on the main chain of the epoxy resin can be prepared by hydrolysis and condensation reaction of the silane compound in the presence of water. At this time, the temperature of the hydrolysis and condensation reaction is not particularly limited, but can be carried out, for example, at about 15 to 40 ° C, specifically about 20 to 35 ° C, more specifically at room temperature, For example, methanol, ethanol and / or isopropyl alcohol in a volume ratio relative to the silane-based compound, for example, about 3 to 6 times, specifically about 4 to 5 times, for hydrolysis and condensation Water can be added. At this time, an appropriate amount of an acid catalyst such as acetic acid may be optionally added.

전술한 실란계 화합물은 실란기 말단 및 유기 말단을 함유하고 있는 바, 구체적으로 실란기 말단 상에는 알콕시기가 연결되어 있고, 유기 말단 상에는 유기 고분자와 용이하게 반응할 수 있는 반응성 유기기가 함유되어 있다. 이때, 실란계 화합물 내에서 실리콘 원자 상에 직접 치환되어 있는 알콕시기는 쉽게 가수분해되어 실란올기를 형성한다. 이러한 실란올기는 다른 실란올기와 축합 반응되어 연장된 Si-O-Si 네트워크 및 하측의 인산염 층의 금속(M)과 반응하여 M-O-Si 결합을 형성한다. 이처럼, 실란계 화합물은 하측 인산염 층과 유기 고분자 매트릭스 사이에서 연결제로 기능하는 것으로 판단된다.The above-mentioned silane compound contains a silane group terminal and an organic terminal. Specifically, an alkoxy group is connected to the terminal of the silane group, and a reactive organic group capable of easily reacting with the organic polymer is contained on the organic terminal. At this time, the alkoxy group directly substituted on the silicon atom in the silane compound easily hydrolyzes to form a silanol group. This silanol group is condensed with other silanol groups to react with the extended Si-O-Si network and the metal (M) of the lower phosphate layer to form an M-O-Si bond. Thus, it is believed that the silane compound functions as a linking agent between the lower phosphate layer and the organic polymer matrix.

본 발명에 따르면, 에폭시계 고분자의 주쇄에 실란계 화합물이 졸-겔법에 의하여 그라프팅 반응되는 바, 이때 그라프팅 반응되는 실란계 화합물의 량은 에폭시계 고분자의 중량을 기준으로 약 1 내지 3 중량%, 구체적으로 약 1.5 내지 2.5, 보다 구체적으로 약 2의 범위일 수 있다. 이때, 그라프팅 반응(즉, 개질 반응)에 사용되는 실란계 화합물의 량이 지나치게 클 경우에는 과도하게 강성을 갖는 층을 형성하여 인산염 층과의 접착 특성이 저하되거나 윤활 특성이 감소될 수 있다. 따라서, 전술한 비율의 범위로 그라프팅시키는 것이 유리하다. According to the present invention, the silane compound is grafted to the main chain of the epoxy polymer by a sol-gel method. The amount of the silane compound to be grafted is about 1 to 3 wt% based on the weight of the epoxy polymer %, Specifically about 1.5 to 2.5, more specifically about 2. At this time, when the amount of the silane compound used in the grafting reaction (that is, the reforming reaction) is excessively large, an excessively rigid layer may be formed to lower the adhesion property with the phosphate layer or reduce the lubricating property. Therefore, it is advantageous to perform grafting in the range of the above-mentioned ratio.

예시적 구체예에 따르면, 상술한 바와 같이 실란계 화합물을 함유하는 코팅액과 에폭시계 고분자-함유 분산물의 조합에 대하여 그라프팅 반응을 수행할 경우, 먼저 코팅 과정을 통하여 조합물을 인산염 층 상에 도포한 후에 경화 반응을 수행할 수 있다. 경화 반응 과정 중 조합물 내에 함유된 경화제에 의하여 실란 성분이 에폭시 수지의 주쇄에 그라프팅될 수 있다.According to the exemplary embodiment, when performing the grafting reaction on the combination of the coating liquid containing the silane compound and the epoxy-based polymer-containing dispersion as described above, the coating is first applied to the phosphate layer through the coating process The curing reaction can be carried out. During the curing reaction process, the silane component may be grafted to the backbone of the epoxy resin by the curing agent contained in the combination.

예시적 구체예에 따르면, 코팅된 구조물은, 예를 들면 약 20 내지 40℃, 구체적으로 약 25 내지 30 ℃의 온도에서 경화될 수 있다. 이때, 경화 시간은, 전형적으로 약 10 내지 20 시간, 구체적으로 약 12 내지 18 시간 범위일 수 있다. 다만, 완전환 경화를 위하여, 승온 조건 하에서 경화시키는 과정을 부가적으로 수행할 수 있는 바, 이때 승온 조건은, 예를 들면 약 80 내지 120℃, 구체적으로 약 85 내지 110 ℃, 보다 구체적으로 약 95 내지 105 ℃ 범위에서 정하여 질 수 있다. 이때, 승온 유지 시간은 특정 범위로 한정되는 것은 아니며, 완전 경화에 필요한 시간이 족하다. According to an illustrative embodiment, the coated structure may be cured at a temperature of, for example, about 20 to 40 占 폚, specifically about 25 to 30 占 폚. Here, the curing time may typically range from about 10 to 20 hours, specifically from about 12 to 18 hours. However, for complete ring curing, a process of curing under elevated temperature conditions can additionally be performed, wherein the elevated temperature condition is, for example, about 80 to 120 ° C, specifically about 85 to 110 ° C, more specifically about 95 to < RTI ID = 0.0 > 105 C. < / RTI > At this time, the temperature rise holding time is not limited to a specific range, and sufficient time for full curing is sufficient.

한편, 이와 같이 제1 윤활층으로서 실란계 화합물이 에폭시계 고분자의 주쇄에 그라프팅된 복합물을 함유하는 층은, 예를 들면 약 1 내지 3 g/㎡, 구체적으로 약 1.5 내지 2.5 g/㎡, 보다 구체적으로 약 1.7 내지 2.2 g/㎡의 량으로 부착될 수 있다. 상술한 복합물을 함유하는 층은 고분자가 갖는 윤활 특성을 제공하면서, 하측에 위치하는 인산염 층과의 접착성을 현저히 증가시킬 수 있다.On the other hand, the layer containing the composite in which the silane compound is grafted to the main chain of the epoxy-based polymer as the first lubricant layer is, for example, about 1 to 3 g / m 2, specifically about 1.5 to 2.5 g / More specifically from about 1.7 to about 2.2 g / m < 2 >. The layer containing the composite described above can significantly increase the adhesion to the underlying phosphate layer while providing the lubrication properties of the polymer.

제2 윤활층의 형성Formation of second lubricant layer

본 발명의 구체예에 따르면, 전술한 바와 같이 주쇄가 실란계 화합물로 그라프팅된 에폭시 수지의 복합물로 이루어지는 제1 윤활층(13) 상에 인-함유 유기 실란계 화합물을 플라즈마 코팅시켜 형성되는 제2 윤활층(14)이 부착되어 있다. 즉, 제1 윤활층(13)은 실란계 화합물로 에폭시 수지가 개질된 복합물 재질로 이루어지는 바, 그 위에 인-함유 유기 실란계 화합물의 코팅층을 형성함으로써 기본적으로 제1 윤활층(13)과 양호한 부착성을 확보할 수 있고, 특히 중요하게는 제1 윤활층(13)으로서 고분자 기반의 층을 형성함에 따라 유발되는 인화성을 억제할 수 있게 된다(즉, 무기질 필러를 혼입하지 않고도 난연성을 개선할 수 있음).According to the embodiment of the present invention, as described above, the first lubricant layer 13 composed of a composite of an epoxy resin grafted with a silane compound as the main chain is formed by plasma-coating a phosphorus-containing organosilane compound 2 lubricating layer 14 is attached. That is, the first lubricating layer 13 is made of a composite material in which the epoxy resin is modified with a silane-based compound, and a coating layer of a phosphorus-containing organosilane compound is formed thereon, so that the first lubricating layer 13, Adhesion property can be ensured, and in particular, the flammability caused by forming the polymer-based layer as the first lubricating layer 13 can be suppressed (i.e., the flame retardancy can be improved without incorporating the inorganic filler Lt; / RTI >

"플라즈마"는 재료에 에너지를 연속적으로 가할 경우, 해당 재료의 온도가 승온됨에 따라 고상에서 액상 및 기상으로 전환되며, 이에 지속적인 에너지가 가해지면 원자 껍질이 분해되어 전하를 갖고 여기된 입자 및 분자 조각이 형성되는 바, 이러한 혼합물을 플라즈마 상태에 있는 것으로 고려할 수 있다. "Plasma" means that when energy is continuously applied to a material, the temperature of the material is changed from a solid phase to a liquid phase and a gas phase as the temperature of the material is increased. When sustained energy is applied, the atomic shell decomposes, , This mixture can be considered to be in a plasma state.

본 발명에 따르면, 이러한 난연성을 갖는 제2 윤활층을 제1 윤활층 상에 부착함으로써 제1 윤활층 내 에폭시 고분자로 인한 인화 경향을 억제할 수 있다. 이때, 제2 윤활층 형성을 위하여 인-함유 유기 실란계 화합물이 전구체로 사용된다.According to the present invention, by adhering a second lubricating layer having such flame retardancy to the first lubricating layer, the printing tendency due to the epoxy polymer in the first lubricating layer can be suppressed. At this time, a phosphorus-containing organosilane-based compound is used as a precursor for forming the second lubricant layer.

이러한 인-함유 유기 실란계 화합물의 예는 2-(디페닐포스피노)에틸트리에톡시실란, 2-(디메틸포스피노)에틸트리에톡시실란, 2-(디에틸포스피노)에틸트리에톡시실란, 2-(디페닐포스피노)메틸디에톡시실란, 2-(디메틸포스피노)메틸디에톡시실란, 2-(디에틸포스피노)메틸디에톡시실란, 3-(디페닐포스피노)에틸트리에톡시실란, 3-(디메틸포스피노)에틸트리에톡시실란, 3- (디페닐포스피노)메틸디에톡시실란, 3-(디메틸포스피노)메틸디에톡시실란, 3-(디에틸포스피노)메틸디에톡시실란, 2-(디사이클로헥실포스피노에틸)트리에톡시실란, 2-(디사이클로헥실포스피노에틸)메틸디에톡시실란, 3-(디사이클헥실포스피노에틸)트리에톡시실란, 3- (디사이클로헥실포스피노에틸)메틸디에톡시실란, (2-디에틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디메틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디페닐포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디사이클로포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디메틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디페닐포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디사이클로포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (2-디메틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (2-디프로필포스페이토에틸)트리에톡시실란, 3-(디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (3-디메틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, 및 (3-디프로필포스페이토에틸)트리에톡시실란일 수 있고, 이를 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. Examples of such phosphorus-containing organosilane compounds are 2- (diphenylphosphino) ethyltriethoxysilane, 2- (dimethylphosphino) ethyltriethoxysilane, 2- (diethylphosphino) ethyltriethoxy (Diethylphosphino) methyldiethoxysilane, 3- (diphenylphosphino) methyltriethoxysilane, 2- (dimethylphosphino) methyldiethoxysilane, 2- (Dimethylphosphino) methyldiethoxysilane, 3- (dimethylphosphino) ethyltriethoxysilane, 3- (diphenylphosphino) methyldiethoxysilane, 3- Methyldiethoxysilane, 2- (dicyclohexylphosphinoethyl) triethoxysilane, 2- (dicyclohexylphosphinoethyl) methyldiethoxysilane, 3- (dicyclohexylphosphinoethyl) Methyldiethoxysilane, (2-diethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-dimethylphosphatoethyl) methyl (2-diphenylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-dicyclophosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (3-dimethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, ( 3-diphenylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (3-dicyclophosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-diethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (2-dimethylphosphate) (2-dipropylphosphatoethyl) triethoxysilane, 3- (diethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (3-dimethylphosphatoethyl) triethoxysilane, Silane, and (3-dipropylphosphatoethyl) triethoxysilane, which may be used alone or in combination.

보다 구체적으로, 인-함유 유기 실란계 화합물은 (2-디에틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디메틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디페닐포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디사이클로포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디메틸포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디페닐포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (3-디사이클로포스페이토에틸)메틸디에톡시실란, (2-디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (2-디메틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (2-디프로필포스페이토에틸)트리에톡시실란, 3-(디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, (3-디메틸포스페이토에틸)트리에톡시실란, 및 (3-디프로필포스페이토에틸)트리에톡시실란 또는 이의 조합일 수 있다.More specifically, the phosphorus-containing organosilane-based compound is (2-diethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-dimethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (2-diphenylphosphatoethyl ) Methyldiethoxysilane, (2-dicyclophosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (3-dimethylphosphatoethyl) methyldiethoxysilane, (3-diphenylphosphatoethyl) (2-dimethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (2-diethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (2-dimethylphosphatoethyl) (3-dimethylphosphatoethyl) triethoxysilane, 3- (diethylphosphatoethyl) triethoxysilane, (3-dimethylphosphatoethyl) Ethoxysilane, or a combination thereof.

이와 관련하여, 인-함유 유기 실란계 화합물의 플라즈마 코팅 공정은. 예를 들면 갑압 조건, 예를 들면 약 0.01 내지 10 mbar, 구체적으로 약 0.1 내지 5 mbar, 보다 구체적으로 약 0.5 내지 5 mbar의 조건에서 수행될 수 있다. 이때, 플라즈마 코팅 시 인가되는 에너지의 주파수(교류 주파수)는, 통상의 플라즈마 발생 에너지의 주파수에 비하여 낮은 수준인 바, 예를 들면 약 4 내지 40 kHz, 구체적으로 약 5 내지 20 kHz, 보다 구체적으로 약 6 내지 15 kHz 범위일 수 있다. 또한, 출력 밀도는, 예를 들면 약 2 내지 5000 mW/㎠, 구체적으로 약 500 내지 4000 mW/㎠, 보다 구체적으로 약 1000 내지 3000 mW/㎠ 범위일 수 있다. 이외에도, 피크 대 피크 전압(peak-to-peak voltage)은, 예를 들면 약 20 내지 50 kV, 구체적으로 약 25 내지 40 kV, 보다 구체적으로 약 30 내지 25 kV 범위일 수 있다. In this regard, the plasma coating process of the phosphorus-containing organosilane-based compound comprises: For example under the conditions of high pressure, for example about 0.01 to 10 mbar, specifically about 0.1 to 5 mbar, more specifically about 0.5 to 5 mbar. At this time, the frequency of the energy (AC frequency) applied in the plasma coating is lower than the frequency of the normal plasma generation energy, for example, about 4 to 40 kHz, specifically about 5 to 20 kHz, And may range from about 6 to 15 kHz. The output density may also be in the range of, for example, about 2 to 5000 mW / cm 2, specifically about 500 to 4000 mW / cm 2, more specifically about 1000 to 3000 mW / cm 2. In addition, the peak-to-peak voltage may range, for example, from about 20 to 50 kV, specifically about 25 to 40 kV, and more specifically about 30 to 25 kV.

한편, 플라즈마 코팅 챔버 내 온도는, 예를 들면 약 50 내지 200℃, 구체적으로 약 70 내지 150 ℃, 보다 구체적으로 약 80 내지 120 ℃ 범위일 수 있고, 예를 들면 약 3 내지 10 ms(구체적으로 약 4 내지 8 ms) 간격으로 온-오프 상태를 교대하는 방식으로 수행될 수 있다. On the other hand, the temperature in the plasma coating chamber may be in the range of, for example, about 50 to 200 DEG C, specifically about 70 to 150 DEG C, more specifically about 80 to 120 DEG C, for example about 3 to 10 ms About 4 to 8 milliseconds) in alternating on-off states.

이와 같이 형성된 제2 윤활층의 부착 중량은, 예를 들면 약 2 내지 6 g/㎡, 구체적으로 약 2.5 내지 5 g/㎡, 보다 구체적으로 약 3 내지 4 g/㎡ 범위일 수 있는 바, 상기 제2 윤활층(14)이 금속 가공재(11) 상에 형성되는 복수의 코팅층 중 최외층을 형성하여 금속 재료의 성형 공정, 특히 냉간 단조 공정에서 외부 변형력을 직접적으로 받게 되므로 내구성이 강함과 동시에 하측의 고분자 재질의 제1 윤활층(13)에 외력을 전달하여 제1 윤활층에서 효과적인 저마찰 등의 기능이 발휘될 수 있도록 한다. 특히, 제2 윤활층은 실란계 코팅 재질로서 제1 윤활층 내 에폭시 고분자와 결합되어 있는 실란 성분과 강하게 결합되어 있기 때문에 재질 자체에 의한 난연성 확보뿐만 아니라, 제1 윤활층과의 접착력이 우수한 장점을 갖는다.The adhesion weight of the second lubricant layer thus formed may be in the range of, for example, about 2 to 6 g / m 2, specifically about 2.5 to 5 g / m 2, more specifically about 3 to 4 g / m 2, Since the second lubricating layer 14 forms the outermost layer among a plurality of coating layers formed on the metal working material 11 and receives the external stress directly in the molding process of the metal material, particularly the cold forging process, An external force is transmitted to the first lubricant layer 13 made of a polymer material of the first lubricant layer so that the function such as effective low friction can be exerted in the first lubricant layer. Particularly, since the second lubricant layer is strongly bonded to the silane component bonded to the epoxy polymer in the first lubricant layer as the silane-based coating material, it is possible to secure not only the flame retardancy due to the material itself but also the excellent adhesion with the first lubricant layer Respectively.

제2 구체예Second Embodiment

도 3은 본 발명의 다른 구체예에 따른 금속 가공재 상에 형성된 피막을 개략적으로 도시한다.Figure 3 schematically shows a coating formed on a metal workpiece according to another embodiment of the present invention.

상기 도시된 구체예에서는 금속 가공재(21) 상에 인산염 층(22), 제1 윤활층(23) 및 제2 윤활층(24)이 순차적으로 형성 또는 부착되어 있는 점은 제1 구체예와 관련한 기술적 사항과 실질적으로 동일하다. 다만, 상기 구체예의 경우, 인산염 층(22)의 형성에 앞서, 전형적인 전처리 단계가 아닌, 특정 전처리를 통하여 형성된 예비 코팅층(25)을 금속 가공재(21)와 인산염 층(22) 사이에 개재함으로써 인산염 층(22)과 금속 가공재(21) 간의 부착성을 현저히 개선한 점을 주목할 필요가 있다. 따라서, 다수의 단계를 거치는 종래의 전처리 과정 중 적어도 일부를 생략할 수 있다.In the illustrated embodiment, the phosphate layer 22, the first lubricating layer 23 and the second lubricating layer 24 are sequentially formed or attached on the metal workpiece 21, It is practically the same as the technical one. However, in the case of this embodiment, prior to the formation of the phosphate layer 22, a pretreatment layer 25 formed through a specific pretreatment, not a typical pretreatment step, is interposed between the metal workpiece 21 and the phosphate layer 22, It should be noted that the adhesion between the layer 22 and the metal workpiece 21 is significantly improved. Accordingly, at least a part of the conventional preprocessing process through a plurality of steps can be omitted.

본 구체예에 따르면, 예비 코팅층(25)의 형성용 코팅액은 수계 조성물로서, (i) 지르코늄, 티타늄, 하프늄 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속-함유 화합물, (ii) 하기 화학식 3으로 표시되는 이노시톨 헥사포스포릭산 또는 이의 염, 및 (iii) 불화수소산, 불화알칼리염, 불화암모늄, 불화수소 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 불소화합물을 함유할 수 있다. 이러한 예비 코팅층 형성용 조성물은 하측의 기재, 즉 금속 가공재(21)의 표면과 반응하여 화학적으로 개질하고, 더 나아가 금속 가공재의 표면과 바인딩하여 필름 또는 층을 형성할 수 있는 조성물일 수 있다. According to this embodiment, the coating liquid for forming the precoat layer 25 is an aqueous composition comprising (i) a metal-containing compound selected from the group consisting of zirconium, titanium, hafnium and combinations thereof, (ii) (Iii) a fluorine compound selected from the group consisting of hydrofluoric acid, an alkali fluoride salt, ammonium fluoride, hydrogen fluoride, and combinations thereof. The composition for forming the preliminary coating layer may be a composition capable of reacting with the surface of the lower substrate, that is, the surface of the metal processing material 21, chemically modifying the material, and further binding with the surface of the metal processing material to form a film or a layer.

이와 관련하여, 성분 (i)에 있어서, 금속-함유 화합물은, 지르코늄, 티타늄, 하프늄 또는 이의 조합이다. 지르코늄-함유 화합물의 예는 헥사플루오로지르코닉산, 이의 알칼리 또는 암모늄 염, 탄산지르코늄, 질산지르코늄, 황산지르코늄, 카르복실화 지르코늄, 히드록시 카르복실화 지르코늄, 또는 이의 혼합물일 수 있다. 티타늄-함유 화합물의 예는 플루오로티탄산 및 이의 염일 수 있다. 또한, 하프늄-함유 화합물의 예는 질산 하프늄일 수 있다. 상기 나열된 종류는 예시적인 의미로 이해되어야 한다. In this regard, in component (i), the metal-containing compound is zirconium, titanium, hafnium or a combination thereof. Examples of zirconium-containing compounds may be hexafluorozirconic acid, its alkali or ammonium salts, zirconium carbonate, zirconium nitrate, zirconium sulfate, zirconium carboxylate, zirconium hydroxycarboxylate, or mixtures thereof. Examples of titanium-containing compounds may be fluorotitanic acid and its salts. An example of a hafnium-containing compound may also be hafnium nitrate. The classes listed above should be understood in an exemplary sense.

본 구체예에 따르면, 상기 금속-함유 화합물의 함량은 수계 조성물 내에서 금속 원소 기준으로, 예를 들면 약 10 내지 800 ppm, 구체적으로 약 50 내지 700 ppm, 보다 구체적으로 약 100 내지 500 ppm 범위일 수 있다.According to this embodiment, the content of the metal-containing compound is in the range of, for example, about 10 to 800 ppm, specifically about 50 to 700 ppm, more specifically about 100 to 500 ppm .

성분 (ii)와 관련하여, 복수의 인을 함유하는 산 성분 또는 이의 염을 사용할 수 있는 바, 구체적으로 이러한 산 성분은 하기 화학식 3으로 표시되는 이노시톨 헥사포스포릭산이다. With regard to the component (ii), an acid component containing a plurality of phosphorus or a salt thereof can be used. Specifically, such an acid component is inositol hexaphosphoric acid represented by the following formula (3).

[화학식 3] (3)

Figure 112017061640313-pat00009
Figure 112017061640313-pat00009

예시적 구체예에 따르면, 상기 성분 (ii)의 함량은 성분 (i)의 금속-함유 화합물의 함량에 따라 조절되는 바, 성분 (ii)에 대한 성분 (i)의 몰 비는, 예를 들면 약 4 내지 10, 구체적으로 약 5 내지 9, 보다 구체적으로 약 6 내지 8의 범위 내에서 조절될 수 있다. According to an exemplary embodiment, the content of component (ii) is controlled depending on the content of the metal-containing compound of component (i), and the molar ratio of component (i) to component (ii) Can be adjusted within the range of about 4 to 10, specifically about 5 to 9, and more specifically about 6 to 8.

성분 (iii)의 경우, 불소 화합물은, 성분 (i)과 중복되지 않는 범위의 불소 화합물일 수 있는 바, 예를 들면 유리 불소 화합물(다른 금속과 공유 결합 또는 이온 결합되지 않은 불소 화합물)으로서 불화수소산, 이의 알칼리 염 또는 암모늄 염, 착체 불화물(예를 들면, 규불화수소산 및/또는 붕불산) 등을 예시할 수 있다. 일 구체예에 따르면, 수계 조성물 내 성분 (iii)의 함량은 불소 원소 기준으로 약 20 내지 300 ppm, 구체적으로 약 50 내지 200 ppm, 보다 구체적으로 약 80 내지 150 ppm 범위일 수 있다. In the case of the component (iii), the fluorine compound may be a fluorine compound which does not overlap with the component (i), for example, a free fluorine compound (fluorine compound not covalently bonded or ion- Hydrofluoric acid, an alkali salt or ammonium salt thereof, and a complex fluoride (for example, hydrofluoric acid and / or borofluoric acid). According to one embodiment, the content of component (iii) in the aqueous composition may range from about 20 to 300 ppm, specifically about 50 to 200 ppm, more specifically about 80 to 150 ppm, based on the fluorine element.

또한, 상술한 예비 코팅층 형성용 수계 조성물의 pH는, 예를 들면 약 2.5 내지 4.5, 구체적으로 약 3 내지 4 범위 내에서 조정 가능하다. 이를 위하여, 필요에 따라서는 질산, 황산 및/또는 인산과 같은 산 성분, 또는 수산화나트륨, 탄산나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 및/또는 암모니아와 같은 염기 성분을 선택적으로 첨가할 수 있다.The pH of the water-based coating composition for forming a precoat layer described above can be adjusted within a range of, for example, about 2.5 to 4.5, specifically about 3 to 4. To this end, acid components such as nitric acid, sulfuric acid and / or phosphoric acid, or base components such as sodium hydroxide, sodium carbonate, potassium hydroxide, ammonium hydroxide and / or ammonia may optionally be added.

예시적 구체예에 따르면, 예비 코팅층(25)의 형성 온도는, 예를 들면 약 15 내지 70 ℃, 구체적으로 약 20 내지 50 ℃, 보다 구체적으로 약 25 내지 40 ℃ 범위일 수 있고, 코팅 방식은 함침 또는 침적 방식, 스프레이 방식 등이 적용 가능하나, 보다 전형적으로는 함침 또는 침적 방식이 채택될 수 있다.  According to an exemplary embodiment, the formation temperature of the precoat layer 25 may be, for example, in the range of about 15 to 70 DEG C, specifically about 20 to 50 DEG C, more specifically about 25 to 40 DEG C, Impregnation or deposition method, spray method or the like can be applied, but more typically, impregnation or deposition method can be adopted.

또한, 예비 코팅층(25)는, 가급적 인산염 층(22)과 금속 가공재(21) 간의 접착을 강화시키는 기능을 담당하는 만큼, 지나치게 두껍게 형성되는 것은 바람직하지 않다. 따라서, 예비 코팅층(25)의 예시적인 두께는, 최대 약 1 ㎛, 구체적으로 약 0.01 내지 0.5 ㎛, 보다 구체적으로 약 0.1 내지 0.4 ㎛ 범위 내에서 선정될 수 있고, 이에 따라 코팅 시간 등도 조절될 수 있다.It is not preferable that the precoat layer 25 is formed to be excessively thick, since it functions to strengthen adhesion between the phosphate layer 22 and the metal working material 21 as much as possible. Thus, the exemplary thickness of the precoat layer 25 can be selected within the range of up to about 1 [mu] m, specifically about 0.01 to 0.5 [mu] m, more specifically about 0.1 to 0.4 [mu] m, have.

이와 같은 예비 코팅층의 개재를 통하여 인산염 층과 금속 가공재 간에 유의미한 접착 강도의 개선 효과를 제공할 수 있기 때문에, 경우에 따라서는 통상의 전처리 공정 중 일부를 생략할 수 있다. Since a significant improvement in bonding strength between the phosphate layer and the metalworking material can be provided through the interposition of the precoating layer, some of the conventional pretreatment steps may be omitted in some cases.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 명확히 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적에 불과하며 발명의 영역을 제한하고자 하는 것은 아니다. The present invention can be more clearly understood by the following examples, and the following examples are merely illustrative of the present invention and are not intended to limit the scope of the invention.

실시예 1Example 1

본 실시예에서 사용된 금속 가공재의 시편으로서 상품명 SCM440으로 시판 중인 합금 강을 사용하였고, 이의 사이즈는 100 mm × 80 mm × 5 mm이었다. 인산염 층 형성에 앞서 시편의 표면을 천으로 닦고, 세척제 및 물을 이용하여 세정하였고, 이후 압축 공기를 분사하여 시편의 표면을 건조시켰다.As the specimen of the metal working material used in this embodiment, commercially available alloy steel of trade name SCM440 was used, and its size was 100 mm x 80 mm x 5 mm. Prior to the formation of the phosphate layer, the surface of the specimen was wiped with a cloth, cleaned using a cleaning agent and water, and then the surface of the specimen was dried by spraying compressed air.

인산염 층의 형성Formation of Phosphate Layer

인산염 층의 형성을 위한 수계 처리액의 조성을 하기 표 1에 나타내었다.The composition of the aqueous treatment liquid for formation of the phosphate layer is shown in Table 1 below.

성분(이온)Component (ion) Zn Zn CaCa PO4 PO 4 NO3 NO 3 NO2 NO 2 NiNi 전산도Computational chart 유리산도Free acidity 함량(g/l)Content (g / l) 1.51.5 1.01.0 1515 3.13.1 0.090.09 0.30.3 19.419.4 0.90.9

수계 처리액을 50 ℃에서 20분 동안 처리하였으며, 그 결과 10 g/㎡의 부착 중량으로 인산아연칼슘 층을 형성하였다. The aqueous treatment solution was treated at 50 ° C for 20 minutes, resulting in a calcium zinc phosphate layer with an adhered weight of 10 g / m 2.

제1 윤활층의 형성Formation of first lubricant layer

(3-글리시딜옥시프로필)트리에톡시실란(Sigma-Aldrich) 및 메틸트리에톡시실란(Sigma-Aldrich)을 1.1 : 1의 몰 비로 배합하고 물을 첨가하여 아세트산 촉매의 존재 하에서 가수분해 및 축합 반응시켰다. 이때, 반응은 상온 조건 하에서 수행하였다. 이후, 상기 가수분해된 코팅 용액에 페닐-아미노-프로필트리에톡시실란(Sigma-Aldrich)을 1.5 중량%로 첨가하여 실란계 화합물의 코팅액을 제조하였다. 이때, 실란계 화합물 : 물의 체적 비는 약 21 : 79 정도이었다.(3-glycidyloxypropyl) triethoxysilane (Sigma-Aldrich) and methyltriethoxysilane (Sigma-Aldrich) in a molar ratio of 1.1: 1, Condensation reaction. At this time, the reaction was carried out at room temperature. Then, 1.5% by weight of phenyl-amino-propyltriethoxysilane (Sigma-Aldrich) was added to the hydrolyzed coating solution to prepare a silane-based compound coating solution. At this time, the volume ratio of the silane compound: water was about 21: 79.

이와 별도로, 에폭시 수지로서 비스페놀 A의 디글리시딜 에테르(중량평균분자량 3700; 유리전이온도: 59.6℃) 및 폴리아미드계 경화제를 각각 구입하여 에폭시 수지 : 경화제의 중량 비를 10:8로 조절한 혼합물을 제조하였다. 상기 혼합물을 탈이온수와 1:1의 중량비로 조합하여 에폭시 고분자-함유 분산액을 제조하였다.Separately, a diglycidyl ether of bisphenol A (weight average molecular weight: 3700; glass transition temperature: 59.6 ° C) and a polyamide-based curing agent were respectively purchased as the epoxy resin, and the weight ratio of the epoxy resin to the curing agent was adjusted to 10: 8 A mixture was prepared. The mixture was combined with deionized water in a weight ratio of 1: 1 to prepare an epoxy polymer-containing dispersion.

이후, 실란계 화합물의 코팅액을 에폭시 고분자-함유 분산액에 첨가하였는 바, 이때 코팅액 내 실란계 화합물의 량은 에폭시 고분자 기준으로 각각 1.5 중량%, 2.5 중량% 및 5 중량%가 되도록 하여 3개의 배합물을 제조하였다(배합물-1, 배합물-2 및 배합물-3). 이때, 배합물 3은 비교 목적으로 제공된 것이다.Thereafter, the coating solution of the silane compound was added to the epoxy polymer-containing dispersion. The amount of the silane compound in the coating solution was 1.5 wt%, 2.5 wt% and 5 wt% based on the epoxy polymer, (Formulation-1, Formulation-2 and Formulation-3). At this time, the combination 3 is provided for comparison purposes.

그 다음, 배합물 1 내지 3 각각을 스핀 코터를 이용하여 앞서 인산염 층이 형성된 시편 상에 코팅하였다. 상기 코팅된 시편을 상온에서 12 시간에 걸쳐 경화 반응을 수행하였고, 이후 100℃로 유지되는 오븐 내에서 5분 동안 열처리하여 완전히 경화시켜 코팅층-1, 코팅층-2 및 코팅층-3을 제조하였다. 상기 3개의 코팅 시편에 대한 부착 량을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Each of the formulations 1 to 3 was then coated with a spin coater onto a specimen on which the phosphate layer was previously formed. The coated specimens were cured at room temperature for 12 hours, and then heat treated in an oven maintained at 100 ° C for 5 minutes to completely cure the coating layer-1, coating layer-2 and coating layer-3. The adhesion amounts of the three coated specimens were measured, and the results are shown in Table 2 below.

- 마찰 테스트- Friction test

제1 윤활층의 윤활능을 평가하기 위하여 Bowden 테스트를 통하여 마찰계수를 측정하였다. 이때, 마찰 테스트는, (i) 테스트 하중 5kg, (ii) 테스트 온도: 상온, 및 (iii) 테스트 강철구: φ 5 mm의 조건 하에서 수행되었으며, 이로부터 마찰계수를 얻었다. Bowden 테스트의 원리 및 세부 사항은 F.P. Bowden, D. Tabor, The friction and lubrication of solids, Clarendon Press 1986, p. 88-100에 기재되어 있다.In order to evaluate the lubrication ability of the first lubricant layer, friction coefficient was measured by Bowden test. At this time, the friction test was performed under the conditions of (i) a test load of 5 kg, (ii) test temperature: room temperature, and (iii) test steel: φ 5 mm. The principle and details of the Bowden test are described in F.P. Bowden, D. Tabor, The friction and lubrication of solids, Clarendon Press 1986, p. 88-100.

한편, 평균마찰계수는 10회의 평균값으로부터 산출하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.On the other hand, the average friction coefficient was calculated from the average value of ten times. The results are shown in Table 2 below.

제1 윤활층The first lubricant layer 실란계 함량
(중량%)
Silane content
(weight%)
부착 량(g/㎡)Adhesion amount (g / m 2) 평균마찰계수Average coefficient of friction
코팅-1Coating-1 1.51.5 2.12.1 0.120.12 코팅-2Coating-2 2.52.5 2.32.3 0.110.11 코팅-3Coating-3 55 2.42.4 0.180.18

상기 표에 따르면, 에폭시 고분자의 주쇄에 그라프팅되는 실란계 화합물의 함량이 1중량%에서 2.5중량%로 증가할수록 평균마찰계수가 감소하였는 바, 이는 윤활성이 증가함을 의미한다. 그러나, 실란계 화합물의 함량이 3 중량%를 초과함에 따라 평균마찰계수가 급격히 증가하였다. 따라서, 보다 효과적인 윤활 특성을 얻기 위하여는 실란계 화합물의 함량을 일정 수준 이하로 조절하는 것이 요구되는 것으로 판단된다.According to the above table, as the content of the silane compound grafted to the main chain of the epoxy polymer increases from 1 wt% to 2.5 wt%, the average coefficient of friction decreases, which means that the lubricity increases. However, as the content of the silane-based compound exceeded 3% by weight, the average coefficient of friction increased sharply. Therefore, in order to obtain a more effective lubrication characteristic, it is required to control the content of the silane-based compound to a certain level or less.

- 박리 테스트(ASTM D 4541)- Peel test (ASTM D 4541)

전술한 바와 같이, 인산염 층이 코팅된 시편과 그 상측에 부착된 3개의 코팅층(코팅-1, 코팅-2 및 코팅-3) 각각에 대한 접착력을 테스트하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.As described above, the adhesion of the phosphate layer-coated specimen and the three coating layers (Coating-1, Coating-2 and Coating-3) The results are shown in Table 3 below.

제1 윤활층The first lubricant layer 접착 강도(MPa)Adhesive strength (MPa) 파괴 타입(Failure Type)Failure Type 코팅-1Coating-1 7.17.1 응집 파괴Cohesive failure 코팅-2Coating-2 9.19.1 음집 파괴Negative damage 코팅-3Coating-3 5.85.8 부분 응집 파괴 및 부분 접착 파괴Partial cohesive failure and partial adhesion failure

상기 표에 따르면, 에폭시 고분자의 주쇄에 실란계 화합물을 그라프팅하여 개질할 경우, 양호한 접착 강도를 얻을 수 있었다. 특히, 그라프팅되는 실란계 화합물의 함량이 1.5 중량%에서 2.5 중량%까지 증가함에 따라 접착 강도는 서서히 증가하였으나, 3 중량%를 초과함에 따라 급격한 접착 강도 저하가 일어났다. According to the above table, when the silane compound was grafted on the main chain of the epoxy polymer to modify it, good bonding strength could be obtained. Particularly, as the content of the silane-based compound grafted increases from 1.5 wt% to 2.5 wt%, the adhesive strength gradually increases, but the adhesive strength decreases sharply as it exceeds 3 wt%.

제2 윤활층의 형성Formation of second lubricant layer

제1 윤활층으로서 코팅-2를 부착한 시편 상에 플라즈마 코팅을 통하여 제2 윤활층을 부착시켰다. 플라즈마 코팅은 (2-디에틸포스페이토에틸)트리에톡시실란을 전구체로 하여 상압 하에서 수행하였다. 구체적으로, 전구체를 2 bar의 질소 분위기 하에서 미립화하였으며, 질소를 운반 가스로 하여 플라즈마 영역으로 도입하였다. 이때, 질소 가스의 흐름 속도는 25 L/min이었다. 이때, 플라즈마 처리에 용매는 사용되지 않았으며, 플라즈마 처리 시간에 따라 코팅 두께를 조절하였다. 또한, 플라즈마 처리는 5 ms 간격으로 온-오프 상태를 반복하는 방식으로 수행되었고, 피크-대-피크 전압 및 주파수는 각각 30 kV 및 6kHz이었다. 제2 윤활층의 부착 량은 약 3.2 g/㎡이었다.A second lubricating layer was attached to the specimen with Coating-2 as a first lubricating layer through a plasma coating. The plasma coating was performed under atmospheric pressure with (2-diethylphosphatoethyl) triethoxysilane as a precursor. Specifically, the precursor was atomized under a nitrogen atmosphere of 2 bar, and nitrogen was introduced as a carrier gas into the plasma region. At this time, the flow rate of the nitrogen gas was 25 L / min. At this time, no solvent was used for the plasma treatment, and the coating thickness was adjusted according to the plasma treatment time. Also, the plasma treatment was performed in a repeating on-off state at 5 ms intervals, with the peak-to-peak voltage and frequency being 30 kV and 6 kHz, respectively. The adhesion amount of the second lubricant layer was about 3.2 g / m 2.

FT-IR 스펙트럼 분석(Fourier transform infrared Spectroscopy)FT-IR spectrum analysis (Fourier transform infrared spectroscopy)

제2 윤활층에 대하여, FT-IR(Fourier transform infrared) 스펙트럼 분석(Perkin Elmer Spectrum One, Perkin Elmer, Beaconsfield, UK)을 수행하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다. 상기 도면에 따르면, ν=2975 ㎝-1, 1390 ㎝-1, 1240 ㎝-1, 1155 ㎝-1, 1055 ㎝-1, 955 ㎝-1 및 785 ㎝-1에서 밴드가 발견되었다. 구체적으로, 1240 ㎝-1에서의 밴드는 전구체 내 포스페이트 P=O 결합에 상당하는 것으로 파악되었는 바, 이는 수득된 플라즈마 고분자 내 P=O와 히드록시기 사이의 수소 결합을 시사하는 보다 낮은 주파수(1215 ㎝-1) 측으로 상당히 시프트된 것이다. 또한, 1000 내지 1250 ㎝-1, 범위의 복잡한 밴드 형상은 Si-P, P-O 및 C-O 스트레칭 진동에 해당하는 것이다. 이와 관련하여, 최종 구조에서 1100 ㎝-1 부근에서 나타난 Si-O-Si 스트레칭에 상당하는 밴드를 나타내는 것으로 볼 수 있다. Fourier transform infrared (FT-IR) spectrum analysis (Perkin Elmer Spectrum One, Perkin Elmer, Beaconsfield, UK) was performed on the second lubricant layer. The results are shown in Fig. According to the figure, bands were found at v = 2975 cm -1 , 1390 cm -1 , 1240 cm -1 , 1155 cm -1 , 1055 cm -1 , 955 cm -1 and 785 cm -1 . Specifically, the band at 1240 cm -1 was found to correspond to the phosphate P = O bond in the precursor, which is a lower frequency (1215 cm) that suggests hydrogen bonding between the P = O and hydroxy groups in the resulting plasma polymer -1 ) side. Further, the complex band shape in the range of 1000 to 1250 cm -1 corresponds to the Si-P, PO and CO stretching vibrations. In this regard, it can be seen that the band corresponding to the Si-O-Si stretching appeared at about 1100 cm -1 in the final structure.

상기 FT-IR 분석 결과, 인-함유 유기실란의 플라즈마 중합 결과, 일 측면에서는 Si-O-Si 결합, 그리고 다른 측면에서는 P-O-P 결합이 관찰되었다. 이는 제2 윤활층에 함유된 실리콘과 하측의 제1 윤활층에 함유된 실리콘과 결합이 형성되어 치밀하게 부착되어 있음을 시사한다.As a result of the FT-IR analysis, the plasma polymerization of the phosphorus-containing organosilane showed Si-O-Si bonds on one side and P-O-P bonds on the other side. This suggests that the silicon contained in the second lubricant layer and the silicon contained in the first lubricant layer on the lower side are bonded and closely attached.

난연성 평가Flammability evaluation

제2 윤활층 형성 전 시편과 제2 윤활층이 코팅된 시편에 대하여 콘 칼로리미터(Fire Testing Technology)를 이용하여 ISO 5660에 따라 난연 특성을 평가하였다. 분석 결과, time-to-ignition (TTI)는 제2 윤활층 형성 전후에 65에서 141로 증가하였다. 이러한 TTI의 증가 정도를 고려할 때, 제2 윤활층의 코팅으로 인하여 열에 대한 내성을 갖는 배리어 층이 형성되었음을 확인할 수 있다. 이러한 난연성의 개선은 플라즈마-코팅된 인-함유 유기실란의 가교 구조로부터 기인하는 것으로 추측되는 바, 이러한 플라즈마 고분자가 실록산 구조뿐만 아니라 포스페이트 및 포스포네이트 그룹을 함유하고 있는 것으로 볼 수 있기 때문이다. The specimens coated with the second lubricant layer and the second lubricant layer were evaluated for flame retardancy according to ISO 5660 using a cone calorimeter. As a result, time-to-ignition (TTI) increased from 65 to 141 before and after the formation of the second lubricant layer. Considering this increase in TTI, it can be confirmed that a barrier layer having resistance to heat is formed due to the coating of the second lubricant layer. This improvement in flame retardancy is presumed to be attributable to the crosslinked structure of the plasma-coated phosphorus-containing organosilane, since such a plasma polymer can be regarded as containing not only the siloxane structure but also phosphate and phosphonate groups.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 금속 가공재에 대하여 일련의 표면 처리, 즉 인산염 층, 제1 윤활층 및 제2 윤활층을 순차적으로 형성한 결과, 내부식성은 물론, 제1 윤활층으로서 실란계 화합물로 개질된 에폭시계 고분자 층을 사용함에 따른 인산염 층과의 견고한 부착 및 저마찰 특성, 그리고 제2 윤활층으로서 제1 윤활층과의 부착력 개선 및 난연 효과를 동시에 확보할 수 있다. 특히, 인산염 층의 형성 시 특정 구조를 갖는 표면 처리 장치를 사용할 경우, 표면 처리 과정 중 발생되는 폐기물의 처리 비용을 획기적으로 저감시킬 수 있는 장점을 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, a series of surface treatments, that is, a phosphate layer, a first lubricating layer, and a second lubricating layer are sequentially formed on a metal working material. As a result, It is possible to simultaneously secure firm adhesion with the phosphate layer and low friction characteristics as a result of using the epoxy-based polymer layer modified with the compound, and improve the adhesion with the first lubricant layer and the flame retardant effect as the second lubricant layer. Particularly, when a surface treatment apparatus having a specific structure is used for forming the phosphate layer, it is possible to remarkably reduce the treatment cost of the waste generated during the surface treatment process.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로, 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.

Claims (7)

금속 가공재의 표면 처리 방법으로서,
a) 철강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄, 구리 또는 이의 합금 재질을 갖는 금속 가공재(workpiece)을 제공하는 단계;
b) 상기 금속 가공재에 대하여, 표면 처리 장치 내에서 인산염 층을 형성하는 단계, 이때 상기 인산염 층의 부착 중량은 1.5 내지 30 g/㎡ 범위임;
c) 상기 인산염 층에 대하여 고분자 및 무기물을 함유하는 복합물을 포함하는 제1 윤활층을 형성하는 단계; 및
d) 상기 제1 윤활층 상에 유기실란계 화합물을 플라즈마 코팅시켜 제2 윤활층을 형성하는 단계;
를 포함하며,
여기서, 제1 윤활층은 상기 인산염 층 상에 1 내지 3 g/㎡의 부착 중량으로 형성된 코팅층으로서, 에폭시계 고분자의 주쇄에 실란계 화합물이 졸-겔법에 의하여 에폭시계 고분자의 중량을 기준으로 1 내지 3 중량%의 량으로 그라프팅 반응된 복합물을 함유하며,
상기 제2 윤활층은 상기 제1 윤활층 상에 2 내지 6 g/㎡의 부착 중량으로 형성된 코팅층으로서, 인-함유 유기 실란계 화합물을 플라즈마 코팅시켜 형성되며, 그리고
상기 단계 b)에서 사용된 표면 처리 장치는,
상기 금속 가공재 및 액상의 인-함유 처리제로서 수계 용액을 수용하는 컨테이너;
상기 처리제의 적어도 일부분을 순환시키기 위한 펌프;
온도 제어기에 의한 제어 하에서 상기 컨테이너의 일 측부 영역에 배치된 온도 조절 부재;
초음파 조사 부재; 및
필터 부재:
를 포함하며,
여기서, 상기 컨테이너는,
상기 금속 가공재를 도입하기 위하여 상측에 개방부가 형성되고, 도입된 금속 가공재를 수용하기 위한 공간을 제공하는 금속 가공재 수용 공간;
상기 금속 가공재 수용 공간의 하면 상에 소정 간격을 두고 이격 설치되고, 이에 형성된 제1 그레이팅 구조에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간과 유체 연통되어 금속 가공재 수용 공간으로부터 처리제가 유입되도록 구성되는 제1 보조 수용 공간;
상기 온도 조절 부재의 설치 공간을 제공하면서 종 방향 또는 수직 방향으로 설치되는 제2 그레이팅 구조에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간과 구별되는 공간의 경계를 정하는 제2 보조 수용 공간, 여기서 상기 제2 보조 수용 공간은 상기 제2 그레이팅 구조에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간과 유체 연통되며, 또한 상기 금속 가공재 수용 공간과 제1 보조 수용 공간의 이격 간격은 상기 제2 보조 수용 공간의 제2 그레이팅 구조에 상기 제1 보조 수용 공간의 제1 그레이팅 구조가 삽입 설치되는 방식으로 조절되며, 상기 온도 조절 부재는 상기 제2 보조 수용 공간 내에 설치됨; 및
종 방향 또는 수직 방향으로 설치되는 격벽에 의하여 상기 금속 가공재 수용 공간의 제2 보조 수용 공간 측과 반대 방향의 경계를 정하는 한편, 상기 격벽과 상기 컨테이너 내면 사이의 간격에 의하여 경계가 정해지는 수집 공간, 이때 상기 격벽의 상측 단부가 상기 컨테이너의 상면과 소정 간격을 두고 이격됨으로써 상기 금속 가공재 수용 공간의 최대 수용 공간을 초과하는 량의 처리제가 상기 격벽의 상측 단부를 넘어 수집 공간으로 이송됨;
을 포함하고,
상기 초음파 조사 부재는 상기 격벽의 내측 면에 설치되고,
상기 필터 부재는 상기 수집 공간과 연통되어 상기 펌프에 의하여 상측으로 이동하면서 필터 부재를 경유함으로써 상기 수집 공간으로 이송된 처리제 내 불순물을 제거한 여과액이 상기 금속 가공재 수용 공간으로 리사이클되도록 순환 라인을 구비하며, 그리고
상기 필터 부재를 거친 여과액에 처리제를 보충하기 위한 메이크업 라인이 부가되어 있는 표면 처리 방법.
A surface treatment method for a metal material,
a) providing a metal workpiece having steel, stainless steel, titanium, aluminum, copper or alloys thereof;
b) forming a phosphate layer in the surface treatment device for the metalworking material, wherein the adhesion weight of the phosphate layer is in the range of 1.5 to 30 g / m 2;
c) forming a first lubricant layer comprising a complex containing a polymer and an inorganic material for the phosphate layer; And
d) plasma-coating an organosilane compound on the first lubricant layer to form a second lubricant layer;
/ RTI >
Here, the first lubricant layer is a coating layer formed on the phosphate layer at an adhesion weight of 1 to 3 g / m < 2 >, and the silane compound is added to the main chain of the epoxy polymer by a sol- To 3% by weight of the composite,
Wherein the second lubricant layer is formed by coating a phosphorus-containing organosilane-based compound on the first lubricant layer with a coating weight of 2 to 6 g / m < 2 >
The surface treatment apparatus used in the step b)
A container for containing an aqueous solution as the metal-working material and the liquid-phase phosphorus-containing treatment agent;
A pump for circulating at least a portion of the treatment agent;
A temperature regulating member disposed in one side region of the container under the control of a temperature controller;
An ultrasonic irradiation member; And
Filter element:
/ RTI >
Here,
A metal processing material receiving space formed on the upper side for introducing the metal processing material and providing a space for accommodating the introduced metal processing material;
A first auxiliary storage space which is spaced apart from the metal processing material receiving space at a predetermined interval and is in fluid communication with the metal processing material receiving space by a first grating structure formed therein, ;
A second auxiliary accommodation space defining a boundary between the metal processing material accommodation space and the space separated by the second grating structure provided in the longitudinal direction or the vertical direction while providing a space for installing the temperature adjusting member, Wherein the second grating structure is in fluid communication with the metal processing material receiving space by the second grating structure and the spacing between the metal processing material receiving space and the first auxiliary receiving space is smaller than the first auxiliary The first grating structure of the accommodation space is adjusted in such a manner that the first grating structure is inserted into the accommodation space, and the temperature adjustment member is installed in the second auxiliary accommodation space; And
A collection space which is defined by a space defined between the partition wall and the inner surface of the container by a boundary defined in the longitudinal direction or the vertical direction and opposite to the second auxiliary accommodation space side of the metal processing material accommodation space, Wherein an upper end of the partition wall is spaced apart from an upper surface of the container by a predetermined distance so that an amount of the treating agent exceeding the maximum receiving space of the metal processing material receiving space is transferred to the collecting space beyond the upper end of the partition wall;
/ RTI >
Wherein the ultrasonic wave irradiating member is provided on an inner surface of the partition wall,
Wherein the filter member is provided with a circulation line for communicating with the collection space and moving upward by the pump and passing the filter member to recycle the filtrate from which the impurities in the treatment agent transferred to the collection space have been removed to the metal processing material accommodation space , And
Wherein a makeup line for replenishing the treatment agent is added to the filtrate passed through the filter member.
제1항에 있어서, 상기 인-함유 유기 실란계 화합물은 하기 화학식 1, 화학식 2 또는 이의 조합인 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법:
[화학식 1]
Figure 112017061640313-pat00010

[화학식 2]
Figure 112017061640313-pat00011
.
The surface treatment method according to claim 1, wherein the phosphorus-containing organosilane compound is represented by the following general formula (1), (2)
[Chemical Formula 1]
Figure 112017061640313-pat00010

(2)
Figure 112017061640313-pat00011
.
제2항에 있어서, 상기 단계 b)에 앞서,
(i) 지르코늄, 티타늄, 하프늄 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속-함유 화합물, (ii) 하기 화학식 3으로 표시되는 이노시톨 헥사포스포릭산 또는 이의 염, 및 (iii) 불화수소산, 불화알칼리염, 불화암모늄, 착체 불화물 및 이의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 불소 화합물을 함유하는 수계 조성물로 전처리하는 단계를 더 포함하며,
여기서, 수계 조성물 내 금속-함유 화합물의 함량은 금속 원소 기준으로 10 내지 800 ppm 범위이고, 상기 성분 (ii)에 대한 성분 (i)의 몰 비는 4 내지 10 범위이고, 상기 불소 화합물의 함량은 불소 원소 기준으로 20 내지 300 ppm 범위이며, 그리고
상기 조성물의 pH는 2.5 내지 4.5 범위인 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법:
[화학식 3]
Figure 112017061640313-pat00012
.
3. The method of claim 2, wherein prior to step b)
(i) a metal-containing compound selected from the group consisting of zirconium, titanium, hafnium and combinations thereof, (ii) inositol hexaphosphoric acid represented by the following formula (3) or a salt thereof, and (iii) hydrofluoric acid, , A fluoride compound selected from the group consisting of ammonium fluoride, complex fluoride, and combinations thereof,
Here, the content of the metal-containing compound in the aqueous composition is in the range of 10 to 800 ppm based on the metal element, the molar ratio of the component (i) to the component (ii) is in the range of 4 to 10, In the range of 20 to 300 ppm based on the fluorine element, and
Wherein the pH of the composition is in the range of 2.5 to 4.5.
(3)
Figure 112017061640313-pat00012
.
제2항에 있어서, 상기 인산염 층을 형성하기 위한 인산염 처리제는 수계 용액으로서,
상기 수계 용액의 전산도는 10 내지 50, 또한 유리 산도는 0.2 내지 2이고,
상기 인산염 층은 30 내지 80 ℃의 온도에서 0.5 내지 30분에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
The method according to claim 2, wherein the phosphate treatment agent for forming the phosphate layer is an aqueous solution,
The degree of acidity of the aqueous solution is 10 to 50 and the free acidity is 0.2 to 2,
Wherein the phosphate layer is formed at a temperature of 30 to 80 DEG C over a period of 0.5 to 30 minutes.
제4항에 있어서, 상기 인산염 층을 형성하기 위한 인산염 처리제는, (i) 아연 이온 0.1 내지 5 g/l, (ii) 칼슘, 마그네슘 및 망간으로 이루어진 군으로부터 적어도 하나가 선택되는 추가 금속 이온 0 내지 10 g/l, (iii) 포스페이트 이온 5 내지 60 g/l 및 (iv) 니트레이트 이온, 니트라이트 이온 및 퍼옥사이드 이온로 이루어진 군으로부터 선택되는 촉진제 0.1 내지 10 g/l를 포함하고, 그리고
상기 인산염 처리제 중 아연 이온 : 추가 금속(Ca, Mg, Mn 또는 이의 조합) 이온 : 포스페이트 이온의 중량 비는 0.1 내지 3 : 0 내지 3 : 5 내지 40 범위인 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
5. The method of claim 4, wherein the phosphate treatment agent for forming the phosphate layer comprises: (i) from 0.1 to 5 g / l zinc ion; (ii) an additional metal ion selected from the group consisting of calcium, magnesium and manganese, (Iii) 0.1 to 10 g / l of an accelerator selected from the group consisting of nitrate ions, nitrite ions and peroxide ions, and (iv) 5 to 60 g / l of phosphate ions and
Wherein the weight ratio of the zinc ion to the additional metal (Ca, Mg, Mn, or a combination thereof) ion: phosphate ion in the phosphate treatment agent is in the range of 0.1 to 3: 0 to 3: 5 to 40.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 단계 d)에서 플라즈마 코팅은 0.01 내지 10 mbar의 감압 조건 및 50 내지 200℃의 온도 조건 하에서 수행되고, 또한
상기 플라즈마 코팅 시 인가되는 에너지의 주파수(교류 주파수)는 4 내지 40 kHz 범위이고, 출력 밀도는 1000 내지 5000 mW/㎠이며, 그리고 피크 대 피크 전압은 20 내지 50 kV인 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
The method of claim 1, wherein in step d) the plasma coating is performed under reduced pressure conditions of from 0.01 to 10 mbar and temperature conditions of from 50 to 200 캜,
Characterized in that the frequency (AC frequency) of the energy applied in the plasma coating is in the range of 4 to 40 kHz, the power density is in the range of 1000 to 5000 mW / cm2, and the peak to peak voltage is in the range of 20 to 50 kV. .
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