KR101830580B1 - 핀 홀과 주름 흠을 방지하기 위한 전착도장 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는 피도장물의 표면에 전착도료로 도막을 형성하는 전착도장 단계, 상기 도막이 형성된 피도장물 표면을 세정하는 세정 단계, 및 세정된 피도장물을 건조하는 건조 단계를 포함하는 전착도장 방법에 있어서, 상기 전착도장 단계는 중간 전압(V₁)까지 전압을 증가시키는 제1승압 단계, 전체 전착도장 시간의 20~30%의 시간 동안 중간 전압(V₁)이 유지되는 전압유지단계, 및 최고 전압(V₂)까지 전압을 증가시키는 제2승압 단계를 포함하는 전착도장 방법을 제공하며, 이에 따르면, 도막 두께를 두껍게 유지하면서, 도막에 핀 홀 및 주름 흠을 방지하여 밀착성을 향상시키는 효과가 있다.

Description

핀 홀과 주름 흠을 방지하기 위한 전착도장 방법{METHOD FOR ELECTRODEPOSITION COATING FOR PREVENTING PINHOLES AND WRINKLES}

본 발명은 핀 홀과 주름 흠을 방지하기 위한 전착도장 방법에 관한 것이다.

자동차 소재는 전처리 공정을 거쳐 도장공정으로 마무리된다. 상기 전처리 공정은 생산 공정의 오염물질을 알칼리 용액으로 제거하는 탈지공정, 인산염 품질향상 목적의 표면조정 공정 및 인산염 결정의 성장을 유도하는 인산염 공정으로 구분된다. 상기 전처리 공정이 완료되면 다시 4단계 이상의 도장공정이 진행되는데 전착도장-중도-베이스코팅-클리어코팅으로 구분된다. 상기 전착도장은 소재를 보호하고 소재와 중도 사이의 결합력을 향상시킬 목적으로 실시하고 있다.

종래의 전착도장 방법은, 전체 전착도장 시간의 15% 시간 이내에 최고 인가전압(100%)까지 빠르게 상승시키고, 나머지 시간 동안 최고 인가전압(100%)으로 유지하였다. 이러한 방법은 프로그램이 단순하고 최고 인가전압에서 오랫동안 유지되기 때문에 짧은 시간 내에 두꺼운 도막 두께를 형성하며 두께 편차가 크기 않은 장점이 있어 널리 사용되고 있는 방법이다. 그러나 짧은 시간 내에 급격한 전압의 상승으로 최고 인가전압(100%)까지 올려야 하므로 핀 홀이 빈번하게 발생한다. 상기 핀 홀은 모든 소재에서 발생하고 있으나 불균일한 합금화도, 다양한 상, 크레이터(Crater) 등으로 인해 합금화 아연도금강판(GA)에서 특히 빈번하게 많이 발생하고 있다.

상기 핀 홀의 발생은 소재의 외관상 불량은 물론, 후속 단계의 도장이 거의 이루어지기 않기 때문에 부식의 급격한 진행으로 소재 표면품질에 막대한 악영향을 미치고 있다. 또한, 양호한 표면품질소재 확보를 위해 반복도장 등이 추가로 필요하다. 반복도장을 실시하는 경우 시간과 인력, 경비손실은 물론 가공비와 추가적인 실험진행으로 손실이 매우 크게 나타나고 있다.

전착도장이 완료된 소재는 세정하여 표면 잔류 도장용액 제거한 후 베이킹(Baking)을 통해 완성되는데, 고온에서의 급속하게 베이킹이 진행되는 경우 표면잔류 수분이 증발하여 도막의 수축현상이 발생한다. 이로 인해 도막 표면에 주름 흠 발생하고, 또한, 도막 밀착성 저하의 원인으로 내식성 평가 과정에서 빈번한 품질불량이 발생한다.

본 발명은 도막 두께를 두껍게 유지하면서, 핀 홀 및 주름 흠을 방지하여 밀착성을 향상시키는 전착도장 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피도장물을 전착도료에 침지시키고 중간 전압(V₁)까지 전압을 증가시키는 제1승압 단계, 전체 전착도장 시간의 20~30%의 시간 동안 상기 중간 전압(V₁)이 유지되는 전압유지단계, 및 최고 전압(V₂)까지 전압을 증가시켜 상기 피도장물에 도막을 형성하는 제2승압 단계를 포함하는 전착도장 방법을 제공한다.

상기 제1승압은 2~5V/s의 속도로 승압될 수 있다.

상기 제2승압은 2~5V/s의 속도로 승압될 수 있다.

상기 최고 전압(V₂)은 50 내지 400V일 수 있다.

상기 중간 전압(V₁)은 상기 최고 전압(V₂)의 50~60%일 수 있다.

상기 도막이 형성된 피도장물 표면을 세정하는 세정 단계, 및 세정된 피도장물을 건조하는 건조 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 건조 단계는, 상기 세정된 피도장물을 에어 건조하는 단계, 및 열 건조하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 에어 건조는 1~10분 동안 이루어질 수 있다.

상기 열 건조는 30 내지 200℃의 온도 범위에서 1 내지 10분 동안 이루어질 수 있다.

상기 열 건조는 상이한 온도에서 2 이상의 단계로 실시하고, 그 온도는 단계적으로 상승시킬 수 있다.

본 발명에 따르면, 도막 두께를 두껍게 유지하면서, 도막에 핀 홀 및 주름 흠을 방지하여 밀착성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 실시예 및 비교예 1 내지 5의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예, 비교예 1 및 3의 전착도장 공정으로 생성된 도막의 표면을 촬영한 사진이다.

이하, 다양한 실시예를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 핀 홀과 주름 흠을 방지하기 위한 전착도장 방법에 관한 것이며, 구체적으로, 도막 두께를 두껍게 유지하면서, 핀 홀 및 주름 흠을 방지하여 밀착성을 향상시키는 전착도장 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전착도장 방법은 피도장물의 표면에 전착도료로 도막을 형성하는 전착도장 단계, 상기 도막이 형성된 피도장물 표면을 세정하는 세정 단계, 및 세정된 피도장물을 건조하는 건조 단계를 포함할 수 있다.

상기 전착도장은 피도장물에 형성되는 도막의 두께를 두껍게 형성하고, 소재와 도막 간의 밀착력을 향상시키기 위하여 실시하는 공정으로, 금속재질의 피동작물의 하도에 많이 쓰이는 도장법이다. 상기 전착도장은 피도장물을 전착 도료에 담가 외판은 물론 내부까지 균일하게 도정하는 방법으로, 구체적으로 전착 도료를 집어넣은 탱크 속에 금속제의 피도장물을 침지시킨 후, 상기 피도장물과 전극 간에 전압을 인가하여 상기 피도장물의 표면에 도막을 형성시키는 도장 방법이다. 상기 전착 도료에 전압을 가하여 전류를 흐르게 함으로써, 양이온 입자는 음극으로 음이온 입자는 양극으로 이동하는 현상을 이용하여 상기 피도장물의 표면에 도막을 형성시킬 수 있다.

전착도장 공정에서 사용하는 전착도료는 양이온성 도료와 음이온성 도료의 두가지 모두를 사용할 수 있으며, 내식성이 우수한 양이온성 에폭시계 도료를 사용하는 것이 바람직하지만, 목적에 따라 양이온성 아크릴계 도료나 음이온성 에폭시계 도료 등과 같은 모든 종류의 전착 도장용 도료를 이용할 수도 있다.

종래에는 상기 피도장물과 전극 간에 전압을 인가하여 상기 피도장물의 표면에 도막을 형성시키기 위하여, 수초 이내에 최고 전압까지 빠르게 상승시키고 나머지 전착도장 시간 동안 최고 전압을 일정하게 유지하였다. 이러한 방법으로 도막을 형성하는 경우에는 도막 상에 핀 홀이 빈번하게 발생하였으며, 상기 핀 홀은 소재의 외관상의 불량은 물론, 밀착력이 저하되어 후속 단계의 도장이 이루어지지 않기 때문에 내식성이 열위한 단점이 있다.

그러나 본 발명의 일 실시예 따른 전착도장 방법은, 상기 피도장물과 전극 간에 전압을 인가 시 전압을 단계적으로 상승시키고 전압을 상승시키는 중간에 전압을 일정하게 유지하는 전압 유지 단계를 구비함으로써, 전착도장으로 형성된 도막에 핀 홀이 생성되는 것을 방지하여 밀착력을 향상시키는 효과가 있다.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 전착도장 방법은, 중간 전압(V₁)까지 전압을 증가시키는 제1승압 단계, 전체 전착도장 시간의 20~30%의 시간 동안 중간 전압(V₁)이 유지되는 전압유지단계, 및 최고 전압(V₂)까지 전압을 증가시키는 제2승압 단계를 포함하는 공정으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 중간 전압(V₁)까지 전압을 증가시키는 제1승압 단계는 2~5V/s의 속도로 승압되는 것이 바람직하다. 상기 제1승압 속도가 2V/s 미만이면 전착도장 방법으로 원하는 두께의 도막을 형성시키기 어려우며, 5V/s 초과하면 전착도장 방법으로 형성된 도막 상에 핀 홀이 생성될 수 있다.

상기 제1승압 단계에서는 중간 전압(V₁)까지 전압이 증가하며, 상기 중간 전압(V₁)은 전착도장 공정에서 원하는 두께를 얻기 위한 조건 등으로 제어되는 최고 전압(V₂)의 50~60%인 것이 바람직하다. 상기 중간 전압(V₁)이 상기 최고 전압(V₂)의 50% 미만이면 전착도장 방법으로 원하는 두께의 도막으로 도막을 두껍게 형성시키기 어려우며, 60% 초과하면 전압이 과하게 걸려 도막 상에 핀 홀이 생성될 수 있다.

상기 중간 전압(V₁)은 전체 전착도장 시간의 20~30%의 시간 동안 유지되는 것이 바람직하다. 상기 중간 전압(V₁)이 일정하게 유지되는 구간을 구비함으로써 전착도장으로 형성된 도막에 핀 홀이 생성되는 것을 방지하여 밀착력을 향상시키는 효과가 있다. 상기 중간 전압(V₁)이 전체 전착도장 시간의 20%의 시간 미만으로 유지되면 전착도장 방법으로 형성된 도막 상에 핀 홀이 생성될 수 있으며 전체 전착 도장 시간의 30%의 시간 초과하여 유지되면 전착도장 방법으로 원하는 두께의 도막을 형성시키기 어렵다.

상기 전체 전착도장 시간은 원하는 도막의 두께 및 전착 도료의 종류 등의 조건에 따라 조절될 수 있어 그 범위를 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어, 상기 전체 전착도장 시간은 50 내지 200초 동안 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 전체 전착도장이 50초 미만으로 이루어지는 경우 전착도장 방법으로 원하는 두께의 도막을 형성시키기 어려우며, 200초 초과하여 이루어지는 경우 전착도장시간이 지나치게 길어 소재의 생산량이 감소하는 문제점이 있다.

상기 중간 전압(V₁)으로 일정한 시간을 유지한 후 전압을 최고 전압(V₂)까지 전압을 증가시키는 제2승압 단계가 진행될 수 있다. 상기 제2승압 단계는 2~5V/s의 속도로 승압되는 것이 바람직하며, 상기 제2승압 속도가 2V/s 미만이면 전착도장 방법으로 원하는 두께의 도막을 형성시키기 어려우며, 5V/s 초과하면 전착도장 방법으로 형성된 도막 상에 핀 홀이 생성될 수 있다.

상기 제2승압 단계에서 증가되는 최고 전압(V₂)은 50 내지 400V인 것이 바람직하며, 상기 최고 전압이 50V 미만이면 전착도장 공정으로 원하는 두께의 도막을 형성할 수 없으며, 400V 초과하면 상기 도막에 핀 홀이 형성되어 밀착성이 떨어질 수 있다.

상기 제2승압 단계에서 증가된 최고 전압(V₂)을 일정하게 유지하여 전착도장으로 피도장물에 도막을 형성시킨 후, 상기 도막의 표면에 부착된 전착 도료를 제거하기 위하여 상기 도막을 세정할 수 있다. 세정된 도막은 상기 세정된 피도장물을 에어 건조하는 단계와 열 건조하는 단계를 포함하는 건조 공정으로 건조될 수 있다.

종래에는 전착도장이 완료된 소재를 세정하여 표면 잔류 전착도료를 제거한 후 베이킹하는 공정을 통해 도막을 완성하였는데, 이때 고온에서 급속하게 베이킹이 진행되어 도막 표면에 수분이 증발하여 도막의 수축현상이 발생했다. 이로 인해 상기 도막 표면에는 주름 흠이 발생하였고, 이러한 주름 흠은 도막 밀착성 저하의 원인이 되어 내식성이 열위한 문제가 있었다.

그러나 본원발명은 상기 세정된 피도장물을 에어 건조한 후 열 건조하는 단계를 포함하는 건조 공정으로 급속한 수분 증발으로 인한 도막의 수축을 방지하여 도막 표면에 주름 흠이 생성되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인해 밀착성을 향상시킬 수 있다.

상기 에어 건조는 1~10분 동안 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 에어 건조 수행 시간이 1분 미만이면 도막 표면에 남아있는 수분이 후속 공정에서 급속히 증발됨을 인하여 주름 흠이 발생할 수 있으며, 10분 초과하면 에어 건조로 제거되는 수분의 한계 이상으로 에어 건조를 수행하여 비경제적이다.

상기 열 건조는 상황에 따라 가변적으로 온도와 시간을 설명하여 수행하는 것이 바람직하나, 예를 들어, 30 내지 200℃의 온도 범위에서 1 내지 10분 동안 이루어질 수 있다. 나아가, 상기 열 건조는 상이한 온도에서 2 이상의 단계로 실시하고, 그 온도는 단계적으로 상승시키는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 열 건조는 3단계로 실시하며, 1단계는 30 내지 70℃의 온도 범위에서 1 내지 3분 동안, 2단계는 75 내지 110℃의 온도 범위에서 1 내지 4분 동안, 3단계는 120 내지 200℃의 온도 범위에서 1 내지 3분 동안 이루어질 수 있다.

이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 예시에 불과하며, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

실시예

<실시예 1>

「에렉크론 #9200」(간사이 페인트(주) 제, 상품명, 폴리아민변성 에폭시수지·블록폴리이소시아네이트계)를 고형분농도가 약 16 중량%가 되도록 탈이온수 등으로 희석한 후, 가로 50cm 및 세로 50cm의 합금화 아연 도금강판을 상기 전착도료에 침지시켰다. 이후, 상기 도금강판과 전극 간에 전압을 인가하여 도금강판 상에 도막을 형성시켰다.

한편, 전압을 인가할 때 3V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 20초 동안 60V까지 전압을 증가시켰다. 그 후 20초 동안 60V 전압을 유지한 후 4V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 10초 동안 100V까지 전압을 증가시켰다. 마지막으로 100V로 50초 동안 전착도장 공정을 수행하여 상기 도막을 형성시켰다. 도 1 (a)는 실시예의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프로 나타낸 도면이다.

<비교예 1>

실시예 1과 동일한 양이온 전착도료 및 합금화 아연 도금강판을 이용하여 전착도장 공정을 실시하였으나, 전압을 인가할 때 20초 동안 100V까지 전압을 증가시킨 후 100V로 80초 동안 전착도장 공정을 수행하여 도막을 형성시켰다. 도 1 (b)는 비교예 1의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프이다.

<비교예 2>

실시예 1과 동일한 양이온 전착도료 및 합금화 아연 도금강판을 이용하여 전착도장 공정을 실시하였으나, 전압을 인가할 때 4V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 15초 동안 60V까지 전압을 증가시켰다. 그 후 1.6V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 25초 동안 100V까지 전압을 증가시키고, 100V 전압을 60초 동안 유지하여 도막을 형성시켰다. 도 1 (c)는 비교예 2의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프이다.

<비교예 3>

실시예 1과 동일한 방법으로 전착도장 공정을 실시하였으나, 전압을 인가할 때 5V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 11초 동안 55V까지 전압을 증가시켰다. 이후 49초 동안 100V까지 전압을 증가시키고, 100V 전압을 40초 동안 유지하여 도막을 형성시켰다. 도 1 (d)는 비교예 3의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프이다.

<비교예 4>

실시예 1과 동일한 방법으로 전착도장 공정을 실시하였으나, 전압을 인가할 때 6V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 10초 동안 60V까지 전압을 증가시켰다. 그 후 40초 동안 60V 전압을 유지한 후 4V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 10초 동안 100V까지 전압을 증가시켰다. 마지막으로 100V 전압을 50초 동안 전착도장 공정을 수행하여 상기 도막을 형성시켰다. 도 1 (e)는 비교예 4의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프이다.

<비교예 5>

실시예 1과 동일한 방법으로 전착도장 공정을 실시하였으나, 전압을 인가할 때 5V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 10초 동안 50V까지 전압을 증가시켰다. 그 후 15초 동안 50V 전압을 유지한 후 3V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 10초 동안 80V까지 전압을 증가시켰다. 이후 25초 동안 80V 전압을 유지한 후 4V/s의 승압 속도로 전압을 증가시켜 5초 동안 100V까지 전압을 증가시켰다. 마지막으로 100V 전압을 35초 동안 전착도장 공정을 수행하여 상기 도막을 형성시켰다. 도 1 (f)는 비교예 5의 전착도장 공정에서 시간에 따라 가해진 전압을 나타낸 그래프이다.

실시예 1 및 비교예 1 내지 5의 전착도장 공정으로 형성된 도막의 두께 및 상기 도막에 형성된 핀 홀의 개수(30개 시편의 합)를 측정하여 하기 표 1에 나타냈다.

	실시예	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
도막 두께(㎛)	21	23	22	20	18	16
핀 홀 개수(30개 시편)	6	168	131	86	8	4

상기 표 1에 따르면, 전압을 일정하게 유지하는 단계를 포함하는 비교예 4 및 5는, 전압을 일정하게 유지하는 단계를 포함하지 않는 비교예 1 및 2에 비하여, 핀 홀의 수는 현저히 적으나 도막 두께가 매우 얇음을 확인했다. 그러나 실시예는 전압을 일정하게 유지하는 단계를 포함하여 핀 홀의 개수가 현저히 적으면서도, 도막 두께가 두껍게 형성됨을 확인했다.

도 2는 실시예, 비교예 1 및 3의 전착도장 공정으로 생성된 도막의 표면을 촬영한 사진이다. 도 2 (a) 및 (b)는 각각 비교예 1 및 3의 전착도장 공정으로 생성된 도막의 표면에 핀 홀이 많이 생성되어 있음을 확인했다. 그러나, 도 2 (c)는 실시예의 전착도장 공정으로 생성된 도막의 표면에 핀 홀이 전혀 생성되지 않음을 확인했다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (6)

1. 피도장물을 전착도료에 침지시키고, 50 내지 400V인 최고 전압(V₂)의 50~60%인 중간 전압(V₁)까지 2~5V/s의 속도로 전압을 증가시키는 제1승압 단계;
   전체 전착도장 시간의 20~30%의 시간 동안 상기 중간 전압(V₁)이 유지되는 전압유지단계; 및
   50 내지 400V의 최고 전압(V₂)까지 2~5V/s의 속도로 전압을 증가시켜 상기 피도장물에 도막을 형성하는 제2승압 단계를 포함하는 전착도장 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 도막이 형성된 피도장물 표면을 세정하는 세정 단계; 및
   세정된 피도장물을 건조하는 건조 단계를 더 포함하는 전착도장 방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 건조 단계는,
   상기 세정된 피도장물을 에어 건조하는 단계; 및
   열 건조하는 단계를 포함하는 전착도장 방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 에어 건조는 1~10분 동안 이루어지는 전착도장 방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 열 건조는 30 내지 200℃의 온도 범위에서 1 내지 10분 동안 이루어지는 전착도장 방법.
   
6. 제3항에 있어서,
   상기 열 건조는 상이한 온도에서 2 이상의 단계로 실시하고, 그 온도는 단계적으로 상승시키는 것인 전착도장 방법.
   
   

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