KR101883404B1 - 흑색 도금 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 흑색 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 구현예는 강판; 및 상기 강판 표면에 위치하는 Zn, Al, 및 Mg을 포함하는 피막;을 포함하되, 상기 피막;은, ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함하는 것인 흑색 도금 강판을 제공한다.

Description

흑색 도금 강판 및 이의 제조방법{BLACK COLOR PLATED SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명의 일 구현예는 흑색 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
Al-Mg-Zn 3원계 도금 강판은 고갈되는 원소인 Zn 합금의 사용량을 줄이고, Al과 Mg을 통해 낮은 두께로도 고내식 강판을 만들 수 있다. 구체적으로, Zn에 Mg나 Al만 첨가되는 2원계 도금강판에 비해, 내식성이 매우 우수하여 현재 사용량이 계속 증가하는 추세이다. 그러나 도금강판은 도금층의 다양한 합금 원소로 인해 외관 품질이 균일하지 않은 문제가 있다.
이를 해결하고, 방열성이 우수한 강판을 만들기 위해 종래 JP1997-0143679에서는 Zn과 Mg이 포함된 2원계 도금 강판을 항습 열처리 함으로써 Mg(OH)2와 ZnO를 통해 흑색화하는 방법이 소개되어 있다. 그러나 이는 2원계 도금 강판이며, 처리 온도가 낮아 처리 시간이 매우 긴 단점이 있다.
흑색 도금 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 구현예인 강판; 및 상기 강판 표면에 위치하는 Zn, Al, 및 Mg을 포함하는 피막;을 포함하되, 상기 피막;은, ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함할 수 있다.
상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;은, 스피넬 구조일 수 있다.
ZnO를 포함하는 제1산화층;의 두께는, 1.5 내지 3.5㎛일 수 있다.
상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;의 두께는, 3 내지 4㎛일 수 있다.
상기 ZnO를 포함하는 제1산화층;보다, 상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;의 두께가 더 두꺼울 수 있다.
상기 ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함하는, 상기 피막의 두께는 3 내지 4 ㎛일 수 있다.
상기 피막;은, Zn 매트릭스; 및 상기 Zn 매트릭스 내부에 ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합;을 포함할 수 있다.
상기 피막은 초정 Al, Mg, 및 Zn을 더 포함할 수 있다.
상기 초정 Al, Mg, 및 Zn의 농도는 상기 피막의 표면으로부터 깊이 방향으로 점진적으로 증가할 수 있다.
상기 피막 표면의 명도는 L*값으로 60 이하(단, 0 제외)일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 흑색 도금 강판의 제조방법은, 밀폐 용기 내부의 공기(air) 일부 또는 전부를 제거하는, 공기 제거 단계; 상기 공기 제거 단계를 거친 밀폐 용기 내부에, 산소(O2)를 투입하는, 산소 투입 단계; 상기 산소 투입 단계를 거친 밀폐 용기 내부에서, Zn 도금 강판 또는 Zn 합금계 도금 강판을 항습 열처리하는 항습 열처리 단계;를 포함할 수 있다.
상기 공기 제거 단계는, 상기 밀폐 용기 내부의 압력이 0bar에 도달할 때까지 상기 밀폐 용기 내부의 공기(air) 일부 또는 전부를 제거할 수 있다.
상기 산소 투입 단계는, 상기 밀폐 용기 내부의 압력이 0.5 내지 1.5 bar에 도달할 때까지 상기 공기 제거 단계를 거친 밀폐 용기 내부에 산소를 투입할 수 있다.
상기 항습 열처리 단계는, 100 내지 160 ℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 항습 열처리 단계는, 50 내지 100 RH% 범위 내 일정한 습도로 수행될 수 있다. 보다 구체적으로, 0.5 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
상기 항습 열처리 단계에서, ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함하는 피막으로 전환될 수 있다.
상기 Zn 합금계 도금 강판은, 전체 100중량%에 대해, Al: 1.0 내지 22.0 질량%, Mg: 1.3 내지 10.0 질량%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금층이 강판 표면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 표면 품질이 우수한 Al-Mg-Zn 3원계 흑색 도금 강판을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 항습 열처리를 통해, 표면이 균일하고 부가가치가 높은 흑색 도금 강판을 제공할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 수증기 산화 방식을 이용하여, 짧은 시간 내에 강판 표면에 치밀한 산화막을 생성할 수 있다. 이로부터, 경도가 높은 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예의 피막 내 깊이에 따른 산화물의 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 2는 실시예의 표면 EDS 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 실시예의 항습 열처리 시간에 따른 조직의 변화를 FIB-TEM으로 관찰하고, 이를 모식도로 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
따라서, 몇몇 실시예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
본 발명의 일 구현예는 강판; 및 상기 강판 표면에 위치하는 피막;을 포함하되, 상기 피막;은 Zn 매트릭스; 및 상기 Zn 매트릭스 내부에 혼재된 ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합;을 포함하는 것일 수 있다.
이러한 피막의 전 영역에, 상기 Zn 매트릭스가 분포할 수 있다. 다만, 상기 Zn 매트릭스 내에서 ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합은 각각 상기 피막의 표면으로부터 일정 깊이까지 존재할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 피막;은, ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함할 수 있다.
이때, 상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;은, 스피넬 구조일 수 있다.
상기 ZnO를 포함하는 제1산화층;의 두께는, 1.5 내지 3.5㎛ 일 수 있다. 또한, 상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;의 두께는, 3 내지 4㎛ 일 수 있다.
상기 ZnO를 포함하는 제1산화층;보다, 상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;의 두께가 더 두꺼울 수 있다.
상기 ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함하는, 상기 피막의 두께는 3 내지 4 ㎛일 수 있다.
보다 구체적으로, 피막의 두께가 너무 두께울 경우, 피막이 부스러짐이 발생할 수 있다. 따라서, 피막의 두께는 상기 범위일 수 있다.
보다 구체적으로, 후술하는 항습 열처리 단계에 의해 형성된 상기와 같은 산화물로 인해, 피막 표면이 흑색인 도금 강판을 제공할 수 있다. 보다 더 구체적으로, 상기 피막 표면의 명도는 L*값으로 60 이하(단, 0 제외)일 수 있다.
이하 본 명세서에서, 명도 L*값이란, 색차계로 측정한 색차계의 명도(Lightness) 값을 의미한다. 상기 명도 L*값이 낮을수록 피막의 흑색 정도가 높은 것을 의미한다. 보다 구체적으로, 검정색일 경우 명도 L*값은 0으로 표현되고, 흰색일 경우 상기 L*값은 100으로 표현된다.
또한, ZnO보다 Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합이 피막의 표면으로부터 더 깊게 존재할 수 있다.
상기 피막은 초정 Al, Mg, 및 Zn을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 피막은 후술하는 Al 및 Mg를 포함하는 Zn계 도금층에서 유래한 것이므로, Al 및 Mg를 더 포함할 수 있다. 이에, 상기 초정 Al, Mg, 및 Zn의 농도는 상기 피막의 표면으로부터 깊이 방향으로 점진적으로 증가할 수 있다.
보다 더 구체적으로, 상기 초정 Al, Mg, 및 Zn의 농도는 상기 피막 표면으로부터 강판 방향으로 점진적으로 증가하는 것일 수 있다.
상기 강판은 Al, Mg, 및 Zn가 포함된 3원계 도금강판일 수 있다.
본 발명의 다른 일 구현예인 밀폐 용기 내부의 공기(air) 일부 또는 전부를 제거하는, 공기 제거 단계; 상기 공기 제거 단계를 거친 밀폐 용기 내부에, 산소(O2)를 투입하는, 산소 투입 단계; 상기 산소 투입 단계를 거친 밀폐 용기 내부에서, Zn 도금 강판 또는 Zn 합금계 도금 강판을 항습 열처리하는 항습 열처리 단계;를 포함하는 것인 흑색 도금 강판의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 공기 제거 단계는, 상기 밀폐 용기 내부의 압력이 0 bar에 도달할 때까지 상기 밀폐 용기 내부의 공기(air) 일부 또는 전부를 제거할 수 있다.
다만, 상기 공기 제거 후 밀폐 용기 내부의 압력이 상기 범위를 초과하는 경우, 이후 단계에서 산소를 투입하더라도 그 농도가 충분하지 못하여, 명도 L값이 60 이하(단, 0 제외)로 도달하는 시간이 지연될 수 있다. 뿐만 아니라, 표면 색상이 균일하게 흑색화되지 못하고, 피막 내부 조직이 치밀하게 형성되지 못할 수 있다.
상기 산소 투입 단계는, 상기 밀폐 용기 내부의 압력이 0.5 내지 1.5 bar에 도달할 때까지 상기 공기 제거 단계를 거친 밀폐 용기 내부에 산소를 투입할 수 있다.
상기 산소 투입 후 밀폐 용기 내부의 압력이 상기 범위 미만인 경우, 산소 농도가 충분하지 못하여 명도 L값이 60 이하(단, 0 제외)로 도달하는 시간이 지연될 수 있다. 더해서, 표면 색상이 균일하게 흑색화되지 못하고, 피막 내부 조직이 치밀하게 형성되지 못할 수 있다.
상기 항습 열처리 단계는, 100 내지 160 ℃ 온도 범위에서 수행될 수 있다.
상기 항습 열처리 단계는, 50 내지 100 RH% 범위 내 일정한 습도로 수행될 수 있다.
상기 항습 열처리 단계는, 0.5 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
상기 항습 열처리 단계에서, 상기 도금층이 산화되어 Zn 매트릭스; 및 Zn 매트릭스; 및 상기 Zn 매트릭스 내부에 ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합;을 포함하는 피막으로 전환될 수 있다.
상기 조건에서 항습 열처리함으로써, 피막 표면을 흑색화하는 시간이 저감될 수 있다.
상기 Zn 합금계 도금 강판은, 전체 100중량%에 대해, Al: 1.0 내지 22.0 질량%, Mg: 1.3 내지 10.0 질량%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금층이 강판 표면에 형성된 것일 수 있다.
이하, 실시예를 통해 상세히 설명한다. 단 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
실시예
(1) 도금 강판 준비
표면에 용융 Al 및 Mg를 포함하는 Zn계 도금층이 형성된 3원계 도금강판을 사용하였다. 구체적으로, 상기 도금 강판은, Zn, Al, 및 Mg를 포함하는 3원계 아연 도금강판이다.
(2) 항습 열처리 전 밀폐 용기 내부 기체 분위기 제어
밀폐 용기를 준비하여, 펌프를 이용하여 0 bar에 도달할 때까지 공기를 빼낸 후, 또 다른 펌프를 이용하여 1 bar에 도달할 때까지 산소를 투입하였다.
(3) 항습 열처리
상기 내부 기체 분위기가 조성된 밀폐 용기 내부에, 상기 도금 강판을 위치시켰다. 상기 밀폐 용기가 밀폐된 상태에서 95%의 일정한 습도를 유지하게끔 제어하면서, 150℃의 온도로 열처리하였다.
상기 항습 열처리에 따라, 상기 도금 강판의 도금층이 산화되면서, 표면 색상이 흑색화된 피막으로 전환되었다.
그 결과는 본원 도면을 통해 확인할 수 있다.보다 구체적으로, 본원 도 1 내지 3은 하기와 같다.
도 1은 실시예의 피막 내 깊이에 따른 산화물의 농도를 그래프로 나타낸 것이다.
이에, 상기 도 1에 개시된 바와 같이, Zn 매트릭스 내 ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합인 산화물은 피막 내 존재하는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로, 피막 내 깊이에 따른 산화물의 농도를 통해, 산화물이 포함된 산화층의 깊이를 도출할 수 있다.
도 2는 실시예의 표면 EDS 결과를 나타낸 것이다.
상기 도 2에 개시된 바와 같이, Zn 매트릭스 내, ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합을 포함하고 있는 것을 알 수 있다. 보다 구체적으로는, ZnO가 분포된 영역과, ZnO, Al2O3, 및 MgO가 혼재되어 분포된 영역을 확인할 수 있다.
이로써, 피막은 ZnO를 포함하는 제1산화층과, Al2O3 및 MgO를 포함하는 제2산화층을 포함하는 것을 도출할 수 있다.
도 3은 실시예의 항습 열처리 시간에 따른 조직의 변화를 FIB-TEM으로 관찰하고, 이를 모식도로 나타낸 것이다.
보다 구체적으로, 상기 도 3의 (a)와 (d)는 항습 열처리 전의 조직을 나타낸 것이다. 상기 도 3의 (b)와 (e)는 항습 열처리 0.2시간일 때의 조직을 나타낸 것이다. 상기 도 3의 (c)와 (f)는 항습 열처리 1시간 후, 흑색 피막이 완전하게 형성된 흑색 도금 강판의 조직을 나타낸 것이다.
보다 더 구체적으로, 항습 열처리 전에는 Zn-MgZn2 매트릭스 내, Al 리치상과 Mg리치상이 번갈아가며 포함되고, 상기 Al, Mg 리치상의 계면에 Zn-Al 이차상이 형성되어 있었다.
항습 열처리 0.2시간일 때, Al 리치상과 Mg 리치상의 경계가 없어지며 표면으로부터 ZnO가 형성되기 시작하였고, Al2O3와 MgO도 일부 형성되어 있었다.
항습 열처리 1시간 후, Zn 매트릭스 내 ZnO를 포함하는 제1산화층과, Al2O3 및 MgO를 포함하는 제2산화층이 형성되어, 강판 표면에 흑색 피막이 완전하게 형성되어 있었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 밀폐 용기 내부의 공기(air) 일부 또는 전부를 제거하는, 공기 제거 단계;
    상기 밀폐 용기 내부의 압력이 0.5 내지 1.5 bar에 도달할 때까지 상기 공기 제거 단계를 거친 밀폐 용기 내부에, 산소(O2)를 투입하는, 산소 투입 단계;
    상기 산소 투입 단계를 거친 밀폐 용기 내부에서, Zn 도금 강판 또는 Zn 합금계 도금 강판을 항습 열처리하는 항습 열처리 단계;를 포함하는 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  2. 제1항에서,
    상기 흑색 도금 강판은
    강판; 및
    상기 강판 표면에 위치하는 Zn, Al, 및 Mg을 포함하는 피막;을 포함하되,
    상기 피막;은,
    ZnO를 포함하는 제1산화층; 및
    Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함하는 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  3. 제2항에서,
    상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;은,
    스피넬 구조인 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  4. 제3항에서,
    ZnO를 포함하는 제1산화층;의 두께는,
    1.5 내지 3.5㎛ 인 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  5. 제4항에서,
    상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;의 두께는,
    3 내지 4㎛ 인 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  6. 제5항에서,
    상기 ZnO를 포함하는 제1산화층;보다,
    상기 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;의 두께가 더 두꺼운 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  7. 제6항에서,
    상기 ZnO를 포함하는 제1산화층; 및 Al2O3 및 MgO 를 포함하는 제2산화층;을 포함하는, 상기 피막의 두께는 3 내지 4 ㎛인 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  8. 제7항에서,
    상기 피막;은,
    Zn 매트릭스; 및 상기 Zn 매트릭스 내부에 ZnO, Al2O3, MgO, 또는 이들의 조합;을 포함하는 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  9. 제8항에서,
    상기 피막은 초정 Al, Mg, 및 Zn을 더 포함하는 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  10. 제9항에서,
    상기 초정 Al, Mg, 및 Zn의 농도는 상기 피막의 표면으로부터 깊이 방향으로 점진적으로 증가하는 것인 흑색 도금 강판의 제조방법.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 공기 제거 단계는,
    상기 밀폐 용기 내부의 압력이 0bar에 도달할 때까지 상기 밀폐 용기 내부의 공기(air) 일부 또는 전부를 제거하는 것인 흑색 도금 강판의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 항습 열처리 단계는,
    100 내지 160 ℃ 온도 범위에서 수행되는 것인 흑색 도금 강판의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 항습 열처리 단계는,
    50 내지 100 RH% 범위 내 일정한 습도로 수행되는 것인 흑색 도금 강판의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 항습 열처리 단계는,
    0.5 내지 2시간 동안 수행되는 것인 흑색 도금 강판의 제조 방법.
  17. 삭제
  18. 제1항에 있어서,
    상기 Zn 합금계 도금 강판은,
    전체 100중량%에 대해, Al: 1.0 내지 22.0 질량%, Mg: 1.3 내지 10.0 질량%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금층이 강판 표면에 형성된 것인 흑색 도금 강판의 제조 방법.
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