KR101923655B1 - 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법 - Google Patents

방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법에 관한 것으로, 고온 고압의 스팀을 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막을 제거하는 전처리단계와, 상기 금속 강재의 길이방향을 따라 레이저에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 강재의 표면에 발생된 녹을 제거하는 레이저 가공단계와, 상기 레이저 가공 처리된 금속 강재의 표면에 연마제를 분사하여 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하는 스크래치 형성단계와, 상기 스크래치를 형성하는 과정에서 금속 강재의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하기 위하여 압축공기를 분사하는 에어 클리닝단계와, 상기 미세 이물질이 제거된 금속 강재의 표면의 홈을 퍼티재로 도포하여 표면 처리하는 퍼티재 도포단계와, 상기 퍼티재가 도포된 금속 강재의 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 코팅단계 및 상기 프라이머 코팅처리된 금속 강재의 표면에 보호제를 도포하는 보호제 코팅단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법에 의하여 금속 강재의 표면에 방청 성능이 우수한 프라이머 도포로 인하여 금속 강재의 부착력이 우수하여 표면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라, 금속 강재의 표면에 자외선 안정제를 함유한 보호제 도포로 인하여 자외선 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시킬 수 있다.

Description

방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법{Surface treatment Method for high corrosion and durability of steel material}
본 발명은 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온 고압의 스팀을 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막을 제거하는 전처리단계와, 상기 금속 강재의 길이방향을 따라 레이저에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 강재의 표면에 발생된 녹을 제거하는 레이저 가공단계와, 상기 레이저 가공 처리된 금속 강재의 표면에 연마제를 분사하여 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하는 스크래치 형성단계와, 상기 스크래치를 형성하는 과정에서 금속 강재의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하기 위하여 압축공기를 분사하는 에어 클리닝단계와, 상기 미세 이물질이 제거된 금속 강재의 표면의 홈을 퍼티재로 도포하여 표면 처리하는 퍼티재 도포단계와, 상기 퍼티재가 도포된 금속 강재의 표면에 프라이머를 도포하는 프라이머 코팅단계 및 상기 프라이머 코팅처리된 금속 강재의 표면에 보호제를 도포하는 보호제 코팅단계로 이루어진 것이다.
일반적으로 대기부식 환경에 설치되어 있는 금속 강재(빔, 형강 등)의 손상 약 절반이 부식과 관련되어 있으며, 대기 중에서의 부식발생은 기온, 습도, 비, 해염입자, 아황산가스 등의 영향을 받게 다.
대기 중의 부식인자로는 습도, 온도, 강우량, 일조, 오염물질(해염입자, 이산화탄소 등) 등이 있고 이들의 경향에 따라 부식속도가 결정된다. 특히, 녹은 물과 산소에 의해 발생하는 것이기 때문에 습도는 부식의 직접적인 요인이며, 습도가 60% 이상이 되면 철의 노출면에 녹이 발생하기 시작한다. 또한, 기온이 높은 만큼 녹의 진행속도가 빠른 경향이 있으며, 녹의 발생 및 진전원리가 화학반응에 의한 것이므로 고온이 될수록 부식속도가 빨라지게 된다.
따라서, 금속 강재의 표면 물성을 개질시켜 재료의 수명을 늘리기 위한 방법으로 쇼트 피닝, 샌드블라스트, 침탄, 질화, 고주파 열처리, 전기분해 등의 기술들이 이용되고 있다.
종래기술로는 등록특허공보 10-0920212호의 금속의 표면처리방법이 개시되어 있다.
상기 금속의 표면처리방법은 NaCN 또는 NaCNO 30wt%∼89wt% , KCN 또는 KCNO 1wt%∼60wt%, Na₂CO₃10wt%∼69wt% 조성을 갖는 용액, 또는 NaCN 또는 NaCNO 30wt%∼60wt%, Na₂CO₃40wt%∼70wt% 조성을 갖는 용액에서 500∼700℃의 온도를 유지하면서 10∼20V, 0.05∼0.25A/㎠의 전류로 금속대상물을 0.5시간∼2시간 동안 전기분해하는 전기분해 단계와, 상기 용액이 400∼800℃ 온도가 되도록 유지하면서 상기 전기분해된 금속대상물을 상기 용액에 1∼4시간 동안 침지하는 침지처리단계와, 상기 침지처리된 금속대상물을 상온으로 서냉하는 냉각단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 기술은 전기 분해단계 및 침지처리시에 오랜 시간동안 작업해야 하므로 작업에 많은 어려움이 있었다.
KR 10-1760643 B1 (2017. 07. 17.) KR 10-1173931 B1 (2012. 08. 08.) KR 10-1367702 B1 (2014. 02. 20.) KR 10-1584486 B1 (2016. 01. 05.)
본 발명은 상기 종래기술이 갖는 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 부식이 발생된 금속 강재를 레이저의 높은 에너지를 이용한 순간적 가공을 통해 물리적인 변형 또는 파손 현상의 발생없이 신속하고 정밀하게 표면처리할 수 있는 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법을 제공하는 것이다.
또한, 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하여 프라이머의 부착력을 높이고, 방청성능이 우수한 프라이머를 도포하여 방청 성능을 개선시키는 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법을 제공하는 것이다.
또한, 금속 강재의 표면에 자외선 안정제가 함유된 보호제를 도포함으로써 자외선 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시키는 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법은 100~200kgf/㎠ 의 압력을 갖는 고온 고압의 스팀을 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막을 제거하는 전처리단계와, 상기 금속 강재의 길이방향을 따라 레이저에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 강재의 표면에 발생된 녹을 제거하는 레이저 가공단계와, 상기 레이저 가공 처리된 금속 강재의 표면에 연마제를 60~80kgf/㎠의 압력으로 분사하여 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하는 스크래치 형성단계와, 상기 스크래치를 형성하는 과정에서 금속 강재의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하기 위하여 50~100kgf/㎠의 압력을 갖는 압축공기를 분사하는 에어 클리닝단계와,상기 미세 이물질이 제거된 금속 강재의 표면의 홈을 퍼티재로 도포하여 표면 처리하는 퍼티재 도포단계와, 상기 퍼티재가 도포된 금속 강재의 표면에 프라이머를 10~20㎛의 두께로 도포하는 프라이머 코팅단계 및 상기 프라이머 코팅처리된 금속 강재의 표면에 보호제를 5~10㎛의 두께로 도포하는 보호제 코팅단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 연마제는 글라스비드, 탄성 스폰지, 스틸 그리트, 알루미늄 옥사이드, 가네트 중 하나인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 퍼티재는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것을 특징으로 한다.
또, 상기 프라이머는 방청제로 이루어지며, 상기 방청제는 아크릴 수지 35~40중량%, 칼슘실리케이트 10~15중량%, 몰리덴산나트륨 10~20중량%, 피로인산나트륨 10~20중량%, 카본블랙 분말 1~5중량%, 물 10~15중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 보호제는 아크릴레이트 30~50중량%, 폴리에틸렌글리콜 10~40중량%, 말단 반응성 폴리실록산 화합물 0.5~1중량%, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 경도강화입자 20~40중량%, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 살리실레이트계, 하이드록시 벤조에이트계, 포름아미딘계 및 아미노 에스테르계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 자외선 안정제 1~5중량%를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법은 레이저의 높은 에너지를 이용한 순간적 가공을 통해 부식이 발생된 금속 강재를 물리적인 변형 또는 파손 현상의 발생없이 신속하고 정밀하게 표면처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 금속 강재의 표면에 방청 성능이 우수한 프라이머 도포로 인하여 금속 강재의 부착력이 우수하여 표면에서 쉽게 박리되거나 도장된 표면에서 쉽게 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 금속 강재의 표면에 자외선 안정제를 함유한 보호제 도포로 인하여 자외선 및 기타 열화인자를 차단하여 내구성을 증진시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법을 개략적으로 도시한 공정흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법을 개략적으로 도시한 공정흐름도이다.
본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법은 전처리단계(S10), 레이저 가공단계(S20), 스크래치 형성단계(S30), 에어 클리닝단계(S40), 퍼티재 도포단계(S50), 프라이머 코팅단계(S60) 및 보호제 코팅단계(S70)를 포함한다.
1. 전처리단계(S10)
전처리단계(S10)는 100~200kgf/㎠ 의 압력을 갖는 고온 고압의 스팀을 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막을 제거하는 단계이다.
부연하면, 금속 강재의 표면에는 수분, 먼지, 녹 등이 부착되어 있어 도장하기 전에 이물질들을 완전히 제거하지 않고 도장하게 되면, 금속 강재 표면과의 부착력이 저하되고 여러가지 도막 결함 및 조기 발청의 원인이 된다.
또한, 100~200kgf/㎠ 의 압력을 갖는 고온 고압의 스팀을 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막을 제거한 후 제거된 각종 이물질과 분사된 스팀을 진공흡입한다.
여기서, 100~200kgf/㎠ 의 압력을 갖는 고온 고압의 스팀을 금속 강재의 표면에 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막 등의 이물질을 제거하기 때문에 분사 시 반발력이 없어 작업이 용이할 뿐만 아니라 고온 고압이기 때문에 이물질을 효율적으로 제거할 수 있다.
2. 레이저 가공단계(S20)
레이저 가공단계(S20)는 상기 금속 강재의 길이방향을 따라 레이저에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 강재의 표면에 발생된 녹을 제거하는 단계이다.
부연하면, 상기 금속 강재의 표면에 발생된 녹은 레이저에서 조사되는 에너지를 흡수하고, 금속은 레이저 에너지를 반사시키는 원리를 이용한 것이다. 레이저의 높은 에너지를 이용한 순간적 가공을 통해 부식이 발생된 금속 강재를 물리적 변형 또는 파손 현상의 발생없이 신속하고 정밀하게 금속 강재를 표면처리하게 된다.
상기 레이저의 파장은 1,000~1,100nm이고, 펄스폭은 170~185fs이며, 펄스 반복률은 200kHz인 것이 바람직하다.
상기 레이저를 조사하여 금속 강재의 표면을 가공할 때 레이저의 파장, 펄스폭 및 펄스 반복률이 상기 조건을 벗어나는 경우 금속 강재에 열적 손상이 발생될 수 있다.
또한, 상기 레이저의 빔과 금속 강재 사이의 거리는 150~200mm인 것이 바람직하다.
만약, 상기 레이저의 빔과 금속 강재 사이의 거리가 150mm 미만이면 금속 강재의 표면이 손상되는 문제점이 있고, 200mm를 초과하면 금속 강재의 표면처리 효과가 현저하게 저하되는 문제점이 있다.
3. 스크래치 형성단계(S30)
스크래치 형성단계(S30)는 상기 레이저 가공 처리된 금속 강재의 표면에 연마제를 60~80kgf/㎠의 압력으로 분사하여 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하는 단계이다.
상기 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하여 하기의 프라이머 코팅단계(S60)에서 부착력을 높임으로써 프라이머 코팅층이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
상기 연마제는 글라스비드, 탄성 스폰지, 스틸 그리트(steel grit), 알루미늄 옥사이드(Aluminum Oxide) 중 하나일 수 있다.
특히, 상기 글라스비드는 소다라임 글라스를 주원료로 하여 충격에 부서지지 않고 내마모성을 유지할 수 있는 성분으로 구성되어 있으며, 내부 응력, 내충격을 유지할 수 있도록 열처리되어 있다.
또, 상기 탄성 스폰지는 우레탄과 철 또는 우레탄과 알루미늄을 결합시킨 것으로, 스크래치 형성과정에서 발생하는 먼지를 현저히 감소시킬 수 있고, 작업자의 안전을 도모할 수 있는 장점이 있다.
또, 상기 스틸 그리트는 접착력을 촉진하는데 효과적이며, 재사용률이 150~200회 정도로 높다.
또, 상기 알루미늄 옥사이드는 경도가 높고 각이 진 형상을 하고 있어 표면에 빠르게 스크래치를 형성할 수 있다.
상기 연마제는 금속 강재의 기계적 물성(인장강도, 뒤틀림 등)을 변화시키지 않으면서 표면을 연마해야 하는 바, 입도 0.3~0.5mm, 분사량 10~20kg/min의 조건으로 분사하는 것이 바람직하다.
만약, 상기 연마제의 입도가 0.3mm 미만이면 금속 강재에 비해 상대적으로 크기가 지나치게 작기 때문에 적절한 표면층을 형성시키기 어렵고, 0.5mm를 초과하게 되면 연마제에 의해 형성된 표면 변형부의 크기가 커져 금속 강재의 부식 균열 저항성이 오히려 감소되는 문제점이 있게 된다.
또한, 상기 연마제의 분사량은 조건 내에서 작업을 실시할 경우 금속 강재의 표면 조도를 크게 향상시켜 하기의 프라이머 코팅단계(S60)에서 프라이머의 부착력을 높임으로써 코팅층이 박리되는 것을 방지할 수 있다.
4. 에어 클리닝단계(S40)
에어 클리닝단계(S40)는 상기 스크래치를 형성하는 과정에서 금속 강재의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하기 위하여 50~100kgf/㎠의 압력을 갖는 압축공기를 분사하는 단계이다.
부연하면, 상기 스크래치 형성단계(S30)에서 연마제를 금속 강재의 표면에 분사하는 과정에서 바깥 주변에 에어 커튼을 설치한 후 내부를 부압으로 설정한 회수박스 안으로 회수하는 클리너장치를 통해 금속 강재의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하게 된다.
상기 에어 클리닝단계(S40)을 통해 금속 강재의 표면 코팅 시 이물질로 인한 프라이머의 부착력이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
5. 퍼티재 도포단계(S50)
퍼티재 도포단계(S50)는 상기 미세 이물질이 제거된 금속 강재의 표면의 홈을 퍼티재로 도포하여 표면 처리하는 단계이다.
상기 퍼티재는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 것을 사용하며, 상기 퍼티재는 탄성을 가지는 재료로 금속 강재의 수축 팽창에 따른 미세 균열 발생시 망상균열 혹은 미세균열을 보수함과 동시에 초기 소성 균열을 방지할 수 있다.
6. 프라이머 코팅단계(S60)
프라이머 코팅단계(S60)는 상기 퍼티재가 도포된 금속 강재의 표면에 프라이머를 10~20㎛의 두께로 도포하는 단계이다.
상기 프라이머는 방청제로 이루어지며, 상기 방청제는 아크릴 수지 35~40중량%, 칼슘실리케이트 10~15중량%, 몰리덴산나트륨 10~20중량%, 피로인산나트륨 10~20중량%, 카본블랙 분말 1~5중량%, 물 10~15중량%를 포함한다.
상기 아크릴 수지는 방청 조성물의 부착성, 밀착성 및 내구성 등을 우수하게 하며, 소수성의 아크릴 수지를 사용할 수 있으며, 알킬 아크릴레이트 또는 알킬메타크릴레이트를 포함하는 소수성의 아크릴 단량체와 친수성의 단량체를 중합하여서 제조되며, 상기 친수성 단량체를 사용하여 중합하기 때문에 친수성이 있어 수용성의 아크릴 수지가 제조된다.
상기 아크릴 수지는 함량이 35중량% 미만이면 도막의 형성이 어려울 뿐만 아니라 물성이 좋지 못한 도막이 형성되고, 40중량%를 초과하면 방청성과 작업성이 저하될 수 있다.
상기 칼슘실리게이트는 함량이 10 중량% 미만이면 금속 강재의 표면에 침투효과가 미미하고, 15중량%를 초과하면 금속 강재의 표면 도막 강도가 저하될 수 있다.
상기 몰리덴산나트륨은 함량이 10중량% 미만이면 금속 강재의 표면에 침투효과가 미미하고, 20중량%를 초과하면 작업성이 저하될 수 있다.
상기 피로인산나트륨은 금속이온이 가용성 착염을 생성하여 금속이온의 화학작용이 붕쇄되어 침전이 방지되며, 금속 강재의 산화와 변색을 방지하는 역할을 하게 된다.
상기 피로인산나트륨은 함량이 10중량% 미만이면 금속 강재의 표면 도막형성 기능이 저하되고, 20중량%를 초과하면 금속 강재의 표면에 침전물이 형성될 수 있다.
상기 카본블랙은 천연가스 내지 액상 탄화수소의 불완전 연소 또는 열분해에 의해 얻어지는 검은색 가루분말로, 석물질에 가까운 결정 구조를 갖는 탄소를 말한다.
상기 카본블랙은 함량이 1중량% 미만이면 안료로서의 역할이 미미하고, 5중량%를 초과하면 방청제의 물성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 퍼티재가 도포된 금속 강재의 표면에 프라이머를 10~20㎛의 두께로 도포하는 것은 방청제의 충분한 코팅 부착성을 확보하기 위함이다.
만약, 상기 프라이머 도포 두께가 10㎛ 미만이면 방청제의 충분한 코팅 부착성을 확보하기 어렵고, 20㎛를 초과하면 코팅층의 표면거칠기가 높아지고 코팅층 자체 내부에 균열이 발생될 수 있다.
상기 금속 강재의 프라이머 코팅작업은 공기압축기를 이용하여 생성된 압축공기를 분사하는 에어 스프레이건을 이용하는 바, 에어 스프레이건에 압축공기를 공급하는 공급호스를 연결하고, 에어 스프레이건에 부착된 용기에 혼합된 프라이머를 넣은 다음 노즐을 개방하면 압축공기가 분출될 때 발생하는 기류를 이용하여 프라이머를 분사한다.
그리고, 상기 프라이머 코팅 처리된 금속 강재의 부식 취약 부위인 볼트 이음부 및 용접부위에 상기 프라이머를 5~10㎛의 두께로 재차 도포할 수 있다.
상기 금속 강재의 부식 취약 부위인 볼트 이음부 및 용접부위에 프라이머를 재차 도포하여 코팅 두께를 좀더 두껍게 형성함으로써 도막의 열화 발생을 방지하고 초기 도막 결함을 방지할 수 있다.
또한, 프라이머 코팅 처리된 금속 강재를 내부온도가 160~200℃인 밀폐된 가열장치에 10~20분 동안 넣어 열처리한 후 자연 공냉시킨다.
상기 프라이머 코팅 처리된 금속 강재를 열처리하게 되면 프라이머 코팅면이 평탄하게 형성되고, 특히, 금속 강재가 상기 설정온도의 열을 가지고 있을 때 프라이머의 아크릴 수지를 순간적으로 녹여 일정한 두께의 코팅층을 얻게 된다.
7. 보호제 코팅단계(S70)
보호제 코팅단계(S70)는 상기 프라이머 코팅처리된 금속 강재의 표면에 보호제를 5~10㎛의 두께로 도포하는 단계이다.
상기 보호제는 아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜, 말단 반응성 폴리실록산 화합물, 경도강화입자, 자외선 안정제를 포함한다.
더 상세하게는, 아크릴레이트 30~50중량%, 폴리에틸렌글리콜 10~40중량%, 말단 반응성 폴리실록산 화합물 0.5~1중량%, 경도강화입자 20~40중량%, 자외선 안정제 1~5중량%를 포함한다.
상기 보호제는 경도강화입자와 폴리머수지가 결합된 상태의 막을 형성하게 되어 금속 강재의 내마모성 및 내스크래치성이 뛰어날 뿐 아니라, 자외선 안정제에 의하여 도료의 열화를 방지할 수 있다.
상기 아크릴레이트는 함량이 30중량% 미만이면 경도강화입자의 함량이 지나치게 많아져서 피막형성이 곤란하고, 50중량%를 초과하면 요구되는 보호제의 경도가 확보되기 어렵다.
폴리에틸렌글리콜은 함량이 10중량% 미만이면 경도강화입자의 함량이 지나치게 많아져서 피막형성이 곤란하고, 40중량%를 초과하면 요구되는 보호제의 경도가 확보되기 어렵다.
말단 반응성 폴리실록산 화합물은 함량이 0.5중량% 미만이거나 1중량%를 초과하면 보호제의 도포성이 떨어진다.
상기 경도강화입자는 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 것으로, 수지 자체의 탄성을 유지시키면서 전체적인 경도를 강화시킨다.
상기 경도강화입자는 함량이 20중량% 미만이면 요구되는 보호제의 경도가 확보되기 어려우며, 40중량%를 초과하면 경도강화입자의 함량이 지나치게 많아져서 피막형성이 곤란하다.
상기 자외선 안정제는 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 살리실레이트계, 하이드록시 벤조에이트계, 포름아미딘계 및 아미노 에스테르계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 것으로, 오랜시간 햇빛에 노출되더라도 도료피막이 손상되는 것을 억제한다.
상기 자외선 안정제는 함량이 1중량% 미만이면 그 효과가 미미하며, 5중량%를 초과하면 보호제의 물성이 저하될 수 있다.
상기 보호제 코팅작업은 상기 프라이머 코팅처리된 금속 강재의 표면에 보호제를 도포한 후에 자외선 램프를 이용하여 경화시킨다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것이 아님은 통상의 기술자에게 있어서 명백한 사실이다. 즉, 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 통상의 기술자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
[실시예 1]
- 본 발명에 따른 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리방법 -
125x125mm의 규격을 갖는 H형강의 표면에 부착된 수분, 먼지, 들떠있는 녹 및 도막을 제거한 후, 레이저를 이용하여 H형강의 표면에 부착된 녹을 제거하였다. (이때, 레이저 파장은 1,064nm이고, 펄스폭은 180fs이며, 펄스 반복률은 200kHz이다.)
이후, 상기 레이저 가공처리된 H형강의 표면에 연마제(글라스비드)를 70kgf/㎠의 압력으로 분사하여 H형강의 표면에 스크래치를 형성한 후, H형강의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하기 위하여 80kgf/㎠의 압력을 갖는 압축공기를 분사하였다.
상기 미세 이물질이 제거된 H형강의 표면의 홈을 에폭시 수지 50중량%와 아크릴수지 50중량%로 이루어진 퍼티재로 도포하였다.
이후, 상기 퍼티재가 도포된 H형강의 표면에 아크릴 수지 35중량%, 칼슘실리케이트 15중량%, 몰리덴산나트륨 20중량%, 피로인산나트륨 15중량%, 카본블랙 분말 5중량%, 물 10중량%를 포함한 프라이머를 도포하고, H형강의 부식 취약 부위인 볼트 이음부 및 용접 부위에 상기 프라이머를 재차 도포한 후, 내부온도가 160℃인 밀폐된 가열장치에 15분 동안 넣어 열처리한 후 외부에서 자연공냉시켰다.
상기 프라이머가 도포된 H형강의 표면에 아크릴레이트 50중량%, 폴리에틸렌글리콜 20중량%, 말단 반응성 폴리실록산 화합물 1중량%, 경도강화입자(산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄으로 이루어짐) 25중량%, 자외선 안정제(벤조페논계, 벤조트리아졸계, 살리실레이트계로 이루어짐) 4중량%를 포함한 보호제를 도포한 후, 자외선 램프를 이용하여 경화시켰다.
[비교예 1]
실시예 1에서 스크래치 형성단계를 제외하고, 시중에 유통되고 있는 납, 크롬 등의 혼합물을 이용한 일반 프라이머(방청제)를 사용한 것을 제외하고는 동일한 방법과 조건에서 진행하였다.
[비교예 2]
실시예 1에서 보호제 코팅단계를 제외하고, 시중에 유통되고 있는 납, 크롬 등의 혼합물을 이용한 일반 프라이머(방청제)를 사용한 것을 제외하고 동일한 방법과 조건에서 진행하였다.
[실험예 1]
상기 실시예 1과 비교예 1에 따라 표면처리된 H형강의 부착력을 측정하였으며, 상기 부착력은 H형강에 도포된 프라이머를 충분히 경화시킨 후 상부에 접착제를 도포하고 어태치먼트를 붙이고, 기계식 만능재료시험기(UTM)를 이용하여 어태치먼트를 당겨 박리될 때의 힘을 측정하였다. 그 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
구분 실시예 1 비교예 1
부착력(kgf/㎠) 38 26
상기 표 1에 나타난 바와 같이, H형강의 표면에 스크래치를 형성하고, 부착력이 우수한 프라이머를 도포할 경우 비교예 1에 비해 금속에 대한 부착력이 우수하다는 것을 알 수 있었다.
[실험예 2]
상기 실시예 1과 비교예 2에 따라 표면처리된 H형강을 일사반사율을 측정하여 아래 표 2에 나타내었다.(단, 반사율은 JIS K 5602:2008을 이용해 측정하였다.)
구
분		 일반반사율(%)
전파장영역(300~2500nm) 가시광영역(300~7820nm) 근적외선영역(780~2500nm)
실시예 1 87.5 90.6 91.2
비교예 2 60.6 65.4 70.7
상기 표 2에 나타난 바와 같이, H 형강의 표면에 부착력이 우수한 프라이머를 도포하고, 자외선 안정제가 함유된 보호제를 도포하여 비교예 2에 비해 전파장 영역, 가시광영역, 근적외선 영역에서 우수한 반사율을 나타내어 햇빛으로 인한 H 형강의 온도 상승이 억제되는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

100~200kgf/㎠ 의 압력을 갖는 고온 고압의 스팀을 분사하여 금속 강재의 표면에 부착된 수분, 먼지, 녹 및 도막을 제거하는 전처리단계(S10);
상기 금속 강재의 길이방향을 따라 레이저에서 조사되는 레이저 빔을 이용하여 상기 금속 강재의 표면에 발생된 녹을 제거하는 레이저 가공단계(S20);
상기 레이저 가공 처리된 금속 강재의 표면에 우레탄과 철 또는 우레탄과 알루미늄을 결합시킨 탄성스폰지를 60~80kgf/㎠의 압력으로 분사하여 금속 강재의 표면에 스크래치를 형성하는 스크래치 형성단계(S30);
상기 스크래치를 형성하는 과정에서 금속 강재의 표면에 부착된 미세 이물질을 제거하기 위하여 50~100kgf/㎠의 압력을 갖는 압축공기를 분사하는 에어 클리닝단계(S40);
상기 미세 이물질이 제거된 금속 강재의 표면의 홈을 에폭시 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지 중 하나 또는 둘 이상을 혼합한 퍼티재로 도포하여 표면 처리하는 퍼티재 도포단계(S50);
상기 퍼티재가 도포된 금속 강재의 표면에 아크릴 수지 35~40중량%, 칼슘실리케이트 10~15중량%, 몰리덴산나트륨 10~20중량%, 피로인산나트륨 10~20중량%, 카본블랙 분말 1~5중량%, 물 10~15중량%를 포함하는 방청제인 프라이머를 10~20㎛의 두께로 도포하고, 상기 프라이머 코팅 처리된 금속 강재의 부식 취약 부위인 볼트 이음부 및 용접부위에 상기 프라이머를 5~10㎛의 두께로 재차 도포한 후, 내부온도가 160~200℃인 밀폐된 가열장치에 10~20분 동안 열처리한 후 자연공냉시키는 프라이머 코팅단계(S60); 및
상기 프라이머 코팅처리된 금속 강재의 표면에 아크릴레이트 30~50중량%, 폴리에틸렌글리콜 10~40중량%, 말단 반응성 폴리실록산 화합물 0.5~1중량%, 산화티탄, 산화아연, 산화게르마늄, 산화인듐 및 산화주석으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 경도강화입자 20~40중량%, 벤조페논계, 벤조트리아졸계, 살리실레이트계, 하이드록시 벤조에이트계, 포름아미딘계 및 아미노 에스테르계로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 자외선 안정제 1~5중량%를 포함하는 보호제를 5~10㎛의 두께로 도포하고 자외선 램프를 이용하여 경화시키는 보호제 코팅단계(S70);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방청 및 내구성이 뛰어난 금속 강재의 표면처리 방법.
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