KR101950005B1 - 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법 - Google Patents

포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고광택 폴리싱 된 고내식 합금도금강판(포스맥)에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공상태에서 플라즈마를 발생시켜 기능성 금속 또는 금속기지 복합재료를 포함하는 기능성 코팅층을 상기 포스맥 표면에 형성할 수 있도록 하여, 포스맥의 상부에 파손을 가하지 않으면서, 우수한 기능성을 가지며, 치밀한 구조와 함께 접합강도가 높은 기능성 코팅층을 간단한 공정으로 형성할 수 있다.

Description

포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법{COATING METHOD FOR POSMAC}
본 발명은 고광택 폴리싱 된 고내식 합금도금강판(포스맥)에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공상태에서 플라즈마를 발생시켜 기능성 금속 또는 금속기지 복합재료를 포함하는 기능성 코팅층을 상기 포스맥 표면에 형성할 수 있도록 하여, 포스맥의 상부에 파손을 가하지 않으면서, 우수한 기능성을 가지며, 치밀한 구조와 함께 접합강도가 높은 기능성 코팅층을 간단한 공정으로 형성할 수 있는 코팅방법에 관한 것이다.
강판(steel plate)은 강철로 만든 판을 말하는데, 두께에 따라서 6 mm 이상인 것을 후판(厚板), 그 이하 1~6 mm의 것을 중판, 1 mm 이하인 것을 박판(薄板)이라 한다.
이러한 강판은 건축, 교량, 차량, 선박 등에 사용되는 일반구조용인 열간압연강재(熱間壓延鋼材), 용접성이우수한 용접구조용 강재, 항복점(降伏點)이 높은 비조질고장력강(非調質高張力鋼)/조질고장력강이 있다.
또한, 비바람에 노출되는 건축, 교량, 철도차량, 대기오염이 심한 공장지대, 염해(鹽害)를 받는 곳 등에 사용되는 내후성(耐候性) 강판과 저온용강판, 냉간압연강판(冷間壓延鋼板), 표면처리 강판, 표면 특수형상 강판등이 있다.
한편, 상기 여러 종류의 강판 중에서 표면처리 강판은 강판 표면의 방청을 위해 표면 처리한 강판으로서 일반적인 강판 제품은 강인하면서도 가공성이 좋고, 값도 싸기 때문에 다양한 용도에 널리 쓰이긴 하나, 녹이 슬기 쉬운 큰 결점이 있기 때문에 방청을 위하여 표면에 도금이나 도장 등 표면 처리를 하게 된다.
따라서 이러한 표면처리에 관한 종래기술로는 등록특허 제10-1693334호 『컬러강판의 티타늄 코팅 방법 및 시스템』, 등록특허 제10-1103669호 『강판 코팅용 조성물 및 강판』등이 제시되고 있다.
일반적으로, 아연도금강판은 철 소재의 취약한 내식성을 보완하기 위하여 용융도금 또는 전기도금 공정을 이용하여 강판 표면에 수 마이크로미터의 두께로 아연도금층이 형성되어 코팅의 내식성을 향상시키는 역할을 한다.
삭제
구체적으로, 아연도금은 강판이 부식환경에 노출되면 아연이 희생방식으로 부식을 억제하여 부식지연의 효과를 발생시키며,보다 근본적으로는 아연의 이온화 경향이 철보다 높기 때문에, 부식환경에서 철보다 먼저 부식이 일어나고, 특정한 양의 아연이 부식으로 다 소모되어 철이 부식환경에 노출될 때까지는 강판의 부식을 지연시켜준다.
따라서, 아연도금강판은 부식환경에 쉽게 노출되는 외장재 등의 건자재나 자동차 외판으로 주로 활용되고 있다.
그런데, 아연도금강판은 부식환경에 노출 시 아연의 부식이 상당히 빠르게 진행되고, 부식의 부산물로 백청이 강판 표면에 발생되므로, 아연도금강판의 미관을 저하시키는 요인으로 작용한다. 따라서, 아연도금강판을 그대로 사용하기보다는 아연도금강판 상부에 별도의 코팅층을 형성하여 사용하고 있다.
이러한 아연도금강판의 상부코팅층은 아연이 부식환경에 노출되는 것을 억제하여 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 내구성, 표면경도, 내마모성,미관 향상 등의 다양한 추가적인 기능을 부가할 수 있다.
이렇게, 아연도금강판 상에 코팅층을 형성하는 방법으로는 일반적으로 롤 코팅 방식을 이용하여 아연도금 강판상에 도료를 도장하며 수행되고 있다.
그런데, 일반적으로 고상 유기물은 금속 또는 세라믹 소재보다 강도가 현저히 떨어져, 외부로부터 전달되는 응력에 의한 파손에 취약한 단점을 가진다. 특히, 충돌 및 스크래치 등의 마모에 상당히 취약하며, 마모로 인하여 코팅이 벗겨지게 되면, 아연이 부식환경에 노출되어, 전체 강판 면적에서 아연이 노출된 국소부에서 부식이 가속화되어 진행되어 강판의 수명을 더욱 단축시킨다.
삭제
따라서, 상기 유기물 또는 유기물 복합재료 코팅의 단점을 보완하기 위하여, 강도가 우수하면서 내식성이 우수 한 금속 또는 금속 복합재료를 아연도금강판의 상부에 코팅하여 아연도금강판의 수명을 연장할 수 있는 방법 이 요구되고 있으며, 최근에는 일반적으로 가장 널리 쓰이는 열용사(thermal spray)공정을 가장 많이 사용하고 있다. 열 용사 공정은 플라즈마 또는 화석연료 등의 열원이 가스 유동장을 이용하여 열 유동장을 형성하고, 열 유동장 내 미세 금속분말을 장입하여, 금속분말을 비행시켜 가속하는 중에 공급된 열 에너지로 금속분말을 용융시킨 뒤 강판 표면에 충돌시켜, 그 표면에서 응고되면서 코팅층을 형성하는 공정이다.
삭제
이러한 열용사 공정은 융점이 높은 금속을 포함하여 대부분의 금속 분말을 이용하여 다양한 두께의 코팅을 빠른 시간에 형성할 수 있는 장점을 갖지만, 금속 분말이 고온으로 가열되어 응고하는 중에 발생하는 응고수축으로 인한 잔류응력이 코팅의 기계적 특성을 저하시키는 단점이 있으며, 대기 중에서 공정이 수행되는 경우, 금속 분말의 산화를 수반하여 코팅의 균일성을 저하시키고 산화부에 응력이 집중되어 파손을 유발할 수 있는 단점을 가진다.
삭제
따라서, 일반적인 열용사 공정의 단점을 극복할 수 있는 방법으로 고진공 챔버내에서 건식 플라즈마 금속 증착방식에 의한 금속증착 공정이 대두되고 있으며, 상기 플라즈마 금속정착 공정은, 열용사 공정과 비교할 때 가장 큰 차이점은 열원 공급 없이, 금속분말을 초음속으로 가속시켜, 분말이 강판 표면에 충돌할 때 발생하는 국소적인 소성 변형을 이용하여 코팅층을 형성하는 공정이다.
삭제
대부분의 금속 소재는 소성을 가지고 있기 때문에 건식 플라즈마 금속증착 공정을 이용하여 코팅층을 형성할 수 있고, 낮은 온도에서 공정이 이루지기 때문에 산화가 발생하지 않으며, 고속의 연속적인 충돌로 인한 샷피닝(shotpeening) 효과가 발생하여, 코팅층의 미세조직이 치밀하고 강도가 코팅 전보다 더 향상되는 효과를 가져온다.
삭제
그런데, 상기 건식 플라즈마 금속증착 공정을 이용하여 코팅층을 형성하기 위해서는 일반적으로 금속 분말이 평균 0.1 ㎛ 범위의 입도를 가지는 것을 사용할 수 있지만, 평균 0.1 ㎛의 입도를 갖는 금속 분말이 고연성의 아연도금층에 충돌 하게 되면, 아연도금층의 극심한 변형을 유발하게 되며, 금속 분말의 샷피닝으로 인하여 아연도금층이 마모로 인해 제거되므로, PTM 공정을 아연도금강판의 상부 코팅에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로서,
표면에 폴리싱 공법을 이용하여 광택이 구현된 합금도금강판, 즉 포스맥에 플라즈마를 이용하여 금속 또는 금속기지 복합재료를 포함하는 기능성 코팅층을 형성할 수 있는 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한 이러한 코팅층을 형성함에 있어서, 생산성의 저하나, 상기 공정 시 사용되는 장치의 변경 또는 추가가 없이도, 아연도 금강판 상부에 파손을 가하지 않으면서, 우수한 기능성 및 경제성을 보유하며, 구조가 치밀하고, 모재와의 접합강도가 높은 코팅층 을 형성할 수 있는 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법은
폴리싱 공법을 이용하여 폴리싱 된 포스맥을 준비하는 준비단계;
준비된 포스맥을 용기에 투입하여, 용기 내부를 진공화시키는 진공단계;
용기 내부에 금속 분말, 금속기지 복합재료 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅용분말을 투입하며, 촉발전극을 사용하여 점화하여 플라즈마를 형성하여 (+)이온을 방출하는 플라즈마 형성단계;
지그에 입력된 (-)의 힘에 의해 상기 코팅용분말이 (+)이온과 함께 포스맥에 증착되어 코팅층을 형성하는 코팅단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법은
폴리싱 공법을 이용하여 표면이 연마된 포스맥 표면에 기능성 또는 금속 또는 금속기지 복합재료를 포함하는 기능성 코팅층을 형성하되, 상기 강판의 표면에 분사되는 분말의 크기와 온도 및 PTM 시 상기 분말과 함께 분사되는 공정 가스의 압력과 온도를 적절히 제어함으로써, 아연도금강판 상부에 파손을 가하지 않으면서, 우수한 기능성을 가지며, 치밀한 구조와 함께 접합강도가 높은 기능성 코팅층을 간단한 공정으로 형성할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 코팅방법의 개략적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 코팅방법의 전처리인 폴리싱방법의 개략적인 블록도
도 3은 본 발명에 따른 포스맥을 코팅하는 장치의 구성도
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.
또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
먼저 기존 티타늄 아크이온 공정을 이용하여 포스맥의 도금층 상에 금속 분말을 코팅하면, 아연도금층에 극심한 변형 및 이색, 물결무늬, 부분적인 제2상(secondary phase) 등이 유발되며, 금속 분말의 샷피닝으로 인하여 아연도금층이 마모로 인해 제거되는 문제점이 발생하였으며 이를 해결하기 위하여, 본 발명에 따라 적절한 분말 소재를 선택한 후 최적화된 조건의 코팅방법을 이용하여 포스맥의 도금층 상에 코팅할 경우, 아연도금층의 손상 없이 충분한 두께를 가진 코팅층을 포스맥 표면에 견고하게 형성하여 STS보다 경제적인 고광택을 포스맥의 표면에 구현하게 된다.
여기서 STS는 일반적으로 사용되는 스테인레스 강판(Stainless steel)을 말하고, 포스맥은 포스코 기업에서 개발하여 출시한 내부식용 합금도금강판을 의미하는 것으로, 강판위에 알미늄, 마그네슘, 아연을 도금하여 내부식성능을 향상시킨 것을 말한다.
이에 본 발명에 따른 코팅방법, 즉 PTM(Premium Titanium Arc Ion Method) 공정에 대하여 간략하게 설명하면,
본 발명은 폴리싱 공법을 이용하여 폴리싱 된 포스맥을 준비하는 준비단계(B1)와, 준비된 포스맥을 용기에 투입하고, 용기내부를 진공화시키는 진공단계(B2), 용기 내부에 금속분말, 금속기지 복합재료 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅용분말을 투입하여, 플라즈마를 형성하여 (+)이온을 방출하는 플라즈마 형성단계(B3) 및, 지그에 입력된 (-)의 힘에 의해 상기 코팅용분말이 (+)이온과 함께 포스맥 에 증착되어 코팅층을 형성하는 코팅단계(B4)를 포함하여 이루어져 있다.
보다 구체적으로 설명하면,
우선, 본 발명에 따른 코팅방법을 통해 기능성 코팅층을 형성하기 위해서는 그 모재가 될 아연도금강판(포스맥)을 준비하는 단계를 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에서 사용하는 코팅방법은, 종래 흔히 사용되던 열용사(thermal spray) 공정과는 달리 미세한 코팅 입자를 질소, 헬륨, 공기 등의 고압 공정 가스를 이용하여, 코팅 입자가 모재에 코팅될 수 있는 소재 별 임계 속도 이상의 고속으로 코팅 입자를 가속시키면, 코팅 입자의 운동 에너지에 의하여 코팅소재가 소성 변형되면서 모재와 결합되어 코팅이 되도록 하는 기술을 말한다.
상기와 같은 코팅방법에 관한 간단한 원리는 다음과 같다.
먼저 밀폐된 진공 용기를 고진공화(1.0 X 10-1 (PA))시키고 촉발전극을 사용하여 점화(IGNITE) 신호를 티타늄 타겟(TITANIUM TARGET)에 입력하면 아크소스(ARC-SOURCE)에서 플라즈마(약 1000도)를 형성 시킨다. 이 플라즈마 상태 하에서 방출되는 이온은 (+)의 성질을 띠고 있으며 지그에 입력된 바이어스 파워(BIAS POWER)의 (-)의 힘에 의하여 소재에 증착된다.
구체적으로 도 3에 도시된 바와 같이, 먼저, 중심부에 회전축(H11)이 형성된 용기(H1)에 포스맥(H4)을 삽입시켜 상기 회전축(H11)에 의해 회전될 수 있도록 구성하고, 이 용기(H1)의 양측에 구비되는 아크소스(H2)에서 플라즈마를 형성하여 포스맥의 표면에 (+) 성질의 이온을 분사하며, 이 때 상기 용기(H1) 하부에 구비되어 포스맥과 연결되는 바이어스 파워(H3)의 (-) 이온이 포스맥(H4)에 전달됨에 따라 이온간의 결합이 가능하도록 하며, 이 때 이 용기에 코팅을 위한 코팅입자 가스(H5)를 주입함으로서, 함께 결합이 가능하도록 하여 포스맥 표면에 코팅입자를 코팅할 수 있도록 구성된다.
이때 N₂또는 C2H2를 주입하면 TiN 또는 TiC등이 생성되고 바이어스 파워(BIAS POWER)에 의하여 소재에 증착되며 칼라를 형성하는 색상형성단계(B41)를 더 구비할 수도 있다.
또한 상기한 코팅방법은 분말의 용융점보다 낮은 온도에서 진행되며, 분말이 대기와 접촉하지 않기 때문에 열용사와는 달리 부가적인 산화와 상 변태 없이 입자의 물리적, 기계적 특성을 보존하며 코팅층을 형성할 수 있다는 장점을 가진다. 또한, 분말의 지속적인 충돌에 의해 단조 효과가 나타날 수 있기 때문에 코팅층 내 입자와 입자가 조밀하게 결합하여 높은 기계적 특성을 나타내며, 열용사 공정에서와 같이 분말이 용융된 상태에서 금형 표면에 충돌하지 않기 때문에 응고에 따른 잔류 응력이 발생할 우려가 작다. 그 결과 본 발명에 따른 코팅방법에 의해 형성된 코팅층은 모재와 강하게 결합되어 높은 접합강도를 가질 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 아연도금강판(포스맥)의 도금층 상에 치밀한 구조와 함께 접합강도가 우수하며, 다양한 기능성을 갖는 코팅층을 형성하기 위하여, PTM 공정 이용하여 금속 분말 또는 금속기지 복합재료 분말을 포함하는 코팅용 분말을 아연도금강판의 도금층 상에 분사함으로써 기능성 코팅층을 형성할 수 있다. 또한, 상기 기능성 코팅층은 금속 분말, 금속기지 복합재료 분말 또는 이들의 혼합물을 포함함으로써, 아연도금강판에 내식성, 내마모성, 내피로성, 내스크레치성, 전기 전도성, 열전도성 및 방열성의 특성을 부여할 수 있다.
일반적으로 PTM(Premium Titanium Arc Ion Method, 진공아크이온공법) 공정 시 코팅용 분말을 이루는 입자의 고상 접합기구는 단열 전단 불안정(adiabatic shear instability)에 의한 계면부의 온도 상승에 기인하는 것으로 알려져 있다. 이러한 단열 전단 불안정은 높은 변형 속도 하에서 소성 변형으로 발생하는 열 에너지가 외부로 전달되지 못하고, 단열 상태로 변형하는 입자 내에 축적되어 입자의 열적 연화를 유도하는 현상에 수반하여 일어난다. 따라서, 분말이 예열 장치에 의해 높은 온도로 예열될수록 높은 열적 연화가 나타나므로, 분말과 도금층의 접합 계면에서의 접합의 가능성과 접합력이 향상된다. 따라서, 비교적 낮은 속도에서도 코팅이 가능하기 위해서는 분말을 예열하는 것이 바람직하다.
삭제
따라서, 본 발명에서는 코팅용 분말을 분사하기에 앞서, 코팅용 분말을 500℃의 온도로 예열함으로써, 높은 온도 상태의 분말이 도금층 상에 충돌되어, 분말과 도금층의 접합계면에서의 접합 가능성과 접합력이 향상되어 용이하게 코팅층을 형성할 수 있으며, 나아가서는 분말이 열 에너지에 의해 소성 변형이 활성화되는 것을 이용하여 코팅층을 형성할 수 있는 바, 코팅층 형성시 아연도금층의 손상을 최소화할 수 있다.
다만, 분말의 예열 온도가 500℃를 초과하게 되면, 상기 분말이 분말예열장치 내 예열관을 통과하는 동안, 예열관에 접착하여 관이 막히는 현상이 발생해 공정의 진행이 불가능해진다. 따라서, 이러한 문제점과 본 발명에서 사용하는 코팅용 분말의 융점을 고려할 때, 분말 예열 온도는 300 내지 500℃가 바람직하다.
본 발명에서 상기 코팅용 분말이 아연도금층의 표면에 충돌할 때 분말의 충분한 소성 변형을 유도하기 위해서는, 상기 분말이 일정 이상의 속도로 공정 가스 유동장 내에서 가속되어야 하며, 이를 충족시키기 위해서는 공정 가스의 온도를 높여, 단열팽창에 의한 공정 가스의 비행 속도를 높이는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기공정 가스의 온도를 높이게 되면, 공정 가스의 열에너지가 분말에 전달될 수 있어, 분말이 높은 온도를 가지게 되므로, 상기한 바와 같이 열적 연화에 의해 소성 변형이 더 쉽게 발생하므로 코팅이 용이해 진다.
따라서, 본 발명에서는 PTM 공정을 위한 장치 중 가스공급장치로 부터 가스가열장치로 공급된 공정 가스를 상기 가스가열장치에 의해 300 내지 500℃로 가열하는 것이 바람직하다. 상기 공정 가스의 가열 온도가 500℃를 초과하면, 코팅용 분말이 도금층 상에 코팅층을 형성할 수는 있지만, 상기 분말이 도금층과 충돌 시의 속도가 지나치게 높아져, 아연도금층을 손상시킬 수 있다. 또한, 상기 가열 온도가 300℃ 미만이면, 분말을 이루는 입자의 비행 속도가 충분하지 않아 코팅층이 도금층 전면에 고르게 형성되지 못할 수 있다.
또한 공정 가스의 압력은 공정 가스와 코팅용 분말의 비행 속도를 결정하는 중요한 요인이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 가스공급장치로부터 가스가열장치로 공급된 공정 가스는, 상기 가스가열장치에서 1.0 내지2.0MPa의 압력으로 가압되는 것이 바람직하며, 상기 공정 가스의 압력이 1.0MPa 미만이면, 분말의 비행속도가 낮아 도금층에 충돌한 후 충분한 결합강도로 코팅되기 어려우며, 압력이 2.0MPa를 초과하면, 공정 가스의 압력이 너무 높아, PTM 장치의 고장을 유발할 수 있고, 가스 유량의 증가로 인해 경제적인 점에서 문제가 될 수 있다.
다만, 본 발명에서 사용하는 공정 가스는 일반적인 PTM 공정 시 사용될 수 있는 것으로, 그 조성을 특별히 한정하지 않으나, 예를 들어 공기, 질소 및 헬륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 다만, 공정 가스의 가격에 따른 생산 단가를 고려할 때, 공정 가스로 공기 또는 질소를 사용하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에서는 상기와 같은 조건을 갖는 코팅용 분말을, 상기와 같이 제어된 PTM 공정에 의해 아연도금강판(포스맥)의 도금층 상에 분사하여, 기능성 코팅층을 형성함으로써, 아연도금층의 부식을 방지하며, 백청의 발생으로 인한 미관 품질 저하를 방지하여, 결과적으로는 아연도금강판의 내식성을 향상시키고, 미관 품질을 향상시키는 효과를 가져온다. 더욱이 상기 기능성 코팅층은 PTM 공정에 의해 형성됨으로써, 아연도금층의 손상 없이, 그 상부에 균일하게 형성될 수 있고, 치밀한 구조로 형성되어 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
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단, 본 발명에서는 추가적인 코팅성의 향상과, 코팅층의 두께 조절을 위해서는, 상기 기재한 조건 외에도, 하기 기재하는 두 가지의 조건을 추가적으로 제어하는 것이 바람직하다.
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본 발명은 상기와 같이 PTM공정 시 다양한 공정 변수의 제어를 통해, 아연도금강판 상에 접합강도가 우수하며, 조직이 치밀한 기능성 코팅층을 형성할 수 있고, 이로써, 아연도금강판에 내식성, 내마모성, 내피로성, 내스크레치성, 전기전도성, 열전도성 및 방열성의 우수한 특성을 부여할 수 있다.
종래 열용사 공정에 의해 아연도금강판 상에 금속 또는 금속기지 복합재료를 포함하는 기능성 코팅층을 형성하는 경우, 대기 중에 연소 및 플라즈마 형성을 통한 고온의 열유동장을 형성하고, 코팅용 분말을 장입하여, 분말의 용융 또눈 부분 용융을 통해 제조되기 때문에, 대기 중 산소와의 접촉으로 인하여, 코팅층 내 제2상(secondary phase)으로, 산화물이 형성되게 된다. 또한, 용융되는 정도가 분말의 크기와 열유동장 내 분말의 궤적 차이에 따라 다르게 되므로, 용융되는 부분은 입자 충돌 시 스플랫(splat)을 형성하며 급속 응고하여 미세결정립이 생성되지만, 용융되지 않은 부분은 초기 분말 형태와 미세조직을 유지하기 때문에, 코팅 내 미세조직의 균일성이 떨어지게 된다. 또한, 급속응고 시 온도 저하에 따른 수축의 발생으로 코팅 내부에 잔류 응력이 존재하게 되어, 상기 기능성 코팅층과 아연도금층 사이의 접착 강도가 20 내지 40MPa 수준에 불과하는 문제점이있다.
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그런데, 본 발명은 상기한 바와 같이, 저온 분사 공정에 의해, 즉 상대적으로 낮은 온도로 가열되나, 높은 압력이 가해져 초음속 상태로 가속된 가스의 유동장 내 금속 분말 또는 금속기지 복합재료 분말을 포함하는 코팅용분말을 장입시켜, 분말이 초음속으로 가속되어 아연도금층 상에 충돌될 때 발생되는 변형에너지로 상기 분말이 적층되며 기능성 코팅층이 형성될 수 있다. 따라서, 이때 형성되는 상기 기능성 코팅층은 매우 치밀한 조직을갖고, 공정 중에 산화가 발생되지 않아 산화물 층을 포함하지 않으며, 아연도금층과의 우수한 접합 강도를 확보할 수 있다.
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또한, 본 발명은 상기한 바와 같이, 저온 분사 공정 시, 다양한 공정 변수들을 제어함으로써, 아연도금층 상에 아무런 파손을 가하지 않으며 기능성 코팅층이 균일하게 형성될 수 있다.
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구체적으로, 본 발명의 아연도금강판 상에 형성된 기능성 코팅층은 기공율이 0.3% 미만으로 매우 치밀한 조직을 이루며, 제2상(secondary phase)으로 산화물 층이 생성되지 않으며, 입자 간의 계면이 치밀하고 아연도금층과 기능성 코팅층 사이의 접합강도가 60 내지 100MPa으로 높게 되어, 아연도금강판에 우수한 내식성, 내마모성, 내피로성, 내스크레치성, 전기전도성, 열전도성 및 방열성의 특성을 부여할 수 있다.
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단, 본 발명의 아연도금강판에서, 아연도금층 상에 형성되는 기능성 코팅층은 상기한 바와 같이, 금속 또는 금속기지 복합재료를 포함할 수 있고, 이때, 상기 금속으로는 구리, 철, 니켈, 티타늄, 및 탄탈륨으로 이루어진 그룹에서 하나 이상 선택되는 단일 금속, 또는 그 합금일 수 있으며, 상기 금속기지 복합재료로는 금속기지에, 세라믹, 탄소 소재 및 금속으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상이 첨가된 것일 수 있다.
한편, 상기 금속기지에 첨가될 수 있는 세라믹은 예를 들어, TiN, AlN, CrN, Al4C3, B4C, WC, Al2O3, Zr2O3 및Ti2O3으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 상기 탄소 소재는 탄소나노튜브, 그래핀 및 탄소섬유로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으며, 금속은 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 탄탈륨으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 단일 금속이거나 그 합금일 수 있다.
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또한, 상기 기능성 코팅층은 최소 10㎛의 두께를 갖는 것이 아연도금강판에 상기의 효과를 충분히 부여하는 데에 바람직하다.
이하 하기 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명하고자 한다.
실시예1.
먼저 [표1]과 같이, 포스맥을 테스트하는 실험을 하였다.
[표1]
Figure 112017037143011-pat00001
이 결과, 포스맥 원판을 바세라의 기본 세척방법으로 세척하였으나, 포스맥 가공 중 발생한 이물질 등이 지워지지 않고 잔존하여, 티타늄이 증착되지 못하고 칼라가 박리되는 현상이 발생하였다.
따라서 해당 문제를 해결하기 위하여 아세톤, 락카신나, 키실렌 등을 사용하여 세척 후 티타늄 코팅 작업을 진행하였으나, 세척작업을 진행한 작업의 흔적들이 증착된 표면에 표출되는 문제가 발생하였다.
이에 포스맥 원판의 표면을 폴리싱 가공하여 코팅하고, 또한 폴리싱 표면에 2차로 VR, BB 작업을 추가하여 코팅한 결과, 세척불량의 정도가 감소하였으나, 칼라박리가 일부 발생하였다.
또한 표면 가공 후 포스맥 원판에 잔존해 잇엇던 일부 이물질이 떨어지며, 티타늄 코팅의 증착력이 일부 증가하였고, 세척자국의 발생 정도가 감소하였으나, 일부 칼라박리 현상이 발생하여, 하기 실시예2.와 같은 테스트를 진행하였다.
실시예2.
하기 [표2]에 나타난 바와 같이, 증착조건을 변화하여 테스트를 진행하였다.
[표2]
Figure 112017037143011-pat00002
자사의 GOLD색상 작업의 기준 값(DATA)로 테스트 결과 칼라박리 현상이 발생하고 색상 값(DATA)또한 미달되었으며,
칼라박리 현상 즉 증착력 문제를 해결하기 위하여 바이어스 파워 입력 전압, 진공도, 아크파워 출력 등을 변화시켜 관찰하였다.
구체적으로, 바이어스의 전압을 증가시켜 티타늄이 증착되는 힘을 증가시키고 아크파워의 전류를 증가시켜 티타늄에서 배출되는 이온의 양을 증가시켰으며, 질소가스의 양을 증가시켜 바세라의 GOLD색상 기준 값(DATA)와 근접한 색상을 연출할 수 있었다.
실시예3.
이러한 실시예1 및 2를 토대로 다음과 같이 실험을 진행하였다.
[표3]
Figure 112017037143011-pat00003
[표4]
Figure 112017037143011-pat00004
[표5]
Figure 112017037143011-pat00005
상기 [표3] 내지 [표4]는 전처리 및 증착에 관한 것으로서, NO.1부터 순차적으로 실험이 진행되었다.
실험에 따른 결과를 살펴보면,
실시예3.
NO.1~4와 같이, 티타늄 코팅조건을 다르게 변동하여 색상 값(DATA)를 조절을 시도하고 연출되는 색차를 관찰하였다.
NO.1 결과, 바세라의 일반적인 세척 공정으로 세척 하였으나 세척 작업전 소재의 이물질 흔적들이 티타늄 작업후 증착 표면에 표출되었고, 포스맥 표면에 티타늄이 증착되지 못하고 칼라박리 현상이 광범위하게 발생하였으며, GOLD칼라 표준품질 값(DATA) 미달되는 결과가 나타났다.
NO.2 결과, 이물질의 흔적들이 증착 표면에 표출되고 칼라박리 현상이 광범위하게 발생하고, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.3 결과, 이물질의 흔적들이 증착 표면에 표출되고 칼라박리 현상이 일부 개선되었으나, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.4 결과, 이물질의 흔적들이 증착 표면에 표출되고 소폭의 칼라박리 현상이 지속적으로 발생하였으나, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 부합하였다.
그러나 챔버의 상태에 따라서 질소가스량의 변동이 발생하는 문제가 생겼다.
실시예4.
NO.5~8과 같이, 포스맥 가공 중 발생하는 이물질을 제거하기 위하여 초음파 세척 전 아세톤 세척작업을 추가하였다.
NO.5~7은 코팅 표면에 아세톤 작업의 흔적들이 전체적으로 발생하고, 해당 부분에 칼라박리 현상이 발생하였으며, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.8 포스맥 가공 중 발생하는 이물질을 제거하기 위하여 초음파 세척 전 아세톤 세척작업을 추가한 것으로서, 그 결과, 코팅 표면에 아세톤 작업의 흔적들이 전체적으로 발생하였으나, 칼리박리 현상은 소폭 개선되었으며, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 부합되었다.
실시예5.
NO.9~12와 같이, 아세톤 세척 시 작업의 흔적이 코팅 표면에 표출되어 락카신나로 변경하여 테스트를 시행하였다.
NO.9~11그 결과, 코팅 표면에 락카신나 작업의 흔적들이 전체적으로 발생하고, 칼리박리 현상이 발생하였으며, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
No.12는 코팅 표면에 락카신나 작업의 흔적들이 전체적으로 발생하고, 칼리박리 현상이 발생하였으며, GOLD칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
즉, 락카신나의 사용결과 아세톤 작업에 비하여 표출되는 세척의 흔적들이 증가하였으며, 칼라박리의 정도가 증가하였다.
실시예6.
NO.13~15와 같이, 아세톤 세척 시 작업의 흔적이 코팅 표면에 표출되어 키실렌으로 변경하여 시행하였다.
NO.13~15는 코팅 표면에 키실렌 세척의 흔적들이 전체적으로 발생하고, 해당부분의 칼라박리 현상이 발생하였으며, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
키실렌 사용 결과 아세톤 작업에 비하여 표출되는 세척의 흔적들이 증가하였으며, 칼라박리의 정도가 증가하는 결과를 도출하였다.
실시예7.
NO.17~20과 같이, 락카신나와 키실렌을 5:5 비율로 혼합하여 시행하였다.
NO.17~20은 코팅 표면에 세척의 흔적들이 전체적으로 발생하고 발생하고, 해당부분의 칼라박리 현상이 발생하였으며, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
아세톤 작업에 비하여 표출되는 세척의 흔적들이 증가하였으며, 칼라박리의 정도가 증가하였다.
실시예8.
NO.21~24와 같이, 포스맥 원판 사용 시 세척의 문제가 발생하고 표면이 지저분하여, PL 가공 후 증착 테스트를 시행하고,
티타늄 코팅 조건을 변동하여 색상 값(DATA) 조절을 시도하고, 표면가공 전 소재와 동일한 조건에서 연출되는 색차를 관찰하였다.
NO.21은 일부 얼룩이 발생하고, 해당부분 칼라박리 현상이 발생하였으며, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.22는 GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.23은 칼라박리 현상 일부가 개선되었으나, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.24는 GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 부합하였다.
폴리싱 가공 후 세척불량이 상당부분 개선되었으나, 소폭의 얼룩과 칼라박리 현상이 지속적으로 발생하였다.
실시예9.
NO.25~28과 같이, 포스맥 원판에 PL가공만 진행할 경우, MR소재에 비하여 깔끔하지 못하여 2차 BB가공을 진행하고, 티타늄 코팅 조건을 변동하여 색상 값(DATA) 조절을 시도하고, 표면가공 전 소재와 동일한 조건에서 연출되는 색차를 관찰하였다.
NO.25는 원소재의 일부 이물질이 세척되지 못하고, 소폭의 얼룩이 발생하였으며, 해당부분 칼라박리 현상이 발생하였고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.26~27은 GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.28은 GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)와 동일한 색상이 연출되었다.
PL과 BB가공을 진행하여 코팅한 결과, 기존에 바세라에 입고되는 BB소재와 동일한 색상이 연출되었으나, 소폭의 얼룩과 칼라박리 현상은 지속되었다.
실시예10.
NO.29~32와 같이, 포스맥 원판에 PL가공만 진행할 경우 MR소재에 비하여 깔끔하지 못하여 2차 VR가공 작업을 진행하였고, 티타늄 코팅 조건을 변동하여 색상 값(DATA) 조절을 시도하고, 표면가공 전 소재와 동일한 조건에서 연출되는 색차를 관찰하였다.
NO.29는 원소재의 일부 이물질이 세척되지 못하고, 소폭의 얼룩이 발생하였으며, 해당부분 칼라박리 현상이 발생하였고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.30~31은 GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.32는 GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)와 동일한 색상이 연출되었다.
PL과 VR 가공을 진행하여 코팅한 결과, 기존에 바세라에 입고되는 BB소재와 동일한 색상이 연출되었으나, 소폭의 얼룩과 칼라박리 현상은 지속되었다.
실시예11.
NO.33~36과 같이, 표면가공 진행후 세척불량의 문제가 대폭 개선 되었지만 소폭의 세척불량이 지속적으로 발생하여 초음파세척의 출력을 증가하여 변화를 관찰하고, 티타늄 코팅 조건을 변동하여 색상 값(DATA) 조절을 시도하고, 표면가공 전 소재와 동일한 조건에서 연출되는 색차를 관찰하였다.
NO.33은 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상만이 발생되고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.34는 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상만이 발생되고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.35는 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상이 해결되었으나, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.36은 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상만이 발생되고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)와 동일한 색상이 연출되었다.
실시예12.
NO.37~40과 같이, 초음파 세척의 출력 증가 후 세척불량이 완전히 개선된 것으로 판단되며, PL+BB 소재의 작업 시 문제점은 없는지 테스트하였다.
NO.37은 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상이 발생하고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.38은 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상이 발생하고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.39는 세척불량의 문제는 발생하지 않으며, 칼라박리 현상이 해결되고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.40은 세척불량의 문제는 발생하지 않으며, 칼라박리 현상이 해결하고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)와 동일한 색상이 연출되었다.
실시예13.
NO.41~43과 같이, 초음파 세척의 출력 증가 후 세척불량이 완전히 개선된 것으로 판단되며, PL+VR 소재의 작업 시 문제점은 없는지 테스트하였다.
NO.41은 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상이 발생하고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.42는 세척불량의 문제는 발생하지 않으나, 소폭의 칼라박리 현상이 발생하고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
NO.43은 세척불량의 문제는 발생하지 않으며, 칼라박리 현상이 해결되고, GOLD 칼라 표준품질 값(DATA)에 미달되었다.
결과적으로, 본 발명에 따른 코팅방법은
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먼저, 포스맥을 준비하되, 이 포스맥을 전처리로 폴리싱 공법을 이용하여 폴리싱 처리를 하고, PTM 공정을 이용하여 코팅층을 형성함으로서, 아연도금강판 상부에 파손을 가하지 않으면서, 우수한 기능성을 가지며, 치밀한 구조와 함께 접합강도가 높은 기능성 코팅층을 간단한 공정으로 형성할 수 있는 특징이 있다.
아울러, 앞서 언급한 바와 같이, 포스맥을 전처리 하기 위한 폴리싱 단계가 필요하게 되는데, 도 2는 이러한 폴리싱 단계(공법)에 대하여 간략히 도시한 것이다.
먼저 기존에 비해 낮은 압력에서 진행되어 모재의 손상이 최소화되기 때문에 도금층을 유지할 수 있으며, 기존에는 STS 표면 연마에만 국한되던 폴리싱 기법을 도금강판에 그대로 적용하였을 때 표면이 불균질하여 상품성이 현저하게 떨어졌으나, 포스맥에 최적화된 폴리싱 방식을 통해 표면을 고르게 형성하여 높은 표면광택을 가질 수 있는 특징이 있다.
여기서 STS는 일반적으로 사용되는 스테인레스 강판(Stainless steel)을 말하고, 포스맥은 포스코 기업에서 개발하여 출시한 내부식용 합금도금강판을 의미하는 것으로, 강판위에 알미늄, 마그네슘, 아연을 도금하여 내부식성능을 향상시킨 것을 말한다.
다시 STS는 합금 소재이기 때문에 모재 자체의 성분이 동일하여 표면이 일부 마모 또는 손상이 입어도 내식성이 유지되지만, 포스맥강판의 경우에는 도금층이 손상될 경우 소지층이 대기중으로 노출되어 부식의 위험성이 높아지기 때문에 정교한 연마작업을 필요로 하여, 까다로운 공정관리가 필요하다.
따라서 종래의 방식의 경우에는 장시간 가공할 경우 어렵지 않게 고광택의 품질을 유지할 수 있었으나, 포스맥의 경우에는 도금층이 훼손되지 않도록 가능한 짧은 시간내에 적절한 압력을 가하는 공정이 필요하다.
이에 따라 본 발명은 포스맥을 준비하는 준비단계(A1), 준비된 포스맥에 연마제 및 윤활제를 도포하고, 원단을 이용하여 연마하는 폴리싱 단계(A2), 연마된 포스맥을 세척하는 세척단계(A3) 및 세척된 포스맥을 건조하는 건조단계(A4)를 포함하여 이루어져 있으며, 본 출원인은 하기 실험을 통하여 각각의 공정단계에 맞는 조건을 도출하였다.
먼저 간략하게, 상기 준비단계(A1)는 삼원계 용융아연 마그네슘 알미늄 합금도금강판(Zn- 94.5, 3% Mg- 2.5%Al) 구체적으로는 도금량 부착량이 80~350g/m2인 3원계 고내식 용융아연합금 도금강판(포스맥)을 준비하고,
상기 폴리싱 단계(A2)에서는 연마제 및 윤활제를 이용하여 포스맥의 표면을 폴리싱 하는데, 이 때 상기 연마제는 알루미나, 스테아린산(Stearic acid), 산화크롬을 2:1.5:1 비율로 배합한 배합물을 이용하게 된다.
또한 이러한 폴리싱 단계(A2)에서 사용되는 원단은 면소재와 마소재의 원단을 이용하며,
구체적으로 마 재질의 원단을 이용하여, 연마제 도포 및 연마를 70초씩 3회 반복실시하는 1차 폴리싱 단계(A21)와, 면재질의 원단을 이용하여 연마제 도포 및 연마를 30~40초씩 2회 반복 실시하는 2차 폴리싱 단계(A22)로 이루어져, 포스맥에 최적화된 폴리싱을 진행할 수 있도록 이루어진다.
이러한 폴리싱 방법에 대하여 실험예를 통하여 보다 상세하게 설명하며, 실험에 대하여 설명하기에 앞서 각각의 실험에 있어서의 특징을 설명하도록 한다.
먼저 폴리싱을 할 경우에는
STS와 포스맥의 표면 가공 특성에 따라 마를 이용한 폴리싱은 모재표면의 상태에 따라 nap(털)이 없거나, 단모(low nap) 또는 중모(medium nap)를 사용한다.
또한 폴리싱 단계(A2)가 끝나기 전에 몇 초간 물을 계속적으로 흘려주어야 하는데, 이유는 시편 표면에 정전기적으로 붙어있을 미세 입자들을 제거하기 위함이다. 그리고 연마제의 불량이나 폴리싱 원단의 오염으로 도금층 표면에 비 정상적인 스크래치가 발생하여 모재의 특성을 해할 수 있으므로, 연마제의 배합비와 입자크기 등을 적절히 제어하여야 하며, 시편 재질에 부합하지 않는 폴리싱 원단의 선택으로 도금층 표면에 변형이 발생할 수 있어, 모재의 강도 및 표면 도금층 성분에 따라 적절한 폴리싱 원단을 선택하여야 한다.
아울러, 폴리싱(연마)은 가급적 빠른 시간에 끝내야하는데, 이유로는 소모품의 과도한 사용, 모재 표면의 손상 등이 있어, 최적화된 압력을 선정하는 것이 중요하며, 포스맥은 일반 STS에 비하여 강도가 높은 경향을 보이므로 동일한 압력으로 가공을 진행할 경우, 시간이 너무 많이 걸린다는 단점이 있으나, 압력이 지나치게 높아지면 모재의 손상의 우려가 있어 적절한 압력을 선정하는 것이 중요하다.
또한 본 발명에서 폴리싱 원단은 80프로 가용상태의 면과 마를 사용하였으며, 실제 적용 시에는 마모 상태에 따라 압력과 시간을 적절하게 증감하고, 필요에 따라서는 적절한 시기에 원단을 교체하도록 한다.
즉, 상기와 같이, 폴리싱 단계(A2)에는 폴리싱 원단의 선정이 중요한다.
폴리싱원단은 cotton, bast fiber fabric 등의 자연섬유와 Rayon, Non-textile cloth 등 합성섬유를 단독 또는 혼합으로 사용한다. 본 공정에 사용될 수 있는 폴리싱 원단(cloth)의 종류는 아래와 같다.
High napped cloth은 마지막 단계의 폴리싱에 사용하는 원단으로서 매우 정고한 폴리싱에 사용한다.
Acetate base cloth은 Acetate를 이용하여 촘촘히 짠 얇고 백색의 원단으로 모(nap)나 보풀(flock)이 없는 종류로 시편의 편평도가 중요한 경우 사용한다. 직조형태의 특징으로 연마제를 골고루 분산시키며 연마재가 쉽게 구를 수 있어 로딩(loading)과 글레이징(glazing)을 최소화 한다.
아울러 윤활제의 부족 또는 오염으로 인해 표면의 오염이 발생할 수 있으므로, 본 발명의 모든 공정에서는 다음 공정으로 넘어갈 때 세척이 필요하다.
또한 Mg가 함유된 도금강판의 경우에는 STS에 비해 표면 경도가 높고 도금층이 거칠기 때문에 홀컵이 불완전하게 접촉될 경우, 폴리싱 장치를 이탈하는 경우가 있어, 홀컵 고정시에는 테두리(edge)에 거치하던 기존의 방법으로는 시편이탈이 발생할 수 있으므로, 내측으로 1mm이상 안쪽 지점에 거치하는 것이 안전하다.
즉, 잘못된 연마재의 선택, 잘못된 폴리싱 원단의 선택, 잘못된 윤활제의 선택 또는 상기 요인의 복합적인 결과로서 시편의 넓은 면적에 소성 변형이 일어나는 경우가 발생할 수 있다. 연마재의 경우 너무 작은 크기의 연마재를 사용하는 경우 발생되는데 큰 크기의 연마재로 바꾸어 줌으로서 개선될 수 있다. 폴리싱 원단의 경우는 너무 탄력이 큰(모(nap)가 깊은 경우) 것을 사용하면 연마재가 폴리싱 원단에 깊이 박혀 연마를 하지 못하는 경우이다. 또한 윤활제의 주입이 너무 적은 경우 마찰력이 커짐에 따라 스미어링(smearing)이 일어나므로 윤활제의 양을 증가 시켜야 한다.
다시 폴리싱을 하는 경우, 시편의 모서리 부분이 많이 마모되어 끝부분이 굴곡 되는 현상은 특히 코팅(coating)층이나 표면 부분을 관찰하는 경우에는 치명적인 현상으로 세심한 주의를 요하는 문제이고, 시편에 제2상 이상이 존재하는 경우는 경도 차이에 의해 마모 속도가 다르기 때문에 단단한 상(phase)이 빠져 나오는 현상인데 폴리싱 시간과 폴리싱 원단이 제일 큰 변수이며. 가능한 짧은 폴리싱 시간을 가져야 시편의 평평도를 유지하고, 이에 따른 상기 현상들을 막을 수 있다.
기지조직의 입자(particle)들은 주로 단단한 결정(inclusion)이나 탄화물(carbide) 등으로서 거의 변형이 일어나지 않는 조직으로서 기지조직과 다른 열팽창이나 마모 속도의 차이에 따라 약간의 힘만으로도 빠져 나갈 수가 있다. 이 현상은 기저 조직에서 그레인(grain) 이나 파티클(particle)이 빠져나간 구멍(cavity)이 검게 보이기 때문에 주의를 요한다.

커팅(Cutting)이나 마운팅(mounting)시 시편에 과도한 응력이 한 요인으로 작용하므로 가능한 한 걸리지 않도록 한다.
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폴리싱 원단은 무모타입(napless type)의 원단을 사용한다. 윤활제의 양을 너무 많이 하여 원단을 적시는 상태보다는 수분이 있는 상태에서 폴리싱을 하여야 단시간에 작업을 마칠 수 있고 따라서 풀아웃(pull-out)현상도 방지할 수 있다.
잘못된 디스크(disc)나 원단의 사용 및 압력의 선택이 잘못될 경우 시편 표면에 연마재로 인해 깊은 변형이 생길 수 있다.
압력이 너무 낮은 경우에도 생기므로 이 경우에는 약 10% 정도 압력을 증가시켜 다시 시도해 본다. 또한 세척 시 뜨거운 물의 사용은 피하여야 하며 시편의 보관은 건조한 용기 내에 보존하여야 공기 중의 수분으로부터 시편 표면을 보호할 수 있다.
폴리싱 할 때 속도가 적정하지 않은 경우 불순물이나 기공 주위에서 마치 유성꼬리 같은 현상이 나타 난다. 가급적 적은 압력과 저속을 사용하여 배제할 수 있다.
또한 세척이 불량할 경우 표면에 박막층이 형성, 결정화된 잔여물 형성, Pit형성등이 발생할 수 있으며 그 원인으로는 연마제 입자의 잔류, 결정화 등이므로 알코올을 이용하여 입자를 제거하거나 재 폴리싱 후 약 10-15초간 물로 헹구어 준다. 또한 완벽하지 못한 시편의 건조로 인하여 시편과 홀컵사이 틈으로부터 물이 나오는 경우 알코올에 넣었다가 오븐에서 건조해야 한다.
이러한 상기 조건들을 유의하여 본 출원인은 하기 [표6]에 나타난 바와 같이, 조건을 달리하여 폴리싱을 하여 그 [표7]과 같은 결과를 도출할 수 있었다.
[표6]
Figure 112017037143011-pat00006
[표7]
Figure 112017037143011-pat00007
상기 [표6] 및 [표7]을 참조하여 설명하면,
먼저 상기 고광택 폴리싱 방법은 NO.1부터 NO.21 까지 순차적으로 진행되었다.
NO.1 및 NO.2의 결과를 살펴보면, 연마제 배합불량으로 시편 표면에 소성변형이 발생하고, 윤활제로 인한 시편의 도금층이 미세 훼손되었으며, 폴리싱 횟수 및 시간이 적절하지 않아 목표 광택에 도달하지 못했다. 또한 폴리싱 원단의 조합이 적절하지 않아 표면 광택이 낮은 결과를 볼 수 있다.
따라서 윤활제를 물로 변경하는 NO.3의 실험을 진행하였고,
이에 따라 윤활제로 인한 표면오염 및 도금층의 훼손 문제를 해결할 수 있었다.
NO.4~5를 살펴보면, 연마제의 비율을 변경하였는데,
이 결과, NO.4는 연마제 배합불량으로 시편의 표면에 소성이 발생하고, 목표광택에 도달하지 못하였으며, 광택도가 낮은 결과를 야기하였으며, 특히 폴리싱 원단 또는 압력이 부적합하여 2상이 발생하는 결과가 나왔다.
또한 NO.5를 살펴보면, 마찬가지로, 소성변형, 광택도가 낮으며 목표광택에 도달하지 못하였으며, 연마제 및 가공이 강화됨에 따라 추후 시험 시 도금층의 내식성 유지문제가 제기되었으며, 제2상이 발생하였다.
상기와 같은 결과에 따라 알루미나 함유량 증가 및 폴리싱 원단의 종류를 추가하였고, 이에 따라 도금층 훼손의 우려가 있어 시편의 도금량을 상향조절하였다.
이 결과 , NO.6~15에 나타난 바와 같이, 소성이 발생하고 목표 광택에 도달하지 못하였으며, 표면 광택도가 낮거나 표면 스크래치가 발생하는 결과를 도출할 수 있었다.
따라서 조건을 달리하여 NO.16와 같이 폴리싱을 하였으며, 이에 따라 표면의 소성변형문제를 해결하였으나, 그러나 목표광택에 도달하지 못한다는 문제점을 여전히 가지고 있었다.
NO.17~19과 같이 실험을 하였으나, 여전히 문제를 해결할 수 없었으며,
이를 바탕으로 시간 및 압력을 조절하여 NO.20~21과 같이 최적의 결과를 도출할 수 있었다.
결과적으로, 상기 고광택 폴리싱 방법은,
폴리싱 단계(A2)에서 연마제를 알루미나, 스테아린산, 산화크롬을 각각 2:1.5:1 비율로 배합한 배합물을 사용하며, 윤활제는 물을 사용하여 폴리싱을 진행하고,
구체적으로는 1차 폴리싱 단계(A21)를 마 재질의 원단을 70초가 3회 반복하여 진행하고, 2차 폴리싱 단계(A22)를 면 재질의 원단으로 30~40초간 2회 반복해 진행하며,
이 때 상기 폴리싱 원단으로 가해지는 압력을 3.5kgf로 유지하는 것이 바람직하다.
또한 건조단계(A4)는 15초 정도의 시간을 두는 것이 바람직하다는 결과를 도출해 낼 수 있다.
또 이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조 및 구성을 갖는 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법을 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
P2 : 코팅방법 B1 : 준비단계
B2 : 진공단계 B3 : 플라즈마 형성단계
B4 : 코팅단계 B41 : 색상형성단계

Claims (4)

  1. 폴리싱 공법을 이용하여 폴리싱 된 포스맥을 준비하는 준비단계;
    준비된 포스맥을 용기에 투입하여, 용기 내부를 진공화시키는 진공단계;
    용기 내부에 금속 분말 또는 금속기지 복합재료 분말 또는 이들의 혼합물을 포함하는 코팅용분말을 투입하며, 플라즈마를 형성하여 (+)이온을 방출하는 플라즈마 형성단계;
    지그에 입력된 (-)의 힘에 의해 상기 코팅용분말이 (+)이온과 함께 포스맥에 증착되어 코팅층을 형성하는 코팅단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 이루어지되,

    상기 폴리싱 공법은
    도금 부착량이 80~350g/㎡의 합금도금강판인 포스맥을 준비하는 준비단계와,
    준비된 포스맥에 연마제 및 윤활제를 도포하고 원단을 이용하여 연마하는 폴리싱단계와,
    연마된 포스맥을 세척하는 세척단계, 및
    세척된 포스맥을 건조하는 건조단계를 를 포함하여 이루어지되;

    상기 윤활제는 물로 이루어지고,
    상기 폴리싱단계에서 사용되는 연마제는, 알루미나:스테아린산:산화크롬이 2:1.5:1 비율로 배합되는 배합물인 것을 특징으로 하며;

    상기 폴리싱단계는,
    상기 원단을 3.5~4kgf의 압력으로 상기 포스맥을 가압하면서 연마하되,
    마 재질의 원단을 이용하여 연마제 도포 및 연마를 70초씩 3회 반복실시하는 1차 폴리싱단계와,
    면 재질의 원단을 이용하여 연마제 도포 및 연마를 30~40초씩 2회 반복실시하는 2차 폴리싱단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅용분말은 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 티타늄 및 탄탈륨으로 이루어진 하나 또는 둘 이상 선택되는 단일금속 또는 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 형성단계에서 발생되는 공정가스는 300~500℃로 가열되는 것을 특징으로 하는 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    N2 또는 C2H2를 상기 용기에 더 주입하여 TiN 또는 TiC를 생성하여 상기 포스맥의 표면에 증착시킴으로서, 포스맥의 표면에 색상을 형성하는 색상형성단계;
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 포스맥에 기능성 코팅층을 형성하는 코팅방법
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