KR102105903B1

KR102105903B1 - 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물

Info

Publication number: KR102105903B1
Application number: KR1020180097768A
Authority: KR
Inventors: 노영태; 김호영; 변영민; 김영량
Original assignee: (재)한국건설생활환경시험연구원; 김영량
Priority date: 2018-08-22
Filing date: 2018-08-22
Publication date: 2020-04-29
Also published as: KR20200022087A

Abstract

본 발명은 증류수 100중량부 기준으로, 인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부; 탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부; 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부; 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부; 및 이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 금속표면에 고착성과 안정성이 높은 인산염 또는 산화피막 화합물 층을 형성시켜, 피막이 형성된 표층의 물리화학적 성질을 이용하여 내마모성, 내식성 및 윤활성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 윤활성 향상 작업 등이 불필요하게 됨으로써 화성처리 시간 단축으로 약품 소비량 등을 저감시킬 수 있어 가격 경쟁력 확보가 용이하다.

Description

윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물{Phosphate Compound Coating Composition for Improving Lubrication}

본 발명은 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 Mn-P-MoS₂를 포함하는 복합피막제 조성물을 이용하여 소재 표면에 작고 치밀하게 입자를 미세화하도록 한 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물에 관한 것이다.

자동차 차체 또는 자동차 부품, 가전제품 등은 강판, 아연 도금 강판, 알루미늄 합금 등의 금속재료를 금속 성형물로 한 후, 도장하고 조립 등을 행함으로써 제품화되고 있다.

이러한 제품화를 위한 금속표면처리의 한 방법으로서, 소재 표면에 전기화학적인 방법에 의해 유기ㅇ무기산의 금속염욕으로부터 소재면의 일부를 용해시킴과 동시에 금속염을 치환시켜 얻어진 피막을 변환피막(conversion coating) 또는 화성피막이라 한다.

여기서, 상기 피막은 전기의 부양도체이며 무기질이며 화학반응에 의해 만들어진 금속소재의 방청성 및 도장밀착성의 향상을 도모하는 목적으로 처리되고 내마모성 부여 냉간금속 변형가공, 윤활작용, 및/또는 전기절연성의 확보 등을 목적으로 사용한다.

어떤 종류의 도료를 도장하더라도 생략할 수 없는 공정이 표면처리 공정이며, 소지조정(표면처리)이 불충분하면 도료의 성능이 충분히 발휘되지 못하며 이로 인한 손실이 발생되므로 완벽한 표면처리는 필수적 처리공정이다.

도포형 화성처리용액은 6,70년대에 개발되었지만 피막특성상에 문제(특히 크롬용출성)가 있어 널리 보급되지 못하다가 80년대 중반 이후부터 일본과 미국 등 선진국으로부터 많은 용액이 개발되어 그 이용이 증가하고 있는 추세이다.

다만, 화성피막처리 공정으로 약 16가지 이상의 공정이 필요로 하여 복잡한 생산구조로 인하여 관리비용이 증가되며, 빠른 화성처리를 위해서는 필수적으로 처리온도를 고온으로 설정하여야 하는데 이는 막대한 열에너지 비용 및 시설유지 비용이 추가로 발생할 수 있다.

또한, 최근 자동차 부품은 소형화, 경량화, 윤활유의 점도 저하 등으로 연비를 향상시키기 위한 표면처리 기술이 화두가 되고 있고, 에너지 소비 및 CO₂ 저감, RoHS, ELV 및 WEEE 등의 환경규제 대처 및 오염물질에 의한 환경보호, 에너지 고효율화 등 친환경 표면처리 기술 개발이 필요한 실정이다.

더욱이, 세계적인 환경 규제에 따라 자동차 부품 및 기계 부품에 대한 친환경 표면처리 기술들이 개발되고 있으며, 특히, Pb, Cd, Hg, Cr⁺⁶의 강력한 규제에 따라 이들 유해물질들이 들어간 표면처리액의 사용이 전면 금지되고 있으며, 종래의 뛰어난 내식성, 밀착성을 갖는 크로메이트 처리 기술이 전면적으로 Cr⁺⁶에서 Cr⁺³로 교체되었으며, 알러지 유발 물질인 Ni의 규제로 인한 삼원합금 도금 기술 개발 및 C-N 물질의 사용억제에 따른 C-N Free 표면처리 기술들이 개발되고 있다.

이러한 일례로서, 대한민국 특허 제10-1739759호에는 인산 20 내지 30 중량%, 제1인산망간 10 내지 15 중량%, 제1인산아연 10 내지 20 중량%, 포름산 1 내지 2 중량%, 유기용제 0.5 내지 1 중량%, 안정제 3 내지 6 중량%, 및 잔량의 물을 포함하는 망간계 인산염 화성피막제 조성물이 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로서, 금속표면에 고착성과 안정성이 높은 피막층을 형성시켜, 내마모성 및 내식성을 향상시키는 동시에 윤활성을 확보할 수 있도록 하는 것을 제공한다.

본 발명은

증류수 100중량부 기준으로,

인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부;

탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부;

질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부;

황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부; 및

이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은

대상표면을 물리적으로 연마하여 청결하게 하는 연마단계;

상기 연마단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계;

상기 수세처리단계가 종료된 후 10 내지 20부피%의 염산용액으로 10 내지 20분 동안 전처리하는 전처리단계;

상기 전처리단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계;

상기 수세처리단계가 종료된 후 표면 조정제 조성물을 이용하여 30초 내지 1분 30초 동안 표면조정하는 표면조정단계;

상기 표면조정단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계; 및

상기 수세처리단계가 종료된 후 증류수 100중량부 기준으로, 인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부, 탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부, 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부, 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부, 및 이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물로 95 내지 97℃의 온도범위에서 1 내지 5분 동안 화성처리하는 화성처리단계를 포함하는 화성처리방법을 제공한다.

본 발명에 따른 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 금속표면에 고착성과 안정성이 높은 인산염 또는 산화피막 화합물 층을 형성시켜, 피막이 형성된 표층의 물리화학적 성질을 이용하여 내마모성, 내식성 및 윤활성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 윤활성 향상 작업 등이 불필요하게 됨으로써 화성처리 시간 단축으로 약품 소비량 등을 저감시킬 수 있어 가격 경쟁력 확보가 용이하다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

한 가지 관점에서, 본 발명은 증류수 100중량부 기준으로, 인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부; 탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부; 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부; 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부; 및 이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물을 제공한다.

다른 관점에서, 본 발명은 대상표면을 물리적으로 연마하여 청결하게 하는 연마단계; 상기 연마단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계; 상기 수세처리단계가 종료된 후 10 내지 20부피%의 염산용액으로 10 내지 20분 동안 전처리하는 전처리단계; 상기 전처리단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계; 상기 수세처리단계가 종료된 후 표면 조정제 조성물을 이용하여 30초 내지 1분 30초 동안 표면조정하는 표면조정단계; 상기 표면조정단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계; 및 상기 수세처리단계가 종료된 후 증류수 100중량부 기준으로, 인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부, 탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부, 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부, 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부, 및 이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물로 95 내지 97℃의 온도범위에서 1 내지 5분 동안 화성처리하는 화성처리단계를 포함하는 화성처리방법을 제공한다.

본 발명에 따른 피막제 조성물, 특정적으로 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 소재 표면에 Mn-P-MoS₂로 이루어진 복합피막을 형성시켜 소재 표면의 물리적 성질을 향상시키고, 화성처리시간을 단축시킬 뿐만 아니라, 윤활성을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 증류수는 당업계에서 통상적으로 사용되는 증류수라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

본 발명에 따른 피막제 조성물, 특정적으로 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물을 구성하는 증류수 외 나머지 성분들의 함량은 증류수 100중량부를 기준으로 한다.

본 발명에 따른 인산(H₃PO₄)은 인산염 복합피막제 조성물에 포함되어 표면 처리하고자 하는 금속표면과 화학적으로 반응하여 표면을 난용성의 결정질 인산염으로 만들어 금속의 고유성질을 변화시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위해 당업계에서 통상적으로 사용하는 인산이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

바람직한 인산의 사용량은 증류수 100중량부 기준으로 3 내지 6중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 탄산망간은 통상적인 피막제 조성물에 사용되는 조성물로서, 상기 인산과 함께 인산망간 피막층을 형성한다.

이때, 상기 탄산망간은 분말 형태를 사용하는 것이 바람직한 바, 분말 형태의 탄산망간은 평균입도에 따라 피막제 조성물에 의해 형성되는 피막층의 물성이 영향을 받는다.

바람직한 탄산망간 분말의 크기는 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 바람직하게는 수마이크로미터, 보다 바람직하게는 5 내지 15마이크로미터, 추천하기로는 약 9마이크로미터인 것이 좋다.

여기서, 상기 탄산망간 분말은 당업계의 통상적인 방법, 예를 들면 볼밀(ball mill)법으로 제조되는 것이 좋다.

이때, 바람직한 볼밀(ball mill)법은 약 140rpm으로 회전하는 세라믹 볼인 산화지르코늄 볼을 이용하여 제조하는 것이 좋다.

바람직한 탄산망간의 사용량은 특별히 한정되지 않지만, 추천하기로는 증류수 100중량부 기준으로 1 내지 3중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O]는 녹색의 편상결정으로서, 복합피막제 조성물에 니켈을 제공한다.

바람직한 질산니켈의 사용량은 증류수 100중량부 기준으로 0.01 내지 0.1중량부인 것을 추천한다.

본 발명에 따른 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄]은 당업계의 통상적인 황산암모늄이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하며, 그 사용량은 증류수 100중량부 기준으로 0.2 내지 0.6중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 이황화몰리브덴(MoS₂)은 피막제 조성물, 특정적으로 인산염 복합피막제 조성물의 윤활성을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 이황화몰리브덴이라면 특별히 한정되지 않는다.

특히, 본 발명에 따른 이황화몰리브덴은 상기 복합피막제 조성물에 포함되어 종래 인산망간 화성처리 후 2차 코팅으로 윤활성을 제거하던 것을 하나의 화성처리 공정만으로 윤활성을 부가할 수 있도록 한다.

바람직한 이황화몰리브덴의 사용량은 증류수 100중량부 기준으로 3 내지 20중량부인 것이 좋다.

이때, 이황화몰리브덴의 사용량은 3중량부 미만이면 원하는 윤활성을 제공할 수 없고, 사용량이 20중량부 이상이면 윤활성 증가 대비 경제적이지 못하다는 문제점이 있다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 복합피막제 조성물, 특정적으로 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 종래의 인산염 피막, 보다 구체적으로는 인산망간피막에서 얻을 수 있는 물리적인 효과와 더불어 윤활성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 피막제 조성물, 특정적으로 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 하기의 특정 양태의 부가물을 1종 또는 1종 이상 더 포함할 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 복합피막제 조성물, 특정적으로 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 pH 완충작용을 위하여 증류수 100중량부 기준으로 붕산 20 내지 40중량부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 붕산은 pH 9.0 부근에서 pH완충작용을 하며 착체를 만들어 산성에 강해지는 효과가 있다.

다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 복합피막제 조성물은 화성처리시 금속이온을 환원시키기 위하여 증류수 100중량부 기준으로 차아인산나트륨(NaH₂PO₂) 5 내지 20중량부를 더 포함할 수 있다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 복합피막제 조성물은 인산염 피막의 초기 활성화 반응을 통해 산화철과 같은 슬러지가 형성되는 것을 억제하고, 금속염의 순도를 높이기 위하여 증류수 100중량부 기준으로 시트릭산[HOC(COOH)(CH₂COOH)₂] 7 내지 25중량부를 더 포함할 수 있다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 복합피막제 조성물은 조성물의 안정성을 향상시키기 위하여 증류수 100중량부 기준으로 안정제 1 내지 5중량부를 더 포함할 수 있다.

바람직한 안정제로는 프로필렌글리콜; 1,3-디옥소란; 프로필렌; 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또 다른 특정 양태로서, 본 발명에 따른 복합피막제 조성물은 소재 표면에 형성되는 피막층을 보다 용이하게 형성하기 위하여 증류수 100중량부 기준으로 촉진제 0.5 내지 3중량부를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 촉진제는 당업계의 통상적인 촉진제라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 포름산, 젖산, 옥살산, 아세트산, 프로피온산, 시트라콘산 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 피막제 조성물, 특정적으로 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물은 자동차, 기계 및/또는 그 부품에 적용되어 금속표면을 처리한다.

이에, 본 발명에 따른 피막제 조성물을 이용한 화성처리방법을 설명하면 다음과 같다.

여기서, 후술하는 기계적 전처리는 연마를 의미하고, 화학적 전처리는 염산용액으로 전처리함을 의미한다.

본 발명에 따른 화성처리방법은 대상표면을 물리적으로 연마하여 청결하게 하는 연마단계;

상기 연마단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계;

상기 전처리단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계;

상기 수세처리단계가 종료된 후 증류수 100중량부 기준으로, 인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부, 탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부, 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부, 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부, 및 이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물로 95 내지 97℃의 온도범위에서 1 내지 5분 동안 화성처리하는 화성처리단계를 포함한다.

본 발명에 따른 연마단계는 처리하고자 하는 금속표면, 특정적으로 자동차 부품 및/또는 용품에 적용되는 금속표면에 묻어있는 먼지, 흙 등의 오염물질을 물리적으로 제거하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 물리적인 방법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 사포, 특정적으로 규사사포를 이용하는 것을 추천한다.

본 발명에 따른 전처리단계는 처리하고자 하는 금속표면의 청정도를 향상시켜 표면조정 및 화성처리 피막의 형성이 균일하고 밀착력이 우수하도록 하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 전처리방법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 10 내지 20부피%의 염산용액으로 10 내지 20분, 추천하기로는 약 15분 동안 전처리하는 것이 좋다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 전처리단계는 부가적으로 탈지, 에칭 및 디스머트를 순차적으로 수행하는 것을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 탈지는 금속표면, 특정적으로 자동차 부품 및/또는 용품용 금속표면에 부착되어 있는 산화물, 수산화물, 금속염 및/또는 유지류 등의 오염물의 완전히 제거하여 금속표면에 밀착 및 광택불량, 부풀음, 부식발생 등의 결함이 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.

바람직한 탈지는 탈지액을 이용하여 금속, 특정적으로 자동차 부품용 합금을 탈지하는 것이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

바람직한 탈지방법은 초음파를 이용한 초음파 탈지법, 보다 바람직하게는 50 내지 100℃의 온도범위로 유지되는 탈지액에 금속을 3 내지 10분 동안 침적하여 초음파 탈지를 수행하는 것을 포함할 수 있다.

이때, 상기 초음파를 이용한 초음파 탈지법은 금속으로 제조된 소재의 틈에 침투한 오일까지 완전히 제거할 수 있도록 한다.

또한, 상기 탈지시간이 3분미만일 경우, 가공 시 소재의 미세한 틈새에 침투한 유분 등이 잔존하여 표면에 유분변성물이 형성되어 검게 변화될 수 있고, 탈지시간이 10분을 초과하면 소재의 피로도가 증가하여 탈지액 속으로 나온 이물질이 다시 소재 표면에 부착되어 오염되는 문제점이 있다.

상기 탈지액은 통상적인 탈지액이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 탈지액 전체 중량(전체 100중량%) 기준으로, 수산화나트륨(NaOH) 1 내지 3중량%; 탄산나트륨(Na2CO3) 1.5 내지 4중량%, 계면활성제 0.001 내지 0.01중량% 및 증류수 93 내지 97중량%를 포함하는 것이 좋다.

여기서, 상기 계면활성제는 비이온성, 양이온성, 음이온성 계면활성제 중 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

바람직한 계면활성제로는 코코아미도프로필 베타인, 라우릴 베타인, 카프릴/카프르아미도베타인, 모노 알킬 포스페이트, 에톡실레이트화 모노 알킬 포스페이트, 알킬벤젠 술폰산염 또는 이들로부터 선택된 적어도 하나 이상의 혼합물을 사용할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 에칭은 탈지를 거친 후 소재, 예를 들면 금속소재 표면에 얇은 산화피막 및 부동태피막이 남아있어 도금의 밀착성을 좋지 않게 하는 것을 방지하기 위한 것이다.

특히, 상기 에칭은 탈지에서 잔류할 수 있는 기계유, 절삭유 등의 가벼운 오염물과 산화피막 및 부동태피막 등의 가장 바깥쪽 표면층을 용해 제거하고, 소재, 예를 들면 마그네슘 합금소재 표면에 남은 알칼리를 중화시켜 탈지 중에 생긴 수산화물 층을 제거할 수 있다.

바람직한 에칭방법은 탈지가 종료된 금속을 50 내지 100℃의 온도범위에서 2 내지 10분 동안 에칭액으로 처리하는 것을 포함한다.

상기 에칭액은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 에칭액 전체 중량 기준으로, NH₄HF 3 내지 8중량%, NH₄OH 3 내지 8중량% 및 증류수 84 내지 94중량%를 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 디스머트는 금속과 도금액 사이의 표면장력을 감소시켜 도금피막의 밀착력을 강화시키기 위해 사용된다.

바람직한 디스머트는 에칭이 종료된 금속을 50 내지 100℃의 온도범위에서 10 내지 60초 동안 디스머트액으로 처리하는 것을 포함한다.

상기 디스머트액은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 디스머트액 전체 중량 기준으로, 수산화나트륨(NaOH) 5 내지 10중량%, 풀루오르화나트륨(NaF) 0.1 내지 1중량%, C4H6O6 0.1 내지 2.5중량% 및 증류수 87 내지 93중량%를 포함하는 것이 좋다.

본 발명에 따른 표면조정단계는 표면 조정제 조성물을 이용하여 처리하고자 하는 금속 소재 표면에 작고 치밀한 결정을 만들어 활성점(핵생성)을 촉진하기 위한 미립 망간 분말을 첨가하여 표면조정 후 Mn-P-MoS₂ 피막이 결정을 미세, 치밀 및 균일하게 하여 피막의 화성처리시간을 단축시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 표면조정단계라면 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.

여기서, 상기 표면조정단계에 사용되는 표면 조정제 조성물의 일례로서, 상기 조성물은 물 100중량부 기준으로, 망간디하이드로겐인산염[Mn(H₂PO4)₂] 0.3 내지 0.5중량부; 삼인산나트륨[Na₅P₃O₁₀] 0.5 내지 1.5중량부, 피로인산나트륨[Na₄P₂O₇] 0.5 내지 1.5중량부; 및/또는 헥사메타인산나트륨[(NaPO₃)₆] 1 내지 3중량부를 포함할 수 있다.

특정 양태로서, 본 발명에 따른 피막제 조성물, 특정적으로 인산염 복합피막제 조성물을 이용한 화성처리방법은 화성처리단계가 종료된 뒤 처리된 금속을 건조시키는 건조단계를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 건조단계는 당업계에서 통상적으로 사용되는 건조방법이라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

바람직하게는 열풍건조, 보다 바람직하게는 120 내지 180℃의 온도범위에서 5 내지 15분 동안 이루어지는 열풍건조 방법을 사용하는 것이 좋다.

한편, 본 발명에 따른 화성처리방법은 각 단계의 후단으로 물로 세척하는 수세처리단계를 포함하는바, 상기 수세처리단계는 각각의 단계를 거치며 사용된 용액 또는 불순물 등을 처리하고자 하는 금속표면으로부터 제거하기 위해 사용된다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

증류수 1000g(1L), 인산 45g, 탄산망간 20g, 질산니켈 5g, 황산암모늄 4g, 및 이황화몰리브덴 120g을 혼합하여 혼합하여 피막제 조성물을 제조하였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 붕산 300g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 3]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 치아인산소다 100g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 4]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 시트릭산 150g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 5]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 프로필렌글리콜 30g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 6]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 옥살산 20g을 더 부가하여 실시하였다.

[실시예 7]

실시예 1과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 2 내지 실시예 6를 모두 부가하여 실시하였다.

[실시예 8]

자동차 부품에 주로 이용되는 SM45C를 φ4.5X2mmT 크기로 가공한 뒤 사포를 이용하여 그 표면을 청결하게 연마하였다.

그 다음, 연마된 금속을 물로 세척하였다.

그 다음, 세척이 종료된 금속을 15부피%의 염산용액으로 약 15분 동안 전처리한 뒤 물로 세척하였다.

그 다음, 전처리 후 세척된 금속을 증류수 1000g(1L), 망간디하이드로겐인산염 4g, 삼인산나트륨 10g, 피로인산나트륨 10g 및 헥사메타인산나트륨 20g을 혼합하여 제조한 표면 조정제 조성물을 이용하여 약 1분 동안 표면처리한 뒤 물로 세척하였다.

그 다음, 증류수 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액으로 약 96℃에서 약 3분 동안 화성처리한 뒤 물로 세척하였다.

[실시예 9]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액 대신 실시예 2에 따라 제조한 화성처리액을 사용하여 실시하였다.

[실시예 10]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액 대신 실시예 3에 따라 제조한 화성처리액을 사용하여 실시하였다.

[실시예 11]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액 대신 실시예 4에 따라 제조한 화성처리액을 사용하여 실시하였다.

[실시예 12]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액 대신 실시예 5에 따라 제조한 화성처리액을 사용하여 실시하였다.

[실시예 13]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액 대신 실시예 6에 따라 제조한 화성처리액을 사용하여 실시하였다.

[실시예 14]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 실시예 1에 따라 제조한 화성처리액 대신 실시예 7에 따라 제조한 화성처리액을 사용하여 실시하였다.

[실시예 15]

실시예 8과 동일한 방법으로 실시하되, 상기 전처리 단계로서, 15부피%의 염산용액으로 약 15분 동안 전처리한 뒤 NaOH 15g, Na₂CO₃ 22g, 모노 알킬 포스페이트를 포함하는 계면활성제 0.05ml 및 나머지 증류수를 혼합하여 제조한 탈지액 1000g을 침적하여 약 5분간 초음파 처리하여 탈지하는 단계를 더 포함시켜 실시하였다.

[실시예 16]

실시예 15와 동일한 방법으로 실시하되, 전처리 단계로서 탈지단계의 후단에 15부피%의 염산용액으로 약 15분 동안 전처리한 뒤 NH₄HF 50g, NH₄OH 50g 및 증류수 900g을 혼합하여 제조한 에칭액으로 약 70℃의 온도에서 약 5분간 에칭하는 단계를 더 포함시켜 실시하였다.

[실시예 17]

실시예 16과 동일한 방법으로 실시하되, 전처리 단계로서 에칭단계의 후단에 15부피%의 염산용액으로 약 15분 동안 전처리한 뒤 NaOH 80g, NaF 5g, C₄H₆O₆ 15g 및 증류수 900g을 혼합하여 제조한 디스머트액으로 약 70℃의 온도에서 약 30초 동안 디스머트처리하는 단계를 더 포함시켜 실시하였다.

[실 험]

실시예 8 내지 실시예 17에 따라 화성처리한 금속제의 물성, 예를 들면 표면거칠기, 마찰계수, 피막층 두께 등을 측정하여 표 1로 나타냈다.

여기서, 금속소재를 헝겊으로 닦고 나서 1분 동안 핸드드라이기로 건조한 이후 3차원측정기(Nanosystem, Korea, NV-3000)를 이용하여 금속 표면을 관찰하였다.

하기 표 1를 참조하면, Ra, Rq, Rt, 및 Rz의 파라미터 변수는 각각 평균 거칠기, 최대높이조도, 평균조도, 및 제곱평균 거칠기를 나타낸 파라미터이다

	표면거칠기, Ra(㎛)	마찰계수	피막층 두께(㎛)
실시예 8	0.476	0.07	9.1
실시예 9	0.471	0.1	9.4
실시예 10	0.475	0.08	8.6
실시예 11	0.476	0.07	9.6
실시예 12	0.469	0.12	9.7
실시예 13	0.475	0.11	9.6
실시예 14	0.473	0.10	9.5
실시예 15	0.475	0.09	9.3
실시예 16	0.471	0.08	9.3
실시예 17	0.472	0.098	9.4

표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활성 향상을 위한 인산염 복합피막제 조성물로 화성처리한 실시예 8 내지 실시예 17은 피막 후 금속 표면의 거칠기가 낮고, 마찰계수가 낮아 윤활성이 좋은 것을 알 수 있었다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

증류수 100중량부 기준으로,
인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부;
탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부;
질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부;
황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부; 및
이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물에,
붕산을 증류수 100중량부 기준으로 20 내지 40중량부로 더 포함하고,
차아인산나트륨을 증류수 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부로 더 포함하며,
시트릭산을 증류수 100중량부 기준으로 7 내지 25중량부로 더 포함하고,
안정제를 증류수 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하며,
촉진제를 증류수 100중량부 기준으로 0.5 내지 3중량부로 더 포함하는 피막제 조성물.
대상표면을 물리적으로 연마하여 청결하게 하는 연마단계;
상기 연마단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계;
상기 수세처리단계가 종료된 후 10 내지 20부피%의 염산용액으로 10 내지 20분 동안 전처리하는 전처리단계;
상기 전처리단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계;
상기 수세처리단계가 종료된 후 표면 조정제 조성물을 이용하여 30초 내지 1분 30초 동안 표면조정하는 표면조정단계;
상기 표면조정단계가 종료된 후 물로 세척하는 수세처리단계; 및
상기 수세처리단계가 종료된 후 증류수 100중량부 기준으로, 인산(H₃PO₄) 3 내지 6중량부, 탄산망간(MnCO₃) 1 내지 3중량부, 질산니켈[Ni(NO₃)₂ㅇ6H₂O] 0.01 내지 0.1중량부, 황산암모늄[(NH₄)₂SO₄] 0.2 내지 0.6중량부, 및 이황화몰리브덴(MoS₂) 3 내지 20중량부를 포함하는 피막제 조성물에, 붕산을 증류수 100중량부 기준으로 20 내지 40중량부로 더 포함하고, 차아인산나트륨을 증류수 100중량부 기준으로 5 내지 20중량부로 더 포함하며, 시트릭산을 증류수 100중량부 기준으로 7 내지 25중량부로 더 포함하고, 안정제를 증류수 100중량부 기준으로 1 내지 5중량부로 더 포함하며, 촉진제를 증류수 100중량부 기준으로 0.5 내지 3중량부로 더 포함하는 피막제 조성물로 95 내지 97℃의 온도범위에서 1 내지 5분 동안 화성처리하는 화성처리단계를 포함하는 화성처리방법.
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