KR102490927B1 - 외장패널용 도금 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
외장패널용 도금 강판의 제조 방법이 개시된다. 개시된 도금 강판의 제조 방법은, 도금 강판을 제조하는 단계; 도금 강판을 파이버(Fiber) 레이저로 절단하는 단계; 및 절단된 도금 강판을 불소를 포함하는 액체 형태의 조성물로 도장하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 건축 외장패널용 도금 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 레이저 절단 방법이 도입된 외장패널용 도금 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 건축 내외장재 분야에서, 다양한 구조물 및 형상을 갖는 외장패널에 대한 개발이 가속화되고 있다. 외장패널은 오염물, 산성비, 대기오염, 및 자외선 등에 노출되는 환경에 적용되므로, 높은 수준의 내구성을 요구한다. 이에, 알루미늄(Al) 소재에 도장한 패널이 주로 사용되고 있다. 그러나, Al은 녹는점이 약 660℃로 내열성을 확보할 수 없다는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들은 외장패널 도금강판의 복잡한 형상을 구현하기 위한 레이저 절단 과정 중 열적 효과를 최소화하고, 내식성이 향상된 외장패널용 도금 강판 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 외장패널용 도금 강판의 제조 방법은, 도금 강판을 제조하는 단계; 상기 도금 강판을 파이버(Fiber) 레이저로 절단하는 단계; 및 절단된 도금강판을 불소를 포함하는 액체 형태의 조성물로 도장하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파이버(Fiber) 레이저의 흡수 파장대는 1μm일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 파이버(Fiber) 레이저에 의해 도금층이 식각되어 노출되는 엣지부의 폭 은 100μm 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도금 강판은, Zn-Mg-Al계 도금층을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Zn-Al-Mg계 도금층은 중량%로 Al: 1.0 내지 11.0%, Mg: 1 내지 5%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 외장패널용 도금 강판은, 소지강판, Zn-Al-Mg계 도금층 및 도장층이 순차적으로 적층되어 마련되고, 상기 Zn-Al-Mg계 도금층은, 레이저 절단에 의한 엣지부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지부에 마련되는 도장층은, Zn-Al-Mg계 도금층 두께 이상으로 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지부에 마련되는 도장층은, Zn-Al-Mg계 도금층 상면에 마련되는 도장층 두께의 절반 이상의 두께로 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 엣지부의 폭은 100μm 이하일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, Zn-Al-Mg계 도금층은 중량%로 Al: 1.0 내지 11.0%, Mg: 1 내지 5%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 Zn-Al-Mg계 도금층은 10 내지 30 μm 두께로 마련될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 도장층은, 상기 Zn-Al-Mg계 도금층 두께 이상으로 마련될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저 절단 과정 중 열적 효과를 최소화하고, 내식성이 향상된 도금 강판을 제공할 수 있어, 복잡한 형상을 갖는 외장패널용 소재에 적용이 가능하다.
도 1은 Zn-Mg-Al계 도금강판을 shearing 절단한 경우를 도식화하고, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진이다.
도 2는 Zn-Mg-Al계 도금강판을 레이저로 절단한 경우를 도식화하고, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도 3은 4KW CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 도금층의 절단면을 도시한 사진이다.
도 4는 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 도금층의 절단면을 도시한 사진이다.
도 5는 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 분체 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 6은 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 분체 도장을 수행한 후, 72시간 동안의 염수분무 내식성 평가결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 8은 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 9는 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후, 4000시간 동안의 염수분무 내식성 평가결과를 나타낸 사진이다.
도 2는 Zn-Mg-Al계 도금강판을 레이저로 절단한 경우를 도식화하고, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도 3은 4KW CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 도금층의 절단면을 도시한 사진이다.
도 4는 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 도금층의 절단면을 도시한 사진이다.
도 5는 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 분체 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 6은 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 분체 도장을 수행한 후, 72시간 동안의 염수분무 내식성 평가결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 8은 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 9는 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후, 4000시간 동안의 염수분무 내식성 평가결과를 나타낸 사진이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
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. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 외장패널용 도금 강판의 제조 방법에 대해 설명한 후, 외장패널용 도금 강판에 대해 설명한다.
본 발명의 일 측면에 따른 외장패널용 도금 강판의 제조 방법은, 도금 강판을 제조하는 단계; 상기 도금 강판을 파이버(Fiber) 레이저로 절단하는 단계; 및 절단된 도금강판을 불소를 포함하는 액체 형태의 도료 조성물로 도장하는 단계;를 포함한다.
탄소강에 도장 및 코팅 등의 표면처리방법을 도입한 Zn 도금강판, Al 도금강판, Ni 도금강판 등에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
최근에는, 건축 내/외장재 소재의 내구성 및 내식성을 확보하기 위해 self-healing 효과를 갖는 Mg-Al-Zn 합금 도금강판(Zn-Mg-Al계 도금강판)이 사용되고 있다.
Zn-Mg-Al계 도금강판(POSCO Magnesium Aluminiun alloy Coating product, POSMAC)은 Mg(마그네슘), Al(알루미늄) 및 Zn(아연)을 포함한 도금액으로 도금층을 형성한 강판으로, 예를 들어, Al이 1 내지 4중량%, Mg이 1 내 지 4중량%, 나머지가 Zn이고, 불순물이 0.1중량% 이하로 포함된 도금액으로 도금되어 Zn-Al-Mg 도금층을 형성한 도금 강판이다.
그러나, Zn-Mg-Al계 도금강판을 복잡한 형상 또는 구조로 제작하기 위하여 레이저 절단 방법을 도입할 경우, 열적 효과(thermal effect)에 의하여 도금층 손실(melting) 되는 현상이 발생하고, 절단부의 내식성이 열위해지는 문제가 발생한다.
도 1은 Zn-Mg-Al계 도금강판을 shearing 절단한 경우를 도식화하고, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경 사진이고, 도 2는 Zn-Mg-Al계 도금강판을 레이저로 절단한 경우를 도식화하고, 그 단면을 촬영한 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다.
도금강판을 가공하는 경우에는 shearing 절단 방법을 사용하는 것이 일반적이다. 한편, 레이저 절단 방법은 정확성이 높아, 복잡한 형상 또는 구조를 제작하는 용도에 적합한 수단이다.
도 1을 참조하면, Zn-Mg-Al계 도금강판에 shearing 절단 방법을 도입하는 경우에는, 도금층이 손실되지는 않지만, 도금강판의 치수 정확성을 확보할 수 없다는 문제가 있다.
Zn-Mg-Al계 도금강판에 레이저 절단 방법을 도입하는 경우에는, 강판의 치수 정확도를 확보할 수 있으나, 절단 과정 중 레이저에 의한 열적 효과(thermal effect)로 도금층이 녹아 손실된다. 구체적으로, 도 2를 참조하면 레이저 절단부에 도금층이 손실되어 폭이 0.2mm 이하인 엣지부가 형성된 것을 확인할 수 있다.
이하, 엣지부는 레이저 절단에 의하여 도금층이 손실되는 영역을 의미한다.
전술한 엣지부는, Zn-Mg-Al계 도금강판 고유의 특성인 절단면의 self-healing 효과를 감소시키고, 절단면 주변의 내식성을 저하시키게 된다. 또한, 도금층 손실은 추후 도장 공정 시 미도장을 유발하여 최종 제품인 외장패널에서 요구하는 내식성을 확보할 수 없다.
이에, 도금강판의 도금층 손실을 최소화하고, 절단부의 도장 내구성을 확보할 수 있는 레이저 방법을 도출하고자 하였다.
CO2 레이저는 렌즈를 이용한 굴절을 활용하는 방식으로, Beam 전송 방식을 채택하여 광축이 틀어지는 현상이 발생한다. 이에, CO2 레이저의 빔 절단 위치(빔 전송 거리)에 따라 레이저 빔 크기가 변화하고, 결국 절단 위치에 따른 열손상의 차이을 야기하여 절단 품질의 편차가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 본 발명자들은 발진기에서 절단 헤드까지 파이버를 이용한 빔 전송 방식을 채택함으로써, 광축 틀어짐에 대한 문제를 해결하여 방향에 관계없이 균일한 품질을 확보할 수 있는 파이버(Fiber) 레이저를 도입하게 되었다.
파이버(Fiber) 레이저의 경우, CO2 레이저에 비해 초점 크기가 작을 뿐만 아니라, 흡수 파장대가 1μm로 CO2 레이저(1μm)보다 흡수율이 높다는 장점이 있다. 이에 따라, 높은 에너지 밀도(density)를 확보할 수 있어, CO2 레이저 대비 낮은 출력에서도 빠른 속도로 절단이 가능하여 레이저에 의한 열적 효과(thermal effect)를 최소화 할 수 있다.
예를 들어, 1.5mm 두께의 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단 시, 4Kw CO2 레이저는 약 4700mm/min 절단 속도를 확보할 수 있다.
이에 비해, 파이버(Fiber) 레이저에 1.5 내지 2.5 KW의 전압이 인가되는 경우, 절단 속도를 7,000 내지 9,000 mm/min까지 확보할 수 있다.
이에 따라, Zn-Mg-Al계 도금강판에서, 파이버(Fiber) 레이저에 의해 도금층이 식각되어 노출되는 엣지부의 폭을 100μm 이하로 제어할 수 있다.
도 3은 4KW CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 도금층의 절단면을 도시한 사진이고, 도 4는 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 도금층의 절단면을 도시한 사진이다.
도 3을 참조하면, 범용적인 절단수단인 CO2 레이저를 도입한 경우에는, 열적 효과에 의해 폭방향으로 약 0.22mm, 깊이 방향으로 약 30μm 손실된 엣지부가 형성된 것을 확인할 수 있다.
도 4를 참조하면, Fiber 레이저를 도입한 경우에는, 폭방향으로 약 0.08mm, 깊이 방향으로 약 18μm 손실된 엣지부가 형성되어, CO2 레이저 대비 도금층의 손실이 현저히 줄어든 것을 확인할 수 있다.
한편, Zn-Mg-Al계 도금강판을 파이버(Fiber) 레이저를 도입하여 도금층의 손실을 최소화하더라도, 레이저의 열적 효과(thermal effect)에 의해 도금층이 유실되어 노출되는 엣지부는 부식에 취약할 수 밖에 없다.
이에, 본 발명에서는 액체 형태의 도료를 도입하여 도장함으로써 레이저 엣지부의 내식성을 향상시킬 뿐만 아니라, 단차 발생 문제 또한 해결하고자 하였다.
파우더 형태인 분체 도료를 사용하는 경우에는, 상대적으로 입자가 큰 파우더가 엣지부까지 도장하는데 어려움이 있다. 이에, 분체 도료 대비 단차가 심한 곳에서도 적용 가능한 액체 형태의 도료를 도입하고자 하였다.
개시된 실시예에 따르면, 불소를 포함하는 액체 형태의 도료 조성물을 활용하여 절단된 도금강판을 도장할 수 있다.
불소(F)를 함유하는 액체 형태의 도료 조성물은, 분체 도료 대비 내구성이 뛰어나고, 상대적으로 입자 크기가 작아 단차가 있는 부분에서도 적용이 가능하다.
도 5는 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 분체 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이고, 도 6은 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 분체 도장을 수행한 후, 72시간 동안의 염수분무 내식성 평가결과를 나타낸 사진이다.
도 5를 참조하면, CO2 레이저 절단에 의해 약 0.2mm의 폭을 갖는 엣지부가 형성되었고, 분체 도장을 도입하더라도 절단면의 엣지부는 도장층이 형성되어 있지 않음을 확인할 수 있다. 이와 같은 미도장 현상으로 인해, 최종 제품인 외장패널에서 요구하는 내식성을 확보할 수 없다.
구체적으로, 도 6을 참조하면, ISO 9227/ASTM B118 (5%NaCl, 35℃)에서 시행된 염수분무 시험 결과, 72시간만에 적청이 심각하게 발생하였음을 확인할 수 있다.
도 7은 CO2 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이다.
도 7을 참조하면, 불소를 함유하는 액체 형태의 도료 조성물로 CO2 레이저 공정에 의한 도금층 엣지부를 도장할 수 있음을 확인할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 엣지부에서 충분한 도장층의 두께를 확보할 수 없어, 최종 제품인 외장패널에서 요구하는 내식성 요건을 충족시킬 수 없다.
도 8은 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후 도금강판을 촬영한 사진이고, 도 9는 Fiber 레이저를 사용하여 Zn-Mg-Al계 도금강판을 절단하고, 불소 도장을 수행한 후, 4000시간 동안의 염수분무 내식성 평가결과를 나타낸 사진이다.
도 8을 참조하면, Fiber 레이저로 절단하여 CO2 레이저 대비 도금층의 손실을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, Fiber 레이저 공정에 의해 형성된 도금층 엣지부 상면에 충분한 두께의 도장층을 형성하여 내식성을 확보할 수 있음을 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 9를 참조하면, ISO 9227/ASTM B118 (5%NaCl, 35℃)에서 시행된 염수분무 시험 결과, 4,000 시간이 지난 후에도 부식이 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 외장패널용 도금 강판에 대하여 설명한다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 외장패널용 도금 강판은, 소지강판, Zn-Al-Mg계 도금층 및 도장층이 순차적으로 적층되어 마련되고, 상기 Zn-Al-Mg계 도금층은, 레이저 절단에 의한 엣지부를 포함한다.
Zn-Al-Mg계 도금층 및 레이저 절단에 의한 엣지부에 대한 설명은 상술한 바와 같다.
소지강판을 마련하고, 일련의 Zn-Al-Mg계 도금, 절단 및 도장을 수행하여 최종 외장패널용 도금 강판을 제조할 수 있다.
상기 Zn-Al-Mg계 도금층의 두께는 10 내지 30 μm로 마련될 수 있고, 상기 도장층은, Zn-Al-Mg계 도금층 두께 이상으로 마련될 수 있다.
이 때, 상기 엣지부에 마련되는 도장층은 Zn-Al-Mg계 도금층 두께 이상으로 마련되고, 동시에 Zn-Al-Mg계 도금층 상면에 마련되는 도장층 두께의 절반 이상의 두께로 마련될 수 있다.
또한, Zn-Al-Mg계 도금층에서, 엣지부의 폭은 100μm 이하일 수 있다.
개시된 실시예에 따르면, 레이저 절단 조건 및 도장 조건을 최적화함으로써 외장패널용 도금강판의 레이저 절단 과정 중 열적 효과를 최소화하고, 내식성을 향상시킬 수 있다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (12)
- 도금 강판을 제조하는 단계;
상기 도금 강판을 파이버(Fiber) 레이저로 절단하는 단계; 및
절단된 도금강판을 불소를 포함하는 액체 형태의 도료 조성물로 도장하는 단계;를 포함하고,
상기 파이버 레이저로 절단하는 단계에 의한 엣지부를 포함하고,
상기 도장하는 단계에서 상기 엣지부에 마련되는 도장층은 도금층 두께 이상으로 마련되고,
상기 도장하는 단계에서 상기 엣지부에 마련되는 도장층은 도금층 상면에 마련되는 도장층 두께의 절반 이상의 두께로 마련되는 외장패널용 도금 강판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 파이버(Fiber) 레이저의 흡수 파장대는 1μm인 외장패널용 도금 강판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 파이버(Fiber) 레이저에 의해 도금층이 식각되어 노출되는 엣지부의 폭 은 100μm 이하(0은 제외)인 외장패널용 도금 강판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 도금 강판은, Zn-Mg-Al계 도금층을 포함하는 외장패널용 도금 강판의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
Zn-Al-Mg계 도금층은 중량%로 Al: 1.0 내지 11.0%, Mg: 1 내지 5%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 외장패널용 도금 강판의 제조 방법. - 소지강판, Zn-Al-Mg계 도금층 및 도장층이 순차적으로 적층되어 마련되고,
상기 Zn-Al-Mg계 도금층은, 10 내지 30μm 두께로 마련되고, 파이버(Fiber) 레이저 절단에 의한 엣지부를 포함하고,
상기 도장층은 불소를 포함하는 액체 형태의 도료 조성물로 도장한 것이고,
상기 엣지부에 마련되는 도장층은 Zn-Al-Mg계 도금층 두께 이상으로 마련되고,
상기 엣지부에 마련되는 도장층은 Zn-Al-Mg계 도금층 상면에 마련되는 도장층 두께의 절반 이상의 두께로 마련되는 외장패널용 도금 강판. - 삭제
- 삭제
- 제6항에 있어서,
상기 엣지부의 폭은 100μm 이하(0은 제외)인 외장패널용 도금 강판. - 제6항에 있어서,
Zn-Al-Mg계 도금층은 중량%로 Al: 1.0 내지 11.0%, Mg: 1 내지 5%, 잔부 Zn 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 외장패널용 도금 강판. - 제6항에 있어서,
상기 도장층은,
상기 Zn-Al-Mg계 도금층 두께 이상으로 마련되는 외장패널용 도금 강판. - 삭제
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