KR102572078B1 - 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법 - Google Patents

스테인레스강의 부동태 표면 처리방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102572078B1
KR102572078B1 KR1020180001158A KR20180001158A KR102572078B1 KR 102572078 B1 KR102572078 B1 KR 102572078B1 KR 1020180001158 A KR1020180001158 A KR 1020180001158A KR 20180001158 A KR20180001158 A KR 20180001158A KR 102572078 B1 KR102572078 B1 KR 102572078B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stainless steel
passivation
surface treatment
electrolytic
treatment method
Prior art date
Application number
KR1020180001158A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20190083472A (ko
Inventor
이경환
유영민
고영덕
김광주
김범곤
신현석
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020180001158A priority Critical patent/KR102572078B1/ko
Priority to US15/984,853 priority patent/US11230782B2/en
Publication of KR20190083472A publication Critical patent/KR20190083472A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102572078B1 publication Critical patent/KR102572078B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/34—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated
    • C25D5/36—Pretreatment of metallic surfaces to be electroplated of iron or steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02—Pickling; Descaling
    • C25F1/04—Pickling; Descaling in solution
    • C25F1/06—Iron or steel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/38—Chromatising
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00—Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/48—After-treatment of electroplated surfaces
    • C25D5/50—After-treatment of electroplated surfaces by heat-treatment

Abstract

개시된 실시예는 스테인레스강 표면의 외관 변화 없이 염수환경에서의 내식성을 향상시킬 수 있는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법을 제공하고자 한다. 본 발명의 일 측면에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 스테인레스강을 탈지하는 단계; 인산(H3PO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계; 스테인레스강을 전해탈지하는 단계; 및 중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 스테인레스강을 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계;를 포함한다.

Description

스테인레스강의 부동태 표면 처리방법{Passivation Surface Treatment of Stainless Steel}
스테인레스강의 내식성 확보를 위한 부동태 처리방법에 관한 것으로, 전해산세, 전해탈지 및 전해부동태 공정을 포함하여 스테인레스강 표면의 외관 변화 없이 염수환경에서의 내식성을 향상시키는 방법에 관한 것이다.
스테인레스강은 표면이 아름답고, 내식성이 우수하여 도장, 도색 등의 표면처리를 행하지 않고 고유의 표면을 살려 다양한 용도에 사용할 수 있는 소재이다. 따라서 조리기기, 냉장고, 세탁기 등의 외장재로 미관 향상을 위해 스테인레스강이 사용되는 경우가 있다.
스테인레스강이 내식성을 갖는 이유는 강 내부에 12%이상의 크롬을 함유할 때에 자연적으로 표면에 1~40Å의 치밀한 보호 피막 즉, 화학적으로 반응이 안정한 부동태 층(Passivation Layer)이 형성되고, 이 피막이 더 이상의 부식 발생을 저지하기 때문이다.
이러한 스테인레스강의 부동태 피막을 형성하는 기존의 침적식 부동태 처리 방법은 탈지, 수세, 침적 부동태 처리, 수세 및 건조 공정을 포함하며, 부동태 처리 공정에서 표면에 얇은 산화막이 생성된다. 이러한 침적식 부동태 처리 방법은 공기 중에서는 내식성이 우수하나, 다양한 부식환경(특히, 염수환경)에서는 스테인레스강의 세척상태에 따라 Hair Line 가공 칩이나, 이물질 등에 의해 내식성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 전해연마는 연마하고자 하는 제품을 양극에 연결하여 표면을 연마함과 동시에, 표면에 얇은 산화막을 생성하는 방법이다. 이러한 전해연마 방식은 내식성 기준은 만족하나, 표면이 연마됨에 따라 표면 조도, 색상, 밝기가 변하는 문제가 있다.
특허공보 제10-1378969호는, 전해연마에 의해 내식성을 향상시키고자 하는 기술사상이 개시되어 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 전해연마에 의해 내식성 향상은 구현할 수 있지만, 표면 연마에 의한 표면 조도, 색상, 밝기 등이 변하는 문제가 발생할 수 있다.
개시된 실시예는 스테인레스강 표면의 외관 및 광택의 변화 없이 염수환경에서의 내식성을 향상시킬 수 있는 스테인레스강의 부동태 처리방법을 제공하고자 한다.
개시된 실시예의 일 측면에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 스테인레스강을 탈지하는 단계; 및 인산(H3PO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계;를 포함한다.
또한, 상기 산세액의 온도는 50 내지 70℃일 수 있다.
또한, 상기 산세액은 황산(H2SO4)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 산세액은 인산(H3PO4) 70 내지 100중량% 미만 및 황산(H2SO4) 30중량% 이하(0은 제외)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 산세액은 크롬산, 글리세린, 구연산암모늄 및 질산나트륨을 첨가제로 더 포함할 수 있다.
또한, 전해산세는 1.5 내지 5.0V의 전압을 30 내지 180 초 동안 인가할 수 있다.
또한, 상기 전해산세 단계를 거친 스테인레스강을 중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예의 일 측면에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 스테인레스강을 전해탈지하는 단계; 중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 스테인레스강을 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계;를 포함한다.
또한, 상기 부동태액의 온도는 50 내지 70℃일 수 있다.
또한, 상기 부동태액의 pH는 3.5 내지 5.5일 수 있다.
또한, 상기 부동태액은 부식억제제를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 부동태액은 중크롬산 0.1 내지 10.0 중량%, 크롬 황산염 0.1 내지 3.0 중량% 및 부식억제제 5 중량% 이하(0을 제외함)를 포함할 수 있다.
또한, 전해부동태는 3.0 내지 5.0V의 전압을 60 내지 180 초 동안 인가할 수 있다.
또한, 전해탈지 단계 전에, 인산(H3PO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계;를 더 포함할 수 있다.
개시된 실시예의 일 측면에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 스테인레스강을 탈지하는 단계; 인산(H3PO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계; 스테인레스강을 전해탈지하는 단계; 및 중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 스테인레스강을 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계;를 포함한다.
또한, 상기 전해부동태 단계 후, 물기를 제거하기 위한 건조 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해산세 단계 전/후로 수세 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해부동태 단계 전/후로 황산중화 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 황산중화 단계 전/후로 수세 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 부동태층의 두께는 15 내지 20 nm일 수 있다.
개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 스테인레스강 표면의 외관 변화 없이 염수환경에서의 내식성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 개시된 실시예에 따른 가전기기를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 5는 전해탈지 단계의 오염물 제거 원리를 도시한 도면이다.
도 6은 부동태 처리가 적용되지 않은 스테인레스강에 대해 염수분무 실험을 진행한 사진이다.
도 7 및 도 8은 기존의 침적 부동태 처리가 적용된 스테인레스강에 대해 염수분무 실험을 진행한 사진이다.
도 9는 일 실시예에 따른 부동태 처리가 적용된 스테인레스강에 대해 염수분무 실험을 진행한 사진이다.
도 10은 부동태 표면 처리가 적용되기 전 스테인레스강의 TEM 단면 사진이다.
도 11은 일 실시예에 따른 부동태 표면 처리가 적용된 후 스테인레스강의 TEM 단면 사진이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시 예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시 예들 간에 중복되는 내용은 생략한다.
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 가전기기에 대해 설명한 후, 개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법에 대해 설명한다.
여기서 가전기기의 일 예로 조리기기를 예시로 설명하나, 이에 제한되는 것은 아니며 스테인레스강이 사용되는 가전기기의 외장재 및 이를 포함하는 가전기기에 개시된 실시예는 적용될 수 있다. 　
도 1은 개시된 실시예에 따른 조리기기를 도시한 도면이다.
개시된 실시예에 따른 조리기기는 본체(10)와 조리물의 조리를 위하여 연료가 공급되는 가열부(30)를 포함한다. 가열부(30)는 본체(10)의 상부에 위치할 수 있다. 각각의 가열부(30)의 사이에는 그릴(21)이 마련될 수 있다.
본체(10)의 전면에는 오븐이 마련될 수 있으며, 오븐을 개폐 하기 위한 오븐 도어(40)가 마련될 수 있다. 오븐 도어(40)는 사용자가 파지할 수 있는 오븐 파지부(41)를 포함할 수 있다. 오븐 도어(40)에는 사용자가 오븐 내부를 볼 수 있도록 윈도우(42)가 마련될 수 있다.
오븐의 하부에는 조리에 필요한 도구를 저장할 수 있는 보관부가 마련될 수 있다. 보관부에는 보관부의 개폐를 위한 보관부 도어(50)가 마련될 수 있으며, 보관부 도어(50)에는 사용자가 파지할 수 있는 보관부 파지부(51)가 마련될 수 있다.
가열부(30)는 본체(10)의 상면에 마련되는 외장재(20)를 관통하도록 마련될 수 있다. 외장재(20)는 부동태 처리된 스테인레스강을 포함하도록 마련된다.
스테인레스강의 필수 조성물인 크롬(Cr)은 그 산화물의 구조가 치밀하다. 스테인레스강 표면에 크롬산화물이 분포할 경우, 하부로 산소의 침입을 방지하여 더 이상 산화가 일어나지 않아 녹이 슬지 않는 영역을 가지는데, 이 크롬 산화물 층을 부동태 층이라고 한다.
이에 따라, 개시된 실시예에 따른 가전기기의 외장재(20)는 외관이 아름다울 뿐만 아니라, 조리를 위한 가열 또는 수분 접촉 시에도 내식성이 증가되어 쉽게 부식되지 않는다.
이와 같이 개시된 실시예에 따른 가전기기의 외장재는 조리기기에 적용이 가능하다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며 스테인레스강이 사용되는 세탁기, 냉장고, 오븐 또는 식기세척기의 외장재에 대해서도 적용 가능하다.
이하, 개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법이 구체적으로 설명된다.
도 2는 개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법을 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 침적탈지 단계(S10), 전해산세 단계(S20), 전해탈지 단계(S30) 및 전해부동태 단계(S40)를 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 건조 단계, 수세 단계 및 중화 단계 등 필요에 따라 다른 단계들을 더 포함할 수 있다.
탈지액을 사용하여 스테인레스강의 표면을 세정하는 침적탈지가 진행된다(S10). 침적탈지 단계를 통해 스테인레스강 표면의 기름, 유기물질 및 쇠가루 등을 제거하여 이후 단계인 전해산세를 효율적으로 실시할 수 있다.
탈지액으로는 알칼리 탈지액이 사용될 수 있다. 알칼리 탈지액은 계면활성제, 킬레이트제 등을 포함할 수 있다. 계면활성제로는 음이온 계면활성제인 알킬아릴술폰산염형 또는 황산 에테르형, 양이온 계면활성제인 알킬피리디늄염, 알킬이미다졸리늄염, 제1급~제3급 지방족 아민염, 양쪽성 계면활성제인 imidazoline형, beteine형 그리고, 비이온 계면활성제를 포함하는 그룹에서 1종 이상이 선택될 수 있다.
또한, 킬레이트제로는 제3인산나트륨, 트리폴리인산염, 피로인산소다, 글루코산소다, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)를 포함하는 그룹에서 1종 이상이 선택될 수 있다.
침적탈지 단계에서는, 스테인레스강 표면의 유분(RCOOH) 및 지방산(3RCOOCH2)이 계면활성제의 알칼리(NaOH)와 비누화 반응하고, 유화/분산되어 스테인레스강 표면으로부터 이탈된다. 또한, 킬레이트제가 금속 이온과 배위결합하여 킬레이트 화합물을 생성함으로써 금속 오염물을 가용화시켜 제거할 수 있다.
탈지액의 온도는 30 내지 60℃가 될 수 있으며, 침적 시간은 1 내지 30분이 될 수 있다. 바람직하게, 탈지액의 온도는 40 내지 50℃가 될 수 있으며, 침적 시간은 5 내지 10분이 될 수 있다.
침적탈지 단계 이후, 탈지액을 세정하기 위한 수세 과정이 진행될 수 있다(S11). 수세수로는 공업 용수가 이용될 수 있다.
수세 이후, 스테인레스강 표면을 세정하기 위해 스폰지 세척 과정이 추가로 진행될 수 있다(S12). 이 때, 스테인레스강 표면에 스크래치 나지 않는 스펀지를 사용하는 것이 바람직하다.
전해산세가 진행된다(S20).
일반적인 전해연마의 경우, 과부동태 영역 이상의 전압을 인가하여 부동태 피막을 형성하나 표면 조도가 낮아져 광택이 변하는 문제가 있었다.
본 발명에서는 전압, 시간을 최적화한 전해산세를 통해 스테인레스강을 과도하게 연마하지 않아 조도(헤어라인)를 그대로 유지할 수 있을 뿐만 아니라 부동태 피막도 형성함에 따라 내식성도 확보할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 스테인레스강의 전해산세를 모식적으로 도시한 도면이다. 구체적으로 스테인레스강(100)을 지그(110)에 장착한 후 양극과 연결하고, 상대전극을 음극과 연결하여, 산세액(130)에 전압을 인가할 수 있다. 전극(양극, 음극)은 구리 부스바를 사용할 수 있다. 또한, 온도조절기(120)를 사용하여 산세액(130)의 온도를 제어할 수 있다.
전해산세는 인산(H3PO4)과 황산(H2SO4) 혼합한 산세액을 이용하여 진행될 수 있다.
상기 산세액은 인산을 70 내지 100중량%, 황산을 0 내지 30중량% 포함할 수 있다. 또한, 산세액은 크롬산, 글리세린, 구연산암모늄 및 질산나트륨을 첨가제로 더 포함할 수 있다.
황산의 함량이 30 중량% 초과이면, 과도한 스테인레스강의 침식으로 인해 표면 거칠기가 증가하여 내식성을 저감시킬 수 있으므로 바람직하지 못하다. 또한, 황산의 양이 너무 적은 경우, 용액의 활성도가 저하되어 처리 시간이 길어질 수 있는 단점이 있다. 한편, 첨가제의 양을 적절하게 조절하여 스테인레스강 표면의 광택도, 평탄도, 조도 등을 조절할 수 있다.
전해산세 단계에서는, 전해산세 용액 내의 양극 산화에 의해 스테인레스강 표면을 적절히 연마하여 이물질 및 미세 스크래치를 제거할 수 있을 뿐만 아니라, 광택변화를 최소화 할 수 있다.
이를 위해, 전해산세 단계에서는 0.5 내지 5.0V의 전압이 10초 이상 인가될 수 있다. 바람직하게, 전해산세 단계에서는 1.5 내지 5V의 전압이 30 내지 180초 동안 인가될 수 있다. 또한, 전압은 제품의 표면적에 따라 조절될 수 있다.
전압이 0.5V 미만이거나, 산세처리 시간이 10초 미만일 경우에는, 표면의 부식이 발생될 수 있는 이물이나 결함을 제거하기에 어려움이 있다. 반대로, 전압이 5V를 초과하거나, 산세처리 시간이 180초 초과일 경우에는, 과도한 연마 효과로 표면조도가 지나치게 감소하여 스테인레스강 특유의 휘도감과 Hair Line 질감을 살릴 수 없어 바람직하지 못하다.
또한 상기 산세액의 온도는 50 내지 70℃ 일 수 있다. 바람직하게, 상기 산세액의 온도는 50 내지 66℃일 수 있다.
산세액의 온도가 50℃ 미만인 경우, 이물질 제거 등 전해연마에 따른 효과를 얻기 어렵고 전해연마의 효율이 낮으며, 산세액의 온도가 70℃를 초과하는 경우, 휘도가 높아져 스테인레스강 특유의 금속감이 저하되고, 공정 비용이 증가하며, 작업 안정성에 문제가 있다.
전해산세 단계 이후, 산세액을 세정하기 위해 수세 과정이 진행될 수 있다(S21). 수세수로는 공업 용수가 이용될 수 있다.
탈지가 진행된다(S30). 개시된 실시예에 따르면 탈지는 전해탈지 방식으로 진행될 수 있다.
탈지액으로는 알칼리 탈지제가 사용될 수 있다.
알칼리 탈지액은 계면활성제, 킬레이트제 등을 포함할 수 있다.
계면활성제로는 음이온 계면활성제인 알킬아릴술폰산염형 또는 황산 에테르형, 양이온 계면활성제인 알킬피리디늄염, 알킬이미다졸리늄염, 제1급~제3급 지방족 아민염, 양쪽성 계면활성제인 imidazoline형, beteine형 그리고, 비이온 계면활성제를 포함하는 그룹에서 1종 이상이 선택될 수 있다.
또한, 킬레이트제로는 제3인산나트륨, 트리폴리인산염, 피로인산소다, 글루코산소다, EDTA(Ethylenediaminetetraacetic acid)를 포함하는 그룹에서 1종 이상이 선택될 수 있다.
전해탈지 단계는 탈지 후 표면의 물 퍼짐성을 고려하여, 4.0 내지 9.0V의 전압과, 30 내지 60℃의 온도에서 10 내지 60초 동안 진행될 수 있다. 바람직하게, 전해탈지 단계는 4.0 내지 8.0V의 전압과, 40 내지 50℃의 온도에서 20 내지 40초 동안 진행될 수 있다.
도 5는 전해탈지 단계의 오염물 제거 원리를 도시한 도면이다.
본 발명에서는 기존의 침적탈지와 달리 전해탈지 방식을 도입하여, 기체가 발생한다. 구체적으로, 음극과 양극에서는 각각 4H2O + 4e- → 4OH + 2H2, 4OH- → 2H2O + O2 + 4e-의 반응이 일어난다.
수소(H2), 산소(O2)가 발생함에 따라 탈지액을 교반시킬 수 있을 뿐만 아니라, 스테인레스강 표면의 오일, 철 미세입자, 먼지 등과 함께 상승하여 오염물을 제거하고, 스테인레스강 표면을 활성화시킬 수 있다.
이후 추가적으로 수세와 산세가 교대로 진행될 수 있다. 수세수는 공업용수가 사용될 수 있다. 알칼리 탈지액을 세정하기 위해 2회의 수세를 거친 후(S31), 중화를 위해 황산산세가 진행될 수 있다(S32). 산세 용액으로는 황산(H2SO4) 1 내지 10 vol% 용액이 사용될 수 있으며, 이때 황산 순도는 98%이고, 황산산세는 상온에서 5초 이상 진행될 수 있다. 산세액을 세정하기 위해 3회의 수세가 추가로 진행될 수 있다(S33).
이후, 스테인레스강 표면에 금속산화피막을 형성하는 전해 부동태가 진행된다(S40).
도 4는 일 실시예에 따른 스테인레스강의 전해부동태를 모식적으로 도시한 도면이다. 구체적으로 스테인레스강(100)을 지그(110)에 장착한 후 전극과 연결하여, 부동태액(140)에 전압을 인가할 수 있다. 전극(양극, 음극)은 구리 부스바를 사용할 수 있다. 또한, 온도조절기(120)를 사용하여 부동태액(140)의 온도를 제어할 수 있다.
전해부동태는 중크롬산계, 크롬 황산염, 부식억제제 및 증류수를 혼합한 부동태액(140)을 사용하여 진행될 수 있다.
상기 부동태액은 중크롬산 0.1 내지 10.0 중량%, 크롬 황산염 0.1 내지 3 중량%, 부식억제제(Inhibitor) 5 중량% 이하(0을 제외함) 및 잔부 물을 포함할 수 있다.
중크롬산의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 부동태화가 어렵고, 10.0중량% 초과일 경우에는 스테인레스강의 표면이 손상되어 내식성이 저하된다.
크롬 황산염의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우 용액 활성도가 저하되어 부동태화가 어렵고, 3.0 중량% 초과일 경우 제품의 표면 휘도가 높아져 사용 목적에 부합되지 못한다.
부식억제제는 스테인레스강에 함유된 Fe성분에 흡착하여 침식되는 것을 방지하고, 부동태 피막 형성을 보조한다. 부식억제제가 과량 첨가되면 오히려 부동태 피막 형성을 방해 하므로, 그 상한은 5 중량%로 한정할 수 있다.
일 실시예에 따르면 전해부동태 용액으로는 중크롬산, 크롬 황산염 및 부식억제제를 포함하는 것을 사용하고, 전체 농도는 10 내지 20%로 유지될 수 있다.
본 발명의 전해부동태 단계의 경우, 스테인레스강을 음극에 걸어줄 경우 Chromating 효과를 얻을 수 있다.
구체적으로, 반응식은 하기와 같다.
H2Cr2O7 → 2H+ + Cr2O7 2 -
Cr2O7 2 - + 14H+ + 6e → 2Cr3 + + 7H2O
Cr2O7 2 - + 2Cr3 + + 3H2O → Cr2O3 + 2CrOHCrO4 + 4H+
이와 같은 산화반응 통해 스테인레스강 표면에 자연상태에서 형성되는 부동태 피막보다 견고하고, 치밀하며 안정된 금속 산화피막을 형성하여 스테인레스강의 내식성 향상을 도모할 수 있다.
이를 위해, 전해부동태 단계에서는 0.5 내지 5.0V의 전압이 5초 이상 인가될 수 있다. 바람직하게, 전해부동태 단계에서는 3.0 내지 5.0V의 전압이 60 내지 180초 동안 인가될 수 있다.
전압이 0.5V 미만이거나, 부동태처리 시간이 5초 미만일 경우에는, 부동태 피막의 박막화 및 크롬(Cr)산화물 함량의 증가가 어렵다. 반대로, 전압이 5V를 초과하거나, 부동태처리 시간이 180초 초과일 경우에는, 침지시간의 증가로 인해 공정비용이 상승하는 문제가 있다.
또한 상기 부동태액의 온도는 50 내지 70℃이고, pH는 3.5 내지 5.5일 수 있다. 바람직하게, 상기 부동태액의 pH는 4.0 내지 5.0일 수 있다.
부동태액의 온도가 50℃ 미만일 경우에는 부동태 피막이 형성되는데 소요되는 시간이 길어져 생산성이 저하된다. 반대로, 부동태액의 온도가 70℃ 초과하는 경우에는 스테인레스강의 표면이 손상되어 내식성이 저하된다.
pH 가 상기 범위보다 낮을 때에는 수산화나트륨(NaOH)을 첨가하고, pH 가 높을 때는 부동태액을 첨가하여 pH를 조절할 수 있다.
이후 추가적으로 수세와 산세가 교대로 진행될 수 있다. 수세수는 공업용수가 사용될 수 있다. 부동태액을 세정하기 위해 3회의 수세를 거친 후(S41), 중화를 위해 황산산세가 진행될 수 있다(S42). 산세 용액으로는 황산(H2SO4) 1 내지 10 vol% 용액이 사용될 수 있으며, 이때 황산 순도는 98%이고, 황산산세는 상온에서 5초 이상 진행될 수 있다. 중화액을 세정하기 위해 3회의 수세가 추가로 진행될 수 있다(S43).
이후 추가적으로 열탕 수세가 진행될 수 있다(S44). 수세수는 공업용수가 사용될 수 있으며, 온도는 50 내지 90℃, 침적 시간은 5초 이상일 수 있다.
이후 추가적으로 수세가 진행될 수 있다(S45). 수세수는 공업용수가 사용될 수 있다.
이후 추가적으로 증류수를 사용하여 5초 이상 세척이 진행될 수 있다(S46).
이후 스테인레스강이 Rack에 거치된 상태로 Air를 이용하여 표면의 물기를 제거할 수 있다(S47).
건조가 진행된다(S50). 일 실시예에 따르면 스테인레스강 표면의 물기를 제거하기 위하여 열풍 건조가 진행될 수 있다. 열풍건조는 65℃ 이상의 온도에서, 10 내지 30분간 진행될 수 있다.
전술한 일련의 과정을 거쳐 스테인레스강 표면에 형성된 부동태층의 두께는 15 내지 20 nm이다.
이하, 개시된 실시예에 따른 부동태 표면 처리방법이 진행된 스테인레스강(STS304)의 내식성을 실험한 실험결과에 대해 기술한다.
삭제
실시예 1 vs 비교예 1,2
도 6은 부동태 처리가 적용되지 않은 스테인레스강에 대해 염수분무 실험을 진행한 후 용접부위를 나타낸 사진이다. 도 7 및 도 8은 기존의 침적 부동태 처리가 적용된 스테인레스강에 대해 염수분무 실험을 진행한 후 용접부위를 나타낸 사진이다. 도 9는 일 실시예에 따른 부동태 처리가 적용된 스테인레스강에 대해 염수분무 실험을 진행한 후 용접부위를 나타낸 사진이다.
염수분무 실험은 35℃ 온도 조건의 챔버내에서, 각 샘플에 염화나트륨(NaCl) 5% 용액을 8시간 동안 분무하고, 16시간 동안 챔버 내에서 휴지하는 것을 1사이클로 하여, 10 사이클을 실시하였다.
도 6을 참조하면, 부동태 처리를 하지 않은 스테인레스강의 경우에는 염수분무 1사이클 진행 후, 표면에 녹이 발생한 것을 확인할 수 있다.
도 7을 참조하면, 기존의 침적 부동태 처리가 적용된 스테인레스강의 경우에는 염수분무 2사이클 진행 후, 스테인레스강의 표면에 미세한 녹이 발생한 것을 확인할 수 있다.
도 8을 참조하면, 기존의 침적 부동태 처리가 적용된 스테인레스강의 경우에는 염수분무 10 사이클 진행 후에는 용접부에서 부식이 진행됨을 확인할 수 있다.
도 9를 참조하면, 일 실시예에 따라 부동태 표면 처리된 스테인레스강은 염수분무 10 사이클을 진행한 이후에도 녹이 발생하지 않았으며, 외관에 변화가 없음을 확인할 수 있다.
도 10 및 도 11은 각각 개시된 실시예에 따른 부동태 표면 처리가 적용되기 전/후 스테인레스강의 TEM 단면 사진이다. 도 11을 참조하면 18.19nm의 부동태 피막이 형성되었음을 확인할 수 있다.
개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 습식법인 전해산세 및 전해부동태 단계를 포함함으로써, 버핑 등의 기계적 연마에 비하여 공정 비용을 절감할 수 있다.
또한, 개시된 실시예에 따른 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법은 스테인레스강 표면의 외관 변화 없이 염수환경에서의 내식성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10: 본체 20: 외장재
21: 그릴 30: 가열부
40: 오븐 도어 41: 오븐 파지부
42: 윈도우 50: 보관부 도어
51: 보관부 파지부 100: 스테인레스강
110: 지그 120: 온도조절기
130: 산세액 140: 부동태액

Claims (20)

  1. 스테인레스강을 탈지하는 단계; 및
    인산(H3PO4) 및 황산(H2SO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계;를 포함하고,
    상기 산세액은 인산(H3PO4) 70 내지 100중량% 미만 및 황산(H2SO4) 30중량% 이하(0은 제외)를 포함하고,
    상기 전해산세 단계를 거친 스테인레스강을 중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계;를 더 포함하고,
    상기 부동태액은 중크롬산 0.1 내지 10.0 중량%, 크롬 황산염 0.1 내지 3.0 중량%, 부식억제제 5 중량% 이하(0을 제외함) 및 나머지 증류수를 포함하고,
    상기 부식억제제는, 침식 방지 및 부동태 피막 형성 보조를 위한 부식억제제인, 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산세액의 온도는 50 내지 70℃인 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 산세액은 크롬산, 글리세린, 구연산암모늄 및 질산나트륨을 첨가제로 더 포함하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전해산세는 1.5 내지 5.0V의 전압을 30 내지 180 초 동안 인가하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  7. 삭제
  8. 스테인레스강을 전해탈지하는 단계;
    중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 스테인레스강을 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계;를 포함하고,
    상기 부동태액은 부식억제제를 더 포함하고,
    상기 부동태액은 중크롬산 0.1 내지 10.0 중량%, 크롬 황산염 0.1 내지 3.0 중량%, 부식억제제 5 중량% 이하(0을 제외함) 및 나머지 증류수를 포함하고,
    상기 전해탈지 단계 전에, 인산(H3PO4) 및 황산(H3SO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계;를 더 포함하고,
    상기 산세액은 인산(H3PO4) 70 내지 100중량% 미만 및 황산(H2SO4) 30중량% 이하(0은 제외)를 포함하고,
    상기 부식억제제는, 침식 방지 및 부동태 피막 형성 보조를 위한 부식억제제인, 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 부동태액의 온도는 50 내지 70℃인 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 부동태액의 pH는 3.5 내지 5.5인 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 전해부동태는 3.0 내지 5.0V의 전압을 60 내지 180 초 동안 인가하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  14. 삭제
  15. 스테인레스강을 탈지하는 단계;
    인산(H3PO4) 및 황산(H2SO4)을 포함하는 산세액에 스테인레스강을 침지하여 양극에 연결하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 10초 이상 인가하는 전해산세 단계;
    스테인레스강을 전해탈지하는 단계; 및
    중크롬산 및 크롬 황산염를 포함하는 부동태액에 스테인레스강을 침지하고, 0.5 내지 5.0V의 전압을 5초 이상 인가하는 전해부동태 단계;를 포함하고,
    상기 산세액은 인산(H3PO4) 70 내지 100중량% 미만 및 황산(H2SO4) 30중량% 이하(0은 제외)를 포함하고,
    상기 부동태액은 부식억제제를 더 포함하고,
    상기 부동태액은 중크롬산 0.1 내지 10.0 중량%, 크롬 황산염 0.1 내지 3.0 중량%, 부식억제제 5 중량% 이하(0을 제외함) 및 나머지 증류수를 포함하고,
    상기 부식억제제는, 침식 방지 및 부동태 피막 형성 보조를 위한 부식억제제인, 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전해부동태 단계 후, 건조 단계;를 더 포함하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전해산세 단계 전/후로 수세 단계를 더 포함하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전해부동태 단계 전/후로 황산중화 단계를 더 포함하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 황산중화 단계 전/후로 수세 단계를 더 포함하는 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
  20. 제15항에 있어서,
    부동태층의 두께는 15 내지 20 nm인 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법.
KR1020180001158A 2018-01-04 2018-01-04 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법 KR102572078B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180001158A KR102572078B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법
US15/984,853 US11230782B2 (en) 2018-01-04 2018-05-21 Passivation surface treatment of stainless steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180001158A KR102572078B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190083472A KR20190083472A (ko) 2019-07-12
KR102572078B1 true KR102572078B1 (ko) 2023-08-30

Family

ID=67059389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180001158A KR102572078B1 (ko) 2018-01-04 2018-01-04 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11230782B2 (ko)
KR (1) KR102572078B1 (ko)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7377658B2 (ja) 2019-09-27 2023-11-10 株式会社Adeka ステンレス鋼の表面処理方法、表面処理されたステンレス鋼の製造方法及びこれらの方法に使用される溶液
CN111621824B (zh) * 2020-05-28 2021-03-19 武汉钢铁有限公司 用于改善带钢电镀质量的前处理工艺方法
KR102355237B1 (ko) 2020-06-15 2022-02-28 대성볼트 (주) 스테인레스 스틸 연결구 및 결합구의 부식, 스크래치 방지를 위한 탄소 나노코팅 형성방법
CN112301351A (zh) * 2020-09-08 2021-02-02 沈阳烨铭科技服务有限公司 一种奥氏体不锈钢零件的酸洗钝化工艺
CN112301340B (zh) * 2020-09-29 2022-08-26 九牧厨卫股份有限公司 一种不锈钢钝化液及提升不锈钢拉丝地漏耐腐蚀性能的方法
CN114318317A (zh) * 2021-04-15 2022-04-12 江苏特昊新材料有限公司 一种钢铁表面无机钝化成膜液及其制备方法与应用
CN114561685A (zh) * 2022-02-16 2022-05-31 中国建筑第二工程局有限公司 不锈钢焊缝与表面处理方法、装置、终端设备及存储介质

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2330608A (en) * 1939-01-25 1943-09-28 John S Nachtman Preparing stock for coating and electroplating
US2375613A (en) * 1939-10-28 1945-05-08 Batcheller Clements Method for producing designs on stainless steel
GB683638A (en) * 1949-05-26 1952-12-03 Ethicon Suture Lab Inc Improvements in pickling bath
US3375179A (en) * 1964-10-29 1968-03-26 Litton Systems Inc Method of anodizing beryllium and product thereof
US3407129A (en) * 1965-05-24 1968-10-22 Gen Dynamics Corp Process for reclaiming spent electrolytes used for electrolytically descaling steel
US3535213A (en) * 1967-12-20 1970-10-20 Yawata Seitetsu Kk Method of surface-treating metals
US3632389A (en) * 1968-04-03 1972-01-04 Bell Telephone Labor Inc Process for the surface treatment of copper and its alloys
GB1435518A (en) * 1972-10-12 1976-05-12 Int Nickel Ltd Electrolytic treatment of chromium-containing alloys and electro lytes for use therein
BE786737A (fr) * 1971-07-27 1973-01-26 Bayer Rickmann Gmbh Procede de traitement prealable de toles d'acier pour l'emaillage en une couche apres formage
US3899366A (en) * 1973-10-31 1975-08-12 Allied Chem Treated substrate for the formation of drop-wise condensates and the process for preparing same
JPS6436782A (en) * 1987-07-30 1989-02-07 Harada Mitsuo Surface hardening method of saw or the like
EP0453374B1 (en) * 1990-04-20 1995-05-24 Sumitomo Metal Industries, Ltd. Improved corrosion-resistant surface coated steel sheet
JP2655119B2 (ja) * 1995-02-27 1997-09-17 日本電気株式会社 磁気ディスク駆動制御装置
JPH08325751A (ja) * 1995-03-29 1996-12-10 Kawasaki Steel Corp 耐食性、耐指紋性、耐クロム溶出性ならびに連続生産性に優れる電解クロメ−ト処理亜鉛系めっき鋼板の製造方法およびその際に使用される電解クロメ−ト浴
KR100321619B1 (ko) 1997-12-24 2002-04-17 이구택 스테인레스 냉연산세강판의 부동태 처리방법
JP2000064100A (ja) * 1998-08-24 2000-02-29 Hitachi Ltd 鋼帯の脱スケ−ル装置及び鋼帯の製造装置
KR101378968B1 (ko) 2006-12-20 2014-03-28 재단법인 포항산업과학연구원 나노 분말의 제조 방법 및 장치
IN2014DN08471A (ko) * 2012-04-13 2015-05-08 Nippon Steel & Sumitomo Metal Corp
KR101536514B1 (ko) 2014-03-20 2015-07-14 배명직 스테인레스 제품의 내식성 확보를 위한 부동태화 처리방법
KR101718478B1 (ko) 2016-06-01 2017-03-21 (주)천우테크 스테인레스 스틸 배관과 구조물의 용접부위 스케일과 녹을 제거하기 위한 산세와 부동태 피막 처리제
CN107502901A (zh) * 2017-07-11 2017-12-22 李文军 一种胎圈钢丝的加工方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20190203371A1 (en) 2019-07-04
US11230782B2 (en) 2022-01-25
KR20190083472A (ko) 2019-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102572078B1 (ko) 스테인레스강의 부동태 표면 처리방법
US20070184997A1 (en) Alkaline cleaning liquid for aluminum or aluminum alloys and method of cleaning
CN109402702B (zh) 一种铝合金阳极氧化工艺封闭后除灰剂及其制备方法
CN101845662A (zh) 一种镁合金表面处理方法以及采用该方法抛光的镁合金
EA029583B1 (ru) Способ и средство абразивной обработки с целью сатинирования поверхности алюминиевой подложки
US2780594A (en) Electrolytic descaling
JP5733671B2 (ja) アルミニウムのための前処理プロセス及びそれに用いられる高エッチング洗浄剤
KR100695999B1 (ko) 고주파펄스를 이용한 금속재의 아노다이징 공정
CN107675193A (zh) 一种铝合金原材料预处理方法
CN110158067A (zh) 一种铜合金纯化方法
TWI418656B (zh) Surface treatment method
US3041259A (en) Cleaning aluminum surfaces
JP2017160484A (ja) 電解研磨用溶接焼け取り剤及び電解研磨方法
US3642586A (en) Anodic treatment for stainless steel
JP2009504905A (ja) 電解研磨方法
CN105965362A (zh) 一种交换机柜除锈工艺
JPS6357520B2 (ko)
US3207683A (en) Process of electrolytic surface treatment of metals
CN108866596A (zh) 去微弧氧化膜层药剂、去微弧氧化膜层方法
KR100398444B1 (ko) 세정수의 제조방법과 제조장치 및 세정수
JP3764774B2 (ja) マグネシウム又はその合金表面の前処理方法
US1211218A (en) Process for plating metals.
CN106400021B (zh) 一种电工纯铁及其零件表面抗氧化的处理方法
CN109338382A (zh) 铝板化学清洗工艺
US1615707A (en) Corrosion-resisting metal

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right