KR19990038332A - 내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트 처리방법 - Google Patents

내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기아연도금강판에 반응형 크로메이트 처리하는 방법에 관한 것이며; 그 목적은 크로메이트 처리된 강판의 표면에 콜로이달 실리카(SiO2)가 함유된 수세용액으로 수세처리하여 표면외관 및 내식성 나아가, 수지밀착성을 확보할 수 있는 크로메이트 처리방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기아연도금강판을 크로메이트용액에 반응시켜 크로메이트 피막을 형성한 다음, 피막이 형성된 강판을 수세처리하는 것을 포함한 전기아연도금강판의 크로메이트 처리방법에 있어서,
상기 수세처리는, 수세용액에 콜로이달 실리카를 5-800g/ℓ투입하고, 온도가 40-50℃인 수세용액에 상기 강판을 수세처리하여 상기 피막위에 실리카를 부착한 후 건조하여 이루어지는 내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트처리방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트 처리방법
본 발명은 전기아연도금강판에 반응형 크로메이트 처리하는 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 크로메이트 처리된 강판의 표면에 콜로이달 실리카(SiO2)가 함유된 수세용액으로 수세처리하여 표면외관 및 내식성 나아가, 수지밀착성을 확보할 수 있는 크로메이트 처리방법에 관한 것이다.
전기아연도금강판은 내식성을 확보하기 위해 크로메이트 처리하고, 이어 크로메이트 피막이 형성된 강판을 수지처리하고 있다. 크로메이트 처리는 주제인 크롬옥사이드와 반응활성제로 첨가되는 황산, 질산, 불산 등의 무기산을 주원료로 하는 크로메이트 용액에 전기아연도금 강판을 침지 혹은 스프레이 함으로써, 아연도금강판의 표면에 크로메이트 피막을 형성하고 있다.
상기 크로메이트 용액은 각 전기아연도금 공장 및 용액회사 별로 고유용액조성을 사용하고 있으나, 크로메이트 처리는 용액 및 처리기술상 크게 도포형 크로메이트 처리 및 반응형 크로메이트 처리로 대별된다. 도포형 크로메이트 처리는 롤코터를 이용하여 전기아연도금강판 표면에 크로메이트 피막을 형성하고, 이어 70-150℃의 온도에서 건조하고 있다.
또한, 반응형 크로메이트 처리는 아연도금강판과 크로메이트 용액과의 산화환원 반응에 의해 전기아연도금강판 표면에 피막을 형성하고, 피막이 형성된 강판을 수세처리하고 건조하고 있다. 이때, 수세공정을 거치지 않을 경우 피막내에는 용액의 산기 및 불순물이 잔존하여 피막의 재용해 및 부분부식 현상이 발생할 수 있으므로 철저한 수세가 요구된다.
상기 도포형 크로메이트 처리된 강판은 내식성이 우수하고, 표면외관이 열위한 반면, 반응형 크로메이트 처리된 강판은 표면외관은 우수하나 내식성은 도포형에 비해 열위한 성질을 갖고 있다.
따라서, 반응형 크로메이트 처리된 전기아연도금강판은 가전용 강판등 표면외관을 중요시하는 용도에 주로 적용되고 있으나, 보다 나은 내식성확보가 요구되고 있으며, 이를 위해 여러 가지 방법들이 제시되고 있다.
먼저, Fuchs(USP 4328046)는 크로메이트 피막처리후 수세공정 없이 pH 11-12 의 알카리 용액에 크로메이트 처리된 강판을 침지처리 함으로서 크로메이트 피막의 잔류 불순물을 제거하고 피막의 열적안정성을 확보할 수 있다고 보고한 바 있다.
또한, Vol'fson ("Improve corrosion resistance of zinc coatings by chromate passivation", Mashgiz, Moscow, 1953)는 반응형 크로메이트 처리에서, 피막 부착량을 증가시키고, 설페이트 이온을 투입하여 내식성을 확보하려는 시도를 하였으나, 설페이트 이온 첨가시 전기아연 도금 강판의 용출률도 증가하여 용액노화의 원인이 되는 부작용과 크로메이트 피막 증가에 따른 표면외관이 열위하여지는 문제점이 노출된다.
그리고, 일본국 특허공보 81-33469 및 81-10996 에 제시된 방법에 의하면 크로메이트 피막 부착량을 억제함으로서 우수한 표면외관을 유지할 수 있다고 주장하고 있는데, 이는 크로메이트 피막 부착량 감소로 내식성이 열위하여 지는 한계가 있다.
위에서 살펴본 바와같이, 크로메이트 피막은 그 부착량이 증가할수록 내식성은 증가되나 표면외관이 열위하여지므로 표면외관을 확보할 수 있는 부착량 조건에서 내식성을 확보할 수 있는 방법이 요구되고 있다.
이외에도 크로메이트 피막이 형성된 강판을 수지처리 하는 경우 크로메이트 피막과 수지가 단순히 물리적인 결합을 하고 있어, 수지밀착력이 떨어진다는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래문제를 해결하기 위해 안출된 것으로써, 크로메이트 피막이 형성된 강판의 표면에 콜로이달 실리카가 함유된 수세용액으로 수세처리하여 표면외관 및 내식성 나아가, 수지밀착성을 확보할 수 있는 크로메이트 처리방법을 제공하는데, 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명에 따라 크로메이트처리된 피막의 단면을 나타내는 모식도이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전기아연도금강판을 크로메이트용액에 반응시켜 크로메이트 피막을 형성한 다음, 피막이 형성된 강판을 수세처리하는 것을 포함한 전기아연도금강판의 크로메이트 처리방법에 있어서,
상기 수세처리는, 수세용액에 콜로이달 실리카를 5-800g/ℓ투입하고, 온도가 40-50℃인 수세용액에 상기 강판을 수세처리하여 상기 피막위에 실리카를 부착한 후 건조하는 것을 포함하여 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 크로메이트 피막위에 내식성을 확보하는데 주효한 Si-O-Si로 결합된 성분을 미량(1-16mg/㎡) 잔류하도록 하고, 이와 더불어 Si-OH 결합을 형성하여 수지와 화학적인 결합하도록 함으로써 내식성과 수지밀착성을 동시에 확보하는데, 그 특징이 있다.
일반적으로 전기아연도금강판은 크로메이트 용액과 반응시켜 크로메이트 피막을 형성한 다음, 크로메이트 피막이 형성된 강판을 수세처리, 건조하는 크로메이트 처리한 후 수지피복처리하고 있다.
이때의 크로메이트 피막은 Zn-Cr-O-OH의 화합물로 구성되며, Cr은 대부분이 Cr+3의 안정한 화합물로서 존재하나 피막의 일부는 Cr+6으로 존재한다. 크로메이트 피막의 방식기구는 Cr6+-> Cr3+변환에 의한 자기수복 효과와 Cr3+주체의 피막형성에 의한 부식장벽 효과로 해석되고 있다.
본 발명은 상기와 같이 크로메이트 피막이 형성된 강판을 콜로이달 실리카( SiO2) 함유된 수세용액에서 수세처리하여 내식성 및 수지밀착성을 확보하는 것이다.
본 발명에 의하면, 콜로이달 실리카(SiO2)는 소수성이 강한 물질로서 외부부식 인자의 침입을 억제하여 내식성, 나아가 수지밀착성을 향상시키는 것으로 판단된다. 즉, 도 1에 나타난 바와 같이, 크로메이트 피막이 형성된 강판을 콜로이달 실리카(SiO2)가 함유된 수세용액을 반응시키면 크로메이트 피막(Cr-O-OH) 외층부에 Si-O-Si로 결합된 성분이 미량 잔류하여 Cr3+주체의 부식장벽 효과가 더욱 증가되고, 이와 더불어 Si-OH 결합이 형성되여 이 결합이 수지와 화학적으로 결합함으로써 수지밀착력이 향상되는 것이다. 이때, 무엇보다 중요한 것은 수세처리 용액에 첨가되는 콜로이달 실리카의 양과 수세용액의 온도이다.
먼저, 콜로이달 실리카의 양은 수세처리용액에 5-800g/ℓ으로 첨가되는 것이 바람직한데, 그 이유는 5g/ℓ미만으로 첨가되는 경우 내식성 향상 효과가 적으며, 800g/ℓ 초과하여 첨가되는 경우 백색도가 감소하기 때문이다.
또한, 수세용액의 온도는 수지밀착성에 영향을 주는 Si-OH의 반데르말스 결합력을 확보하기 위해서 40-50초가 바람직하다.
이상과 같은 조건으로 수세처리하면 크로메이트 피막위에 실리카가 미량잔류하여 내식성 및 수지밀착성이 확보되는데, 이때 보다 바람직한 실리카의 부착량은 강판편면당 1-17mg이 되도록 수세처리 하는 것이다. 만일 강판편면당 실리카 부착량이 1mg미만이 되는 경우 내식성 및 수지밀착성 개선효과가 크지 않으며, 17mg를 초과하는 경우 그 효과가 포화되어 더 이상 진전이 없다.
상기와 같이 수세처리한 후 건조하는데, 이때의 건조조건은 강판의 온도가 70-120℃의 범위로 되는 열풍건조를 하는 것이 좋다. 그 이유는 강판의 온도가 70℃미만의 경우 수분이 안전히 제거가 안되어 수지밀착력이 떨어지며, 120℃를 초과하는 경우 고온건조에 의해 생산성이 떨어지기 때문이다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
[실시예 1]
아연 부착량이 20g/㎡인 전기아연 도금강판을 사용하여 상용화된 반응형 크로메이트 용액 (Cr+6: 0.3g/ℓ, Cr+3:0.1g/ℓ, FA:4-6pt, SO4 2-:2.0g/ℓ)으로 처리온도 40℃, 처리시간 40초의 조건에서 침지한 후, 수세용액에 0-1000g/ℓ의 범위로 콜로이달 실리카를 첨가한 수세용액을 준비하여 상온 5-10초간 수세하고, 공기건조 처리한 다음 크로메이트 처리피막의 표면외관, 내식성, 크로메이트 피막 부착량을 측정하고, 그 결과를 하기표 1에 나타내었다. 이때 표면외관은 색차계(Color Diffetence Meter) 를 이용하여 백색도를 측정하였으며 백색도가 클수록 우수한 표면외관을 갖는 것으로 평가하였다.
그리고, 내식성은 ASTM B-117 규격에 의거 강판표면의 5% 백청발생 까지의 시간을 측정하였으며 시간이 길수록 우수한 내식성을 갖는다. 또한 크로메이트 피막 부착량은 무게감량법으로 측정하였다.
부착량**(mg/㎡) 수세조건 백색도**(L) 내식성(hrs)
크로메이트 실리카 콜로이달 실리칼(g/ℓ)
종래예 1 10-15 - 0 68-70 50
2 40-50 - 0 66-67 200
3 80-100 - 0 62-65 300
비교예* 1 10-12 - 2 69-70 50
발명예* 1 11-12 1-2 5 68-70 60
2 10-12 2-3 10 69-70 70
3 10-11 3-5 50 69-70 80
4 10-12 5-10 100 68-69 80
5 11-12 10-15 500 69-71 85
6 10-11 15-17 800 70-71 90
비교예* 2 10-13 15-16 1000 62-65 90
* 비교예 및 발명예는 표면외관이 우수한 크로메이트 부착량 조건인 10-13mg/㎡으로 부착량을 조절한 것이다.**부착량 및 백색도는 시편을 3회측정하고 그 결과를 범위로 나타낸 것임
상기표 1에 나타난 바와같이, 콜로이달 실리카를 첨가하지 않은 용액으로 수세 처리한 종래예(1-3)의 경우 크로메이트 피막부착량이 증가함에 따라 내식성은 증가하는 반면, 표면외관이 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 젤라틴 성분의 크로메이트 피막의 고유특성인 것으로 판단되었다.
또한, 콜로이달 실리카를 2g/ℓ 첨가 비교예(1)의 경우 피막중 실리카 함량은 측정되지 않았으며 내식성도 크로메이트 부착량 조건이 유사한 종래예(1)과 비교하여 향상되지 않았다.
반면 콜로이달 실리카를 5-800gℓ로 조절한 발명예(1-6)의 경우 크로메이트 피막내에 콜로이달 실리카 성분이 1-17mg/㎡ 미량 존재하여 내식성이 60-90시간으로 개선된 것으로 나타났다.
그러나 수세용액의 콜로이달 실리카 농도가 800g/ℓ 을 초과하는 비교예(2)의 경우 피막중 실리카 성분 및 내식성은 더 이상 증가하지 않은 포화 점에 도달하며 오히려 백색도가 약간 감소하는 결과를 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 전기아연도금강판에 실시예 1의 크로메이트 용액 반응조건으로 하기표 2와 같이 크로메이트를 전기아연도금강판에 부착한 다음, 수세용액에 하기표 2와 같이 실리카를 투입하고 수세하고 건조한 후 수지밀착성을 평가하고, 그 결과를 하기표 2에 나타내었다.
이때, 수지밀착성은 1,2차로 나누어 평가하였는데, 먼저 1차 수지밀착성의 경우 아크릴 수지를 Roll-on type으로 1㎛이내의 두께로 도포한 후 Cross cut 실험방법으로 평가하였다. Cross cut 실험 방법은 시편의 도막을 1mm 간격으로 100개의 바둑판 무늬를 도금 면가지 화선흠집 낸 후 스카치테이프를 사용하여 도막의 박리상태를 관찰하였다.
1차 수지밀착성 평가는 다음과 같이 구분하였다.
5:우수(박리 및 균열 없음), 4:양호(박리 및 균열5% 이내),
3:보통(박리 및 균열 15% 이내), 2:열화(박리 및 균열 35% 이내),
1:심각(박리 및 균열 35%이상)
또한 2차 수지밀착성의 경우 끊는 물에 30분간 침적한 후 크로스 컷(Cross cut) 실험방법으로 평가하였다.
구분 부착량*(mg/㎡) 수세조건 수세처리온도(℃) 1차수지 밀착성(평점) 2차수지밀착성(평점)
크로메이트 실리카 콜로이달실리카(g/L)
종래예 4 10-15 - 0 25 5 4
발명예 7 10-11 15-17 800 25 5 4
8 10-11 15-17 800 40 5 5
9 10-13 15-16 800 50 5 5
비교예 3 10-11 16-17 800 60 4 4
4 11-12 16-17 800 70 4 3
*부착량은 시편을 3회측정하고 그 결과를 범위로 나타낸 것임
상기표 2에 나타난 바와같이, 콜로이달 실리카가 첨가되지 않은 용액으로 수세 처리한 종래예(4)의 경우 피막의 1차 수지밀착성은 5 정도로 측정되었고 2차 수지 밀착성은 4정도로 다소 낮게 측정되었다.
이에 반해, 수세처리온도가 40-50℃인 발명예(8-9)의 경우에서 1,2차 수지 밀착성이 평점 5점으로 가장 우수한 것으로 나타났다.
그러나, 수세처리 온도가 증가한 비교예(3-4)의 경우 2차 수지 밀착성이 4-3 정도로 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 원인으로는 수세온도에 따라 수지밀착성에 영향을 주는 Si-OH의 반데르발스 결합력 차이 때문인 것으로 판단된다. 즉 Si-OH의 반데르발스결합이 가장 우수한 적정 수세처리 온도가 존재하는 것을 알 수 있으며 이 온도범위는 40-50℃였다.
본 발명에 의하면 표면외관이 우수한 저크로메이트 부착조건(Cr 부착량 :10-15mg/㎡)에서도 70시간 이상의 내식성확보가 가능한 1,2차 수지밀착성이 우수한 크로메이트 피막을 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (3)

  1. 전기아연도금강판을 크로메이트용액에 반응시켜 크로메이트 피막을 형성한 다음, 피막이 형성된 강판을 수세처리하는 것을 포함한 전기아연도금강판의 크로메이트 처리방법에 있어서,
    상기 수세처리는, 수세용액에 콜로이달 실리카를 5-800g/ℓ투입하고, 온도가 40-50℃인 수세용액에 상기 강판을 수세처리하여 상기 피막위에 실리카를 부착한 후 건조하여 이루어짐을 특징으로 하는 내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트처리방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 실리카 부착은 강판 편면당 1-17mg으로 행함을 특징으로 하는 내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트 처리방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 건조는 수세처리된 강판의 온도가 70-120℃의 범위로 되는 열풍건조임을 특징으로 하는 내식성 및 수지밀착성이 우수한 크로메이트처리방법.
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Citations (4)

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