KR20020068529A - 차체에 사용되는 아연도금강 - Google Patents

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Abstract

잘 균형을 맞추고 차에의 외부 판금들에 적합한 내식성 및 가공성을 갖는 차체에 사용하는 아연도금강 판금이 제공된다. 판금은 그 양 표면들에 판금된 아연 도장을 갖는 아연 도장 판금; 차체의 외부면 역할을 상기 판금의 표면들 중 하나에 형성되는 아연 인산염 도장층; 및 차체의 내부면 역할을 하는 표면의 다른 하나에 형성되고, 아연 인산염 도장층 및 Mg를 함유한 인산염 도장으로 구성된 인산염-함유 도장; 을 포함한다. 인산염-함유 합성 도장은 2wt% 이상의 Mg를 함유하고 0.5g/㎡보다 크거나 같은 양인 것이 바람직하다.

Description

차체에 사용되는 아연도금강{Galvanized steel for use in vehicle body}
차체들에 사용되는 강철 판금들의 내식성 및 가공성에 관한 요청들이 점차 많이 요구되고 있다. 내식성에 관해서, 피팅(pitting)은 중대한 문제점을 준다. 강철 판금들이 서로 만나는 도어 헴(door hem) 부분에서 피팅이 종종 발생한다. 이 영역에는 일반적으로 페인트가 잘 칠해지지 않기 때문에, 이 영역 내의 강철 판금에 대해서 도장이 없는 내식성이 특히 중요하다. 그에 의한 내식성을 개선하기 위해서, Zn-Ni 합금으로 판금되어 상대적으로 얇은(20 ~ 30g/㎡) 층을 형성하고 그 위에 형성된 추가적인 크로메이트(chromate) 또는 유기 도장을 갖는 도장된 강철 판금의 특수한 형태들이 널리 사용된다. 이렇게 획득된 강철 판금이 충분한 내식성과 가공성을 갖는다 하더라도, 강철 판금은 판금이 전기 침전에 의해서 칠해질 때의 페인팅 중에 외부층으로 형성되는 절연 유기 도장층이 울퉁불퉁함을 종종 발생시키는 문제를 겪는다. 이것은 페인팅 관점에서 균일한 외양을 달성하는 것을 어렵게 한다. 이러한 판금에 대한 다른 문제는 그들이 비싼 니켈을 사용하고 위험한 크롬 (Ⅵ)(chromium (Ⅵ))을 함유하는 것에 있다. 순수한 아연의 증가량을 함유하는 아연도금강, 또는 Zn-Fe 합금을 함유한 아연도금강이 또한 사용될 수 있다. 판금에 인가되는 양을 증가시키는 것이 강철 판금들의 내식성을 개선할 수 있더라도, 일반적으로 그들의 가공성을 감소시킨다. 그러므로, 이 2가지 성질들의 균형을 맞추는 것이 극히 어렵다.
상술한 문제점들을 극복하는 노력으로, 본 발명자들은 마그네슘 디하이드로겐포스페이트(magnesium dihydrogenphosphate) 수용액을 인가하고 순차적으로 인가된 수용액을 건조하여 외부층을 형성함에 의해, 그 위에 형성되는 합성 도장을 함유하는 아연 인산염층을 갖는 아연도금강 상에 또는 아연도금강 상에 외부층을 형성하는 방법을 전부터 제안해왔다. 개선된 가공성 뿐만 아니라 양호한 내식성이 이러한 접근을 통해 획득될 수 있더라도, 판금들이 차량들의 외부 판금들에 사용하고자 의도되어 주어짐에 따라 그것이 이상적일 수는 없다. 즉, 차체들에 대한 외부 판금들에 대하여, 차체의 외부면 역할을 하는 표면에 대해 차체의 내부면 역할을 하는 표면과 다른 특성들이 요구된다: 상술한 피팅 문제를 방지하는 고내식성은 일반적으로 내부면들에 요구되는 반면에 페인트와의 정합과 치핑 저항(chipping resistance)은 외부면들에서는 내식성보다 더 중요하다. 본 발명자들에 의해 제안된 종래의 방법은 판금들에 충분한 피팅 또는 내식성을 제공하는 반면에, 차량들이 페인팅되거나 또는 사용되고자 하는 조건들에 따라 충분한 치핑 저항을 제공할 수 없다.
본 발명은 주로 차체에 사용되는 아연도금강에 관한 것이고, 더욱 특별히, 내식성(corrosion resistance) 및 가공성을 개선한 차체의 외부 판금들에 사용되는 아연도금강에 관한 것이다. 이 명세서에서, 차는 일반적으로 자동차를 뜻한다.
본 발명은 위에 언급된 문제들을 해결하는 것에 집중한다. 따라서, 본 발명의 목적은 차량들의 외부 판금용 강철 판금으로 사용되는데 알맞은 도장 구조를 제공하고, 이러한 도장이 양호하게 균형을 맞춘 내식성 및 가공성을 갖도록 하는 것이다.
하나의 양상에서, 본 발명은 양 표면들에 판금된 아연 도장을 갖는 아연도금강 판금; 차체의 외부면 역할을 하는 판금의 표면들 중 하나에 형성되는 아연 인산염 도장층; 및 차체의 내부면 역할을 하는 표면들의 다른 하나에 형성되고, 아연 인산염 도장층 및 Mg를 함유한 인산염 도장층으로 구성된 인산염-함유 합성 도장; 을 포함하는 차체에 사용되는 아연도금강을 제공한다. 인산염-함유 합성 도장은 2wt% 이상의 Mg를 함유하고, 0.5g/㎡보다 크거나 같은 양이 판금에 인가되는 것이 바람직하다.
본 발명은 제한적이라기 보다는 설명에 따라 구성되는 실시예들에 의해 상세하게 설명될 것이다.
본 발명에 사용되는 아연도금 처리들은 특별히 제한되지 않고, 그리고, 양 순수 아연도금 및 합금 아연도금은 양호한 내식성 및 개선된 가공성을 제공하는 능력들을 이용하기 위해 채택될 수 있다. 전기 아연도금, 열 디핑(hot dipping), 또는 합금 열 디핑과 같은 아연도금 처리들은 특히 제조 비용 관점에서 바람직하다. 또한, 아연도금은 단층 또는 다층 중 하나일 수 있고, 또는 Ni, Cu 등으로 형성되는 선판금층 위로 인가될 수 있다.
아연 인산염 도장층은 한 면이 차체의 내부면 역할을 하고, 다른 면이 차체의 외부면 역할을 하는 판금의 반대면들 각각에서의 아연도금강 상에 형성된다. 강철 판금들의 아연도금층 위로 층을 형성하는데 사용되는 아연 인산염 도장은 흔히 사용되는 것들일 수 있고, 그리고, 도장들은 아연 이온, 인산염 이온 등을 함유하는 상업적으로 이용 가능한 처리액들을 사용하여 형성될 수 있다. 인가되는 아연 인산염 도장의 양은 정상 조건하에 약 0.3g/㎡로부터 2g/㎡ 의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 도장이 위 범위의 하한보다 적은 양으로 인가될 때, 내식성 및 가공성은 불충분해지는 반면에, 위 범위의 상한을 초과하는 양은 판금들의 용접을 종종 어렵게 한다. 아연 인산염 도장이 전형적으로 디핑 또는 스프레잉(spraying)에 의해 인가되므로, 도장이 판금의 외부면 및 내부면 상에 다른 양으로 인가되도록 도장의 양들을 제어하는 것은 어렵다. 동일한 도장의 양이 판금의 각 표면에 인가될 수 있을지라도, 예를 들어, 반대면들에 다른 양의 도장이 인가되도록 각 표면에 따로따로 스프레잉하여 인가되는 도장들의 양을 제어하는 것이 가능할 때, 차체의 내부면 역할을 하는 표면에 인가되는 양보다 적은 양(예를 들어, 0.1 ~ 1.5g/㎡)이 차체의 외부면 역할을 하는 표면에 인가되는 것이 바람직하다. 그러나 심지어 외부면에 대해서, 반대면들 사이에서 슬라이딩 능력의 차이에 기인하여 접합이 어렵게 될 뿐만 아니라 가공성을 줄이는 것에 따라 도장들이 인가되지 않는 것은 바람직하지 않다. 적어도 약 0.1g/㎡의 도장이 외부측에 대해 인가되는 것이 필요하다.
내식성 및 가공성의 관점에서, 아연 인산염 도장은 Ni, Mn, Mg, Co, Ca, Cu 및 Al로 구성된 군으로부터 선택된 하나을 함유하는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 강철 판금들은 상술한 금속 이온들을 함유한 아연 인산염 처리액의 용기에서처리된다. 또한, 차량의 외부면 역할을 하는 표면에 인가되는 아연 인산염 도장의 조성은 차량의 내부면 역할을 하는 판금의 다른 면에 인가되는 아연 인산염 도장의 조성과 같을 수도 있고 같지 않을 수도 있다.
Mg를 함유하는 인산염 도장은 상술한 아연 인산염 도장 위로 Mg를 함유하는 인산염 수용액을 인가하고 순차적으로 그 수용액을 건조함에 의해 차체의 내부면 역할을 하는 표면에 형성될 수 있다. 이것은 아연 인산염 도장 및 아연 인산염 도장에 적층되는 Mg 함유 인산염 도장으로 구성된 합성 인산염 도장의 형성을 초래한다. 결과적으로, 차체의 내부면 역할을 하는 표면에서 우수한 피팅 및 내식성이 달성된다. 인가된 용액을 건조해서 얻게되는 Mg 함유 인산염 수용액을 인가하여 형성되는 도장은 차체의 내부면 역할을 하는 표면에서만 필요하고 차체의 외부면 역할을 하는 표면에 필수적인 것은 아니다. 외부면에 상술한 도장의 형성은 표면의 치핑 저항을 줄일 수 있다. 아연 인산염 도장과 Mg를 함유한 인산염 수용액을 인가하여 건조시켜 형성된 도장으로 구성된 합성 인산염 도장에서의 총량인 0.5g/㎡과 같거나 큰 양에서 도장이 차체의 내부면 역할을 하는 판금 표면으로 인가되는 것이 바람직할 수 있다. 합성 인산염 도장에서의 Mg의 바람직한 함유량은 2wt% 이상이다. 양호한 내식성은 이러한 조건이 충족될 때 달성된다. 인가되는 합성 인산염 도장의 최대량은 전체적으로 가공성의 관점에서 2.5g/㎡ 이하인 것이 바람직하다.
바람직하게는, Mg(H2PO4)2수용액은 Mg 함유 인산염 수용액으로 사용된다. 마그네슘 디하이드로겐포스페이트(예를 들어, Yoneyama Kagaku Kogyo Co., Ltd.로부터 구입 가능한)의 상업적으로 이용 가능한 용액은 그의 광범한 응용에 대한 Mg 함유 인산염 용액으로 사용되는 것이 가장 바람직하다. 이러한 용액들은 예를 들어, 롤 도장기(roll coater; 도장 롤러)를 가지고 단지 한 표면(예를 들어, 내부면)에만 인가되고 순차적으로 건조되어 합성 인산염 도장을 형성한다.
본 발명의 실시예들이 이후에 제시될 것이다. 그러나, 본 발명은 이 실시예들로 제한되지 않는다.
시료 준비(실시예 1 ~ 실시예 5 및 비교예 1 ~ 비교예 3)
측당 30g/㎡의 판금 재료가 전기 아연도금에 의하여 인가되는 두께 0.7mm의 아연도금강 판금이 기판으로서 사용된다. 판금 표면들이 준비되고( Nihon Parkerizing Co. Ltd.으로부터의 Pl-Zn을 사용하여), 그리고, 표면들은 Nihon Parkerizing Co. Ltd.으로부터 구입할 수 있는 아연 인산염 처리액(아연 이온: 0.7g/l, 니켈 이온: 2.0g/l, 인산염 이온: 6.5g/l, 질산염 이온: 6g/l, 플루오라이드: 0.2g/l)으로 스프레잉된다. 아연 인산염 도장의 인가량은 표면들이 처리되는 동안의 시간을 조정하여 판금의 어느 하나의 측에 1g/㎡로 조정된다. 아연 인산염 처리 다음으로, 판금의 각 측은 8%의 농도로 희석된 마그네슘 디하이드로겐포스페이트 수용액에 따로 인가된다. 판금은 가열되어 110℃의 온도에서 건조되고, 그리고 나서 냉각하는 것이 가능하다. 실시예 1 ~ 실시예 5의 각각에서, 판금은 단지 차량의 내부면 역할을 하는 표면에만 도장되고, 반면에, 비교예 2 및 비교예 3에서 판금들의 양 표면들에 도장이 인가된다. 비교예 1에서는 아무 표면에도 도장되지않는다. 인가된 마그네슘 디하이드로겐포스페이트 도장의 건조 중량은 롤 도장기의 회전수를 제어하여 조정된다. 마그네슘 디하이드로겐포스페이트 도장이 인가된 각 표면에 대해, 합성 인산염 도장의 중량은 표 1에 도시된 바와 같이 조정된다. 판금들에 각각 러스트-프루프 오일(rust-proof oil; Parker Industries. Inc.로부터의 Noxrust 530F60)이 인가되고, 아래 설명된 평가 절차들을 착수하기 전에 하루동안 방치된다.
시료 준비(실시예 6 및 실시예 7)
판금들은 약 Mg의 4wt%를 함유한 아연 인산염 도장(1.2g/㎡)이 판금들의 둘 중 하나에 형성되는 점을 제외하고 위의 실시예와 같은 방식으로 처리된다. 도장 용액은 그 용액이 30g/l의 Mg를 함유하도록 질산 마그네슘을 위의 실시예에 설명된 것과 같은 아연 인산염 처리액에 첨가하여 준비된다. 마그네슘 디하이드로겐포스페이트 수용액은 차체의 내부면 역할을 해야 하는 각 판금의 표면에만 인가되어 아래 표 1에 도시된 인가량을 가지고 합성 인산염 도장을 형성한다.
평가 절차들
합성 인산염 도장의 인가량: 합성 인산염 도장들의 인가량은 크기 40㎜φ의 시료 판금들을 사용하여 결정된다. 봉합 테이프에 의해 피복된 반대 표면을 갖는 각 시료는 크로메이트(chromate) 용액에 담겨 도장을 제거한다. 합성 인산염 도장의 인가량은 도장의 제거 전의 시료의 중량으로부터 도장 제거 후의 시료의 중량을 감산하여 각 시료에 대해 결정된다.
합성 인산염 도장 내의 Mg 함유량(%): 도장 내의 Mg 함유량(%)은 도장이 용해된 위에 획득된 크로메이트 용액에 ICP 분석을 실행하여 결정된다.
치핑 저항: 70 ×150mm의 시료들이 먼저 기본 탈지에 의해 처리되고, 그리고 나서, 자동차 등에 대한 3층 도장의 인가(양이온 전자-침전 20㎛, 중간 도장 35㎛, 외부 도장 35㎛)가 뒤따르는 자동차에 대한 화학 처리에 의해 처리된다. 각 시료는 -20℃로 냉각되고 약 5mm 크기의 자갈돌들이 500g의 총량과 3kgf/㎤의 압력으로 직각으로 시료들로 발사된다. 표면에서 떨어져나간 도장들은 커터칼로 제거하고, 도장이 벗겨진 구역의 총영역은 영상 분석을 이용하여 결정된다. 벗겨진 정도는 각 시료에 대하여 다음과 같이 등급이 매겨진다.: ×= 500㎟ 이상, △= 200 ~ 500㎟, Ｏ= 100 ~ 200㎟, 그리고 ◎= 100㎟ 이하.
내식성: 시료들이 상업적으로 이용 가능한 세정 오일로 세정된다. U자형 비드 작업(bead working)이 각 시료에 대해 실행된다(시료 폭=70mm, BHF=1톤, 작업 높이= 70mm, 비드 부분에서의 펀치(punch)의 R=35mm, 비드 부분에서의 다이(die)의 R= 3mm, 펀치의 R=5mm, 다이의 R=5mm, 작업 속도= 25spm). 시료의 한 측(다이 측)이 절단 제거되어 탈지된다. 시료는 그리고 나서 끝면들과 후면에서 셀로판 접착 테이프로 피복된다. CCT 실험*이 시료들에 실시되고 부식 정도가 다음과 같이 각 시료에 대하여 등급이 매겨진다: ◎= 0%, Ｏ= 1% 이하, △= 1 ~ 10%, 그리고 ×= 10% 이상.(*CCT 실험: 실험의 한 주기는 6시간 동안 소금물(5% NaCl, 35)을 스프레이하고, 3시간 동안 건조(50℃ 45% RH)하고, 14시간 동안 습윤(50℃ 95% RH)하고, 그리고 1시간 동안 건조(50℃ 45% RH)하는 것을 포함한다. 주기는 반복된다.)
가공성: 시료들이 상업적으로 이용 가능한 세정 오일로 세정된다. 제한 드로잉비(limit drawing ratio: LDR)는 다목적 딥-드로잉(deep-drawing) 실험 기구를 사용하여 측정된다. 시료들은 1톤의 BHF와 반경 40mmφ의 펀치로 압착된다. 차체의 내부면 역할을 해야 하는 표면이 펀칭된다. LDR값은 다음과 같이 각 시료에 대하여 등급이 매겨진다: ×= 2.0 이하의 LDR값, △= 2.0 ~ 2.2, Ｏ= 2.2 ~ 2.3 그리고 ◎= 2.3 이상.
그 결과들이 아래 표 1에 도시된다. 본 발명에 따른 조건들을 만족시키지 않는 시료들은 어느 정도 상술한 성질의 저하를 나타낸다.
시료 준비(실시예 8 ~ 실시예 10 및 비교예 4)
상술한 실시예 1 ~ 실시예 5와 같은 방식으로 0.5g/㎡의 아연 인산염이 판금들에 인가된다. 그 후에, 8%의 농도로 희석된 마그네슘 디하이드로겐포스페이트 수용액이 판금들에 각각 롤 도장기를 사용하여 단지 차체의 내부면 역할을 해야 하는 표면으로만 인가된다. 각 판금은 가열되어 110℃의 온도에서 건조되고, 그리고 나서, 냉각되는 것이 가능하다. 실시예 8 ~ 실시예 10 및 비교예 4의 시료들은 인가된 도장들의 양을 변화하여 준비된다. 판금들에 러스트-프루프 오일(Parker Industries. Inc.로부터의 Noxrust 530F60)이 인가되고 그리고 아래의 평가 절차들을 하기 전에 하루 동안 방치된다.
시료 준비(실시예 11과 실시예 12 및 비교예 5)
시료들은 0.2g/㎡의 아연 인산염 도장들이 인가되는 것을 제외하고 상술한 실시예들과 같은 방식으로 준비된다.
평가들은 상술한 실시예들과 같이 동일한 방식으로 실시된다.
그 결과가 아래의 표 2에 도시된다. 그리고 또한, 모든 시료가 외부면들에 대한 치핑 저항에서 양호 "◎"를 도시하기 때문에, 단지 가공성 및 내식성에 대한 숫자들이 나타난다. 본 발명에 따른 조건들을 만족시키지 않는 시료들은 내식성에서 저하를 나타낸다.
본 발명은 양호한 균형으로 차량에 사용되는 외부 판금들에 요구되는 성질을 갖는 아연도금강을 제공한다. 본 발명에 따른 강철 판금들은 다양한 특성들에서 개선되었다. 또한, 그들은 크롬(VI)과 같은 위험한 물질들에 속박되지 않는다. 또한 본 발명의 판금들은 간편하고 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다는 이점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 강철 판금들은 차체에 사용하는데 적합하다.
지금까지는 본 발명의 바람직한 실시형태들이 고려되었음을 설명하였을지라도, 그 다양한 변형들이 이루어질 수 있다는 것이 이해될 것이고, 부기된 청구항들은 본 발명의 진정한 개념과 범위 내에 해당하는 것과 같은 모든 그러한 변형들을 포괄한다.

Claims (4)

  1. 양 표면들에 판금된 아연 도장을 갖는 아연 도금강 판금;
    차체의 외부면 역할을 하는 상기 판금의 표면들 중 하나에 형성된 아연 인산염 도장; 및
    차체의 내부면 역할을 하는 상기 표면들 중 다른 하나에 형성되고, 아연 인산염 도장 및 Mg를 함유한 인산염 도장으로 구성된 인산염-함유 합성 도장; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 차체에 사용되는 아연도금강.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 인산염-함유 합성 도장은 2wt% 이상의 Mg를 함유하고, 0.5g/㎡보다 크거나 같은 양으로 상기 판금에 인가되는 것을 특징으로 하는 아연도금강.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, Mg를 함유하는 인산염 도장은 마그네슘 디하이드로겐포스페이트(magnesium dihydrogenphosphate) 수용액을 인가하고 그리고 나서 상기 인가된 수용액을 건조시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 아연도금강.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 아연 인산염 도장은 Ni, Mn, Mg, Co, Ca, Cu 및 Al로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 아연도금강.
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