KR20050063985A

KR20050063985A - 가공성과 인산염처리성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판

Info

Publication number: KR20050063985A
Application number: KR1020030095244A
Authority: KR
Inventors: 김영근
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-06-29

Abstract

본 발명은 가공성과 인산염처리성을 개선한 합금화 용융아연도금강판에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 합금화 용융아연도금 강판(GA 강판) 표면에 니켈: 95~99.5%, 텅스텐: 5~0.5% 의 무게비, 100~500mg/m²의 부착량으로 니켈-텅스텐 합금층을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 GA 강판을 제공한다. 이때 니켈: 97~99%, 텅스텐: 1~3% 의 무게비, 300~400mg/m²의 부착량으로 니켈-텅스텐 합금층을 코팅시키는 것이 보다 바람직하다.이와 같은 니켈-텅스텐 합금도금층을 형성시키기 위하여는 일반적으로 이들의 금속염을 물에 녹인 용액을 가지고 전기도금법으로 코팅할 수 있으나 경우에 따라서는 침지나 분사에 의해서도 가능하다.

본 발명에 의하면 GA 강판표면에 니켈-텅스텐 합금층을 코팅시킴으로서 가공성과 인산염처리성을 동시에 향상시킨 우수한 GA 강판을 얻을 수 있으며, 또한 코팅층에 수지를 사용하지 않음으로서 공지기술에서 수지가 용접전극에 달라붙는 문제점을 해결할 수 있다.

Description

가공성과 인산염처리성이 우수한 합금화 용융아연도금 강판{Galvanealed Steel Sheet Having Good Formability And Phosphatability}

본 발명은 자동차용 표면처리강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가공성과 인산염처리성을 개선한 합금화 용융아연도금강판에 관한 것이다.

합금화 용융아연도금강판(이하 GA 강판이라 함)은 합금화도에 따라 차이는 있으나 통상 9~13wt%Fe인 경우 표준전극전위가 철(-0.44V)보다 비하기 때문에 강판상에 이들 도금층이 형성되면 희생양극 작용을 하여 강판을 보호하는 능력이 뛰어나고 또한 값이 싸며 제조가 용이하기 때문에 주로 자동차용 강판으로 사용된다. 그러나 GA강판은 도금층이 매우 거칠고 무르기 때문에 가공시 다이와의 접촉면적이 넓어 도 1의 (가)에서와 같이 마찰계수가 비교적 높은 단점을 가지고 있다. 따라서 도금강판을 프레스 성형할 때 높은 마찰하중으로 인하여 강판이 균열(Crack)되는 현상이 발생하고,이는 자동차 제조공정상 생산성 및 작업성을 하락시키는 요인으로 작용하게 된다. 또한 GA강판은 표면이 거칠고 산화물이 형성되어 있기 때문에 인산염처리를 하면 결정립이 크게되고, 따라서 도장하면 도막밀착력이 저하되고 내식성이 떨어진다는 단점을 갖고 있다.

이와 같은 두 가지 문제점을 개선하기 위하여 GA 강판 위에 철이나 인이 95% 이상 함유되도록 전기도금법으로 철-아연(Fe-Zn) 혹은 인-아연(P-Zn)과 같은 합금을 3~5g/m² 정도 얇게 도금한 플래쉬(Flash) 강판이 사용되어 왔으나 강판 제조시 원가가 비싸지므로 자동차에서는 원가절감 측면에서 플레쉬 강판의 사용을 기피하는 상황이다. 또한 본 출원인에 의한 한국 특허출원제 2001-71291호,또는 2001-84492호에 의하면,GA강판표면에 BN 분말과 유기수지를 혼합하여 도포하고 건조시킨 윤활피막을 형성시키거나(2001-71291호), GA강판의 제조과정에서 조질압연 후 GA 강판을 알칼리용액에 침지 또는 분사함으로써 가공성과 인산염처리성을 개선한(2001-84492호) GA 강판을 기술하고 있다. 그러나 이러한 GA 강판은 마찰특성은 매우 우수하나 수지가 용접전극에 달라붙어 용접성을 떨어뜨리고 인산염 결정을 형성하기 어렵다는 단점을 가지고 있다.

본 발명은 가공성과 인산염처리성을 동시에 향상시키고 또한 수지가 용접전극에 달라붙는 문제점을 갖지않는 GA강판을 제공하는 것이 그 목적이다.

상기 목적을 달성하기위해, 본 발명은 GA 강판표면에 니켈: 95~99.5%, 텅스텐: 5~0.5% 의 무게비, 100~500mg/m²의 부착량으로 니켈-텅스텐 합금층을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 GA 강판을 제공한다. 이때 니켈: 97~99%, 텅스텐: 1~3% 의 무게비, 300~400mg/m²의 부착량으로 니켈-텅스텐 합금층을 코팅시키는 것이 보다 바람직하다.

이하에서는 본 발명을 상세하게 설명한다.

니켈은 철, 코발트와 함께 주기율표상의 철족 금속이며, 용융점이 1455℃로 아연의 460℃ 보다는 매우 높고 철 보다는 약간 낮다. 그러나 표준전극전위가 -0.25V로 철의 -0.44V 보다 더 귀한 금속이기 때문에 전기화학적으로 안정하여 단독으로 코팅하여 내마모 및 고내식용으로 사용된다. 한편 텅스텐은 융점이 3382℃로서 현존하는 금속 가운데 가장 높은 녹는점을 가지고 있어 전구의 필라멘트나 내마모 및 고내식 용도에 사용되는 금속이다. 따라서 본 발명자는 이들 두 금속을 함금도금하면 높은 내마모성으로 인하여 강판 표면과 다이의 접촉면적을 크게 줄일 수 있기 때문에 가공성을 향상시킬 수 있고 또한 강판의 내식성을 향상시킬 수 있으며, 인산염용액에 대한 용해성이 대단히 작기 때문에 인산염처리시는 인산염 핵의 생성을 촉진하여 결정 성장을 억제하고 이는 미세한 인산염 결정이 얻어지게하여 도막밀착력을 향상시키고 그로 인하여 도장후 내식성도 향상시킬 수 있을 것이라고 예측하여 많은 실험을 거듭한 끝에 본 발명을 하게된 것이다.

본 발명에서 사용하는 니켈과 텅스텐의 합금도금층을 GA강판 표면에 형성시킬 때 니켈: 95~99.5%, 텅스텐: 5~0.5% 의 무게비, 100~500mg/m²의 부착량으로 코팅층을 형성시킨다.

도금층중 니켈의 함량이 무게비로 95% 이하이고 텅스텐이 5% 이상이면 내마모성이 향상되어 가공성면에서는 유리하지만 도금층의 융점이 높아져서 인산염 용액에 대하여 용해성이 떨어지기 때문에 인산염 결정의 형성이 어렵다.또한 니켈이 99.5% 이상이고 텅스텐이 0.5% 이하이면 가공성면에서 불리하고 인산염 결정이 조대해져서 도막밀착력을 나쁘게 한다.따라서 니켈과 텅스텐의 합금도금층의 무게비는 상기와 같은 범위로 한정한다.

GA강판 표면에 대한 니켈과 텅스텐의 합금도금층 부착량이 100mg/m²이하이면 원하는 가공성을 얻을 수 없고 인산염 결정이 조대해지며, 500mg/m²이상이면 가공성은 좋아지나 인산염 결정의 형성이 어려워지는 단점이 있으므로 합금도금층 부착량은 상기와 같은 범위로 한정한다.

GA강판 표면에 대해 니켈: 97~99%, 텅스텐: 1~3% 의 무게비, 300~400mg/m²의 부착량으로 코팅되는 경우 가공성과 인산염처리성이 가장 양호하다.

이와 같은 니켈-텅스텐 합금도금층을 형성시키기 위하여는 일반적으로 이들의 금속염을 물에 녹인 용액을 가지고 전기도금법으로 코팅할 수 있으나 경우에 따라서는 침지나 분사에 의해서도 가능하다.

이하에서는 본 발명의 실시예를 설명한다.

도금부착량이 50g/m²이고 두께가 0.7mm이며 도금층의 철함량이 11wt%인 합금화 용융아연도금강판(GA 강판)을 이용하여 전기도금을 실시하였다. 전기도금 시 황산니켈은 90g/l, 황산암모늄 20g/l, 텅스텐산 나트륨 1g/l을 각각 물에 용해하여 50리터를 만든 다음 용액을 순환시킬 수 있는 대형 전기도금조에서 미리 절단한 100 ×200mm의 GA강판을 사용하여 도금하였다. 니켈-텅스텐 합금도금층의 부착량은 전류밀도를 고정하고 도금시간을 변화시켜서 50~600mg/m²이 되도록 조절하였으며, 도금층중 텅스텐의 석출비는 아래와 같이 니켈과 텅스텐의 농도를 변화시켜 조절하였다.

전기도금시 용액 및 도금조건

1)황산니켈 : 40~100g/l

2)황산암모늄 : 5~35g/l

3)텅스텐산 나트륨 : 0.1~2g/l

4)용액온도 : 50℃

5) 용액폐하 : 5

6) 전류밀도 : 5A/dm²

7) 도금시간 : 0.335~4초

8) 유속 : 1.5 m/ses

피막의 부착량은 도금 전후 시편의 무게차를 가지고 결정하였으며 이후에는 이 시편을 가지고 X-선 형광분석기의 검량선을 작성하여 기기분석을 하여 부착량을 측정하였다.

마찰계수 측정용은 40 ×200mm, 인산염처리성 평가용은 50 ×50mm로 절단하여 자동차사에서 통상 실시하는 조건하에서 실시하였다. 마찰계수는 평면 마찰계수 측정장치를 이용하였는데 이때 사용한 윤활유는 자동차사에서 사용하는 세정유이었고 측정시 얻어지는 드로오잉 하중을 가압하중(600kgf)으로 나누어 줌으로써 마찰계수를 구하였다. 인산염처리는 국내 H 자동차사의 A,B 용액을 가지고 표면조정 및 본처리를 실시하였다. 이렇게 얻어진 피막은 주사전자현미경으로 결정립의 크기를 관찰하고 이미지 분석기를 이용하여 그 크기를 결정하였다.

아래 표 1은 그 평가결과를 나타낸 것이다

표 1

상기 평가결과에서 볼 수 있는 바와 같이 종래예에서 무처리 GA강판은 마찰계수가 0.170으로 높아 가공성이 매우 불리하고, 인산염결정의 크기도 15마이크론 으로 크며 결정이 크기 때문에 부착량도 4 g/m²이 부착되었다.

비교예로 사용한 2~7번의 경우에서 도금피막중 텅스텐 함량이 낮고 도금부착량은 많은 경우나 텅스텐 함량이 본 발명예와 같아도 도금부착량이 낮은 경우는 마찰계수나 인산염 결정의 크기가 본 발명예에서와 같은 우수한 결과를 얻을 수 없으며, 또한 텅스텐 함량이 본 본 발명예와 같고 도금부착량이 600mg/m³인 경우는 인산염 결정의 크기는 7 마이크론 이하이나 인산염 부착량이 매우 적은 것을 알 수 있다.

본 발명예에 해당하는 8~16번의 경우는 인산염결정이 7 마이크론 이하이고 마찰계수도 0.142 이하로 가공성면에서 우수하며 인산염 부착량도 2.2~3.2g/m²로 자동차사에서 필요로하는 부착량에 해당하는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명에서 제시하는 범위로 니켈-텅스텐 합금도금층을 GA강판 표면에 형성시켜 주면 우수한 가공성과 7 마이크론 이하의 미세한 인산염결정을 얻을 수 있었다.

도 1은 합금화 용융아연도금강판의 마찰계수를 측정 한 것으로 (가)(다)(라)는 종래예이고 (나)는 본 발명의 예를 나타낸 그래프이다. 본 발명에 의하면 마찰계수가 매우 낮아 가공성면에서 매우 우수함을 알 수 있다.

도 2는 무처리의 GA 강판과 니켈-텅스텐을 합금도금한 GA강판에 대하여 자동차사에서 일반적으로 사용하는 조건으로 인산염처리한 결과를 주사전자현미경으로 관찰한 것이다.도 2"서 볼 수 있는 바와같이 니켈-텅스텐을 합금도금한 GA 강판의 경우가 인산염 결정이 매우 미세한 것을 알 수 있다. 이는 이들 도금층이 인산염용액에 대하여 용해성이 매우 낮기 때문에 핵 생성 site를 많이 형성시켜 주기 때문인 것으로 판단된다.

도 1은 합금화 용융아연도금강판의 마찰계수를 측정 한 그래프[(가)(다)(라)는 종래예이고 (나)는 본 발명의 예].

도 2는 합금화 용융아연도금강판 표면에 인산염처리를 한 후의 주사전자현미경 사진[(가)는 종래예이고 (나)는 본 발명의 예].

Claims

합금화 용융아연도금강판 표면에 니켈: 95~99.5%, 텅스텐: 5~0.5% 의 무게비, 100~500mg/m²의 부착량으로 니켈-텅스텐 합금층을 코팅시킨 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판.
제 1항에 있어서, 니켈-텅스텐 합금층이 니켈: 97~99%, 텅스텐: 1~3% 의 무게비, 300~400mg/m²의 부착량으로 코팅됨을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판.