KR20100112531A

KR20100112531A - 이종 금속 접촉 부식에 대한 방식성이 우수한 표면 처리 금속재 및 그 표면 처리 금속재를 구비한 이재 접합체

Info

Publication number: KR20100112531A
Application number: KR1020100032160A
Authority: KR
Inventors: 신지 사까시따; 아끼히꼬 다쯔미; 마사또시 이와이; 쇼오지 히사노
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2010-04-08
Publication date: 2010-10-19
Also published as: US20100261024A1; CN101857958A; JP2010242195A; EP2241654A2

Abstract

본 발명의 과제는, 전기적 절연이나 완전한 환경 차단을 실시하지 않고도 이종 금속 접촉 부식을 저렴하고 효과적으로 억지할 수 있는 철강재 혹은 알루미늄재를 금속 모재로 하는 표면 처리 금속부 및 그 표면 처리 금속재를 구비한 이재 접합체를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 표면 처리 금속재(1)는 철강재 또는 알루미늄재로 형성된 금속 모재(2)의 표면에 방식층(3)을 구비한다. 상기 방식층(3)은 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 0.001 내지 1g/㎡ 포함한다. 상기 안식향산염 혹은 글루타민산염으로서는 칼륨염, 나트륨염 또는 암모늄염 중 어느 하나의 염이 바람직하다. 또한, 본 발명에 관한 이재 접합체는 적어도 한쪽의 재료로서 상기 표면 처리 금속재(1)를 구비한다.

Description

이종 금속 접촉 부식에 대한 방식성이 우수한 표면 처리 금속재 및 그 표면 처리 금속재를 구비한 이재 접합체{SURFACE-TREATED METAL MATERIAL EXCELLENT IN RESISTANCE AGAINST GALVANIC CORROSION AND JOINED ARTICLE OF DISSIMILAR MATERIALS INCLUDING THE SURFACE-TREATED METAL MATERIAL}

본 발명은, 자동차, 철도 차량 등의 수송기 분야, 기계 분야, 토목 건축 플랜트 분야, 일렉트로닉스 분야 등에 있어서, 이종(異種) 금속과 접촉시킨 상태에서 접합되는 철강재 혹은 알루미늄 합금재 등의 표면 처리 금속재 및 그 표면 처리 금속재를 구비한 이재(異材) 접합체에 관한 것이다.

최근, 자동차나 철도 차량 등의 수송 분야를 비롯하여, 철강재와 알루미늄 합금재의 조합 등, 이종의 금속재를 접촉시킨 상태에서, 용접 등에 의해 부분적으로 접합 일체화한 부재·부품을 이용하는 요망이 고양되고 있다. 그러나 이종의 금속재를 접촉시킨 경우에는, 이종 금속 접촉 부식(갈바니 부식)이 발생하는 케이스가 많은 것이 알려져 있다. 이종 금속 접촉 부식은, 부식 전위가 낮은 금속재가 애노드, 부식 전위가 높은 금속재가 캐소드로 되어 전지를 구성하고, 부식 전위가 낮은 금속재의 쪽의 부식이 촉진되는 현상이다. 예를 들어, 철강재와 알루미늄 합금재를 접촉시킨 경우에는, 알루미늄 합금재의 부식이 촉진된다. 그 경우의 부식 속도는, 알루미늄 합금재를 단독으로 사용하는 경우보다도 매우 커져, 조기에 구멍 천공 등의 손상을 야기시킨다. 따라서, 이종의 금속재를 접촉시킨 부재·부품을 이용하는 경우에는, 이러한 이종 금속 접촉 부식을 방지할 필요가 있다.

이종 금속 접촉 부식을 방지하는 방법으로서는, 이종의 금속재의 사이에 절연물을 개재하여 전기적으로 절연하는 것이 유효하다. 그러나 이 방법은, 구조상이나 제조상의 제약이 있어 곤란한 경우가 많고, 이종 금속간의 접합 강도의 면에서 우위인 용접에 의한 접합에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

한편, 부식의 진행에 필수인 수분이 이종 금속의 접촉 부분에 들어가지 않도록 환경을 차단하는 것도 이종 금속 접촉 부식 방지 방법으로서 유효하다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 소60-58272호 공보(특허 문헌 1)에는, 선택적 음이온 투과막과 선택적 양이온 투과막의 도료를 겹쳐 도포하는 방법 등의 도장 방법이 제안되어 있다. 또한, 도장에 의한 환경 차단과 절연의 양자를 이용하는 방법도 알려져 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평6-136295호 공보(특허 문헌 2)에는 이황화몰리브덴을 도료 중에 첨가하는 것이 제안되어 있다. 그러나 도막이라고 해도 어느 정도는 수분을 투과하는 것이나, 옥외에서 사용하는 경우에는 자외선 열화나 흠집이 생기는 등에 의한 도막 파괴 등이 발생하여, 이종 금속 접촉 부분으로의 수분의 침입을 장기간에 걸쳐 완전히 방지하는 것은 현실적으로 곤란하다.

또한, 구조면에서 이종 금속 접촉 부식을 방지하는 기술도 제안되어 있다. 예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2001-11665호 공보(특허 문헌 3)에는, 알루미늄기 복합재와 철강재의 사이에 Zn-Al-Mg 합금재를 개재시킴으로써, 양 재료 사이의 이종 금속 접촉 부식을 효과적으로 방지하는 것이 제안되어 있다.

한편, 금속 재료의 부식을 방지하는 기술로서, 당해 금속재가 노출되는 부식 환경에 소량 내지 미량 첨가하여 그 부식성을 저감시키는 약제(방식제, 부식 억제제, 인히비터 등이라 불림)가 알려져 있다. 일반적으로 잘 알려져 있는 인히비터로서는, 비특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 탈산소제로서 작용하여 부식 반응에 필요한 산소를 제거하여 부식성을 저감시키는 아황산염이나 히드라진, 금속재의 표면에 탄산칼슘의 침전 피막을 형성하여 보호성을 높이는 칼슘 이온, 철강재의 표면을 부동태화하여 방식성에 기여하는 몰리브덴산염, 전기 음성도가 큰 N, O 등의 원소를 포함한 극성기가 금속재의 표면에 흡착됨으로써 방식 효과를 발현하는 흡착 피막 형성형 인히비터(아민류, 아닐린 등), 금속의 용해에 의해 발생된 금속 이온과 반응하여 금속재의 표면에 안정된 킬레이트 화합물을 형성하여 방식 효과를 발현하는 침전 피막 형성형 인히비터(벤조트리아졸, 티오글리콜산류 등), 금속재의 표면에 산화 피막을 형성하는 카르본산류 등을 들 수 있다.

상기와 같은 인히비터의 지견을 베이스로 하여, 인히비터를 이용한 이종 금속 접촉 부식의 방지 방법으로서는, 아질산계 인히비터나 옥시아니온계 인히비터의 사용이 일본 특허 출원 공개 평4-160169호 공보(특허 문헌 4)에 기재되어 있다. 그러나 이러한 인히비터는 탄소계 철강재보다도 부식 전위가 높은 스테인리스 강재 혹은 티탄재와 탄소계 철강재의 접촉 부식 억제에는 유효하지만, 철강재보다도 부식 전위가 낮은 알루미늄재와 철강재의 접촉 부식의 억제에는 적용할 수 없다고 하는 문제가 있다.

일본 특허 출원 공개 소60-58272호 공보 일본 특허 출원 공개 평6-136295호 공보 일본 특허 출원 공개 제2001-11665호 공보 일본 특허 출원 공개 평4-160169호 공보

부식 방식협회 편집 : 방식 기술 편람, 1986년

본 발명은 이러한 문제에 비추어 이루어진 것으로, 전기적 절연이나 완전한 환경 차단을 실시하지 않고도 이종 금속 접촉 부식을 저렴하고 효과적으로 억지할 수 있는 철강재 혹은 알루미늄 합금재 등을 금속 모재로 하는 표면 처리 금속재 및 그 표면 처리 금속재를 구비한 이재 접합체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같이, 이종 금속 접촉 부식은, 부식 전위가 낮은 금속재가 애노드, 부식 전위가 높은 금속재가 캐소드로 되어 전지를 형성하고, 부식 전위가 낮은 금속재의 쪽의 부식이 촉진되는 현상이며, 부식 전위가 낮은 금속재는 애노드측으로 분극된 상태에서 부식이 진행된다. 본 발명자는 이종 금속 접촉 부식의 억제에 대해 조사한 바, 이종 금속 접촉 부식은 단독인 경우와 상이한 전위 상태에서 부식이 진행되므로, 통상 알려져 있는 철강재나 알루미늄 합금재 등에 대한 방식제로는 충분한 방식 효과가 얻어지지 않았다. 따라서, 이종 금속 접촉 부식에 유효한 방식제를 예의 검토한 결과, 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀을 단독으로, 혹은 복합하여 이종의 금속재의 접촉부 표면에 부착시킴으로써 현저한 방식 효과가 얻어지는 것을 지견하고, 이 지견을 기초로 본 발명을 완성하는 것에 이르렀다.

즉, 본 발명에 관한 표면 처리 금속재는, 철강재 또는 순알루미늄재 혹은 알루미늄 합금재(이하, 순알루미늄재 및 알루미늄 합금재의 양자를 통합하여「알루미늄재」라 함)로 형성된 금속 모재와, 그 표면에 피복된 방식층을 구비하고, 상기 방식층은 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 0.001 내지 1g/㎡ 포함하는 것이다.

상기 표면 처리 금속재에 따르면, 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 0.001 내지 1g/㎡ 포함하는 방식층이 형성되므로, 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상대 금속재 중, 부식 전위가 낮아져, 애노드측으로 분극되는 금속재의 표면에 상기 물질이 작용하여, 산화 피막 또는 침전 피막 중 어느 하나, 혹은 이들의 혼합막을 형성하여, 부식 전위가 낮은 금속재의 용해 속도를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 표면 처리 금속재의 금속 모재가 철강재인 경우는 상기 철강재보다 부식 전위가 낮아지는 상대 금속재의 표면에, 또한 표면 처리 금속재의 금속 모재가 알루미늄재인 경우이고, 상대 금속재가 상기 알루미늄재보다 부식 전위가 높아지는 것인 경우는 상기 알루미늄재의 표면에 산화 피막 등이 형성되어 이종 금속 접촉 부식이 억제된다. 또한 상기 물질은, 접촉하는 금속재의 전위차를 작게 하는 작용도 갖는다. 이로 인해, 산화 피막 등의 형성 효과와의 상승 작용에 의해, 접촉한 이종의 금속재의 사이의 부식 전류, 나아가서는 이종 금속 접촉 부식을 효과적으로 억제할 수 있다.

상기 표면 처리 금속재에 있어서, 상기 방식층을 형성하는 안식향산염 혹은 글루타민산염으로서는, 칼륨염, 나트륨염 또는 암모늄염 중 어느 하나의 염이 바람직하다. 이들 중 어느 하나의 염으로 방식층을 형성함으로써, 부식 전위가 낮은 측의 금속재의 용해 속도의 감소 효과를 보다 크게 할 수 있다. 이 이유는, 칼륨염, 나트륨염, 암모늄염은 칼슘염 등의 다른 염에 비해 물에 용해되기 쉬우므로, 보다 균질한 산화 피막 또는 침전 피막을 형성할 수 있기 때문이다.

상기 표면 처리 금속재에 있어서, 상기 금속 모재를 구성하는 철강재로서는, 적어도 한쪽의 표면에 아연 함유 도금층이 피복된 아연 함유 도금 철강재를 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 방식층은 아연 함유 도금층 상에 형성된다. 상기 아연 함유 도금층은 Zn을 40％ 이상 함유하는 것이 바람직하고, 또한 그 부착량은 1 내지 150g/㎡가 바람직하다. 상기 아연 함유 도금 철강재를 금속 모재로 함으로써, 아연 함유 도금층이 피복되어 있지 않은 철강재보다도 부식 전위가 낮은 상대 금속재가 접촉하였을 때의 전위차를 보다 작게 하여, 아연 함유 도금층과 본 발명에 관한 방식층의 상승 효과에 의해, 이종 금속 접촉에 의한 부식 속도를 보다 저하시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 관한 이재 접합체는 표면 처리 금속재와, 상기 표면 처리 금속재에 부분적으로 접합된 상대 금속재를 구비한다. 상기 표면 처리 금속재는 상기한 본 발명에 관한 표면 처리 금속재가 이용된다. 상기 상대 금속재는, 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재가 철강재인 경우, 그 철강재보다도 부식 전위가 낮은 저전위적 금속재가 이용된다. 또한, 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재가 알루미늄재인 경우, 그 알루미늄재보다도 부식 전위가 높은 고전위적 금속재가 이용된다. 그리고 상기 표면 처리 금속재의 방식층측에 상기 상대 금속재가 인접하여 배치되고, 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상기 상대 금속재가 전기적으로 도통한 상태에서 접합된다.

이 이재 접합체에 따르면, 이재 접합체의 한쪽이 본 발명에 관한 표면 처리 금속재로 형성되므로, 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상대 금속재 중, 다른 쪽에 대해 부식 전위가 낮은 금속재는 상기 표면 처리 금속재의 방식층에 의해 접촉 부식이 발생하기 어려워져, 방식성, 내구성이 우수한 구조체를 제공할 수 있다.

상기 이재 접합체에 있어서, 상기 저전위적 금속재로서 이용하는 금속재는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루미늄재, 마그네슘 합금재 또는 아연 합금재를 이용할 수 있다. 또한, 상기 이재 접합체에 있어서, 상기 고전위적 금속재로서 이용하는 금속재는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 알루미늄재 또는 철강재를 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 다른 이재 접합체는, 제1 표면 처리 금속재와, 상기 제1 표면 처리 금속재에 부분적으로 접합된 제2 표면 처리 금속재를 구비한다. 상기 제1 표면 처리 금속재는, 상기 본 발명에 관한 금속 모재가 철강재인 표면 처리 금속재가 이용되고, 상기 제2 표면 처리 금속재는 상기 본 발명에 관한 금속 모재가 알루미늄재인 표면 처리 금속재가 이용된다. 그리고 상기 제1 표면 처리 금속재의 방식층측에 제2 표면 처리 금속재의 방식층이 접촉 또는 대향하도록 인접하여 배치되고, 상기 제1 표면 처리 금속재의 제1 금속 모재와 제2 표면 처리 금속재의 제2 금속 모재가 전기적으로 도통한 상태에서 접합된다.

이 밖의 이재 접합체에 따르면, 제1 표면 처리 금속재의 금속 모재를 구성하는 철강재에 대해 부식 전위가 낮은, 제2 표면 처리 금속재의 금속 모재를 구성하는 알루미늄재는 제1, 제2 표면 처리 금속재의 2중의 방식층에 의해 접촉 부식이 방지되므로, 우수한 방식성, 내구성이 얻어진다.

본 발명에 관한 상기 표면 처리 금속재 및 이재 접합체는, 접촉 부식에 대한 방식성, 내구성이 우수하므로, 자동차 부재용의 소재로서 적합하게 이용할 수 있다.

본 발명에 관한 표면 처리 금속재에 따르면, 철강재 혹은 알루미늄재로 형성된 금속 모재의 표면이 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 0.001 내지 1g/㎡ 포함하는 방식층이 형성된다. 이로 인해, 상기 방식층을 형성하는 물질이 상기 금속 모재 혹은 당해 표면 처리 금속재와 접합되는 상대 금속재 중, 부식 전위가 낮은 측의 금속재, 즉 애노드측으로 분극되는 금속재의 표면에 작용하여, 산화 피막, 침전 피막 혹은 이들의 혼합막을 형성하여, 상기 상대 금속재 혹은 금속 모재의 용해 속도를 감소시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 관한 이재 접합체는, 상기 표면 처리 금속재를 구비하므로, 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상대 금속재 중, 부식 전위가 낮은 측의 금속재의 접촉 부식이 상기 표면 처리 금속재의 방식층에 의해 적합하게 방지된다. 이로 인해, 본 발명에 따르면, 이재 접촉 부식에 대한 방식성, 내구성이 우수한 표면 처리 금속재, 이재 접합체를 제공할 수 있다.

도 1은 실시 형태에 관한 표면 처리 금속재의 부분 단면 모식도.
도 2는 제1 실시 형태에 관한 이재 접합체의 부분 단면 모식도.
도 3은 제2 실시 형태에 관한 이재 접합체의 부분 단면 모식도.
도 4는 제3 실시 형태에 관한 이재 접합체의 부분 단면 모식도.
도 5는 부식 시험용 조립체를 도시하는 단면 설명도.
도 6은 도 5에 있어서의 C선 단면 화살표도.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 표면 처리 금속재를 도면을 참조하여 설명한다. 실시 형태에 관한 표면 처리 금속재(1)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 금속 모재(2)의 표면에 방식층(3)이 피복되어 있다. 도시예에서는, 방식층(3)은 금속 모재(2)의 한쪽면만을 피복하도록 형성되어 있지만, 양면에 형성하도록 해도 좋다.

상기 방식층(3)은 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질로 형성된다. 또한, 상기 방식층(3)을 형성하는 안식향산염, 글루타민산염은, 각각 칼륨염, 나트륨염 또는 암모늄염 중 어느 하나로 하는 것이 바람직하다. 이들 염은, 칼슘염 등의 다른 염에 비해 물에 용해되기 쉽기 때문에, 보다 균질한 산화 피막, 침전 피막을 형성할 수 있다. 이로 인해, 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)와, 표면 처리 금속재(1)의 방식층(3)측에 인접 배치되는 상대 금속재 중, 부식 전위가 낮은 측의 금속재의 용해 속도의 감소 효과를 보다 크게 할 수 있다.

상기 글루타민산에는 2종의 광학 이성체(L체, D체)가 존재한다. 모두 이종 금속 접촉 부식에 대한 방식 효과는 동등하지만, 일반적으로 입수하기 쉬운 L체의 염이 권장된다. 또한, 아니시딘에는, 오르토(o-), 메타(m-), 파라(p-)의 3종의 이성체가 존재한다. 이들 이성체는 모두 동등한 방식 효과를 갖지만, 비용면에서 p-아니시딘이 권장된다. 퀴놀리놀에는, 2-퀴놀리놀, 6-퀴놀리놀, 8-퀴놀리놀 등이 존재하고, 이들은 모두 동등한 방식 효과를 갖지만, 안전성의 관점에서 유해성이 적은 2-퀴놀리놀이 권장된다.

상기 방식층(3)에 있어서, 상기 물질의 부착량은 합계 0.001 내지 1g/㎡로 하는 것이 좋다. 0.001g/㎡ 미만인 경우에는, 표면 처리 금속재와 상대 금속재의 접촉부에 있어서, 수분의 침입 등에 의해 형성된 용액 중의 물질 농도가 낮아지므로, 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상대 금속재의 관계로 정해지는 부식 전위가 낮은 측의 금속재의 표면에 형성되는 산화 피막, 침전 피막 혹은 이들의 혼합막의 방식 작용이 불충분해져, 충분한 방식 특성이 얻어지지 않는다. 또한, 부착량이 1g/㎡를 초과하면, 방식 특성은 포화되고, 또한 표면 처리 금속재에 접촉한 상태에서 상대 금속재를 용접할 때의 용접성 등에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서, 부착량은 0.001 내지 1g/㎡로 하는 것이 좋고, 보다 바람직한 하한은 0.005g/㎡이고, 보다 바람직한 상한은 0.9g/㎡이다.

상기 방식층(3)은 상기 각종 물질을 금속 모재에 부착시킴으로써 형성할 수 있다. 각종 물질의 부착 방법으로서는 특별히 한정되지 않고, 각종 물질을 적당한 용매와 혼합한 용액을 이용하여 적절한 도포 방법에 의해 도포하면 된다. 도포 방법으로서는, 예를 들어 침지 도장, 스프레이 도장, 샤워 코트, 롤 코트, 브러시 도장을 채용할 수 있다.

상기 금속 모재(2)로서는 철강재 혹은 알루미늄재가 이용된다. 상기 철강재로서는 강판용 강재, 기계 구조용 강재 등의 통상의 강재 외에, 후술하는 아연 함유 도금 철강재 등의 각종 철강재를 이용할 수 있다. 또한, 그 형태도 냉연 강판이나 열연 강판 등의 판상, C형, H형, I형 등의 각종 형태를 채용할 수 있다. 또한, 상기 알루미늄재로서는, 순알루미늄재나, Al-Mn계 합금재, Al-Mg계 합금재, Al-Zn-Mg계 합금재, Al-Si계 합금재 등의 각종 알루미늄 합금재를 이용할 수 있다. 상기 금속 모재(2)를 구성하는 철강재나 알루미늄재는, 무구(無垢) 금속재라도 좋지만, 적어도 방식층의 형성측에 적절한 표면 처리 등을 실시한 것이라도 좋다.

상기 금속 모재(2)로서, 적어도 한쪽의 표면(방식층을 피복하는 측의 표면)에 아연 함유 도금층이 피복된 아연 함유 도금 철강재를 이용할 수 있다. 이 경우, 상기 아연 함유 도금층 중의 Zn의 함유량은 40질량％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 아연 함유 도금 철강재를 금속 모재로 하는 표면 처리 금속재를 이용함으로써, 철강재보다도 부식 전위가 낮은 금속재가 접촉하였을 때의 전위차를 보다 작게 하여, 아연 함유 도금층과 상기 방식층의 상승 효과에 의해 이종 금속 접촉에 의한 부식 속도를 보다 저하시킬 수 있다. 아연 함유 도금층 중의 Zn이 40질량％에 충족되지 않는 경우에는 전위차의 축소 효과가 작아져, 부식 속도의 저감 효과가 감소하게 된다.

상기 아연 함유 도금층은 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 전기 아연 도금 외에, Zn-Al 도금, Zn-Fe 도금, Zn-Ni 도금, Zn-Cr 도금, Zn-Mg 도금 등의 Zn을 포함하는 2원계 이상의 합금 도금을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 아연 함유 도금층 중에 금속 산화물이나 폴리머 등을 분산시킨 분산 도금, 예를 들어 SiO₂를 분산시킨 Zn 도금 등을 이용할 수 있다. 또한 이종의 아연 함유 도금층을 2층 이상 적층시킨 복층 도금을 적용해도 좋다.

또한, 상기 아연 함유 도금의 부착량은 1 내지 150g/㎡로 하는 것이 좋다. 아연 함유 도금 부착량이 한쪽면에서 1g/㎡에 충족되지 않는 경우, 전위차의 축소 효과가 작으므로, 부식 속도의 저감이 불충분하다. 또한, 아연 함유 도금 부착량이 한쪽면에서 150g/㎡를 초과한 경우, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성의 향상 효과는 포화된다. 이러한 이유로부터, 아연 함유 도금 부착량은 한쪽면에서 1 내지 150g/㎡가 바람직하다. 아연 함유 도금 부착량의 보다 바람직한 하한은 한쪽면에서 3g/㎡이고, 보다 바람직한 상한은 70g/㎡이다.

다음에, 본 발명의 이재 접합체의 제1 실시 형태를 도 2를 참조하여 설명한다. 또한, 제1 실시 형태의 이재 접합체(6)에 있어서, 도 1에 도시한 표면 처리 금속재(1)와 동일 부재는 동일한 부호를 붙여 설명을 간략 혹은 생략한다.

제1 실시 형태에 관한 이재 접합체(6)는, 표면 처리 금속재(1)와, 상기 표면 처리 금속재(1)의 방식층(3)의 표면에 접촉하도록 상대 금속재(4)가 인접 배치되어 있다. 상기 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)와 상대 금속재(4)는 용접부(7)에 의해 부분적으로 접합되어 있고, 이 용접부(7)를 통해 양자는 전기적으로 도통한 상태로 되어 있다. 도시예에서는, 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)와 상대 금속재(3)는 용접에 의해 부분적으로 접합되어 있지만, 부분 접합 방법으로서는, 용접 외에, 납땜 혹은 확산 접합이라도 좋고, 또한 도면 중의 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 리벳(8)이나 볼트 등의 금속제의 기계적 연결 부재를 이용해도 좋다. 단, 접합 강도 확보나 신뢰성의 관점에서는, 아크 용접이나 스폿 용접 등의 용접이 권장된다.

상기 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)로서 철강재를 이용한 경우, 상대 금속재(4)로서는 상기 금속 모재(2)를 형성하는 철강재보다도 부식 전위가 낮은 저전위적 금속재가 이용된다. 상기 저전위적 금속재로서는, 예를 들어 알루미늄재, 마그네슘 합금재, 아연 합금재를 이용할 수 있다.

또한, 상기 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)로서 알루미늄재를 이용한 경우, 상대 금속재(4)로서는 상기 금속 모재(2)를 형성하는 알루미늄재보다도 부식 전위가 높은 고전위적 금속재가 이용된다. 상기 고전위적 금속재로서는, 예를 들어 금속 모재보다도 부식 전위가 높은 알루미늄재, 각종 철강재를 이용할 수 있다.

이 이재 접합체(6)에 따르면, 한쪽의 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)와 상대 금속재(4)가 전기적으로 도통한 상태에서 접합되어, 표면 처리 금속재(1)와 상대 금속재(4)의 사이에 수분이 침입해도, 상기 금속 모재(2)와 상대 금속재(4) 중, 부식 전위가 낮아지는 측의 금속재, 즉 애노드측으로 분극되는 금속재의 표면에 상기 방식층(3)을 형성하는 물질이 작용하여, 산화 피막 또는 침전 피막 혹은 이들의 혼합막이 부식 전위가 낮은 측의 금속재의 표면에 형성되므로, 그 금속재의 용해가 억제되어 접촉 부식이 발생하기 어려워져, 이재 접합체(6)의 방식성, 내구성이 향상된다.

다음에, 제2 실시 형태에 관한 이재 접합체(6A)를, 도 3을 참조하여 설명한다. 또한, 도 2에 도시한 제1 실시 형태에 관한 이재 접합체(6)와 동일 부재는 동일 부호를 붙여 설명을 생략하는 것으로 하고, 차이점을 중심으로 설명한다.

제2 실시 형태에 관한 이재 접합체(6A)는, 표면 처리 금속재(1)에 상대 금속재(4)가 인접 배치되고, 또한 그 위에 외측 금속재(5)가 인접 배치되어 있고, 이들이 도시예에서는 리벳(8)에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 상대 금속재(4)는, 표면 처리 금속재(1)와 외측 금속재(5)의 사이에 설치된 중간 금속재라고도 할 수 있는 것이며, 표면 처리 금속재(1)의 방식층(3)과 외측 금속재(5)에 접촉 상태로 배치되어 있다. 상기 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)는 상기 리벳(8)을 통해 상대 금속재(4) 및 외측 금속재(5)와 전기적으로 도통 상태로 되어 있다. 또한, 도시예에서는 접합 방법으로서 리벳을 이용하였지만, 볼트 등의 연결 부재를 이용해도 좋고, 혹은 용접 등을 이용하여 각 금속재끼리를 부분적으로 접합해도 좋다.

본 제2 실시 형태의 경우에 있어서도, 표면 처리 금속재(1)의 금속 모재(2)와 상대 금속재(4)의 접촉 부식을 효과적으로 방지할 수 있다. 단, 상기 외측 금속재(5)로서는, 상대 금속재(4)와의 사이에서 접촉 부식이 발생하지 않도록, 양자는 부식 전위가 동일하거나, 근사한 재질인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

다음에, 제3 실시 형태에 관한 이재 접합체(6B)를, 도 4를 참조하여 설명한다. 이 이재 접합체(6B)는, 제1 실시 형태의 이재 접합체(6)의 상대 금속재(4)로서, 다른 표면 처리 금속재(도 1의 실시 형태와 동일한 것)가 이용된 것으로, 제1 표면 처리 금속재(1A)와 이것에 인접 배치된 제2 표면 처리 금속재(1B)를 구비한다. 제1 표면 처리 금속재(1A)의 방식층(3A)과 제2 표면 처리 금속재(1B)의 방식층(3B)이 접촉하도록 인접 배치되고, 제1 표면 처리 금속재(1A)의 금속 모재(2A)와 제2 표면 처리 금속재(1B)의 금속 부재(2B)가 도시예에서는 리벳(8)에 의해 부분적으로 접합되고, 제1 금속 모재(2A)와 제2 금속 모재(2B)가 전기적으로 도통한 상태로 되어 있다. 또한, 도시예에서는 접합 방법으로서 리벳을 이용하였지만, 볼트 등의 연결 부재를 이용해도 좋고, 혹은 용접 등을 이용하여 부분적으로 접합해도 좋다.

상기 이재 접합체(6B)에 있어서, 제1 표면 처리 금속재(1A)의 금속 모재(2A)는 철강재(아연 함유 도금 철강재를 포함함)로 형성되고, 다른 쪽의 제2 표면 처리 금속재(1B)의 금속 모재(2B)는 알루미늄재로 형성되어 있다.

제3 실시 형태에 관한 이재 접합체(6B)에서는, 제1 금속 모재(2A)와 제2 금속 모재(2B) 중, 부식 전위가 낮은 측이 되는 제2 금속 모재(2B)의 알루미늄재는, 제1 표면 처리 금속재(1A)의 방식층(2A)과 제2 표면 처리 금속재(1B)의 방식층(2B)의 2중의 방식층에 의해 접촉 부식이 방지되므로, 우수한 방식성, 내구성이 얻어진다.

또한, 제3 실시 형태에 관한 이재 접합체(6B)에 있어서, 제1, 제2 표면 처리 금속재(1A, 1B)의 사이에 중간 금속재를 인접 배치할 수 있다. 중간 금속재는 표면 처리 금속재(1A, 1B)의 금속 모재(2A, 2B)의 부식 전위에 대해 저전위, 고전위 중 어떠한 재질이라도 좋다. 이 경우, 제1 표면 처리 금속재(1A)와 중간 금속재, 중간 금속재와 제2 표면 처리 금속재(1B)는 각각 제1 실시 형태에 관한 이재 접합체(6)로 간주할 수 있다.

다음에, 본 발명에 관한 표면 처리 금속재 및 이재 접합체에 대해 구체적 실시예를 들어 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정적으로 해석되는 것은 아니다.

<실시예>

[공시재의 제작]

하기 표 1, 표 2에 나타내는 바와 같이, 금속 모재의 소재로서, 냉연 강판, 각종 도금 강판, 각종 알루미늄재, 마그네슘 합금재, 아연 합금재의 판(두께 1.2 내지 3.0㎜)을 준비하였다. 그들 소재로부터 500×500㎜의 원판(原板)을 채취하여, 일부를 제외하고, 후술하는 바와 같이 침지법에 의해 표 1, 표 2에 나타낸 각종 물질로 이루어지는 방식층을 피복 형성한 표면 처리 금속재를 제조하고, 이것을 공시재로 하였다. 또한, 표 2에 있어서, 알루미늄재, 마그네슘 합금재 및 아연 합금재의 번호는, 각각 JISH4000 : 1999년, JISH4201 : 2005년 및 JISH5301 : 1990년으로 규정되어 있는 합금 번호를 나타낸다.

상기 방식층은 상기 원판을 아세톤 세정한 후, 각종 물질과 이온 교환수의 혼합액에 실온하에서 적당한 시간 침지하고, 끌어올려 건조시킴으로써 형성되었다. 혼합액에의 침지시에는, 첨가 물질이 균일하게 상기 원판에 부착되도록 혼합액을 마그네틱 교반기에 의해 교반하였다. 혼합액으로부터 원판을 끌어올려 건조 후, 침지 전후의 중량 증가량을 첨가 물질의 부착량으로 하였다. 표 1 및 표 2에는 단위 면적당의 부착량도 아울러 나타냈다. 이와 같이 하여 소정의 물질이 부착된 원판으로부터 150×70㎜의 시험재를 잘라내어, 하기의 부식 시험에 제공하였다. 마찬가지로, 방식층을 형성하지 않은 금속 모재에 대해서도, 동일 치수의 시험재를 제작하였다.

[부식 시험 방법]

표 1 및 표 2에 나타낸 시험재로부터 표 3의 조합이 되도록 2종을 선택하고, 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 부식 시험용 조립체의 시료를 준비하고, 이것을 이용하여 JASOM6091-91에 규정되어 있는 방법에 따라서 복합 사이클 부식 시험(CCT)을 행하였다.

상기 부식 시험용 조립체는, 이하의 요령으로 제작하였다. 우선, 한쪽의 시험재 A와 다른 쪽의 시험재 B의 양단부에 폭 30㎜, 길이 70㎜, 두께 0.3㎜의 테프론 시트(「테프론」은 등록 상표임)(11)를 끼우고, 방식층을 형성한 면끼리가 마주보도록 포개어, 도전성 테이프(12)에 의해 고정하고, 양 시험재의 도통을 확보하여 조립하였다. 다음에, 조립한 조립체에 대해, 시험재 A, B의 간극(13)을 제외하고, 다른 부분을 테프론 테이프 및 실리콘 실란트로 피복하였다.

부식 시험은 이하의 요령으로 행하였다. 상기 부식 시험용 조립체에 대해, 2시간의 염수 분무 과정, 그 후 4시간의 건조 과정, 그 후 2시간의 습윤 과정을 1사이클(합계 8시간)로 하여 30사이클 행하였다. 상기 염수 분무 과정에서는 온도 35℃에 있어서 5％NaCl 수용액을 조립체에 분무하여, 시험재 A, B의 간극(13)에 NaCl 용액이 침입하도록 하였다. 상기 건조 과정에서는 온도 60℃, 상대 습도 25％RH의 하에서 건조하였다. 상기 습윤 과정에서는 온도 50℃, 상대 습도 98％RH의 하에서 유지하였다. 각 과정간의 이행 시간은 10시간으로 하였다.

시료의 부식 시험용 조립체는 시험재의 조합마다 각각 3세트 준비되었다. 각 시료마다 부식 시험을 행하고, 시험 종료 후, 부식 시험용 조립체를 해체하고, 접촉에 의해 부식이 촉진되는, 금속 모재가 부식 전위가 낮은 측의 시험재(표 3의 시험재 B)의 쪽의 침식 깊이를 측정하였다. 그리고 3세트 중에서 가장 깊은 것을「최대 침식 깊이」로 하였다. 또한, 침식 깊이 측정 전에, 부식 생성물을 다음의 방법으로 제거하였다. 모재가 철강재인 것에 대해서는, 80℃로 가온한 10％ 구연산수소2암모늄 수용액 중에 침지하여, 부식 생성물을 제거하였다. 모재가 알루미늄재인 것에 대해서는, 실온의 20％ 질산 중에 침지하여 부식 생성물을 제거하였다. 모재가 마그네슘 합금재 및 아연 합금재인 것에 대해서는, 실온의 30％ 크롬산 수용액 중에 침지하여, 부식 생성물을 제거하였다.

[시험 결과]

복합 사이클 부식 시험의 결과, 얻어진 최대 침식 깊이를 표 3에 아울러 나타낸다. 표 3에는, 방식성의 평가 결과도 나타냈다. 방식성 평가는, 모재가 철강재와 알루미늄재를 조합한 시료(No.1 내지 33, 38 내지 55, 59 내지 63)에 대해서는 No.1의 최대 침식 깊이를 기준치로 하고, 또한 철강재와 마그네슘 합금재를 조합한 시료(No.34, 35) 혹은 철강재와 아연 합금재를 조합한 시료(No.36, 37)에 있어서는 No.34, No.36의 최대 침식 깊이를 기준치로 하고, 또한 알루미늄재와 알루미늄재를 조합한 시료(No.56 내지 58)에 대해서는 No.56의 최대 침식 깊이를 기준치로 하여, 각각 시료의 최대 깊이가 기준치의 4/5 이상에서는 불가(×), 3/5 이상, 4/5 미만에서는 불충분(△), 2/5 이상, 3/5 미만에서는 양호(○), 1/5 이상, 2/5 미만에서는 우수(◎), 1/5 미만에서는 매우 우수(◎◎)로 하였다.

표 3으로부터, 이하의 결과가 얻어졌다. 비교예에 관한 시료 No.1은, 모두 방식층을 갖지 않는 냉연 강판의 시험재(N1)와 Al-Mg-Si 합금판의 시험재(L5)의 조합이지만, 최대 침식 깊이 40㎛를 초과하는 침식이 L5측에 확인되었다. 또한 비교예에 관한 시료 No.2는, 모두 방식층을 갖지 않는 합금화 용융 아연 도금 강판의 시험재(N5)와 상기 L5의 조합이지만, 이 조합도 마찬가지로 깊이 40㎛를 초과하는 침식이 L5측에 확인되었다. 또한, 시료 No.3은 일반적으로 알려져 있는 방식제인 벤조트리아졸을 도포한 냉연 강판의 시험재(N7)와 상기 L5의 조합이고, 또한 No.4는 본 발명의 물질 부착량이 규정치에 충족되지 않는 시험재와 상기 L5의 조합이지만, 시료 No.3 및 No.4는 모두 L5측의 최대 침식 깊이는 약간 작아지지만, 내식성이 불충분하다.

이에 대해, 발명예에 관한 시료(No.5 내지 No.33)는, 모두 시험재 A로서 철강재에 방식층을 형성한 예이고, 모두 최대 침식 깊이는 시료 No.1이나 No.2의 경우에 비해 1/2 이하로 저하되어 있어, 유효한 방식 효과가 확인되었다.

또한, 시료 No.34 및 No.36은, 각각 방식층을 갖지 않는 합금화 용융 아연 도금 강판과 마그네슘 합금판 혹은 아연 합금판의 시험재를 조합한 경우이지만, 양자 모두 100㎛를 초과하는 침식이 확인되었다. 이에 대해, 합금화 용융 아연 도금 강판에 방식층을 형성시킨 시험재를 이용한 시료 No.35 및 No.37은, 마그네슘 합금판 및 아연 합금판의 최대 침식 깊이가 각각 No.34 혹은 No.36의 2/5 미만으로 저하되어 있어, 우수한 방식 효과가 확인되었다.

또한, 시료 No.39 내지 No.55는, 소정량의 방식층을 형성한 알루미늄재의 시험재와 방식층을 갖지 않는 철강재의 시험재를 접촉시킨 예이지만, 모두 알루미늄재의 최대 침식 깊이는 1/2 이하로 억제되었다. 또한, 시험재 A, B의 모재가 모두 알루미늄재의 시료 No.56 내지 No.58인 경우, 한쪽 혹은 양쪽을 방식층을 형성한 시험재로 함으로써, 우수한 방식 효과가 얻어졌다. 특히 모두 방식층을 구비한 시험재를 이용한 No.58에서는, 모두 방식층을 갖지 않는 No.56에 비해 최대 침식 깊이가 1/4 정도로 저하되었다. 마찬가지로, 모두 방식층을 형성한 시험재의 시료 No.59 내지 No.63은, 최대 침식 깊이가 시료 No.1이나 No.2의 1/5 미만으로 현저한 방식 효과가 확인되었다.

또한, 시험재 A로서 안식향산칼슘을 냉연 강판에 부착시킨 시료 No.5와 안식향산암모늄을 부착시킨 No.17의 비교로부터, 칼슘염보다도 암모늄염의 쪽이 최대 침식 깊이는 작고, 방식 효과는 큰 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 시험재 A로서 L-글루타민산칼슘을 냉연 강판에 부착시킨 시료 No.6과 L-글루타민산나트륨을 부착시킨 No.18의 비교로부터, 칼슘염보다도 나트륨염의 쪽이 최대 침식 깊이는 작고, 방식 효과는 큰 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 시험재 A로서 안식향산칼슘 혹은 안식향산마그네슘을 합금화 용융 아연 도금 강판에 부착시킨 시료 No.17 혹은 No.18보다도, 나트륨염 혹은 칼륨염을 합금화 용융 아연 도금 강판에 부착시킨 시료 No.24나 No.31의 쪽이 최대 침식 깊이는 작고, 방식 효과는 큰 것을 알 수 있다. 이들의 예로부터 명백한 바와 같이, 안식향산염 및 L-글루타민산염을 방식층으로서 형성하는 경우에는, 칼륨염, 나트륨염, 암모늄염이 바람직하다.

또한, 금속 모재로서 도금층이 피복된 강판을 이용하는 경우, 모재에 동일한 안식향산나트륨을 부착시킨 경우라도, 시험재 A가 용융 알루미늄 도금 강판인 시료 No.12에 비해, 시험재 A로서 용융 Zn-Al 도금 강판(Zn:45％)을 이용한 시료 No.30 혹은 합금화 용융 아연 도금 강판(Zn:90％)을 이용한 시료 No.24의 쪽이 최대 침식 깊이가 크게 억제되는 경향에 있어, 도금층에는 Zn이 40％ 이상 함유되는 것이 바람직한 것을 알 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 표면 처리 금속재는 모두 접촉 부식에 대한 방식 특성이 우수하고, 이종 금속과 접촉시킨 상태에서 이용되는 철강재 혹은 알루미늄재를 모재로 하는 표면 처리 금속재로서 적합하고, 그들을 이용한 이재 접합체에 대해서도 접촉 부식에 대한 방식 특성이 우수하다.

1 : 표면 처리 금속재
1A : 제1 표면 처리 금속재
1B : 제2 표면 처리 금속재
2, 2A, 2B : 금속 모재
3, 3A, 3B : 방식층
4 : 상대 금속재
6, 6A, 6B :이재 접합체

Claims

철강재보다도 부식 전위가 낮은 상대 금속재와 접합하기 위한 표면 처리 금속재이며,
상기 철강재로 형성된 금속 모재와, 상기 금속 모재의 표면에 형성된 방식층을 구비하고,
상기 방식층은 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 0.001 내지 1g/㎡ 포함하는, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
제1항에 있어서, 상기 방식층을 형성하는 안식향산염 혹은 글루타민산염이 칼륨염, 나트륨염 또는 암모늄염 중 어느 하나인, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
제1항에 있어서, 상기 금속 모재는, 적어도 한쪽의 표면에 Zn을 40질량％ 이상 함유하는 아연 함유 도금층이 피복된 아연 함유 도금 철강재이며, 상기 아연 함유 도금층의 부착량이 1 내지 150g/㎡가 되고, 상기 아연 함유 도금층 상에 상기 방식층이 형성된, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차 부재용의 소재로서 이용되는, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
순알루미늄재 혹은 알루미늄 합금재보다도 부식 전위가 높은 상대 금속재와 접합하기 위한 표면 처리 금속재이며,
상기 순알루미늄재 혹은 알루미늄 합금재로 형성된 금속 모재와, 상기 금속 모재의 표면에 형성된 방식층을 구비하고,
상기 방식층은 안식향산염, 글루타민산염, 아니시딘, 글리신, 퀴놀리놀로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 물질을 0.001 내지 1g/㎡ 포함하는, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
제5항에 있어서, 상기 방식층을 형성하는 안식향산염 혹은 글루타민산염이 칼륨염, 나트륨염 또는 암모늄염 중 어느 하나인, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
제5항 또는 제6항에 있어서, 자동차 부재용의 소재로서 이용되는, 이종 금속 접촉 부식에 대한 내식성이 우수한 표면 처리 금속재.
표면 처리 금속재와, 상기 표면 처리 금속재에 부분적으로 접합된 상대 금속재를 구비하고,
상기 표면 처리 금속재는 제1항에 기재된 표면 처리 금속재이고, 상기 상대 금속재는 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재보다도 부식 전위가 낮은 저전위적 금속재이고,
상기 표면 처리 금속재의 방식층측에 상기 상대 금속재가 인접하여 배치되고, 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상기 상대 금속재가 전기적으로 도통한 상태에서 접합된, 이재 접합체.
제8항에 있어서, 상기 저전위적 금속재가 순알루미늄재, 알루미늄 합금재, 마그네슘 합금재 또는 아연 합금재 중 어느 하나인, 이재 접합체.
표면 처리 금속재와, 상기 표면 처리 금속재에 부분적으로 접합된 상대 금속재를 구비하고,
상기 표면 처리 금속재는 제5항에 기재된 표면 처리 금속재이고, 상기 상대 금속재는 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재보다도 부식 전위가 높은 고전위적 금속재이고,
상기 표면 처리 금속재의 방식층측에 상기 상대 금속재가 인접하여 배치되고, 상기 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상기 상대 금속재가 전기적으로 도통한 상태에서 접합된, 이재 접합체.
제10항에 있어서, 상기 고전위적 금속재가 알루미늄 합금재 또는 철강재 중 어느 하나인, 이재 접합체.
제1 표면 처리 금속재와, 상기 제1 표면 처리 금속재에 부분적으로 접합된 제2 표면 처리 금속재를 구비하고,
상기 제1 표면 처리 금속재는 제1항에 기재된 표면 처리 금속재이고, 상기 제2 표면 처리 금속재는 제5항에 기재된 표면 처리 금속재이고,
상기 제1 표면 처리 금속재의 방식층측에 상기 제2 표면 처리 금속재의 방식층이 접촉 또는 대향하도록 인접하여 배치되고, 상기 제1 표면 처리 금속재의 금속 모재와 상기 제2 표면 처리 금속재의 금속 모재가 전기적으로 도통한 상태에서 접합된, 이재 접합체.
제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 자동차 부재용의 소재로서 이용되는, 이재 접합체.