KR20140057227A - 도금 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강판 표면에 알루미늄 및 마그네슘층을 코팅한 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 도금 강판의 제조방법은 강판 위에 알루미늄층을 코팅하는 단계; 알루미늄층에 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및 알루미늄층 및 마그네슘층이 코팅된 강판을 열처리하여 알루미늄층과 강판의 계면에 알루미늄-철 합금층을 형성시키는 단계;를 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면 알루미늄과 철로 이루어지는 균일한 합금 코팅층을 형성함으로써, 강판과 코팅층 간의 밀착력을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명의 실시예들에 따르면 알루미늄과 철로 이루어지는 균일한 합금 코팅층을 형성함으로써, 내식성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

도금 강판 및 이의 제조방법{COATED STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 도금 강판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강판 표면에 알루미늄 및 마그네슘층을 코팅한 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

강판은 일반적으로 부식을 방지하기 위해 표면에 아연이나 알루미늄을 용융 도금 방법 또는 전기 도금 방법을 이용하여 단일층을 코팅하거나 아연과 알루미늄의 합금 또는 아연과 마그네슘의 합금을 코팅한다.

알루미늄과 알루미늄 합금을 강판에 도금할 때, 용융 도금 방법 또는 전기 도금 방법과 같은 방법으로 도금하는 경우 강판과 코팅층의 계면에 불균일한 합금층이 형성되는데 이러한 합금층은 알루미늄-실리콘-철 또는 알루미늄-철 등의 합금상을 갖는다. 이러한 합금상은 강판과 코팅층 간의 밀착력을 저하시켜 쉽게 박리가 일어나기 때문에 기계적인 특성뿐만 아니라 내식성을 저하시키는 원인이 된다.

또한 알루미늄과 마그네슘, 또는 이들의 합금 역시 강판의 부식을 방지하기 위한 보호막으로 이용하기 위해 강판 위에 코팅되는데, 용융 도금 방법, 전기 도금 방법으로 강판 위에 코팅하는 경우 도금되는 물질의 합금상을 제어하기 용이하지 않으며, 다양한 합금상이 코팅층 내에 존재하기 때문에 균일한 코팅층을 형성하기 어렵다는 문제점이 있었다.

본 발명의 일측면은 알루미늄과 철로 이루어지는 균일한 합금 코팅층을 형성할 수 있고, 강판과 코팅층 간의 밀착력이 우수한 도금 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 일측면은 내식성 및 기계적 특성이 우수한 도금 강판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 도금 강판의 제조방법은 강판 위에 알루미늄층을 코팅하는 단계; 알루미늄층에 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및 알루미늄층 및 마그네슘층이 코팅된 강판을 열처리하여 알루미늄층과 강판의 계면에 알루미늄-철 합금층을 형성시키는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따른 도금 강판의 제조방법에 있어서, 알루미늄층 및 마그네슘 층은 진공 상태에서 증착에 의해 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도금 강판의 제조방법에 있어서, 열처리는 450 ~ 550 ℃에서 행하는 것이 바람직하다.

여기서 열처리는 5 ~ 20분 동안 행하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도금 강판의 제조방법에 있어서, 알루미늄-철 합금층은 Al_5.6Fe₂를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 도금 강판은 상기의 제조방법들로 제조된다.

본 발명의 실시예들에 따르면 알루미늄과 철로 이루어지는 균일한 합금 코팅층을 형성함으로써, 강판과 코팅층 간의 밀착력을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예들에 따르면 알루미늄과 철로 이루어지는 균일한 합금 코팅층을 형성함으로써, 내식성 및 기계적 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1a, 1b 및 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판 제조방법을 순차적으로 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 X선 회절 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 부식특성 평가를 한 그래프이다

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 도금 강판 및 이의 제조방법 에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 상에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

도 1a, 1b 및 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판 제조방법을 순차적으로 나타내는 개념도이다.

도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판 제조방법은 알루미늄층(20)을 코팅하는 단계; 마그네슘층(30)을 코팅하는 단계; 및 알루미늄-철 합금층(40)을 형성시키는 단계를 포함한다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 강판(10) 위에 알루미늄(Al)층(20)을 코팅한다. 강판(10)은 예컨대 냉연 강판을 사용할 수 있으며, 강판(10) 표면 위에 묻어 있는 방청유와 같은 잔류 오일을 제거하는 탈지 공정을 거친 후, 알코올과 아세톤을 이용하여 강판(10)을 초음파 세척한다.

세척한 강판(10)을 진공 챔버에 장입하고 확산 펌프와 로터리 베인 펌프와 같은 진공 펌프를 이용하여 배기하여 진공 챔버 내부의 진공도를 대략 10^-6 torr에 이르도록 한다. 진공 배기를 한 후, 아르곤(Ar) 가스과 같은 비활성 가스를 진공 챔버 내부로 주입하여 진공도가 10^-2 torr에 이르면 직류 전압 약 800 V를 강판(10)에 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 강판 청정을 실시한다.

강판 청정 공정이 종료되면, 알루미늄을 강판(10) 표면 위로 증착시켜 알루미늄층(20)을 형성할 수 있는데, 진공 분위기하에서 용융 알루미늄을 증착시켜 강판에 코팅할 수 있다. 고체의 코팅 물질을 가열 증발시켜 기체상으로 변화시키고, 이를 강판상에 코팅(증착)하는 기술은 주로 가열방법에 따라 분류되는데, 예컨대 열 증착법(thermal evaporation), 전자빔 증착법(electron beam evaporation), 전자기 부양 증착법(electro-magnetic levitation evaporation) 등이 있다. 열 증착법은 코팅 물질을 가열 증발시켜 강판에 코팅하는 방법이고, 전자빔 증착법은 도가니 등에 고체의 코팅물질을 장입한 후 전자빔에 의해 코팅 물질을 국부적으로 가열함으로써 코팅물질을 증발시켜 강판에 코팅하는 방법이며, 전자기 부양 증착법은 코팅물질을 포위하는 전자기 코일에 고주파 교류전류의 인가시 발생되는 교류 전자기장을 통하여 코팅 물질을 부양 상태로 가열시킴으로써 도가니에 의한 열 손실을 없이 금속(코팅)증기를 발생시켜 기판에 증착 코팅하는 방법이다. 상기 증착 방법 중 하나를 선택하여 알루미늄층(20)을 증착할 수 있으나, 이는 증착방법의 일 예시일 뿐, 이에 의해 알루미늄을 증착하는 방법이 한정되는 것은 아니다.

알루미늄층(20)을 형성시킨 후, 도 1b에 도시된 바와 같이 알루미늄층(20) 위에 마그네슘(Mg)층(30)을 형성한다. 마그네슘층(30) 역시 알루미늄층(20)과 마찬가지로 진공 증착법을 이용하여 마그네슘을 알루미늄층(20) 표면 위에 형성시킬 수 있다.

알루미늄층(20)과 마그네슘층(30)을 차례로 코팅한 후, 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)이 코팅된 강판(10)을 열처리하여, 도 1c에 도시된 바와 같이 알루미늄-철 합금층(40)을 형성시킨다. 먼저, 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)이 코팅된 강판을 진공 챔버에서 꺼내어 열처리를 실시할 수 있는 가열로에 장입한다. 가열로에서 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)이 코팅된 강판(10)을 가열하여 소정 온도에서 열처리하면 초기에는 알루미늄-마그네슘 합금이 형성되다가, 계속적으로 일정시간 가열하면 알루미늄-마그네슘 합금이 분해되면서 알루미늄층의 알루미늄은 강판의 철(Fe) 원자와 합금을 이루게 되고, 알루미늄-철 합금층(40)이 형성된다. 알루미늄-철 합금층(40)은 알루미늄층(20)과 강판(10) 사이에 형성된다.

열처리는 450 ~ 550 ℃에서 행하는 것이 바람직한데, 열처리를 450 ℃ 미만의 온도에서 행하는 경우에는 알루미늄-마그네슘 합금이 분해되면서 알루미늄-철 합금이 형성되기 어려우며, 열처리를 550 ℃를 초과하는 온도에서 행하는 경우에는 알루미늄 또는 마그네슘이 녹아서 증발되기 때문이다. 또한 열처리는 상기 온도 범위 내에서 5 ~ 20분 동안 행하는 것이 바람직한데, 5분 미만으로 열처리하는 경우 알루미늄-마그네슘 합금이 분해되면서 알루미늄-철 합금이 형성되기 어려우며, 20분을 초과하는 경우에는 알루미늄-철 합금층(40)의 두께가 증가하여 알루미늄-철 합금층(40)과 강판(10)의 밀착성이 떨어지기 때문이다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 도금 강판은 종래의 용융 도금이나 전기 도금으로 코팅층을 형성하는 경우보다 균일하게 알루미늄-철 합금층을 형성되어 강판과 코팅층 간의 밀착력을 향상되며, 내식성 및 기계적 특성이 향상된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 X선 회절 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 도금 강판을 X선 회절장치를 이용하여 X선 회절 그래프를 얻었다. 여기에서는 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)을 각각 1.5 μm의 두께로 전자빔 증착기를 이용한 진공 증착을 통해 강판(10) 위에 형성시키고, 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)이 형성된 강판(10)을 450 ℃에서 10분간 열처리하였는데, 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐, 본 발명의 범위가 이것으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 도금 강판은 도 2에 도시된 바와 같이, 알루미늄층, 마그네슘층뿐 아니라 알루미늄-철 합금층이 형성된 것을 알 수 있다. 알루미늄-철 합금층은 Al_{5 .6}Fe₂를 포함하여 생성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 부식특성 평가를 한 그래프이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 의해 제조된 도금 강판의 내식성을 알아보기 위해 염무분수 시험을 통해 부식특성을 평가하였다.

도 3의 실시예는 진공에서 증착한 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)이 형성된 강판(10)을 450 ℃에서 10분간 열처리하였으며, 비교예는 진공에서 증착한 알루미늄층(20) 및 마그네슘층(30)이 형성된 강판(10)을 열처리하지 않았다. 도 3에 도시된 바와 같이 열처리를 하지 않은 비교예는 염수분무 후 192 시간이 경과하면 표면 전반에 걸쳐 부식되기 발생하였으나, 본 발명에 따른 실시예는 염수분무 후 192 시간이 경과시에는 일부 표면에만 부식이 시작되었고, 264 시간이 경과시에 표면에 전체적인 부식이 발생하였다. 따라서 본 발명에 따른 실시예에 따른 도금 강판이 내식성이 향상되었음을 알 수 있다.

본 실시예 및 본 명세서에 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 다양한 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.

10 : 강판
20 : 알루미늄층
30 : 마그네슘층
40 : 알루미늄-철 합금층

Claims (6)

1. 강판 위에 알루미늄층을 코팅하는 단계;
   상기 알루미늄층에 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및
   상기 알루미늄층 및 마그네슘층이 코팅된 강판을 열처리하여 알루미늄층과 강판 사이에 알루미늄-철 합금층을 형성시키는 단계; 를 포함하며,
   상기 알루미늄층은 진공 상태에서 증착에 의해 형성되는 도금 강판의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 마그네슘 층은 진공 상태에서 증착에 의해 형성되는 도금 강판의 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열처리는 450 ~ 550 ℃에서 행하는 도금 강판의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 열처리는 5 ~ 20분 동안 행하는 도금 강판의 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 알루미늄-철 합금층은 Al_{5 .6}Fe₂를 포함하는 도금 강판의 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 도금 강판.

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