KR20140085669A

KR20140085669A - 고 마그네슘 함량의 알루미늄-마그네슘 코팅 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20140085669A
Application number: KR1020120153881A
Authority: KR
Inventors: 양지훈; 정재인; 김태엽; 정용화
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-08

Abstract

진공코팅을 이용하여 마그네슘 함량이 높은 알루미늄-마그네슘 코팅층이 형성된 강판에 관한 것으로서, 알루미늄-마그네슘 코팅층은 75 내지 85 중량%의 마그네슘, 잔부 알루미늄, 및 기타 불가피한 불순물로 구성되며, 강판을 열처리하여 알루미늄-마그네슘 코팅층에 Al₁₂Mg₁₇ 합금상이 형성된다.

Description

고 마그네슘 함량의 알루미늄-마그네슘 코팅 강판 및 그 제조 방법{AL-MG COATED STEEL SHEET OF HIGH MG CONTENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 마그네슘 함량이 높은 알루미늄-마그네슘 코팅 강판 및 그러한 강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 강판의 부식을 방지하기 위하여 진공코팅으로 형성된 고 마그네슘(75 중량% 이상)을 함유한 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판 및 그러한 강판의 제조방법에 관한 것이다.

철은 우수한 물리적 특성을 가지고 있어 자동차, 가전, 건축 등 다양한 산업분야에 이용되고 있는 소재이다. 그러나, 철은 산소 등과 반응하여 부식을 일으키기 쉽기 때문에 이러한 부식을 방지하기 위하여 보호막을 입히는 등 표면처리가 필수적으로 요구된다.

철은 판, 봉, 관 등의 다양한 형태로 가공되는데, 그 중 얇은 판 형태인 강판은 산업분야에 가장 많이 이용되는 형태의 철강제품 중 하나이다. 이러한 강판의 부식을 방지하기 위해서 가장 흔히 사용되는 방법은 철보다 산소와의 반응성이 높은 금속 보호막을 강판 표면에 코팅함으로써 그 보호막이 희생양극(sacrificial anode)으로 작용하여 강판의 부식을 지연시키는 방법이다.

이러한 강판의 코팅 시 사용되는 금속 중 대표적인 것은 아연과 알루미늄이며, 이러한 금속을 강판에 코팅하기 위하여 사용하는 방법에는 용융 도금, 전기 도금 등이 있다. 도금법은 그 공정이 용이하고 비용도 저렴하기 때문에 현재 대부분의 강판 표면처리 공정에 이용되고 있다.

아연 도금법을 이용하여 강판을 코팅하는 경우, 강판의 내식성을 향상하기 위하여 아연의 도금량을 증가시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 아연의 도금량을 증가시키기 위해서는 도금 속도를 낮추는 방법이 사용되는데, 이러한 방법은 생산성 저하라는 문제를 발생시킨다. 또한 아연 도금량의 증가는 필연적으로 도금된 강판의 중량 증가를 수반하기 때문에, 수송기계 등의 경우 중량 증가로 인한 연료소비 효율의 감소로 이어지게 된다. 거기다가 최근에는 아연의 부존자원이 급격하게 감소하고 있기 때문에 아연을 대체할 수 있는 재료의 발굴이 시급하다. 이러한 시도의 일환으로서 아연의 도금량은 증가시키지 않고 이종원소를 첨가하여 기존 아연도금 강판의 내식성을 향상시킬 수 있는 방법이 개발되고 있다. 이러한 이종원소로는 알루미늄, 마그네슘 등이 있다.

본 발명은 강판의 부식을 방지하기 위해서 사용되는 금속인 아연을 알루미늄-마그네슘으로 대체하여, 기존 아연도금 강판의 아연 도금층보다 얇은 두께를 가지면서도 동일 이상의 성능을 나타낼 수 있는 알루미늄-마그네슘 코팅 강판과 그러한 강판의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다. 알루미늄과 마그네슘은 희생양극으로 사용될 수 있으므로, 알루미늄-마그네슘의 조성을 적절히 조절함으로써, 우수한 내식성을 가지는 보호막을 구현할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅 강판은 75 내지 85 중량%의 마그네슘, 잔부 알루미늄, 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한다. 바람직하게는 알루미늄-마그네슘 코팅층의 마그네슘 함량은 약 82 중량%이다.

본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판은 열처리를 통하여 알루미늄-마그네슘 코팅층에 Al₁₂Mg₁₇ 합금상이 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅층은 예컨대, 진공코팅을 이용하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅층의 두께는 바람직하게는 0.5 내지 30 마이크로미터이다.

본 발명의 일실시예에 따른 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법은 75 내지 85 중량%의 마그네슘, 잔부 알루미늄, 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 코팅층을 강판에 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는 알루미늄-마그네슘 코팅층의 마그네슘 함량은 약 82 중량%이다.

본 발명의 일실시예에 따른 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법은 알루미늄-마그네슘 코팅이 형성된 강판을 열처리하여 상기 알루미늄-마그네슘 코팅층에 Al₁₂Mg₁₇ 합금상을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법은 예컨대, 진공코팅을 이용하여 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법은 바람직하게는 0.5 내지 30 마이크로미터 두께의 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성한다.

본 발명에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판은 기존 아연도금 강판의 아연 도금층보다 얇은 두께를 가지면서도 동일 이상의 내식성을 가질 수 있다. 75 내지 85 중량%의 마그네슘 함량을 가지는 알루미늄-마그네슘 코팅층을 강판 위에 코팅한 경우 우수한 내식성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한 이러한 알루미늄-마그네슘 코팅 강판을 열처리한 후 내식성을 평가하여 열처리 전/후 코팅 강판의 내식성을 비교하였다. 본 발명의 일실시에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅 강판이 열처리 후 내식성이 현저하게 향상된 것을 확인하였다.

도 1은 본 발명에 따른 일실시예에서 사용된 진공 코팅 장비를 도시하고 있다.
도 2는 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰한 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅 강판의 열처리 전/후 코팅층 단면을 도시하고 있다.
도 3은 GDLS 분석을 이용하여 열처리 전/후에 대하여 알루미늄-마그네슘 코팅층의 알루미늄-마그네슘 조성을 분석한 결과를 도시하고 있다.
도 4는 XRD 분석을 이용하여 열처리 전/후에 대하여 알루미늄-마그네슘 코팅층의 알루미늄-마그네슘 합금상 존재 여부를 분석한 결과를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅 강판에 대한 염수분무시험 결과를 도시하고 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1은 알루미늄-마그네슘을 강판에 코팅하기 위해서 사용하는 진공 코팅 장비의 개략도를 도시하고 있다. 본 발명의 일실시예에 따라 알루미늄-마그네슘을 강판 위에 코팅하기 위해서 예컨대 진공 코팅 방법을 이용할 수 있다. 이러한 진공 코팅 방법은 기존 도금법과 비교하면 공정 비용이 높지만 얇은 두께의 코팅층을 빠르게 제조할 수 있기 때문에 생산성에서는 경쟁력을 가질 수 있다.

도 1에서 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하기 위하여 스퍼터링이 사용된다. 알루미늄과 마그네슘을 증발시켜 기판(200) 상에 코팅층을 형성한다.

본 발명의 일실시예에 따라 알루미늄-마그네슘이 코팅되는 기판은 예컨대, 냉연 강판(200)이 사용될 수 있다. 이러한 냉연 강판(200)은 방청유가 도포되어 있기 때문에, 이를 제거하기 위한 탈지 공정이 필수적으로 요구된다. 강판(200)의 탈지 공정은 예컨대, 계면활성제를 이용하여 수행될 수 있다. 강판(200)을 탈지한 후에는 예컨대, 알코올과 아세톤으로 초음파 세척을 수행한 다음, 진공 코팅 장비에 장착한다. 그런 다음, 진공 용기(1) 내 압력이 대략 10^-5 torr 이하가 될 때까지 배기를 실시한다. 이러한 진공 배기 후, 아르곤 가스를 진공 용기(100) 내부로 주입하여 진공도가 1*10^-2 torr에 이르면 기판(7)에 약 800 V의 직류 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 시편의 표면을 청정할 수 있다. 시편 청정이 완료되면 진공 장비를 기본 압력인 대략 10^-5 torr가 될 때까지 배기한 후, 스퍼터 소스(300, 400)에 전류를 인가하여 플라즈마를 발생시켜 알루미늄 타겟(500)과 마그네슘 타겟(600)을 증발시키고, 증발물이 기판(200) 상에 코팅된다. 바람직하게는 알루미늄-마그네슘 보호막의 두께는 0.5 내지 30 마이크로미터이다. 또한, 알루미늄과 마그네슘의 증발율에 차이를 두어 알루미늄-마그네슘 조성을 변화시킬 수 있다.

도 2는 마그네슘 함량이 82.8 중량%인 알루미늄-마그네슘 코팅층 단면의 구조를 전자현미경을 이용하여 관찰한 것을 도시하고 있다. 코팅층의 열처리 전/후 변화된 단면의 미세구조를 관찰하였다. 열처리는 약 400℃에서 약 10분간 수행되었다.

도 2의 상단에 도시된 바와 같이, 열처리 전 코팅층에서는 주상(columnar) 구조가 관찰된다. 그러나, 도 2의 하단에 도시된 바와 같이, 열처리 후 코팅층은 알갱이(granular) 구조로 변화된 것을 알 수 있다.

도 3은 GDLS(Glow Discharge Light Spectroscopy) 분석을 이용하여 조사한 코팅층 깊이 방향의 알루미늄-마그네슘 조성 변화를 도시하고 있다. 그래프의 가로축은 코팅층의 깊이(단위는 마이크로미터)를 나타내며, 세로축은 해당 원소의 중량%를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열처리 전/후 코팅층의 조성변화는 거의 나타나지 않았다.

도 4는 XRD 분석(X-ray Diffraction Analysis)을 이용하여 알루미늄-마그네슘 코팅층에서 발견되는 알루미늄-마그네슘 합금상을 조사한 결과를 도시하고 있다. 도 4의 좌측 그래프는 열처리 전(NHT, non-heat treated) 코팅층에 대한 그래프이고, 우측 그래프는 400℃에서 10분간 열처리된 코팅층에 대한 그래프이다. 그래프의 가로축은 피크(peak)가 관찰되는 위치(단위는 도)이며, 세로축은 강도(intensity)를 나타내는데 단위는 노말라이즈된 임의의 단위(arbitrary unit; a.u.)이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 열처리 전/후 모두 알루미늄-마그네슘 합금상이 관찰된다. 이 경우 발견되는 합금상은 Al₁₂Mg₁₇이며, 마그네슘 피크의 우측(화살표로 표시)에 나타난다.

도 4에서 XRD 분석 결과를 세밀하게 검토한 결과, 코팅층을 열처리하면 XRD 피크의 반치폭(FWHM; Full Width at Half Maximum)이 감소하면서 선명한 피크가 나타나는 것을 알 수 있었다. 코팅층의 XRD 분석 그래프에서, 마그네슘 피크의 면적 대 Al₁₂Mg₁₇ 피크의 면적의 비율(Al₁₂Mg₁₇ 피크 면적/Mg 피크 면적), 즉 피크 강도 비율(Peak Intensity Ratio)을 계산해 보면, 열처리된 코팅층에 대하여 마그네슘 함량이 마그네슘 함량이 82.8 중량%인 경우 12.6%가 된다. 열처리된 알루미늄-마그네슘 코팅 강판의 피크 강도 비율이 8 내지 18%인 경우 우수한 내식성을 나타내는 것을 알 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 알루미늄-마그네슘 코팅 강판에 대하여 부식 특성을 평가하기 위하여 수행된 염수분무시험 결과를 도시하고 있다. 염수분무시험은 ASTM B117 규격에 따라 NaCl 5%, 35℃에서 실시하였다. 도 5의 그래프 가로축은 코팅층의 마그네슘 함량(단위는 중량%)을 나타내고, 세로축은 적청(red rust)이 발생하는 시간(단위는 시간)을 나타낸다. 사선으로 표시된 그래프는 열처리 전(non-heat treated) 시편에 대한 결과이고, 크로스 라인으로 표시된 그래프는 약 400℃에서 약 10분간 열처리한 시편에 대한 결과를 나타낸다. 그리고 평행선으로 표시된 그래프는 약 5.6 ㎛의 두께를 갖는 전기 아연도금 강판(EG40)의 염수분무 결과를 나타낸다. 다른 범위에서는 열처리 전/후에 알루미늄-마그네슘 코팅 강판의 내식성이 크게 변화하지 않았으나, 약 82 중량%인 경우에 열처리 후 내식성이 현저하게 향상되었다. 이러한 열처리 후 내식성이 현저히 향상되는 범위를 피크 강도 비율로 환산해 보면, 8 내지 18%가 된다. 아연의 도금 두께가 약 5.6 ㎛인 전기 도금 강판은 염수분무시험 결과 약 50시간만에 적청이 발생하였다. 마그네슘 함량이 82 중량%인 알루미늄-마그네슘이 코팅된 강판은 전기 아연 도금 강판(EG40)의 내식성을 비교하면 약 6배 이상의 내식성 향상을 보였다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 진공 용기 200 : 기판
300 : 스퍼터링 소스 400 : 스퍼터링 소스
500 : 마그네슘 타겟 600 : 알루미늄 타겟

Claims

알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판으로서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층은, 75 내지 85 중량%의 마그네슘, 잔부 알루미늄, 및 기타 불가피한 불순물로 구성된,
알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.
제1 항에 있어서,
상기 마그네슘의 함량이 82 중량%인, 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 강판을 열처리하여 상기 알루미늄-마그네슘 코팅층에 Al₁₂Mg₁₇ 합금상이 형성된, 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층은 진공코팅을 이용하여 형성된, 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층의 두께가 0.5 내지 30 마이크로미터인, 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.
제3 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층은 진공코팅을 이용하여 형성되고,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층의 두께가 0.5 내지 30 마이크로미터인,
알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.
강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법으로서,
75 내지 85 중량%의 마그네슘, 잔부 알루미늄, 및 기타 불가피한 불순물로 구성된 코팅층을 강판에 형성하는 단계
를 포함하는,
강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법.
제7 항에 있어서,
상기 마그네슘의 함량이 82 중량%인, 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법.
제7 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅이 형성된 강판을 열처리하여 상기 알루미늄-마그네슘 코팅층에 Al₁₂Mg₁₇ 합금상을 형성하는 단계를 더 포함하는, 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법.
제7 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층은 진공코팅을 이용하여 형성된, 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법.
제7 항 또는 제8 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층의 두께가 0.5 내지 30 마이크로미터인, 강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법.
제9 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층은 진공코팅을 이용하여 형성되고,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층의 두께가 0.5 내지 30 마이크로미터인,
강판에 알루미늄-마그네슘 코팅층을 형성하는 방법.
제3 항에 있어서,
상기 알루미늄-마그네슘 코팅층의 XRD 분석 그래프에서 피크 강도 비율이 8 내지 18%이며, 상기 피크 강도 비율은 (Al₁₂Mg₁₇ 피크의 면적)/(마그네슘 피크의 면적)으로 정의되는, 알루미늄-마그네슘 코팅층을 구비한 강판.