KR20140085785A - 칼라강판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 칼라강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 건자재용이나 가전제품 등에 사용되는 칼라강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명에서는 도금된 소지강판 상에 일정 두께의 산화물층을 형성함으써 도금층과 산화물층의 간섭 현상에 의해 간섭색을 발현할 수 있는 칼라강판을 제조할 수 있다.

Description

칼라강판의 제조방법 {METHOD FOR MANUFACTURING COLORED STEEL SHEET}

본 발명은 칼라강판의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 건자재용이나 가전제품 등에 사용되는 칼라강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

강판은 강도가 우수하고 가공이 용이한 장점으로 건축자재 등에 많이 사용되고 있다. 그러나, 강판은 쉽게 부식된다는 문제점이 있어, 이를 보완하고자 강판 표면에 합금 도금처리나 도금 후 크롬산염처리 등을 통해 내식성을 향상시키고 있다. 이와 같은, 도금과 크롬산염처리를 거친 강판에 도장처리를 실시함으로써 강판의 내식성을 향상시킴과 동시에 도료가 갖는 다양한 색상을 이용하여 장식의 효과를 높여 사용하고 있다.

도료는 그 안료에 따라 다양한 색상을 만들어 내는 데에 유효하다. 그러나, 도료에는 중금속이나 휘발성 유기 화합물과 같은 환경 부하 물질을 더 포함하고 있어, 장시간 사용시 박리나 변색 등의 문제가 있다.

한편, 알루미늄이 도금된 강판 표면에 칼라를 구현하는 방법으로서, 양극산화에 의한 산화막 형성으로 칼라 알루미늄 소재를 제조하고 있다. 이 방법은 비교적 간단하고, 점차적인 기술의 발달로 안정적으로 제품을 공급하고 있지만, 단품 위주의 소형 부품이나 소 자재에 국한되어 적용된다는 단점이 있다. 특히, 연속공정과 대면적인 칼라 제품 생산에 한계가 있어, 양극산화 공정은 건축자재 등에 사용되는 알루미늄 도금강판과 같은 소재에 적용하기 어렵다는 문제가 있다.

본 발명은, 내식성이 우수하며, 대면적인 칼라강판의 제조가 가능한 칼라강판의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 도금된 소지강판을 이용하여 칼라강판을 제조하는 방법에 있어서,

상기 소지강판 표면의 산화물을 제거하는 단계; 및 상기 산화물이 제거된 소지강판을 산화성 분위기에서 가열하여 산화물층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 산화물층은 20~500nm의 평균두께를 갖는 칼라강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 형성되는 산화물층의 두께에 따라 서로 다른 색상을 갖는 칼라강판이 제조될 수 있으므로, 고객사에서 요구하는 바에 따른 색상을 갖는 칼라강판의 제조가 용이하다.

뿐만 아니라, 본 발명의 따른 칼라강판은 연속되는 공정에서 제조가 가능하므로, 대면적 제품의 생산이 가능하여 생산성 및 경제성이 우수하다는 장점을 갖는다.

도 1은 산화물층과 알루미늄 도금층의 간섭현상에 의해 간섭색이 발색되는 원리를 나타낸 것이다.

본 발명자들은, 종래의 양극산화 방법에 의한 칼라강판을 제조함에 있어서 대면적인 제품의 생산이 어려웠던 문제점을 인식하고, 이를 해결할 수 있는 방안에 대하여 면밀히 연구한 결과, 도금된 소지강판을 고온산화처리를 실시함에 따라 상기 소지강판의 도금층 표면에 산화물층을 형성할 경우, 형성된 산화물층의 두께에 따라 서로 다른 색상을 발현할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

즉, 본 발명자들은 박막에 의한 빛의 간섭에 의해 간섭색이 발현되는 원리를 이용하여 도금된 소지강판 상부에 박막과 같은 산화물층을 형성시킬 경우, 산화물층과 도금층의 간섭현상을 이용함으로써 강판에 색 발현을 용이하게 할 수 있음을 확인하였다.

간섭색이 보이는 원리는 박막에 의한 빛의 간섭현상에 따른 것인데, 박막의 표면에서 반사하는 빛과 박막을 투과하여 기지에서 반사하는 빛이 서로 간섭되면서 간섭색이 발색된다. 즉, 입사광이 표면으로부터 반사하여 가는 빛과 박막에 입사 및 반사하여 가는 빛과의 사이에서 경로차가 생기는데, 이러한 경로차에 의해 최표층부에 있는 박막에서 다양한 색의 간섭무늬 즉, 간섭색이 나타난다. 이러한 간섭색은 박막 내에서 여러 번 반사할수록 색이 짙어지므로, 박막의 두께 및 입사광의 각도에 따라 각각 다른 간섭색이 발색된다.

이와 같이, 간섭색을 발생시키는데 주요한 요소는 굴절율의 차, 파장의 차, 박막의 두께 등이 있으며, 박막이 너무 두꺼울 경우에는 경로차가 너무 커져 간섭색이 발색되지 않는다.

이하, 본 발명의 일 측면인 칼라강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 칼라강판의 제조방법은, 도금된 소지강판을 이용하여 상기 소지강판 표면의 산화물을 제거하는 단계; 및 상기 산화물이 제거된 소지강판을 산화성 분위기에서 가열하여 산화물층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 측면에서 제공하는 칼라강판의 제조방법에 있어서, 고온산화처리에 의해 산화물층을 형성하기 위한 소지강판은 통상의 연속공정에서 사용되는 어떠한 강판도 적용가능하나, 바람직하게는 금속도금된 강판, 보다 바람직하게는 알루미늄 도금강판을 이용할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 소지강판이 용융금속도금방식에 의해 제조되는 알루미늄 도금강판일 경우, 상기 용융금속도금방식은 중량%로, Si: 8.7~9.3%, Fe: 2.0~3.0%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물을 포함하는 용융알루미늄욕에 강판이 침지하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 도금된 소지강판의 준비가 완료되면, 상기 소지강판 표면의 산화물을 제거하는 단계를 거친다.

통상, 용융금속도금을 거쳐 제조된 도금 강판은 도금 등의 공정을 거치면서 강판 내부의 산화성 원소들 즉, Si나 Mn 등의 원소들이 강판 표층부로 확산되고, 이와 같이 확산된 원소들이 대기중의 산소와 반응하여 산화물을 형성하는데, 이러한 산화물은 균일하게 형성되는 것도 아닐 뿐더러, 충분한 산화물층으로도 형성되는 것이 아니므로 불균일한 색(간섭색)을 발생시킬 우려가 있으므로 제거됨이 바람직하다.

이때, 산화물의 제거는 강판 표면의 산화물을 제거하는 어떠한 방법도 가능하며, 예컨대 래핑(lapping) 등의 표면기계가공법을 이용하여 표면에 형성된 산화물을 제거할 수 있다.

이후, 표면의 산화물이 제거된 소지강판을 산화성 분위기에서 가열하여 산화물층을 형성시킨다.

본 발명에서 산화물이 제거된 소지강판 표면상에 산화물층을 형성시키는 것은 앞서 언급한 바와 같은, 박막에 의한 빛의 간섭현상에 따라 간섭색을 발색시키기 위한 목적에서 형성하는 것이다.

본 발명에서 목적하는 산화물층을 얻기 위해, 상기 산화물이 제거된 소지강판을 산화성 분위기속에서 고온 열처리를 실시함이 바람직하며, 보다 상세하게는 180~290℃의 연속 가열로에서 10~80분간 고온 처리함으로써 20~500nm의 평균두께를 갖는 산화물층을 형성시킬 수 있다.

연속 가열로에서의 고온 처리시, 180℃ 미만의 온도에서 실시하게 되면 충분한 산화물층의 형성에 소요되는 시간이 너무 길어져 생산성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 290℃를 초과하게 되면 너무 높은 온도에 의해 도금층에 열적 손상이 가해질 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

또한, 상기와 같은 온도범위로 유지되는 연속 가열로에서의 고온 처리 시간은 10~80분이 바람직한데, 이는 충분한 두께의 산화물층을 확보하기 위한 것으로서, 고온 처리 시간이 10분 미만이면 충분한 두께의 산화물층이 형성되지 못할 우려가 있으며, 반면 80분을 초과할 경우에는 앞에서도 언급한 바와 같이 너무 두꺼운 산화물층에 의해 경로차가 너무 커져 간섭색이 발색되지 않을 수 있으므로 바람직하지 못하다.

그리고, 산화성 분위기는 일반적인 대기중의 가스 조성일 수 있으며, 바람직하게는 75~25%의 질소, 25~75%의 산소 및 잔부 수소를 포함하여 이루어질 수 있다. 산소의 비율이 75%를 초과하게 되면 산화층의 두께가 너무 두꺼워지고, 불균일하게 되므로 반사되는 및 이 산란되어 색 발현이 안된다. 반면, 산소의 농도가 25% 미만이면 색 발현 시간이 길어지기 때문에 생산성이 저하되는 문제가 있다.

상술한 바에 따라, 산화물이 제거된 소지강판을 고온에서 처리함으로써 평균두께 20~500nm인 산화물층을 형성할 수 있으며, 이때 형성된 산화물층은 두께 범위에 따라 서로 다른 간섭색을 발색할 수 있다.

즉, 180~190℃에서 10~40분 동안 고온 처리를 실시하는 경우 20~500nm의 산화물층이 형성되며, 이때의 간섭색은 금색 계열의 색이 발색된다. 또한, 동일 온도에서 가열시간이 40분 이상으로 길어지면 100nm 정도의 산화물층이 형성되며, 이때의 간섭색은 자주, 보라색 계열의 색이 발색되며, 더 나아가 70~80분 동안 고온 처리를 실시하게 되면 150nm 정도의 산화물층이 형성되며, 이때의 간섭색은 청색 계열의 색이 발색된다.

한편, 온도가 더 증가하게 되면 자주, 보라색 계열 또는 청색 계열의 색이 발색되는 시간이 짧아지며, 270℃ 이상에서는 60분 정도만 가열하여도 청색 계열의 색이 발색된다.

따라서, 동일 온도에서 가열시간이 길어질수록 산화물층의 두께가 점점 두꺼워져 금색→자주→보라→청색→흑색 계열로 발색되는 색이 변하며, 고온에서는 단시간에 청색 또는 흑색 계열로의 발색을 나타낼 수 있다. 또한, 저온에서 장시간 유지하거나, 고온에서 단시간을 유지함으로써 동일 두께의 산화물층이 형성되면 발색되는 색도 동일하게 될 수 있다.

한편, 소지강판이 알루미늄 도금강판일 경우, 이를 이용하여 본 발명에 따른 칼라강판을 제조함에 있어서, 산화물층과 알루미늄 도금층에 의해 간섭색이 발색되는 현상은 도 1를 통하여 확인할 수 있다.

도 1에 보이는 바와 같이, 알루미늄 도금층(1) 위에 일정 두께의 산화물층(2)을 형성함으로써, 알루미늄 도금층(1)의 표면(3)에서 반사하는 빛(5)과 산화물층(2)의 표면(4)에서 반사하는 빛(6)에서 경로차가 발생하는 것을 확인할 수 있으며, 상기 두 반사하는 빛의 간섭현상에 의해 색이 발색되는 것이다. 이러한 경로차는 산화물층(2)의 두께에 따라 달라질 것이며, 이로 인해 산화물층(2)의 두께범위를 제어함으로써 목적하는 색상을 갖는 칼라강판을 제조할 수 있는 것이다.

이와 더불어, 도금된 소지강판 상에 형성된 산화물층은 모재와의 결합력이 우수하여 제조되는 칼라강판의 내식성을 우수하게 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명에 따른 칼라강판은 기존의 양극산화방식에 의해 제조된 칼라강판에 비해 대면적 제조가 가능하다는 장점을 갖는다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

가로 115mm, 세로 20mm의 알루미늄 도금강판의 산화물을 래핑(lapping)공정으로 제거한 후, 상기 산화물이 제거된 알루미늄 도금강판을 산화성 분위기(대기 분위기)의 연속 열처리 로에서 가열온도(180~290℃) 및 가열 처리 시간(10~80분)에 따른 간섭색 발색 변화를 측정하였다. 즉, 180, 190, 200, 210, 220, 230, 240, 250, 260, 270, 280 및 290℃의 온도에서 각각 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 및 80분간 고온 처리를 실시한 후 각각의 알루미늄 도금강판이 발색하는 색상을 육안으로 관찰한 후, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

시간→ ↓온도	10	20	30	40	50	60	70	80
180	금색	금색	금색	금색	짙은금색	고동색	고동색	자주색
190	금색	금색	짙은금색	짙은금색	고동색	자주색	자주색	자주색
200	금색	짙은금색	짙은금색	붉은청색	붉은청색	붉은청색	보라색	청색
210	짙은금색	짙은금색	고동색	고동색	자주색	보라색	청색	짙은 은청색
220	짙은금색	짙은금색	고동색	자주색	청색	청색	짙은 은청색	흑색
230	짙은 고동색	자주색	청색	청색	짙은 은청색	짙은 은청색	흑색	흑색
240	짙은 고동색	자주색	보라색	보라색	청색	청색	흑색	흑색
250	짙은 고동색	청색	청색	짙은 은청색	흑색	흑색	-	-
260	청색	짙은청색	흑색	-	-	-	-	-
270	청색	짙은청색	흑색	-	-	-	-	-
280	청색	짙은청색	흑색	-	-	-	-	-
290	청색	짙은청색	흑색	-	-	-	-	-

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 동일 온도에서 고온 처리 시간이 증가할수록 발색이 짙어지는 것을 확인할 수 있으며, 또한 동일 처리 시간에서 온도가 증가할수록 발색이 짙어지는 것을 확인할 수 있다.

1: 알루미늄 도금층
2: 산화물층
3: 알루미늄 도금층의 표면
4: 산화물층의 표면
5: 알루미늄 도금층의 표면에서 반사하는 빛
6: 산화물층의 표면에서 반사하는 빛

Claims (4)

1. 도금된 소지강판을 이용하여 칼라강판을 제조하는 방법에 있어서,
   상기 소지강판 표면의 산화물을 제거하는 단계; 및 상기 산화물이 제거된 소지강판을 산화성 분위기에서 가열하여 산화물층을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 산화물층은 20~500nm의 평균두께를 갖는 칼라강판의 제조방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 산화성 분위기는 75~25%의 질소, 25~75%의 산소 및 잔부 수소로 조성되는 칼라강판의 제조방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 산화물층을 형성하는 단계는 180~290℃의 연속 가열로에서 10~80분간 고온처리를 실시하는 칼라강판의 제조방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 도금된 소지강판은 알루미늄 도금강판인 칼라강판의 제조방법.

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