KR20140085811A

KR20140085811A - 도금 강판 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140085811A
Application number: KR1020120155431A
Authority: KR
Inventors: 양지훈; 정재인; 김태엽; 정용화
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2014-07-08

Abstract

도금 강판 및 이의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 도금 강판의 제조 방법에 있어서, 진공용기 내부에 강판을 마련하는 단계; 상기 강판 위에 일정한 두께로 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및 상기 마그네슘층 위에 일정한 두께로 알루미늄층을 코팅하는 단계를 포함한다.

Description

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

본 발명은 도금 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강판 소재의 보호막으로 사용되는 마그네슘과 알루미늄 코팅층의 밀착력을 향상할 수 있도록 한 도금 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 철 소재 중 얇은 판 형태의 강판은 산업에 가장 많이 이용되는 소재이다. 강판은 기계적 특성이 뛰어나 자동차, 가전, 건축재 등 그 응용분야가 넓으며 사용량도 상당하다. 강판은 산소와의 반응성이 높아 쉽게 부식이 되기 때문에 산업에 적용하기 전 부식 방지를 위한 표면처리가 필수적이다.

강판의 부식을 방지하기 위해서 강판보다 산소와 반응성이 높은 금속을 강판 표면에 코팅함으로써 강판보다 코팅층이 먼저 산화되어 부동태를 형성하여 부식을 지연시키는 방법이 가장 대표적이며, 이의 대표적인 물질은 아연(Zn)이다. 강판의 부식을 방지하는 또 다른 방법으로는 치밀하고 표면에 산화막을 균일하게 형성하는 금속을 보호막으로 코팅하여 부식을 일으키는 부식물을 강판에 도달하지 못하도록 막는 방법이 있으며, 이의 대표적인 물질은 알루미늄(Al)이다.

또한, 강판의 부식을 방지하기 위해서 사용되는 아연과 알루미늄을 코팅하는 방법은 용융 도금이나 전기 도금 방법이 주로 사용되고 있다. 이러한 도금법은 공정이 용이하며 도금욕의 조성을 쉽게 제어할 수 있기 때문에 현재 대부분의 강판 표면처리에 이용되고 있다.

그러나, 제품에 대한 소비자의 요구 성능이 증가하면서 도금 강판의 내식성 향상이 요구되고 있으며 이러한 요구에 부응하기 위해서 제조업체는 아연의 도금 두께를 늘이고 있다. 아연의 도금량이 늘어나면 강판의 총 중량이 증가하기 때문에 이를 방지하기 위해서 고강도의 강판을 개발하여 도금 강판의 총 중량을 줄이기 위한 연구도 함께 진행되고 있다. 아연은 부존 자원량이 풍부하지 않은 대표적인 금속이기 때문에 아연의 사용량을 줄이거나 아연을 대체할 수 있는 소재 개발에 대한 연구도 진행되고 있다.

이에 따라, 진공 코팅을 이용하는 방식이 개발되고 있는데, 진공 코팅을 이용하여 알루미늄과 마그네슘을 강판에 코팅하여 보호막을 형성하면 보호막의 밀착력이 낮아 박리가 일어나는 단점이 있다. 마그네슘과 알루미늄 보호막의 밀착력을 높이기 위해서 진공 코팅 시 강판의 온도를 높여 공정을 수행한다. 일괄 공정(Batch Process)으로 수행하는 진공 코팅에서는 기판의 온도를 높이는 것이 큰 문제를 발생시키지 않지만 연속 공정(In-line Process)으로 수행하는 롤 대 롤(Roll-to-roll) 공정에서는 기판의 온도를 높이는 것이 용이하지 않다.

또한, 진공 코팅을 이용하여 강판에 알루미늄을 먼저 코팅하고, 그 알루미늄 위에 마그네슘을 코팅하는 보호막의 경우, 강판과의 밀착력이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 강판의 온도를 높이지 않은 상태에서 강판 소재의 보호막으로 사용되는 마그네슘과 알루미늄을 진공 코팅하여 밀착력이 우수하고 내부식 특성이 높은 도금 강판 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도금 강판의 제조 방법에 있어서,

진공용기 내부에 강판을 마련하는 단계;

상기 강판 위에 일정한 두께로 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및

상기 마그네슘층 위에 일정한 두께로 알루미늄층을 코팅하는 단계를 포함하는 도금 강판의 제조 방법이 제공될 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위 내 일 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상일 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층은 상기 진공용기내부를 10^-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅될 수 있다.

상기 도금 강판의 제조 방법에 의하여 제조되는 도금 강판이 제공될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 증착되는 마그네슘(Mg); 및

상기 마그네슘층 위에 일정한 두께로 증착되는 알루미늄(Al)층을 포함하는 도금 강판이 제공될 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위 내에 있을 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10^-6 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 증착될 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층이 적층된 도금 강판은 염수분무시험에서 고내부식 특성을 가질 수 있다.

상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층이 적층된 도금 강판은, T-벤딩(bending)의 밀착력 평가에서 우수한 밀착성을 가질 수 있다.

본 실시예에 따르면, 마그네슘과 알루미늄 코팅 순서와 최적의 코팅층 두께를 도출하여 강판 소재와 마그네슘-알루미늄 코팅층의 밀착력을 향상할 수 있다.

도 1a, 도 1b, 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 구조를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에서 사용되는 진공 코팅 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 주사전자현미경의 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 염수분무시험 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 t 벤딩(bending) 시험 결과이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.

이하에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는” 의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1a, 도 1b 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 구조를 나타낸 개략적인 구성도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 제조 방법은, 진공용기(100) 내부에서 강판(10) 위에 일정한 두께(T1)로 마그네슘(Mg)층(20)을 증착하는 단계; 및

상기 마그네슘층(20) 위에 일정한 두께(T2)로 알루미늄(Al)층(30)을 증착하는 단계를 포함한다.

도 1a에서는 상기 마그네슘층(20)의 두께(T1)와 상기 알루미늄층(30)의 두께(T2)가 동일한 경우를 도시하고 있다.

도 1b에서는 상기 마그네슘층(20)의 두께(T1)가 상기 알루미늄층(30)의 두께(T2)보다 큰 경우를 도시하고 있다.

도 1c에서는 상기 마그네슘층(20)의 두께(T1)가 상기 알루미늄층(30)의 두께(T2)보다 작은 경우를 도시하고 있다.

상기 마그네슘층(20)과 상기 알루미늄층(30)의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위내 일 수 있다.

상기 마그네슘층(20)과 상기 알루미늄층(30)의 총 두께는 1㎛ 이상 일 수 있다.

상기 마그네슘층(20)과 상기 알루미늄층(30)은 상기 진공용기(100) 내부를 10^-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 증착될 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 제조 방법에 의하여 제조된 도금 강판(10), 진공용기 내부의 강판(10) 위에 일정한 두께(T1)로 증착된 마그네슘(Mg)층(20); 및 상기 마그네슘층(20) 위에 일정한 두께(T2)로 증착된 알루미늄(Al)층(30)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 기판은 냉연 강판을 사용하였다. 냉연 강판은 보관이나 유통 중에 발생할 수 있는 부식을 방지하기 위해서 방청유가 도포되어 있기 때문에 방청유를 제거하기 위한 탈지 공정이 필요하다. 강판의 탈지는 계면활성제를 이용하여 강판을 세척한 후 물로 계면활성제를 제거하고 물을 질소 가스나 압축 공기로 건조하는 방법으로 이루어진다. 강판을 탈지한 후에는 알코올과 아세톤으로 초음파 세척하여 진공 코팅 장치에 장착한다.

도 2는 본 발명에서 마그네슘층과 알루미늄층을 강판에 증착하기 위해서 사용한 진공 증착 장치의 개략적인 구성도이다. 도 2의 구성도에는 도가니(400)가 한개만 표시되어 있지만 전자빔 뭉치(900)에 총 6개의 도가니를 장착할 수 있어 서로 다른 물질을 번갈아 증착할 수 있도록 되어 있다. 진공 증착 장치는 ~10^-5 torr까지 배기를 실시한다. 진공 배기 후, 예컨대, 아르콘 가스를 진공 용기(100) 내부로 주입하여 진공도가 1ⅹ10^-2 torr에 이르면 시편 홀더(800)에 약 800V의 직류 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 시편의 표면을 청정한다.

시편 청정이 완료되면 진공 용기(100)를 기본 압력인 ~10^-6 torr까지 배기한 후 전자빔 증착기(900)를 이용하여 마그네슘층과 알루미늄층을 차례로 강판(700)에 증착한다. 마그네슘층과 알루미늄층으로 구성된 보호막의 총 두께는 약 3 ㎛이다. 본 실시예에서는 마그네슘과 알루미늄을 증착하여 총 2층의 보호막을 형성하였으며, 각각의 마그네슘층과 알루미늄층의 두께는 약 1.5 ㎛로 동일하다. 증착팅이 완료된 시편은 주사전자현미경을 이용하여 총 두께와 마그네슘층 및 알루미늄층의 두께를 확인하였다. 도 2에서 미설명된 도면부호 200은 배기구를 지시하며, 300은 전자총을 지시하고, 500은 증발물질을 지시하며, 600은 증발물질 증기를 지시한다.

도 3은 2층으로 구성된 마그네슘층-알루미늄층의 주사전자현미경 사진이다. 도 3에 표시된 흰색 선은 마그네슘층과 알루미늄층의 계면을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 일정한 두께의 마그네슘층과 알루미늄층이 형성된 것을 확인할 수 있다.

마그네슘층과 알루미늄층이 증착된 강판은 염수분무시험을 이용하여 부식 특성을 평가하였다. 염수분무시험 조건은 ASTM B117 규격에 따라 NaCl 5%, 35℃에서 실시하였다. 염수분무시험 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 마그네슘층과 알루미늄층이 증착된 강판은 염수분무시험을 시작한 후 약 500 시간만에 적청이 발생하여 우수한 내부식 특성을 보이고 있다. 마그네슘층과 알루미늄층이 증착된 강판을 t 베딩(bending)으로 밀착력을 평가한 결과, 도 5와 같이 우수한 밀착력을 가지고 있는 것으로 나타났다.

10: 강판 20: 마그네슘층
30: 알루미늄층 100: 진공 용기
400: 도가니 800: 시편 홀더
900: 전자빔 뭉치

Claims

도금 강판의 제조 방법에 있어서,
진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 마그네슘(Mg)층을 증착하는 단계; 및
상기 마그네슘층 위에 일정한 두께로 알루미늄(Al)층을 증착하는 단계
를 포함하는 도금 강판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위 내에 있는 도금 강판의 제조 방법.
제2항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상인 도금 강판의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10^-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 증착되는 도금 강판의 제조 방법.
진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 증착되는 마그네슘(Mg); 및
상기 마그네슘층 위에 일정한 두께로 증착되는 알루미늄(Al)층
을 포함하는 도금 강판.
제5항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위 내에 있는 도금 강판.
제6항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상인 도금 강판.
제5항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10^-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 증착되는 도금 강판.
제5항 내지 제7항 중 어느 한에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층이 적층된 도금 강판은 염수분무시험에서 고내부식 특성을 갖는 도금 강판.
제9항에 있어서,
상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층이 적층된 도금 강판은, T-벤딩(bending)의 밀착력 평가에서 우수한 밀착성을 갖는 도금 강판.