KR20140087405A - 도금 강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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양지훈
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주식회사 포스코
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Abstract

도금 강판 및 이의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 도금 강판의 제조 방법에 있어서, 진공용기 내부에 강판을 마련하는 단계; 상기 강판 위에 제1 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및 상기 제1 마그네슘층 위에 제1 알루미늄층과 제2 마그네슘층을 순차적으로 코팅하는 단계를 포함한다.

Description

도금 강판 및 이의 제조 방법{COATED STEEL SHEET AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 진공 코팅을 이용한 도금 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강판 표면에 진공 코팅을 이용하여 마그네슘 및 알루미늄을 순차적으로 코팅하여 마그네슘층과 알루미늄층이 2개 이상의 계면을 형성한 코팅층이 코팅된 도금 강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 철은 부존자원이 풍부하고 뛰어난 물리적, 기계적인 특성을 가지고 있어서 가장 많이 사용되고 있는 소재 중 하나이다. 철은 산소와 반응성이 높기 때문에 산화가 쉽게 발생되는 단점을 가지고 있다. 철이 산화되면 기존에 가지고 있던 뛰어난 물성을 잃기 때문에 철의 산화를 방지하는 기술에 대한 연구는 오래전부터 많은 관심을 받고 있었다.
철의 산화를 방지하는 대표적인 방법은 철보다 산소와 반응성이 높은 금속을 보호막으로 철 표면에 코팅함으로써 보호막이 철 보다 먼저 산화되어 부동태를 형성하여 부식을 지연시키는 방법이 있으며, 이의 대표적인 물질은 아연(Zn)이다. 또한, 철의 부식을 방지하는 다른 방법으로는 치밀하고 표면에 산화막을 균일하게 형성하는 금속을 보호막으로 코팅하여 부식을 일으키는 부식물을 철에 도달하지 못하도록 막는 방법이 있으며, 이의 대표적인 물질은 알루미늄(Al)이다.
철 소재 중 가장 많이 이용되는 강판의 부식을 방지하기 위해서 사용되는 대표적인 물질인 아연과 알루미늄을 코팅하는 방법은 용융 도금이나 전기 도금 방법이 주로 사용된다. 이러한 도금 방법은 공정이 용이하며 도금욕의 조성을 쉽게 제어할 수 있기 때문에 현재 대부분의 강판 표면처리에 이용되고 있다. 아연이 도금된 강판은 주로 자동차, 건축, 가전 소재에 이용되며 알루미늄이 도금된 강판은 내열성이 우수하여 내열 소재로 많이 사용된다.
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 진공 코팅 방법을 이용하여 강판 소재의 보호막으로 사용되는 마그네슘과 알루미늄을 강판의 표면에 순차적으로 코팅하여 내부식 특성이 향상된 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 제1 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및
상기 제1 마그네슘층 위에 제1 알루미늄층과 제2 마그네슘층을 순차적으로 코팅하는 단계를 포함하는 도금 강판의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1 마그네슘층, 상기 제1 알루미늄층 및 상기 제2 마그네슘층이 형성하는 계면이 2 이상으로 구성될 수 있다.
상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
상기 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 코팅된 제1 마그네슘층; 및
상기 제1 마그네슘층 위에 일정한 두께로 순차적으로 코팅된 제1 알루미늄층, 및 제2 마그네슘층을 포함하는 도금 강판이 제공될 수 있다.
상기 제1 마그네슘층, 상기 제1 알루미늄층 및 상기 제2 마그네슘층이 형성하는 계면이 2 이상으로 구성될 수 있다.
상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
상기 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도금 강판의 제조 방법에 있어서,
진공용기 내부에 강판을 마련하는 단계;
상기 강판 위에 제1 마그네슘층과 제1 알루미늄층을 순차적으로 코팅하는 단계; 및
상기 제1 알루미늄층 위에 제2 마그네슘층과 제2 알루미늄층을 순차적으로 코팅하는 단계를 포함하는 도금 강판의 제조 방법이 제공될 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층이 형성하는 계면이 3 이상으로 구성될 수 있다.
상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
상기 제2 마그네슘층과 상기 제2 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 순차적으로 코팅된 제1 마그네슘층과 제1 알루미늄층; 및
상기 제1 알루미늄층 위에 일정한 두께로 순차적으로 코팅된 제2 마그네슘층과 제2 알루미늄층을 포함하는 도금 강판이 제공될 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층이 형성하는 계면이 3 이상으로 구성될 수 있다.
상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
상기 제2 마그네슘층과 상기 제2 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 강판의 표면에 마그네슘과 알루미늄이 3 층 이상으로 코팅되면 마그네슘의 희생방식과 알루미늄의 차단방식이 상호 보완적으로 작용하여 강판의 부식 속도를 늦추는 효과가 있다.
도 1a, 도 1b는 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.
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 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 구조를 나타낸 개략적인 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 제조 방법은, 진공용기(100) 내부에 강판(10)을 마련하는 단계;
상기 강판(10) 위에 일정한 두께(T1)로 제1 마그네슘층(20)을 코팅하는 단계;
상기 제1 마그네슘층(20) 위에 일정한 두께(T2)로 제1 알루미늄층(30)을 코팅하는 단계; 및
상기 제1 알루미늄층(30) 위에 일정한 두께(T3)로 제2 마그네슘층(40)을 코팅하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제2 마그네슘층(40) 위에 일정한 두께(T4)로 제2 알루미늄층(50)을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기에서는 상기 강판 위에 마그네슘층과 알루미늄층을 2개 순차적으로 코팅하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 2개 이상의 마그네슘층과 알루미늄층도 동일한 방식으로 순차적으로 코팅할 수 있다. 이 경우, 상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층이 형성하는 계면이 3 이상으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 강판 위에 마그네슘층을 먼저 코팅하고, 상기 마그네슘층 위에 알루미늄층과 마그네슘층을 순차적으로 코팅할 수 있다. 이 경우, 상기 마그네슘층과 상기 알루미늄층이 형성하는 계면이 2 이상으로 구성
도 1a에서는 상기 제1 마그네슘층(20)의 두께(T1), 상기 제2 알루미늄층(30)의 두께(T2), 상기 제2 마그네슘층(40)의 두께(T3), 상기 제2 알루미늄층(50)의 두께(T4)가 모두 동일한 경우를 도시하고 있다.
도 1b에서는 상기 제1 마그네슘층(20)의 두께(T1)와 상기 제2 알루미늄층(50)의 두께(T4)가 동일하고, 상기 제2 알루미늄층(30)의 두께(T2)와 상기 제2 마그네슘층(40)의 두께(T3)가 동일하며, 상기 제1 마그네슘층(20)의 두께(T1) 및 상기 제2 알루미늄층(50)의 두께(T4)는 상기 제2 알루미늄층(30)의 두께(T2) 및 상기 제2 마그네슘층(40)의 두께(T3)보다 큰 경우를 도시하고 있다.
상기 제1 마그네슘층(20)과 상기 제1 알루미늄층(30)의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위내 일 수 있다.
또한, 상기 제2 마그네슘층(40)과 상기 제2 알루미늄층(50)의 두께의 비는 각각 5:1 ~ 1:5의 범위내 일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층(20, 40)과 상기 제1, 제2 알루미늄층(30, 50)의 총 두께는 1㎛ 이상 일 수 있다.
상기 제1, 제2 마그네슘층(20, 40)과 상기 제1, 제2 알루미늄층(30, 50)은 상기 진공용기(100) 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금 강판의 제조 방법에 의하여 제조된 도금 강판(10)은, 상기 강판(10) 위에 일정한 두께(T1)로 코팅된 제1 마그네슘(Mg)층(20); 상기 제1 마그네슘층(20) 위에 일정한 두께(T2)로 코팅된 제1 알루미늄(Al)층(30); 상기 제1 알루미늄층(30) 위에 일정한 두께(T3)로 코팅된 제2 마그네슘층(40)을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 마그네슘층(40) 위에 일정한 두께(T4)로 코팅된 제2 알루미늄층(50)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 이루어졌다. 강판(700)을 탈지한 후에는 알코올과 아세톤으로 초음파 세척하여 진공 코팅 장치에 장착하였다.
도 2는 본 발명에서 마그네슘과 알루미늄을 강판에 코팅하기 위해서 사용한 진공 코팅 장치의 개념도를 도시한다. 도 2에는 도가니(400)가 하나만 도시되어 있지만 전자빔 뭉치(900)에 총 6개의 도가니를 장착할 수 있어 서로 다른 물질을 번갈아 코팅할 수 있도록 되어 있다. 진공 용기(100)는 ~10-5 torr까지 배기를 실시한다. 진공 배기 후, 아르곤 가스를 진공 용기 내부로 주입하여 진공도가 1ⅹ10-2 torr에 이르면 기판 홀더(800)에 약 800 V의 직류 전압을 인가하여 글로우 방전을 발생시켜 시편의 표면을 청정한다.
시편 청정이 완료되면 진공 용기(100)를 기본 압력인 ~10-5 torr까지 배기한 후 전자빔 증착기(900)를 이용하여 마그네슘과 알루미늄을 차례로 강판에 코팅한다. 마그네슘과 알루미늄으로 구성된 보호막의 총 두께는 약 3 ㎛이였다. 본 실시예에서는 마그네슘과 알루미늄을 2번 반복 코팅하여 총 4층의 보호막을 형성하였으며, 각각의 마그네슘과 알루미늄 코팅층의 두께는 약0.75 ㎛로 동일하였다. 코팅이 완료된 시편은 주사전자현미경을 이용하여 총 두께와 마그네슘 및 알루미늄층의 두께를 확인하였다. 도 2에서 미설명된 도면부호 200은 배기구를 지시하며, 300은 전자총을 지시하고, 500은 증발물질을 지시하며, 600은 증발물질 증기를 지시한다.
도 3은 총 4층으로 구성된 마그네슘-알루미늄 코팅층의 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.
마그네슘과 알루미늄이 코팅된 강판은 염수분무시험을 이용하여 부식 특성을 평가하였다. 염수분무시험 조건은 ASTM B117 규격에 따라 NaCl 5%, 35℃에서 실시하였다. 염수분무시험 결과, 도 4에 도시된 바와 같이 강판에 코팅된 보호막인 마그네슘과 알루미늄이 형성하는 계면이 2 이상인 경우 우수한 내부식 특성을 보이고 있다.
10: 강판 20: 제1 마그네슘층
30: 제1 알루미늄층 40: 제1 마그네슘층
50: 제2 알루미늄층 100: 진공 용기
400: 도가니 800: 시편 홀더
900: 전자빔 뭉치

Claims (20)

  1. 도금 강판의 제조 방법에 있어서,
    진공용기 내부에 강판을 마련하는 단계;
    상기 강판 위에 제1 마그네슘층을 코팅하는 단계; 및
    상기 제1 마그네슘층 위에 제1 알루미늄층과 제2 마그네슘층을 순차적으로 코팅하는 단계
    를 포함하는 도금 강판의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 마그네슘층, 상기 제1 알루미늄층 및 상기 제2 마그네슘층이 형성하는 계면이 2 이상으로 구성되는 도금 강판의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
    상기 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내인 도금 강판의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상인 도금 강판의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅되는 도금 강판의 제조 방법.
  6. 진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 코팅된 제1 마그네슘층; 및
    상기 제1 마그네슘층 위에 일정한 두께로 순차적으로 코팅된 제1 알루미늄층, 및 제2 마그네슘층
    을 포함하는 도금 강판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 마그네슘층, 상기 제1 알루미늄층 및 상기 제2 마그네슘층이 형성하는 계면이 2 이상으로 구성되는 도금 강판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
    상기 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내인 도금 강판.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상인 도금 강판.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅되는 도금 강판.
  11. 도금 강판의 제조 방법에 있어서,
    진공용기 내부에 강판을 마련하는 단계;
    상기 강판 위에 제1 마그네슘층과 제1 알루미늄층을 순차적으로 코팅하는 단계; 및
    상기 제1 알루미늄층 위에 제2 마그네슘층과 제2 알루미늄층을 순차적으로 코팅하는 단계
    를 포함하는 도금 강판의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층이 형성하는 계면이 3 이상으로 구성되는 도금 강판의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
    상기 제2 마그네슘층과 상기 제2 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내인 도금 강판의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상인 도금 강판의 제조 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅되는 도금 강판의 제조 방법.
  16. 진공용기 내부에서 강판 위에 일정한 두께로 순차적으로 코팅된 제1 마그네슘층과 제1 알루미늄층; 및
    상기 제1 알루미늄층 위에 일정한 두께로 순차적으로 코팅된 제2 마그네슘층과 제2 알루미늄층
    을 포함하는 도금 강판.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층이 형성하는 계면이 3 이상으로 구성되는 도금 강판.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 마그네슘층과 상기 제1 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내이고,
    상기 제2 마그네슘층과 상기 제2 알루미늄층의 두께의 비는 5:1 ~ 1:5의 범위 내인 도금 강판.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층의 총 두께는 1㎛ 이상인 도금 강판.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 제1, 제2 마그네슘층과 상기 제1, 제2 알루미늄층은 상기 진공용기 내부를 10-5 Torr 이하의 진공도로 배기하여 진공 코팅되는 도금 강판.
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