KR20160083045A - 핫-스탬프 성형품의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 핫-스탬프 성형품의 제조 방법은, 아연 도금층(12)이 형성되어 있는 아연 도금 강판(1)을 가열하고, 상기 가열된 아연 도금 강판(1)을 핫 스탬핑에 의해 성형하는 성형 공정; 상기 성형 공정 후, 상기 아연 도금층(12)의 표면에 형성된 산화막(13)을 레이저광으로 조사하여 상기 산화막(13)을 제거하는 제거 공정; 및 상기 제거 공정 후, 핫 스탬핑에 의해 성형된 상기 아연 도금 강판(1)에 코팅 처리를 행하는 코팅 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 코팅 처리가 적합하게 행하여질 수 있는 핫 스탬핑(hot stamping)에 의해 성형된 핫-스탬프 성형품(hot-stamped article)의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차 업계에서는, 고장력 강판(high tensile strength steel sheet)이 충돌 안전성의 개선과 연비 향상을 위한 차량의 경량화를 위해 흔히 사용되어 왔다. 하지만, 사용될 강재(steel)의 강도가 증가하면, 강판의 골링(galling) 또는 파단(rupture)이 프레스-성형(press-forming) 시에 발생할 수도 있고, 또는 성형된 성형품의 형상이 스프링-백(spring-back) 현상으로 인하여 불안정하게 될 수도 있다.
고강도 성형품을 제조하는 기술로서, 고강도 강판이 단순히 프레스되는(냉간 프레싱) 것이 아니라, 가열 상태와 같은 저강도 상태에서 프레스-성형되는 열간 프레스-성형(핫 스탬핑)이 채택된다.
핫 스탬핑에 있어서는, 연화(soften)가 되도록 800℃ 이상의 오스테나이트 변환(austenite transformation) 온도 범위까지 가열되는 상태에서 강판이 프레스된다. 이와 동시에, 상기 강판의 ?칭(quenching)이 금형(die)들과의 접촉에 의해 얻어지는 냉각 효과(접촉 냉각)에 의해 강화된다. 그 결과, 프레스된 성형품의 강도가 향상되고 그 잔류 응력이 감소되기 때문에, 고장력 강판의 문제점들인 자연 균열(season cracking), 지연 파괴(delayed fracture) 등의 감수성도 저하된다.
하지만, 합금화 용융 아연 도금 강판(galvannealed steel sheet)은, 강도, 용접성, 코팅성 등에서 우수하므로, 차체용 강판으로서 사용된다. 이러한 합금화 용융 아연 도금 강판이 사용되는 경우, 코팅 처리는 그 표면 상에 행하여진다.
이러한 코팅 처리에 있어서는, 예를 들어 인산염 처리(phosphating)가 표면 처리로서 행하여지고, 코팅막이 인산염 결정막(phosphate crystal film)에 형성된다. 인산염 처리를 행하기 위해서는, 코팅막의 접착성(adhesion)과 내식성(corrosion resistance)과 같은 우수한 코팅 성능을 확보하는 관점들에서 볼 때, 우수한 인산염 결정막을 형성하는 것이 중요하다. 특히, 합금화 용융 아연 도금 강판은, 인산염 처리 용액과 반응성이 높은 Zn-Fe 합금으로 형성되어 있고, 불순물 등을 실질적으로 함유하고 있지 않다. 따라서, 우수한 인산염 결정막이 형성될 수 있다.
하지만, 이러한 경우에도, 핫 스탬핑이 통상적으로 대기(atmosphere)에서 행하여지기 때문에, 상기 강판의 표면에 산화물이 형성된다. 이러한 산화물은 아연계 산화막으로서 형성된다. 이러한 산화막이 형성되는 경우에는, 코팅막의 접착성(특히, 인산염 결정막의 접착성)이 저하될 수도 있다.
이러한 관점에서 볼 때, 예를 들어 핫-스탬프 성형품의 제조 방법이 개시되어 있는데, 상기 방법은, 아연 도금층(galvanized layer)이 형성되어 있는 아연 도금 강판에 열간 프레스-성형(핫 스탬핑)을 행하는 열간 프레스-성형 공정; 및 가열 처리를 통해 상기 아연 도금 강판의 표면에 형성되는 상기 아연 도금층의 산화아연층을, 숏 블라스팅(shot blasting)에 의해 제거하는 산화아연층 제거 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다(예를 들어, 일본특허출원공보 제2012-25977호(JP 2012-25977 A) 참조).
이러한 방식으로, 코팅막의 접착성이 산화아연층(산화막)을 제거하여 향상될 수 있다. 하지만, 본 발명의 발명자들에 의한 후술하는 실험에 따르면, 상술된 숏-블라스팅이 산화막을 제거하기 위해 행하여지는 경우에도, 상기 산화막의 일부가 크러싱되어(crushed) 강판에 남게되는 경우가 있을 수도 있다. 그 결과, 코팅막의 접착성이 불충분하게 될 수도 있다. 또한, 도금막의 일부가 벗겨질 수도 있고, 상기 도금막의 방식 처리(corrosion protection) 성능이 저하될 수도 있다. 또한, 압축 잔류 응력이 숏 입자(shot particle)들 간의 충돌에 의해 제품에 인가되는데, 이는 상기 제품을 변형시킬 수도 있다.
본 발명은 산화막을 효율적으로 제거하여 코팅막의 접착성이 향상될 수 있는 핫-스탬프 성형품의 제조 방법을 제공한다.
여기서, 철저한 조사의 결과로서, 본 발명의 발명자들은 코팅막의 접착성이 저하되는 원인을 하기와 같이 밝혀냈다. 구체적으로는, 아연 도금 강판으로부터 핫-스탬프 성형품을 제조하기 위하여, 모재(base material)인 강재의 오스테나이트 변환 온도 범위(800℃ 이상)까지 가열된 후에 상기 아연 도금 강판이 성형된다. 이 때, 도 9a에 예시된 바와 같이, 산화막(93)은 아연 도금 강판(9)의 아연 도금층(92)의 표면에 형성된다.
다음으로, 도 9b에 예시된 바와 같이, 성형 후에 냉각되는 상기 아연 도금 강판(9)에 있어서는, 산화막(93)과 아연 도금층(92) 간의 체적 팽창 계수(cubical expansion coefficient)의 차이로 인하여, 상기 산화막(93)과 상기 아연 도금층(92) 사이에 간극(C)이 형성된다.
여기서는, 특히, 화성 처리(chemical conversion treatment)가 행하여지는 경우, 결정화된 화성 처리막(chemical conversion film; 94)이 상기 산화막(93)의 표면에 형성된다. 하지만, 상기 화성 처리막(94)을 구성하고 있는 결정들의 부착량(deposition amount)은, 상기 산화막(93)이 형성되지 않는 경우에 비해 감소한다. 갈바륨(Galvalume) 강판과 같은 합금화 용융 아연 도금 강판이 사용되는 경우에는, Al 산화물이 산화막에 형성되는데, 이는 상술된 결정들의 부착량의 감소와 코팅막의 접착성의 저하를 야기한다.
다음으로, 도 9b에 예시된 바와 같이, 코팅막(95)이 전착 코팅(electrodeposition coating) 등에 의해 추가로 형성되는 경우에도, 접착력이 상기 산화막(93)과 상기 코팅막(95) 간에 유지되지만, 상기 간극(C)은 상기 산화막(93)과 상기 아연 도금층(92) 사이에 여전히 존재한다.
다음으로, 사용 환경에 있어서는, 도 9c에 예시된 바와 같이, 염분을 함유하고 있는 물(W) 등이 상기 산화막(93)을 투과하여, 상기 산화막(93)과 상기 아연 도금층(92) 사이의 간극(C) 안으로 침투한다. 그 결과, 이러한 공간에서 부식이 진전된다. 또한, 상기 간극(C) 주변의 영역이 알칼리화되고, 상기 코팅막의 박리(peeling)가 상기 간극(C)으로부터 전파된다.
이러한 점을 고려하면, 상기 아연 도금층과의 사이에 간극이 형성되어 있는 산화막을 확실하게 제거하는 것이 바람직하고, 상기 산화막을 제거하기 위한 수단으로서, 본 발명의 발명자들은 레이저 가열에 의해 상기 산화막을 승화(sublimating)시키는 기술에 주목하였다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 핫-스탬프 성형품의 제조 방법이 제공되는데, 상기 방법은, 아연 도금층이 형성되어 있는 아연 도금 강판을 가열하고, 상기 가열된 아연 도금 강판을 핫 스탬핑에 의해 성형하는 성형 공정; 상기 성형 공정 후, 상기 아연 도금층의 표면에 형성된 산화막을 레이저광으로 조사(irradiating)하여, 상기 산화막을 제거하는 제거 공정; 및 상기 제거 공정 후, 핫 스탬핑에 의해 성형된 상기 아연 도금 강판에 코팅 처리를 행하는 코팅 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 형태에 따르면, 상기 아연 도금 강판이 핫 스탬핑에 의해 성형되는 경우에, 상기 아연 도금 강판의 표면에 형성되어 있는 산화막은, 레이저광에 의해 승화(기화)된다. 그러므로, 상기 산화막이 상기 아연 도금 강판의 표면으로부터 보다 효율적으로 제거될 수 있다. 특히, 레이저광에 의해 간극 위로 부양되는 부분의 산화막에 대해 열이 급속하게 입력된다. 그러므로, 상기 산화막이 용이하게 제거될 수 있다.
그 결과, 핫 스탬핑 시에, 상기 산화막과 상기 아연 도금층 간의 체적 팽창 계수의 차이로 인하여, 계면(interface)이 박리되고 또한 상기 간극들이 형성되는 경우에도, 상기 간극들의 형성에 원인이 되는 상기 산화막을 레이저광으로 제거함으로써, 상기 간극들이 제거될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 형태에 따르면, 상기 산화막은, 레이저광의 조사에 의해 기화(승화)되므로, 숏 블라스팅 또는 기계적 폴리싱에 의한 산화막 제거와는 달리 크러싱이 되지 않으면서도 균일하게 제거될 수 있게 된다. 또한, 상기 산화막은 레이저광에 의해 제거되기 때문에, 상기 아연 도금 강판의 표면이 급속하게 가열 및 냉각된다. 이에 따라, 상기 아연 도금 강판의 모재 상에서의 상기 레이저광의 영향이 최소화될 수 있다.
상기 코팅 공정에 있어서, 인산염 화성 처리는 상기 산화막이 제거되는 상기 아연 도금층의 표면에서 행하여질 수도 있고, 상기 인산염 화성 처리가 행하여지는 표면 상에 코팅막이 형성될 수도 있다. 그 결과, 상기 산화막이 레이저광의 조사에 의해 제거되기 때문에, 상기 아연 도금층 상에서의, 상기 화성 처리막을 구성하는 인산염 결정들의 부착량이 증가될 수 있다.
본 발명에 따르면, 코팅막의 접착성이 산화막을 효율적으로 제거함으로써 향상될 수 있다.
이하, 본 발명의 예시적인 실시예들의 특징, 장점, 그리고 기술적 및 산업적 현저성을, 동일한 부호들이 동일한 요소들을 나타내는 첨부 도면들을 참조하여 후술하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫-스탬프 성형품의 제조 방법을 예시하는 도면;
도 2a는 도 1의 프로세스(Process) b인 성형 공정 후의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도;
도 2b는 도 1의 프로세스 e인 산화막 제거 공정에서의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도;
도 2c는 도 1의 프로세스 f인 코팅 공정 이후의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도;
도 3은 핫 스탬핑 후(가열 후)의 제1실시예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 4는 산화막이 제거되기 전후의 제1실시예에 따른 아연 도금 강판의 표면을 예시하고 있는 이미지;
도 5a는 산화막이 제거되기 전의 원소 분석의 결과들을 예시한 그래프;
도 5b는 산화막이 제거된 후의 원소 분석의 결과들을 예시한 그래프;
도 6a는 산화막이 제거되기 전의 단면 이미지;
도 6b는 산화막이 제거된 후의 단면 이미지;
도 7은 산화막이 제거되기 전후의 아연 도금 강판의 비커스 경도(Vickers hardness)를 측정하는 결과들을 예시한 그래프;
도 8a는 산화막이 제거된 후의 제1비교예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 8b는 제2비교예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 8c는 제3비교예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 9a는 종래의 핫-스탬프 성형품의 제조 방법에 있어서 핫 스탬핑에 의한 성형 공정을 예시한 도면;
도 9b는 종래의 핫-스탬프 성형품의 제조 방법에 있어서 코팅 공정을 예시한 도면; 및
도 9c는 종래의 핫-스탬프 성형품의 제조 방법에 있어서 코팅 공정 이후의 아연 도금 강판의 상태를 예시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫-스탬프 성형품의 제조 방법을 예시하는 도면;
도 2a는 도 1의 프로세스(Process) b인 성형 공정 후의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도;
도 2b는 도 1의 프로세스 e인 산화막 제거 공정에서의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도;
도 2c는 도 1의 프로세스 f인 코팅 공정 이후의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도;
도 3은 핫 스탬핑 후(가열 후)의 제1실시예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 4는 산화막이 제거되기 전후의 제1실시예에 따른 아연 도금 강판의 표면을 예시하고 있는 이미지;
도 5a는 산화막이 제거되기 전의 원소 분석의 결과들을 예시한 그래프;
도 5b는 산화막이 제거된 후의 원소 분석의 결과들을 예시한 그래프;
도 6a는 산화막이 제거되기 전의 단면 이미지;
도 6b는 산화막이 제거된 후의 단면 이미지;
도 7은 산화막이 제거되기 전후의 아연 도금 강판의 비커스 경도(Vickers hardness)를 측정하는 결과들을 예시한 그래프;
도 8a는 산화막이 제거된 후의 제1비교예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 8b는 제2비교예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 8c는 제3비교예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지;
도 9a는 종래의 핫-스탬프 성형품의 제조 방법에 있어서 핫 스탬핑에 의한 성형 공정을 예시한 도면;
도 9b는 종래의 핫-스탬프 성형품의 제조 방법에 있어서 코팅 공정을 예시한 도면; 및
도 9c는 종래의 핫-스탬프 성형품의 제조 방법에 있어서 코팅 공정 이후의 아연 도금 강판의 상태를 예시한 도면이다.
이하, 본 발명을 도면들을 참조하여 일 실시예를 토대로 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫-스탬프 성형품의 제조 방법을 예시하는 도면이고, 여기서 프로세스 a는 아연 도금 강판인 소재를 준비하는 공정이고, 프로세스 b는 아연 도금 강판을 시트로 컷팅하는 공정이며, 프로세스 c는 아연 도금 강판을 가열하는 공정이고, 프로세스 d는 성형 공정이며, 프로세스 e는 산화막 제거 공정이고, 프로세스 f는 코팅 공정이다.
도 2a는 도 1의 프로세스 b인 성형 공정 후의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도이고, 도 2b는 도 1의 프로세스 e인 산화막 제거 공정에서의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도이며, 도 2c는 도 1의 프로세스 f인 코팅 공정 후의 아연 도금 강판을 예시하고 있는 개략적인 단면도이다.
도 1의 프로세스 a에 예시된 바와 같이, 우선 아연 도금층이 보론 강판과 같은 강판에 형성되어 있는 아연 도금 강판으로 이루어지는 코일 소재(10)가 준비된다. 아연 도금 강판(1)으로서, 예를 들면 용융(hot dip) 아연 도금 강판 또는 전기(electrolytic) 아연 도금 강판이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 용융 아연 도금 강판으로서, 갈바륨 강판을 포함하는 용융 알루미늄-아연 합금 도금 강판과 같은 합금화 용융 아연 도금 강판이 사용될 수 있다.
도 1의 프로세스 b에 예시된 바와 같이, 시트형 아연 도금 강판(1)은 상기 코일 소재(10)로부터 컷팅된다. 다음으로, 도 1의 프로세스 c에 예시된 바와 같이, 상기 아연 도금 강판(1)은 오스테나이트 변환 온도 범위(800℃ 이상)까지 가열된다.
다음으로, 도 1의 프로세스 d에 예시된 바와 같이, 상기 가열된 아연 도금 강판(1)은, 상부 금형(41) 및 하부 금형(42)을 포함하는 성형 장치(4)를 사용하여 핫 스탬핑에 의해 성형된다(성형 공정). 상기 핫 스탬핑 시, 상기 아연 도금 강판(1)은, 연화되고 있는 상태에서 상기 성형 장치(4)를 사용하여 프레스된다. 이와 동시에, 상기 아연 도금 강판(1)의 ?칭은, 상기 상부 금형(41) 및 상기 하부 금형(42)과의 접촉에 의해 얻어지는 냉각 효과(접촉 냉각)에 의해 강화될 수 있다.
이 때, 도 2a에 예시된 바와 같이, 산화막(13)은 대기에서 가열된 상기 아연 도금층(12)의 표면 상에 형성된다. 성형 이후에 냉각되는 상기 아연 도금 강판(1)에 있어서, 상기 산화막(13)과 상기 아연 도금층(12) 간의 체적 팽창 계수의 차이로 인하여, 상술된 간극(C)이 상기 산화막(13)과 상기 아연 도금층(12) 사이에 형성된다.
그러므로, 도 1의 프로세스 e 및 도 2b에 예시된 바와 같이, 상기 아연 도금 강판(1) 상에서 후술하는 코팅 처리를 행하기 전에, 상기 성형 공정에 있어서 상기 아연 도금층(12)의 표면에 형성된 상기 산화막(13)이 레이저광(5)으로 조사되어, 상기 산화막(13)을 제거하게 된다.
이에 따라, 상기 아연 도금 강판(1)이 핫 스탬핑에 의해 성형될 때에 상기 아연 도금층(12)의 표면에 형성되는 상기 산화막(13)은, 레이저광에 의해 승화(기화)된다. 그러므로, 상기 산화막(13)이 상기 아연 도금 강판(1)의 표면으로부터 보다 효율적으로 제거될 수 있다.
이러한 방식으로, 도 2c에 예시된 바와 같이, 핫 스탬핑 시에, 상기 산화막(13)과 상기 아연 도금층(12) 간의 체적 팽창 계수의 차이로 인하여, 계면이 박리되고, 상기 간극(C)이 형성되는 경우에도, 상기 간극(C)의 형성에 원인이 되는 상기 산화막을 상기 레이저광(5)으로 제거함으로써 상기 간극(C)이 제거될 수 있다.
여기서, 본 발명의 발명자들에 의해 후술하는 실시예들로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 상기 산화막이 숏 블라스팅 또는 폴리싱과 같은 기계적 수단에 의해 제거되는 경우, 상기 산화막이 크러싱될 수도 있고, 상기 간극들을 포함하는 상기 산화막의 일부가 상기 강판에 남아있을 수도 있다. 또한, 상기 산화막이 에칭 용액을 이용하는 에칭과 같은 화학적 수단에 의해 제거되는 경우에는, 상기 산화막만을 효율적으로 제거하는 것이 어렵다. 특히, 상기 아연 도금 강판의 표면 상의 미세한 볼록부들이 우선적으로 제거되기 때문에, 상기 산화막을 균일하게 제거하는 것이 어렵다.
하지만, 본 실시예에 따르면, 상기 산화막(13)은 상기 레이저광(5)의 조사에 의해 기화(승화)되므로, 상기 기계적 수단 및 화학적 수단에 의한 산화막 제거와는 달리 크러싱되지 않으면서도 균일하게 제거될 수 있게 된다. 또한, 상기 산화막(13)이 상기 레이저광(5)에 의해 제거되기 때문에, 상기 아연 도금 강판(1)의 모재(11)의 표면이 급속하게 가열 및 냉각된다. 이에 따라, 상기 아연 도금 강판(1)의 모재 상에서의 상기 레이저광(5)의 영향이 최소화될 수 있다. 또한, 상기 모재 상에서의 상기 레이저광(5)의 영향이 상기 레이저광(5)의 파워를 적절하게 제어함으로써 저감될 수 있다.
다음으로, 도 1의 프로세스 f 및 도 2c에 예시된 바와 같이, 인산염 화성 처리(코팅용 표면 처리)는, 상기 산화막(13)이 제거되는 상기 아연 도금층(12)의 표면 상에서 행하여지고, 인산염 화성 처리막(14)이 그 위에 형성된다. 다음으로, 코팅막(15)은, 상기 인산염 화성 처리막(14)의 표면 상의 전착 코팅에 의해 형성되어, 핫-스탬프 성형품을 제조하게 된다.
상기 핫-스탬프 성형품이 상술된 방법을 이용하여 제조되는 경우, 상기 산화막(13)은 상기 레이저광(5)에 의해 조사되어 상기 산화막(13)을 제거하게 된다. 그러므로, 상기 아연 도금층 상에서의, 상기 인산염 화성 처리막(14)을 구성하는 인산염 결정들의 부착량이 증가될 수 있다.
또한, 상기 간극(C)이 상기 아연 도금 강판(1)에는 존재하지 않기 때문에, 상기 코팅막(15)(구체적으로는, 인산염 화성 처리막(14)) 및 상기 아연 도금층(12)이 서로 밀착하게 된다. 이에 따라, 염분을 함유하고 있는 물 등이 상기 간극(C) 안으로 침투하지 않고, 부식이 진전되지 않게 된다.
또한, 전기적 불균일성을 야기하는 상기 산화막의 원소들을 제거함으로써, 상기 강판이 전기적으로 안정되고, 내식성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 산화막(13)이 형성되어 있는 경우에 비해, 상기 인산염 화성 처리막(14)을 구성하는 인산염 결정들의 부착량이 증가될 수 있고, 상기 코팅막(15)의 접착성이 향상될 수 있게 된다.
(제1실시예)
<핫 스탬핑>
아연 도금 강판으로서, 합금화 용융 아연 도금 코팅이 22MnB5 강재의 표면에 형성된 강판(코팅 중량: 50 g/m2)이 준비되었다. 여기서, JIS H 401에 따른 코팅 중량 측정 시험에서 얻어진 용액은 ICP에 의해 분석되었고, Zn의 중량이 측정되었다. 그 결과, Zn의 중량이 30 g/m2인 것을 확인하였다. 이러한 아연 도금 강판은 900℃의 가열 온도에서 10초 동안 유지되었고, 700℃ 이하의 성형 및 ?칭 온도(구체적으로는, 20℃의 금형 온도)에서 ?칭되었다.
<산화막의 제거>
도 3은 핫 스탬핑 후(가열 후)의 제1실시예에 따른 아연 도금 강판을 예시하고 있는 단면 이미지이다. 도 3에 예시된 바와 같이, 산화막(20 ㎛ 이하)이 아연 도금층(Zn-Fe 합금층)의 표면에 형성되었다. 상기 산화막과 상기 아연 도금층 사이에는 간극들이 형성되었다. Fe-Zn 고용층(solid solution layer)은 상기 아연 도금층 아래에 형성되었다. 다음으로, 상기 산화막이 형성된 상기 아연 도금 강판의 표면은, 표 2에 도시된 바와 같이 300 MW/cm2의 조건 하에 레이저광으로 조사되어, 상기 산화막을 제거하였다.
도 4는 산화막이 제거된 전후의 제1실시예에 따른 아연 도금 강판의 표면을 예시하고 있는 이미지이다. 상기 산화막이 형성된 상기 아연 도금 강판의 표면은, 상기 산화막의 색들인 황색 내지 갈색의 색들을 나타내었다(상측 이미지). 다른 한편으로, 상기 산화막이 제거된 후, 상기 아연 도금 강판의 표면은 상기 아연 도금층의 색인 백색을 나타내었다.
도 4에 예시된 측정 위치에서는, 원소 함량이 고주파-글로우 방전 분광(high frequency-glow discharge spectroscopy; GDS)에 의해 분석되었다. 도 5a는 산화막이 제거되기 전의 원소 분석의 결과들을 예시하는 그래프이고, 도 5b는 산화막이 제거된 후의 원소 분석의 결과들을 예시한 그래프이다. 상기 결과들로부터, 산소 함량이 레이저광의 조사에 의해 15 mass%로부터 5 mass%로 감소된 것을 확인하였다. 또한, 에너지 분산형 X선 분광(energy dispersive X-ray spectroscopy; EDX)에 의하여, 상기 산화막이 제거되기 전후의 상기 아연 도금 강판의 표면 상에서 원소 분석이 행하여졌다.
| C | O | F | Al | Si | Cl | Cr | Mn | Fe | Zn | |
| 제거 전 (mass%) |
6.4 | 14.7 | 0.3 | 1.2 | 0.1 | 0.1 | 0.1 | 5.3 | 9.3 | 62.4 |
| 제거 후 (mass%) |
5.8 | 2.8 | - | 0.4 | - | - | - | - | 26.3 | 64.8 |
상기 결과들로부터 분명히 알 수 있는 바와 같이, 산소 함량이 레이저광의 조사에 의해 15 mass%로부터 대략 3 mass%로 감소되었다는 것을 확인하였다.
도 6a는 산화막이 제거되기 전의 단면 이미지이고, 도 6b는 산화막이 제거된 후의 단면 이미지이다. 도 5a 및 도 5b에 예시된 바와 같이, 상기 산화막은 레이저광의 조사에 의해 제거되었다. 그러므로, 상기 산화막이 제거된 후, 레이저광의 조사 시에 산소가 함유되었다고 생각할 수 있다.
도 7은 산화막이 제거되기 전후의 아연 도금 강판의 비커스 경도를 측정하는 결과들을 예시한 그래프이다. 상기 비커스 경도는, 아연 도금층과 모재 간의 계면으로부터 상기 모재의 내부까지 측정되었다. 상기 결과들로부터, 상기 산화막이 제거된 후, 상기 강판의 표면이 레이저광의 조사에 의해 약간 연화되었지만, 상기 강판의 강도에는 실질적으로 아무런 영향도 주지 못했다고 생각할 수 있다.
<인산염 화성 처리>
인산염 화성 처리는, 상기 산화막이 제거된 상기 아연 도금 강판의 아연 도금층의 표면 상에서 행하여졌고, 그 후에 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량이 측정되었다. 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은, JIS K 0119에 따른 X선 형광 분광에 의해 측정되었다. 상기 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
<코팅막의 형성 및 박리 시험>
카티온(cationic) 전착 코팅(목표 두께: 10㎛)은, 상기 인산염 화성 처리막이 형성된 상기 얻어진 아연 도금 강판 상에서 행하여져, 표본(specimen)을 준비하였다. 염수침지시험기(salt water immersion test machine)를 사용하여, 상기 아연 도금 강판이, 염농도 0.1% 이상이고 온도 40℃ 이상의 온수에 200 시간 이상 침지되었고, 상기 코팅막의 접착성은 접착 테이프를 이용하여 평가되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다. 여기서, 표 2에 도시된 박리 면적율은, 상기 코팅막의 박리부의 면적을 상기 표본의 면적으로 나누어 얻어진다.
| 가열 조건들 |
제거 수단 |
레이저광 조건들 |
코팅 중량 |
박리 면적율 |
|
| 제1실시예 | 가열 온도 900℃ 유지 시간 10초 |
레이저광 | 350 MW/cm2 | 2.44 g/cm2 |
4.6% |
| 제2실시예 | 레이저광 | 280 MW/cm2 | 2.40 g/cm2 |
13.1% | |
| 제3실시예 | 레이저광 | 210 MW/cm2 | 2.68 g/cm2 |
42.7% | |
| 제1비교예 | 없음 | - | 2.12 g/cm2 |
54.7% | |
| 제2비교예 | 블라스팅 | - | 2.55 g/cm2 |
48.3% | |
| 제3비교예 | 강화 알칼리 |
- | 2.24 g/cm2 |
56.1% | |
| 제4비교예 | 폴리싱 | - | 2.24 g/cm2 |
45.0% | |
| 참조예 | 없음 | 없음 | - | 2.48 g/cm2 |
13.2% |
(제2실시예 및 제3실시예)
핫-스탬프 성형품들에 대응하는 아연 도금 강판들이 제1실시예와 동일한 방법을 이용하여 준비되었다. 인산염 화성 처리는 상기 아염 도금 강판들 각각의 표면 상에서 행하여졌고, 코팅막이 그 위에 형성되어, 표본을 준비하였다. 상기 박리 시험은 상기 표본의 코팅막을 이용하여 행하여졌다. 제2실시예 및 제3실시예는, 레이저광의 조사 세기가 표 2에 도시된 바와 같이 변경되었다는 점에서 제1실시예와 상이하였다. 제1실시예와 동일한 방법에 의하면, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 코팅 전에 측정되었고, 그 박리 면적은 코팅 후에 측정되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
(제1비교예)
핫-스탬프 성형품에 대응하는 아연 도금 강판이 제1실시예와 동일한 방법을 이용하여 준비되었다. 인산염 화성 처리는 상기 아연 도금 강판의 표면 상에서 행하여졌고, 코팅막이 그 위에 형성되어, 표본을 준비하였다. 박리 시험은 상기 표본의 코팅막을 이용하여 행하여졌다. 제1비교예는, 산화막이 레이저광에 의해 제거되지 않았다는 점에서 제1실시예와 상이하였다. 제1실시예와 동일한 방법에 의하면, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 코팅 전에 측정되었고, 그 박리 면적은 코팅 후에 측정되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
(제2비교예)
핫-스탬프 성형품에 대응하는 아연 도금 강판이 제1실시예와 동일한 방법을 이용하여 준비되었다. 인산염 화성 처리는 상기 아연 도금 강판의 표면 상에서 행하여졌고, 코팅막이 그 위에 형성되어, 표본을 준비하였다. 상기 박리 시험은 상기 표본의 코팅막을 이용하여 행하여졌다. 제1비교예는, 상기 산화막이 레이저광에 의해서가 아니라 드라이 아이스 숏 블라스팅에 의해 제거되었다는 점에서 제1실시예와 상이하였다. 구체적으로는, 상기 산화막이 공기압 0.6 MPa, 처리 속도 10 mm/sec, 드라이 아이스 펠릿 소비율 1 kg/min, 및 펠릿 사이즈 3 mm의 조건들 하에 제거되었다. 제1실시예와 동일한 방법에 의하면, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 코팅 전에 측정되었고, 그 박리 면적은 코팅 후에 측정되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
(제3비교예)
핫-스탬프 성형품에 대응하는 아연 도금 강판이 제1실시예와 동일한 방법을 이용하여 준비되었다. 인산염 화성 처리는 상기 아연 도금 강판의 표면 상에서 행하여졌고, 코팅막이 그 위에 형성되어, 표본을 준비하였다. 상기 박리 시험은 상기 표본의 코팅막을 이용하여 행하여졌다. 제1비교예는, 상기 산화막이 레이저광에 의해서가 아니라 강화 알칼리(reinforced alkali)에 의해 제거되었다는 점에서 제1실시예와 상이하였다. 구체적으로는, 상기 아연 도금 강판이 농도 2% 및 온도 50℃의 NaOH 수용액에 30분 동안 침지되어, 상기 산화막을 제거하였다. 제1실시예와 동일한 방법에 의하면, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 코팅 전에 측정되었고, 그 박리 면적은 코팅 후에 측정되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
(제4비교예)
핫-스탬프 성형품에 대응하는 아연 도금 강판이 제1실시예와 동일한 방법을 이용하여 준비되었다. 인산염 화성 처리는 상기 아연 도금 강판의 표면 상에서 행하여졌고, 코팅막이 그 위에 형성되어, 표본을 준비하였다. 상기 박리 시험은 상기 표본의 코팅막을 이용하여 행하여졌다. 제1비교예는, 상기 산화막이 레이저광에 의해서가 아니라 연마재(abrasive)에 의해 제거되었다는 점에서 제1실시예와 상이하였다. 구체적으로는, 상기 산화막이 폴리싱 시간 5초의 조건 하에 연마재로서 스카치 브라이트(Scotch Bright) #300(3M에서 제조함)을 이용하여 제거되었다. 제1실시예와 동일한 방법에 의하면, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 코팅 전에 측정되었고, 그 박리 면적은 코팅 후에 측정되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
(참조예)
인산염 화성 처리는, 가열되지 않은 아연 도금 강판의 표면 상에서 행하여졌고, 코팅막이 그 위에 형성되어, 표본을 준비하였다. 상기 박리 시험은 상기 표본의 코팅막을 이용하여 행하여졌다. 즉, 참조예에 있어서는, 상기 아연 도금 강판이 가열되지 않았기 때문에, 산화막이 상기 아연 도금층의 표면 상에 형성되지 않았다. 제1실시예와 동일한 방법에 의하면, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 코팅 전에 측정되었고, 그 박리 면적은 코팅 후에 측정되었다. 그 결과들이 표 2에 도시되어 있다.
[결과 및 고찰]
표 2에 도시된 바와 같이, 상기 산화막이 제1실시예 내지 제3실시예의 경우에서와 같이 레이저광에 의해 제거된 경우, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은, 열처리가 행하여지지 않은 참조예와 동일하였다. 또한, 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 상기 아연 도금 강판들의 박리 면적율들은, 제1비교예 내지 제4비교예에 따른 것들보다 낮았다. 그러므로, 제1실시예 내지 제3실시예에 따른 아연 도금 강판들의 코팅막들의 접착성은 제1비교예 내지 제4비교예에 따른 것들보다 높았다고 말할 수 있다.
상기 산화막이 제1비교예의 경우에서와 같이 제거되지 않은 경우, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량은 제1실시예 내지 제3실시예의 것들보다 적었다. 그 이유는 상기 인산염 화성 처리막의 형성이 상기 산화막에 의해 억제되었기 때문인 것으로 생각된다. 또한, 제1비교예(도 8a)에 있어서는, 상기 간극들이 상기 아연 도금층과 상기 산화막 사이에 형성되었기 때문에, 이들 간극들 안으로 염수가 침투하고, 부식이 진전되었다. 상기 박리 면적율은 상술된 이유로 해서 제1실시예 내지 제3실시예의 것들보다 높았다고 생각된다.
또한, 제2비교예에 따른 상기 아연 도금 강판에 있어서, 상기 산화막은 드라이 아이스 펠릿에 의해 제거되었으므로, 상기 인산염 화성 처리막의 코팅 중량이 증가되었다. 하지만, 상기 산화막이 크러싱되었고, 상기 산화막의 일부와 상기 간극들은 상기 아연 도금 강판에 남아 있었다(도 8b 참조). 그러므로, 상기 박리 면적율은 상술된 이유로 해서 제1실시예 내지 제3실시예의 것들보다 높았다고 생각된다.
또한, 제3비교예(도 8c)에 따른 상기 아연 도금 강판에 있어서, 상기 산화막은 강화 알칼리에 의해 제거되었다. 하지만, 상기 산화막의 전체 면을 균일하게 제거하기 위하여 강화 알칼리가 사용되는 경우에는, 상기 아연 도금층도 제거될 수 있다는 우려가 있다. 따라서, 상기 산화막의 일부와 상기 간극들이 상기 아연 도금 강판에 남아 있으므로, 상기 박리 면적율이 제1실시예 내지 제3실시예의 것들보다 높았다고 생각된다.
또한, 제4비교예에 따른 상기 아연 도금 강판에 있어서는, 상기 산화막이 물리적 폴리싱에 의해 제거되었다. 이 경우, 상기 산화막의 일부는 크러싱되는 상태에서 상기 아연 도금 강판에 남아 있었다. 따라서, 상기 산화막의 일부와 상기 간극들이 상기 아연 도금 강판에 남아 있으므로, 상기 박리 면적율이 제1실시예 내지 제3실시예의 것들보다 높았다고 생각된다.
지금까지, 본 발명의 실시예를 기술하였다. 하지만, 본 발명이 상술된 실시예로 국한되는 것은 아니며, 다양한 설계 변경들이 이루어질 수 있다.
Claims (2)
- 핫-스탬프 성형품의 제조 방법으로서,
아연 도금층이 형성되어 있는 아연 도금 강판을 가열하고, 가열된 상기 아연 도금 강판을 핫 스탬핑에 의해 성형하는 성형 공정;
상기 성형 공정 후, 상기 아연 도금층의 표면에 형성된 산화막을 레이저광으로 조사하여, 상기 산화막을 제거하는 제거 공정; 및
상기 제거 공정 후, 핫 스탬핑에 의해 성형된 상기 아연 도금 강판에 코팅 처리를 행하는 코팅 공정을 포함하여 이루어지는 핫-스탬프 성형품의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 코팅 공정에 있어서, 인산염 화성 처리는 상기 산화막이 제거되는 상기 아연 도금층의 표면 상에서 행하여지고, 상기 인산염 화성 처리가 행하여지는 표면 상에 코팅막이 형성되는 핫-스탬프 성형품의 제조 방법.
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