KR20180023500A - Coating layer for improving delamination, method of fabricating the same, and plating equipment using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 용융 금속 도금 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 박리성, 내열성 및 내부식성을 갖는 코팅층, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 도금 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a molten metal plating technique, and more particularly, to a coating layer having peelability, heat resistance, and corrosion resistance, a method of manufacturing the same, and a plating apparatus using the same.
도금 강판은 도금 장치가 비제한적인 예로서 피도금체인 강판을 도금 욕조 내의 도금액(예: 용융 아연, 용융 알루미늄)에 침지시킴으로써 제조될 수 있다. 이때, 상기 도금 장치의 적어도 일부 또는 전체가 상기 강판과 함께 상기 도금 욕조 안의 도금액에 침지될 수 있다. 상기 도금 욕조는 일반적으로 주강(steel casting)과 내화 벽돌로 구성되며, 상기 도금 장치는 스테인레스 강 재질의 스나우트(snout), 싱크 롤(sink roll) 및 서포트 롤(support roll)을 포함할 수 있다.The plated steel sheet can be produced by immersing the plated steel sheet in a plating solution (for example, molten zinc, molten aluminum) in a plating bath as a non-limiting example of the plating apparatus. At this time, at least a part or the whole of the plating apparatus can be immersed in the plating liquid in the plating bath together with the steel plate. The plating bath generally consists of steel castings and refractory bricks, which may include a snout of stainless steel, a sink roll, and a support roll .
이처럼, 스나우트, 싱크 롤 및 서포트 롤 같은 도금 장치의 부품 또는 일부가 도금 작업 동안에, 상기 도금 장치는 상기 도금 욕조 내 침지된 상태로 400 ℃ 내지 700 ℃의 온도에서 연속적으로 장시간 작동한다. 상기 도금 작업 중 상기 침지된 도금 장치의 일부에 상기 도금액이 쉽게 부착되고, 연속 공정 중 가열 및 냉각이 반복되어 상기 부착된 도금액에 의해 상기 도금 장치가 산화 및/또는 침식될 수 있다. 이로 인해, 상기 도금 작업 동안에 상기 도금액의 청정도(cleanliness) 및 안정적인 공급이 어려워질 수 있다.As such, during the plating operation, parts or parts of the plating apparatus such as Snout, sink roll and support roll operate continuously for a long time at a temperature of 400 ° C to 700 ° C in a state immersed in the plating bath. The plating liquid is easily adhered to a part of the plating apparatus immersed during the plating operation and heating and cooling are repeated during the continuous process so that the plating apparatus can be oxidized and / or eroded by the plating liquid. As a result, cleanliness and stable supply of the plating liquid may become difficult during the plating operation.
따라서, 이러한 성능 저하를 줄이기 위해서는 상기 도금 욕조의 수리, 도금액 농도 조절, 상기 도금 장치의 교체, 또는 상기 도금 장치에 부착된 도금액의 제거 같은 부가 작업이 반복적으로 수행될 필요가 있다.Therefore, in order to reduce such deterioration, additional operations such as repairing the plating bath, adjusting the plating solution concentration, replacing the plating apparatus, or removing the plating solution attached to the plating apparatus need to be repeatedly performed.
그러나, 이러한 부가 작업으로 인해 도금 작업이 중단되므로, 도금 강판의 생산성 및 작업 효율이 떨어질 수 있다. 이러한 도금 강판의 생산성 및 작업 효율을 향상시키기 위해서는 상기 도금 장치는 부착된 도금액이 상기 도금 장치로부터 쉽게 벗겨지는 박리성을 가지며, 상기 도금액에 의해 쉽게 부식되지 않도록 내열성 및/또는 내침식성(또는 내부식성)을 가질 필요가 있다.However, since the plating operation is interrupted by such additional work, productivity and work efficiency of the plated steel sheet may be deteriorated. In order to improve the productivity and work efficiency of such a coated steel sheet, the plating apparatus has a peelability that the attached plating liquid easily peels off from the plating apparatus, and has heat resistance and / or corrosion resistance (or corrosion resistance ).
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 도금 강판의 생산성 및 작업 효율을 높이기 위해, 박리성, 내열성 및/또는 내침식성을 갖는 코팅층을 제공하는 것이다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a coating layer having peelability, heat resistance, and / or erosion resistance in order to increase productivity and work efficiency of a coated steel sheet.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 코팅층의 제조 방법을 제공하는 것이다. Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a method of manufacturing a coating layer having the above-described advantages.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는 전술한 이점을 갖는 코팅층을 이용한 도금 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a plating apparatus using a coating layer having the above-described advantages.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 피처리체의 적어도 일부 표면에 적용되는 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층으로서, 마그네슘 산화물을 포함한다. According to one aspect of the present invention, a coating layer having a peelable property, a heat resistance property and a corrosion resistance property, which is applied to at least a part of the surface of the object to be treated, includes magnesium oxide.
상기 코팅층은, 알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 및 망간 산화물 중 적어도 어느 하나의 이종 금속 산화물을 더 포함한다. The coating layer may further include at least one of a different metal oxide of aluminum oxide, molybdenum oxide, and manganese oxide.
일 실시예에서, 상기 코팅층이 순수 마그네슘 산화물인 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 40 wt% 내지 50 wt% 범위를 갖는다. In one embodiment, when the coating layer is pure magnesium oxide, the content of magnesium (Mg) is in the range of 40 wt% to 50 wt% with respect to the total weight of the coating layer.
다른 실시예에서, 상기 코팅층이 알루미늄 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 30 wt% 내지 40 wt%의 범위 내이고, 상기 알루미늄(Al)의 함유량은 2 wt% 내지 10 wt%의 범위를 갖는다. In another embodiment, when the coating layer further comprises a dissimilar metal oxide only of aluminum oxide, the content of magnesium (Mg) is in the range of 30 wt% to 40 wt% with respect to the total weight of the coating layer, ) Is in the range of 2 wt% to 10 wt%.
또 다른 실시예에서, 상기 코팅층이 몰리브덴 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 5 wt% 내지 15 wt% 범위 내이고, 몰리브덴(Mo)의 함유량은 25 wt% 내지 35 wt% 범위를 갖는다.In another embodiment, when the coating layer further comprises a molybdenum oxide-only dissimilar metal oxide, the content of magnesium (Mg) in the coating layer is in the range of 5 wt% to 15 wt%, and molybdenum (Mo) Is in the range of 25 wt% to 35 wt%.
또 다른 실시예에서, 상기 코팅층이 망간 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 10 wt% 내지 20 wt% 범위 내이고, 망간(Mn)의 함유량은 20 wt% 내지 30 wt% 범위를 갖는다. In another embodiment, when the coating layer further comprises a manganese oxide-only dissimilar metal oxide, the content of magnesium (Mg) in the coating layer is in the range of 10 wt% to 20 wt% Is in the range of 20 wt% to 30 wt%.
상기 코팅층의 증착 두께는 2.1 ㎛ 내지 5.2 ㎛의 범위를 갖고, 상기 코팅층의 평균 중심 거칠기는 2.3 ㎛ 내지 4.0 ㎛의 범위를 갖고, 상기 코팅층의 접촉각은 400 ℃ 내지 700 ℃ 온도 범위 내에서 100°내지 150°범위를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 코팅층의 부착량은, 상기 코팅층 및 상기 피처리체의 전체 무게 대비 0.1 % 내지 5.0 % 범위 내를 가질 수 있다.Wherein the coating thickness of the coating layer is in the range of 2.1 to 5.2 m, the average center roughness of the coating layer is in the range of 2.3 to 4.0 m, and the contact angle of the coating layer is in the range of 400 to 700 < 150 < / RTI > In some embodiments, the coating amount of the coating layer may be in the range of 0.1% to 5.0% of the total weight of the coating layer and the object to be treated.
상기 용융 도금 장치의 표면은 스텐레스강(stainless steel: SUS)이며, 상기 스텐레스강은 SUS201, SUS02, SUS301 내지 SUS 303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS304J3, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS316J1L, SUS316Ti, SUS317, SUS317L, SUS317LN, SUS317J1, SUS317J4-L, SUS317J5-L, SUS312, SUS347, SUS329J1, SUS329J4-L, SUS405, SUS410L, SUS430, SUS430F, SUS434, SUS444, SUS447J1, SUS403, SUS410, SUS410J1, SUS410F2, SUS416, SUS420J1, SUS420J2, SUS420F, SUS420F2, SUS431, SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630 및 SUS631 중 어느 하나의 표면을 포함할 수 있다. The surface of the hot dip galvanizing apparatus is made of stainless steel such as stainless steel SUS201, SUS02, SUS301 to SUS303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS304J3, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS316J1L, SUS316Ti, SUS317, SUS317L, SUS317LN, SUS317J1, SUS317J4-L, SUS317J5-L, SUS312, SUS347, SUS329J1, SUS329J4-L, SUS405, SUS410L, SUS430, SUS430F, SUS434, SUS444, SUS447J1, SUS403, And may include any one of SUS410, SUS410J1, SUS410F2, SUS416, SUS420J1, SUS420J2, SUS420F, SUS420F2, SUS431, SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630 and SUS631.
상기 피처리체는 도금액에 침지되는 도금 장치 또는 상기 도금 장치를 구성하는 적어도 하나의 부품을 포함할 수 있다. The object to be processed may include a plating apparatus which is immersed in a plating liquid or at least one component constituting the plating apparatus.
본 발명의 다른 측면(aspect)에 따르면, 코팅층의 제조 방법은 용융 도금 장치의 부품을 준비하는 단계; 및 적어도 하나의 금속 타겟 물질을 스퍼터링하여, 상기 부품의 표면에 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 코팅층은 마그네슘 산화물을 포함할 수 있다. According to another aspect of the present invention, a method of manufacturing a coating layer comprises the steps of: preparing a component of a hot-dip coating apparatus; And sputtering at least one metal target material to form a coating layer having releasability, heat resistance and erosion resistance on the surface of the part, wherein the coating layer may comprise magnesium oxide.
일 실시예에서, 상기 스퍼터링은, 하기 적어도 하나의 조건 범위를 만족할 수 있다. In one embodiment, the sputtering may satisfy at least one of the following conditions:
상기 스퍼터링을 위한 출력 전력 범위: 50 W 내지 150 WOutput power range for sputtering: 50 W to 150 W
상기 스퍼터링을 위한 아르곤(Ar):산소(O2) 가스 유량(SCCM) 비율의 범위: 15:0 내지 30:10 Argon (Ar) for the sputtering: oxygen (O 2) gas flow rate (SCCM) ratio range from 15: 0 to 30:10
기판 온도 범위: 200 ℃ 내지 300 ℃Substrate temperature range: 200 캜 to 300 캜
공정 압력의 범위: 2.0 mTorr 내지 10.0 mTorr Process pressure range: 2.0 mTorr to 10.0 mTorr
상기 코팅층은, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn)은 중 어느 하나를 더 포함할 수 있다. The coating layer may further include any one of aluminum (Al), molybdenum (Mo), and manganese (Mn).
일 실시예에서, 상기 용융 도금 장치의 부품은 아연 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하는 도금액에 의해 침지될 수 있다. In one embodiment, the component of the hot dip apparatus may be immersed by a plating solution comprising either zinc or aluminum.
일 실시예에서, 상기 마그네슘 산화물의 반응성은 상기 용융 도금 장치에 부착되는 도금액의 반응성보다 클 수 있다. In one embodiment, the reactivity of the magnesium oxide may be greater than the reactivity of the plating liquid adhered to the hot dip coating apparatus.
일 실시예에서, 상기 스퍼터링은 DC planar diode 스퍼터링, Triode 스퍼터링, Magnetron 스퍼터링, RF 스퍼터링, Ion beam 스퍼터링 및 RF Magnetron Sputtering중 어느 하나일 수 있다. In one embodiment, the sputtering can be DC planar diode sputtering, Triode sputtering, Magnetron sputtering, RF sputtering, Ion beam sputtering, and RF magnetron sputtering.
본 발명의 또 다른 측면(aspect)에 따르면, 용융 도금 장치는 구성 바디 또는 부품의 표면 상에 상기 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 포함한다. According to another aspect of the present invention, a hot dip coating apparatus includes a coating layer having the releasability, heat resistance and erosion resistance on the surface of the component body or component.
일 실시예에서, 상기 구성 바디 또는 부품은, 상기 용융 도금 장치의 스나우트(snout), 싱크 롤(sink roll), 서포트 롤(support roll), 스노클(snorkel), 싱크 롤 프레임(sink roll frame), 금속 펌프 프레임(metal pump frame), 벽돌 커버(brick cover) 중 어느 하나를 포함한다. In one embodiment, the component body or component may be a snout, a sink roll, a support roll, a snorkel, a sink roll frame, A metal pump frame, and a brick cover.
본 발명의 실시예에 따르면, 마그네슘 산화물을 포함함으로써, 박리성, 내열성 및/또는 내침식성을 갖는 코팅층이 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by including magnesium oxide, a coating layer having peelability, heat resistance, and / or erosion resistance can be provided.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 코팅층의 제조 방법이 제공될 수 있다. Further, according to another embodiment of the present invention, a method of manufacturing a coating layer having the above-described advantages can be provided.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 전술한 이점을 갖는 코팅층을 이용한 도금 장치가 제공될 수 있다. Further, according to another embodiment of the present invention, a plating apparatus using a coating layer having the above-described advantage can be provided.
도 1a 내지 도 1b는 피처리체 상에 형성되는 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층이다.
도 2는 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시예에 따른 온도 변화에 기반한 고온 접촉각의 측정 결과이다.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 샘플의 표면 상태, 박리성 및 내침식성을 보여주는 도면이다.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 침지 후의 고착된 이물질이 제거된 샘플의 표면 상태를 보여주는 도면이다.
도 6는 본 발명의 실시예에 따른 샘플의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층을 이용한 도금 장치를 보여주는 도면이다. 1A to 1B are coating layers formed on the object to be processed, which have peelability, heat resistance and erosion resistance.
Fig. 2 is a flow chart for explaining a method for producing a coating layer having peelability, heat resistance and erosion resistance.
3A to 3H are measurement results of a hot contact angle based on a temperature change according to an embodiment of the present invention.
4A to 4H are views showing the surface state, peelability and erosion resistance of a sample according to an embodiment of the present invention.
5A to 5H are views showing the surface state of a sample from which foreign substances have been removed after immersion according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing X-ray diffraction (XRD) analysis results of a sample according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a plating apparatus using a coating layer according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are described in order to more fully explain the present invention to those skilled in the art, and the following embodiments may be modified into various other forms, It is not limited to the embodiment. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be more faithful and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.
도면에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 또한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.Like numbers refer to like elements in the drawings. Also, as used herein, the term "and / or" includes any and all combinations of any of the listed items.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 명세서에서 단수로 기재되어 있다 하더라도, 문맥상 단수를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to illustrate the embodiments and are not intended to limit the scope of the invention. Also, although described in the singular, unless the context clearly indicates a singular form, the singular forms may include plural forms. Also, the terms "comprise" and / or "comprising" used herein should be interpreted as referring to the presence of stated shapes, numbers, steps, operations, elements, elements and / And does not exclude the presence or addition of other features, numbers, operations, elements, elements, and / or groups.
본 명세서에서 기판 또는 다른 층 "상에(on)" 형성된 층에 대한 언급은 상기 기판 또는 다른 층의 바로 위에 형성된 층을 지칭하거나, 상기 기판 또는 다른 층 상에 형성된 중간 층 또는 중간 층들 상에 형성된 층을 지칭할 수도 있다. 또한, 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 있어서, 다른 형상에 "인접하여(adjacent)" 배치된 구조 또는 형상은 상기 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수도 있다.Reference herein to a layer formed "on" a substrate or other layer refers to a layer formed directly on top of the substrate or other layer, or may be formed on intermediate or intermediate layers formed on the substrate or other layer Layer. ≪ / RTI > It will also be appreciated by those skilled in the art that structures or shapes that are "adjacent" to other features may have portions that overlap or are disposed below the adjacent features.
본 명세서에서, "아래로(below)", "위로(above)", "상부의(upper)", "하부의(lower)", "수평의(horizontal)" 또는 "수직의(vertical)"와 같은 상대적 용어들은, 도면들 상에 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 소자의 다른 방향들도 포괄하는 것임을 이해하여야 한다.As used herein, the terms "below," "above," "upper," "lower," "horizontal," or " May be used to describe the relationship of one constituent member, layer or regions with other constituent members, layers or regions, as shown in the Figures. It is to be understood that these terms encompass not only the directions indicated in the Figures but also the other directions of the devices.
본 명세서에서, 사용되는 “도금 장치” 또는 “도금 설비”는 도금하려는 금속 또는 강판을 도금 욕조 내에 도금액에 침지시켜 금속 도금 또는 도금 강판을 제조하는 기계 장치 또는 기계 설비를 지칭하고, “도금액”은 도금할 때에 쓰는 금속 염류의 수용액을 지칭한다.As used herein, the term "plating apparatus" or "plating apparatus" as used herein refers to a mechanical apparatus or a mechanical apparatus for producing a metal plating or a coated steel sheet by immersing a metal or steel sheet to be plated in a plating bath in a plating bath, Refers to an aqueous solution of metal salts used for plating.
이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간 구조들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명될 것이다. 이들 도면들에 있어서, 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 된다. 또한, 도면의 부재들의 참조 부호는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재를 지칭한다.In the following, embodiments of the present invention will be described with reference to cross-sectional views schematically illustrating ideal embodiments (and intermediate structures) of the present invention. In these figures, for example, the size and shape of the members may be exaggerated for convenience and clarity of explanation, and in actual implementation, variations of the illustrated shape may be expected. Accordingly, embodiments of the present invention should not be construed as limited to any particular shape of the regions shown herein. In addition, reference numerals of members in the drawings refer to the same members throughout the drawings.
도금 장치의 스나우트(snout), 싱크 롤(sink roll) 및 서포트 롤(support roll), 스노클(snorkel), 싱크 롤 프레임(sink roll frame), 금속 펌프 프레임(metal pump frame), 벽돌 커버(brick cover) 같은 도금용 설비 부품들은 일반적으로 스테인레스 강(SUS)의 재질로 주조되고, 전술한 적어도 일부 도금용 설비 부품들은 도금 작업 시 도금 욕조 내의 도금액에 침지될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 상기 도금액에 의한 상기 도금용 설비 부품의 산화 및/또는 침식을 줄이며, 상기 도금용 설비 부품에 부착된 도금액이 쉽게 박리되도록, 상기 도금용 설비 부품의 재질로 이용되는 스테인레스 강 같은 피처리체의 표면에 박리성, 내열성, 내침식성을 갖는 코팅층이 형성되고, 상기 코팅층의 최적 증착 조건을 기반으로 코팅층의 제조 방법이 제공될 수 있다.A sink roll, and a support roll, a snorkel, a sink roll frame, a metal pump frame, a brick cover, cover are generally cast from stainless steel (SUS), and at least some of the above-mentioned plating equipment parts can be immersed in the plating solution in the plating bath during the plating operation. Therefore, in the embodiment of the present invention, oxidation and / or erosion of the plating equipment component by the plating solution is reduced, and the plating solution attached to the plating equipment component is easily peeled off. A coating layer having releasability, heat resistance and erosion resistance is formed on the surface of an object such as stainless steel, and a method of manufacturing a coating layer based on optimal deposition conditions of the coating layer can be provided.
도 1a 내지 도 1b는 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층(20)을 포함하는 피처리체(10)의 단면도이다. 1A to 1B are sectional views of an object to be treated 10 including a
도 1a를 참조하면, 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층(20)은 피처리체(10)의 적어도 일부 표면에 형성될 수 있다. 피처리체(10)는 도금 장치 또는 도금 설비의 스나우트(snout), 싱크 롤(sink roll) 및 서포트 롤(support roll), 스노클(snorkel), 싱크 롤 프레임(sink roll frame), 금속 펌프 프레임(metal pump frame), 벽돌 커버(brick cover) 같은 도금용 설비 부품의 전체 또는 일부일 수 있다. 하지만, 피처리체(10)는 이들에 한정되지 않으며, 다른 다양한 도금 공정과 관련하여 용융 금속 또는 전해액에 침지되는 장치 또는 부품일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a
박리성, 내열성 및 내침식성을 갖도록 코팅층(20)은 마그네슘 산화물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일부 실시예에서, 코팅층(20)은 알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 및 망간 산화물 중 적어도 어느 하나의 이종 금속 산화물을 더 포함할 수 있다. The
코팅층(20)이 순수 마그네슘 산화물인 경우, 코팅층(20)의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 40 wt% 내지 50 wt% 범위 내이고, 코팅층(20)이 알루미늄 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 코팅층(20)의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 30 wt% 내지 40 wt%의 범위 내이고 알루미늄(Al)의 함유량은 2 wt% 내지 10 wt%의 범위 내이고, 코팅층(20)이 몰리브덴 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 코팅층(20)의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 5 wt% 내지 15 wt% 범위 내이고 몰리브덴(Mo)의 함유량은 25 wt% 내지 35 wt% 범위 내이며, 코팅층(20)이 망간 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 코팅층(20)의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 10 wt% 내지 20 wt% 범위 내이고 망간(Mn)의 함유량은 20 wt% 내지 30 wt% 범위 내이다. In the case where the
후술할 박리성 및 내침식성의 평가 결과를 참조하면, 다양한 박막 중에서 마그네슘 계열의 코팅막의 박리성이 가장 우수하다. 이는 Zn 보다 Mg의 높은 반응성 때문에 마그네슘 산화물 성분의 박막이 용융 Zn에 대해 박리성이 우수한 것으로 판단된다. 그러므로, 증착되는 원소의 성분이 박리성 효과에 가장 중요하고, 추가적으로 마그네슘 및 마그네슘과 다른 이종원소의 함유량이 전술한 함유량 범위에서 증착이 되면, 다른 성분의 코팅막(예: SiC, ZnO, SiO2, Si3N4 박막)보다 코팅막의 박리성이 우수하다. Referring to the evaluation results of releasability and erosion resistance to be described later, the peeling property of the magnesium-based coating film is the most excellent among various thin films. It is considered that the thin film of magnesium oxide component is excellent in peelability against molten Zn due to high reactivity of Mg than Zn. Therefore, when the content of the element to be deposited is the most important for the peelability effect, and additionally the content of the magnesium and magnesium and the other element is deposited in the above-mentioned content range, coating films of other components (for example, SiC, ZnO, SiO 2 , Si 3 N 4 Thin film).
또한, 코팅층(20)의 박리성, 내열성 및 내침식성의 특성과 관련해서, 코팅층(20)의 증착 두께는 2.1 ㎛ 내지 5.2 ㎛의 범위를 갖고, 코팅층(20)의 평균 중심 거칠기는 2.3 ㎛ 내지 4.0 ㎛의 범위를 갖고, 코팅층(20)의 접촉각은 400 ℃ 내지 700 ℃ 온도 범위 내에서 100°내지 150°범위를 가지며, 코팅층(20)은 포함하는 길이 100 mm, 폭 50 mm, 두께 2 mm의 피처리체(10)의 도금 부착량은 상기 피처리체(10) 무게 대비 0.1 % 내지 5.0 % 범위를 갖는다.Regarding the properties of peelability, heat resistance and erosion resistance of the
본 발명의 실시예에서, 상기 증착 두께 및 상기 평균 중심 거칠기의 변화는 후술할 증착 시간, 기판 온도, 가스 분압, RF 파워 변화에 따라 발생할 수 있다. 이들 증착 조건의 변화로 코팅막의 두께 및 표면 거칠기가 변하게 되면, 코팅막의 밀도, 기공도, 결정성에 영향을 줄 수 있다. 예컨대, 표면 거칠기가 크고, 코팅막의 두께가 증가할수록 접촉각이 증가하여 박리성 또는/및 내침식성이 향상되고, 또한 증착 두께가 증가할수록 금속 박막 보다 산화물 박막은 열전도도가 낮아서 코팅 시편의 내열성이 증가한다. 하지만, 기판과의 열팽창 계수 차이에 큰 코팅막이 두껍게 증착될 경우 상기 기판으로부터 상기 코팅막이 탈리되는 현상이 발생할 가능성이 높다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 증착 두께에 따른 코팅막의 탈리 현상을 고려하여, 코팅층(20)의 증착 두께는 2.1 ㎛ 내지 5.2 ㎛의 범위를 갖고, 평균 중심 거칠기는 2.3 ㎛ 내지 4.0 ㎛의 범위를 갖는다. In an embodiment of the present invention, the deposition thickness and the change in the average center roughness may occur in accordance with the deposition time, the substrate temperature, the gas partial pressure, and the RF power variation, which will be described later. If the thickness and surface roughness of the coating film change due to the change of the deposition conditions, the density, porosity and crystallinity of the coating film may be affected. For example, as the surface roughness is increased and the thickness of the coating film is increased, the contact angle is increased to improve the peelability and / or erosion resistance. Further, as the thickness of the deposition increases, the thermal conductivity of the oxide thin film is lower than that of the metal thin film, do. However, when a large coating film having a large thermal expansion coefficient difference from the substrate is deposited, there is a high possibility that the coating film is separated from the substrate. Therefore, in the embodiment of the present invention, in consideration of the desorption phenomenon of the coating film depending on the deposition thickness, the deposition thickness of the
상술한 바와 같이, 용융 아연에 대한 박막의 박리성, 내열성, 내침식성에 가장 큰 영향을 주는 인자는 코팅막의 원소 성분이다. 예컨대, 접촉각은 코팅막의 아연에 대한 반응성 및 코팅막의 표면 장력에 가장 큰 영향을 받는다. 따라서 우수한 박리성을 확보한 마그네슘 계열 코팅막의 경우, 고온 박리성도 우수하고, 아연 보다 반응성이 큰 마그네슘 계열의 산화막이 이종원소 산화막과 함께 형성되어 있어서 용융 아연이 SUS에 코팅된 MgO 산화막에 부착 시, 마그네슘이 용융 아연 보다 반응성이 우수하여 아연의 산화 또는 침식에 대한 반응 속도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 박리성, 내열성, 내침식성을 향상시키기 위해, 코팅막의 성분, 증착 조건에 따른 코팅막의 증착 두께 및 표면 거칠기 같은 파라미터가 고려될 수 있다.As described above, the factor that has the greatest influence on the peelability, heat resistance and erosion resistance of the thin film against molten zinc is the element component of the coating film. For example, the contact angle is most affected by the reactivity of the coating film to zinc and the surface tension of the coating film. Therefore, in the case of a magnesium-based coating film that has excellent releasability, a magnesium-based oxide film having excellent high-temperature peeling property and a higher reactivity than zinc is formed together with the hetero-element oxide film, and when the molten zinc is adhered to the MgO oxide film coated with SUS, Magnesium is more reactive than molten zinc, which can reduce the rate of reaction to oxidation or erosion of zinc. Therefore, in order to improve the peelability, the heat resistance and the erosion resistance, parameters such as the composition of the coating film and the deposition thickness and surface roughness of the coating film depending on the deposition conditions can be considered.
또한, 코팅층(20)은 고온에서 박리성이 우수하고, 도금액으로 활용되고 있는 아연(Zn) 또는 알루미늄(Al)보다 반응성이 큰 마그네슘 계열의 산화물로 형성되어 있어서, 도금 시 용융 아연 또는 용융 알루미늄이 코팅층(20)에 부착(또는 고착)되더라도, 마그네슘 계열의 산화물이 용융 아연 또는 용융 알루미늄보다 반응성이 우수하여 아연 또는 알루미늄으로 인한 산화, 침식 반응의 속도를 감소시킬 수 있다. The
피처리체(10)의 표면은 스텐레스 강(stainless steel: SUS)이며, 상기 스텐레스강은 SUS201, SUS02, SUS301 내지 SUS 303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS304J3, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS316J1L, SUS316Ti, SUS317, SUS317L, SUS317LN, SUS317J1, SUS317J4-L, SUS317J5-L, SUS312, SUS347, SUS329J1, SUS329J4-L, SUS405, SUS410L, SUS430, SUS430F, SUS434, SUS444, SUS447J1, SUS403, SUS410, SUS410J1, SUS410F2, SUS416, SUS420J1, SUS420J2, SUS420F, SUS420F2, SUS431, SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630 및 SUS631 중 어느 하나의 표면을 포함한다. 하지만, 피처리체(10)의 표면은 스텐레스 강에 국한되지 않는다. 예컨대, 피처리체(10)의 표면은 탄소강 또는 합금강일 수 있다. The surface of the object to be processed 10 is made of stainless steel and the stainless steel is made of stainless steel such as SUS201, SUS02, SUS301 to SUS303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS304J3, SUS305, SUS309S, SUS310S , SUS316, SUS316L, SUS316J1L, SUS316Ti, SUS317, SUS317L, SUS317LN, SUS317J1, SUS317J4-L, SUS317J5-L, SUS312, SUS347, SUS329J1, SUS329J4-L, SUS405, SUS410L, SUS430, SUS430F, SUS434, SUS444, SUS447J1, , SUS410, SUS410J1, SUS410F2, SUS416, SUS420J1, SUS420J2, SUS420F, SUS420F2, SUS431, SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630 and SUS631. However, the surface of the object to be treated 10 is not limited to stainless steel. For example, the surface of the
도 1a은 피처리체(10)의 제 1 표면 상에만 형성되는 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층(20)이 예시되었지만, 도 1b와 같이 피처리체(10)의 상기 제 1 표면 뿐만 아니라, 상기 제 1 표면과 대향하는 제 2 표면상에 코팅층(30)이 더 형성될 수 있다. 코팅층(20)과 코팅층(30)은 동일한 특성을 가지므로, 코팅층(30)에 대한 설명은 코팅층(20)의 설명을 참조할 수 있다. 또한, 도 1b에서 제 1 표면과 제 2 표면이 서로 대향하도록 도시하였지만, 피처리체(10)의 종류 또는/및 형태에 따라(즉, 도금 장치의 부품 형태에 따라), 피처리체(10)는 2 개 이상의 표면을 포함할 수 있으며, 이에 대응하는 2 개 이상의 코팅층(20)이 피처리체(10)에 형성될 수 있다. 예컨대, 피처리체(10)의 상기 제 1 표면 또는 상기 제 2 표면과 직각인 제 3 표면 또는/및 제 4 표면에 코팅층이 더 형성될 수 있다. 1A shows a
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면 마그네슘 계열의 산화물을 포함하는 코팅층(20)이 도금 욕조에 침지되는 도금 장치의 양면에 2.1 ㎛ 내지 5.1 ㎛의 두께 범위로 형성함으로써, 도금액에 대해 우수한 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층이 제공될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 도금 장치의 소재(10)에 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층(20)을 형성함으로써, 도금액에 의한 도금 장치 또는 도금 설비의 변형 및 침식을 방지하고, 상기 도금 장치 또는 상기 도금 설비의 부품의 교체, 또는 상기 도금 장치 또는 상기 도금 설비의 부품에 부착된 도금액 제거 같은 부가 작업으로 인한 도금 공정의 지연을 최소화할 수 있다. 더하여, 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층(20)에 대한 증착 최적 조건에 기반하여, 코팅층(20)과 피처리체(10)와의 박리, 열 변형, 성분 희석 문제들이 줄어들고, 도금 장치 또는 도금 설비의 관리 비용이 절감되며, 생산 라인의 휴지로 발생하는 손실이 줄어들 수 있다. As described above, according to the embodiment of the present invention, by forming the
도 2는 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 제조하는 방법을 설명하기 위한 순서도이다. Fig. 2 is a flow chart for explaining a method for producing a coating layer having peelability, heat resistance and erosion resistance.
도 2를 참조하면, 제조 방법은 도금 장치의 침지되는 부품을 준비하는 단계(S10) 및 적어도 하나의 금속 타겟 물질을 스퍼터링하여, 상기 부품의 표면에 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다(S20). 상기 코팅층은 마그네슘 산화물을 포함할 수 있다. 더하여, 상기 코팅층은, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn)은 중 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 제 1 스퍼터링을 통해 마그네슘 산화물을 기반으로 제 1 코팅층이 형성되고, 이후 제 2 스퍼터링을 통해 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn) 중 어느 하나를 기반으로 제 1 코팅층 상에 제 2 코팅층이 형성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 스퍼터링을 통해 알루미늄(Al) 산화물, 몰리브덴(Mo) 산화물, 망간(Mn) 산화물 중 어느 하나 그리고 마그네슘 산화물을 기반으로 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn) 중 어느 하나 그리고 마그네슘을 포함하는 단일 코팅층이 형성될 수 있다. Referring to FIG. 2, the manufacturing method includes preparing a part to be dipped in a plating apparatus (S10), and sputtering at least one metal target material to form a coating layer having peelability, heat resistance, and erosion resistance on the surface of the part (S20). The coating layer may comprise magnesium oxide. In addition, the coating layer may further include any one of aluminum (Al), molybdenum (Mo), and manganese (Mn). In one embodiment of the present invention, a first coating layer is formed on the basis of magnesium oxide through a first sputtering, and then a second coating layer is formed by sputtering either one of aluminum (Al), molybdenum (Mo), and manganese A second coating layer may be formed on the first coating layer. In another embodiment of the present invention, any one of aluminum (Al) oxide, molybdenum (Mo) oxide, manganese (Mn) oxide and aluminum oxide (Al), molybdenum (Mo), manganese ) And a single coating layer containing magnesium can be formed.
상기 스퍼터링은 DC planar diode 스퍼터링, Triode 스퍼터링, Magnetron 스퍼터링, RF 스퍼터링, Ion beam 스퍼터링 및 RF Magnetron Sputtering 중 어느 하나일 수 있다. 하지만, 본 발명은 이들에 한정되지 않으며, 균질화된 막을 형성할 수 있는 다른 증착 기법이 사용될 수 있다. The sputtering may be one of DC planar diode sputtering, Triode sputtering, Magnetron sputtering, RF sputtering, Ion beam sputtering, and RF magnetron sputtering. However, the present invention is not limited thereto, and other deposition techniques capable of forming a homogenized film can be used.
본 발명의 실시예에서, 상기 스퍼터링은, 코팅층(20)이 우수한 박리성, 내열성 및 내침식성을 가지며 피처리체(10)에 균질화되어 증착하도록 하기 위해서, 하기 적어도 하나의 조건 범위를 만족할 수 있다. 타깃에 대한 출력 전력은 50 W 내지 150 W 범위를 갖는다. 예컨대, 금속 타깃이 마그네슘(Mg)인 경우, 출력 전력은 100 W 또는 150 W이고, 금속 타깃이 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo) 또는 망간(Mn)인 경우, 출력 전력은 50 W이다. 출력 전력이 150 W 이상이면, 코팅막의 증착 속도가 증가하여 최종 코팅막의 두께가 증가하게 되고, 이때 코팅막에 금속 성분 함량이 증가하여 최종 코팅층의 밀도와 결정성이 결정될 수 있다. 이는 코팅막의 금속 성분 함량 증가는, 박리성, 내열성, 내침식성에 대한 성능을 저하시키고 증착 두께의 두꺼운 경우 코팅막의 탈리 현상이 발생하게 될 수 있다. 또한, 출력 전력이 50 W 이하로 감소하면, 코팅막의 증착 속도가 감소하여 증착 두께가 감소하게 된다. 따라서, 출력 전력이 감소하면, O2 가스 공급(gas flow)에 따른 코팅막에 함유되는 금속 성분의 밀도와 결정화도가 감소된다. 그러므로, 출력 전력이 50 W 이하면, 두께, 밀도가 감소하여 박리성, 내열성, 내침식성이 감소될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the sputtering can satisfy the following at least one condition range in order that the
아르곤(Ar):산소(O2) 가스 유량(단위는 sccm임)의 비율은, 15 : 0 내지 30 : 10의 범위 내 일 수 있다. 상기 아르곤(Ar)은 비활성 가스이며, 증착을 희망하는 물질의 타겟 원소를 기판까지 증착시키기 위해서 플라즈마 상태 내에서 챔버를 활성화시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 비활성 가스는 아르곤에 제한되지 않으며 다른 비활성 가스가 활용될 수 있다. 예컨대, 비활성 가스는 네온, 크립톤, 헬륨 중 어느 하나일 수 있다. 또한, 아르곤 가스 공급이 증가되면, 진공 상태의 챔버 내의 작동 압력(working pressure)이 증가하여 증착 속도가 향상된다. 더하여, Ar:O2 가스 유량 비율에서, 산소(O2) 유량은 코팅막의 결정화도(crystallinity)에 큰 영향을 미치며, O2 가스 유량이 증가하면, 결정화도가 감소하여, 밀도가 감소하고, 기공이 증가될 수 있다. 따라서, Ar:O2 가스 유량 비율에 따라 코팅막의 물성이 변화하며, O2 가스 유량이 증가하면 밀도가 감소하여 기공이 증가되고, 이로 인해 내열성이 이점이 있다. 하지만, 기공도가 증가하면서 표면의 거칠기(roughness)가 증가하여 비표면적이 증가하고 이에 따라 용융 아연과 코팅막의 접촉시, 접촉면적이 증가하여 내침식성과 박리성이 감소할 가능성이 있다. Argon (Ar): the proportion of oxygen (O 2) gas flow rate (unit: sccm Im) is 15: may be in the range of 10: 0-30. The argon (Ar) is an inert gas and can be used to activate the chamber in a plasma state to deposit a target element of the material to be deposited to the substrate. In an embodiment of the present invention, the inert gas is not limited to argon and other inert gases may be utilized. For example, the inert gas may be any one of neon, krypton, and helium. Further, as the argon gas supply is increased, the working pressure in the vacuum chamber increases and the deposition rate is improved. In addition, Ar: O 2 In the gas flow rate ratio, the oxygen (O 2 ) flow rate greatly affects the crystallinity of the coating film, and as the O 2 gas flow rate increases, the crystallinity decreases, the density decreases, and the pore increases. Therefore, Ar: O 2 The physical properties of the coating film vary depending on the gas flow rate. As the flow rate of the O 2 gas increases, the density decreases and the pore increases, which is advantageous in heat resistance. However, as the porosity increases, the surface roughness increases and the specific surface area increases. Accordingly, when the molten zinc is in contact with the coating film, the contact area increases, and the erosion resistance and peelability may decrease.
기판 온도는 200 ℃ 내지 300 ℃ 범위를 갖고, 작동 압력은 2 mTorr 내지 10 mTorr 범위를 갖는다. 상기 기판의 온도는 박막의 결정화도에 영향을 미치며, 온도가 증가하면 밀도와 결정화도가 증가될 수 있다. 그리고, 작동 압력(working pressure)는 챔버 내 압력을 증가시켜, 온도 변수와 함께 압력 변수는 코팅막의 증착 속도와 관련이 있다. 또한, 작동 압력이 증가하면 코팅막의 두께 및 표면 거칠기가 증가되고, 코팅막의 두께가 증가하면 내열성이 증가하고, 표면 거칠기가 증가하면 접촉각이 증가하여 박리성 및 내침식성이 증가하게 된다. 하지만, 작동 압력이 위에 전술한 범위를 벗어나 증가하게 되면, 증착 원소가 기판까지 도달하지 못하여 증착 속도가 오히려 감소할 수 있고, 이로 인해 코팅막 성분 함유량이 변화될 가능성이 있다. 따라서, 최적 사용 압력 조건이 요구되며, 전술한 기판 온도 및 작동 압력의 범위를 벗어날 경우, 박리성, 내열성, 내침식성의 특성을 저하시킬 수 있다. The substrate temperature ranges from 200 캜 to 300 캜, and the operating pressure ranges from 2 mTorr to 10 mTorr. The temperature of the substrate affects the degree of crystallization of the thin film, and as the temperature increases, the density and crystallinity may increase. And, the working pressure increases the pressure in the chamber, and the pressure parameter together with the temperature parameter is related to the deposition rate of the coating film. Also, as the operating pressure increases, the thickness and surface roughness of the coating film increase. As the thickness of the coating film increases, the heat resistance increases. When the surface roughness increases, the contact angle increases and the peelability and erosion resistance increase. However, if the operating pressure increases beyond the above-mentioned range, the deposition element may not reach the substrate and the deposition rate may be rather reduced, thereby possibly changing the coating film component content. Therefore, an optimum operating pressure condition is required, and if the temperature is outside the range of the above-mentioned substrate temperature and operating pressure, the properties of peelability, heat resistance and erosion resistance can be deteriorated.
본 발명의 실시예에서, 상기 도금 장치의 부품은 아연 또는 알루미늄 중 어느 하나를 포함하는 도금액에 침지될 수 있다. 하지만, 본 발명에서 이들에 제한되지 않으며, 상기 도금 장치의 부품은 황동, 구리, 또는 은을 포함하는 도금액에 침지될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the parts of the plating apparatus may be immersed in a plating solution containing either zinc or aluminum. However, the present invention is not limited thereto, and the parts of the plating apparatus may be immersed in a plating solution containing brass, copper, or silver.
전술한 상기 적어도 하나의 조건 범위를 만족함으로써, 도금액과의 우수한 박리성, 내열성 및 내침식성의 효과가 가지는 코팅층이 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 코팅층(20)은 대면적의 도금 장치의 침지되는 부품의 표면(10)에 균일한 형태를 가지고, 고융점의 특징을 갖지만 비교적 저온에서 박막화가 가능한다. By satisfying the above-mentioned at least one conditional range, a coating layer having the effects of excellent peelability, heat resistance and corrosion resistance with the plating solution can be formed. In addition, the
본 발명의 실시예에서, 도금 욕조 내 침지되는 도금 장치 또는 도금 설비에 부착되는 아연 도금액을 줄이기 위해서는 상기 도금 설비의 작동 온도 범위인 450 ℃ 내지 530 ℃에서 용융 아연에 대한 우수한 박리성이 요구된다. 이를 위해, 코팅층(20)의 표면 장력은 높아야 한다. 여기서, 상기 표면 장력은 접촉각에 비례하여, 상기 표면 장력이 높을수록 코팅층(20)과 아연 도금액 사이의 접촉각이 높아질 수 있다. 또한, 피처리체(10)와 코팅층(20) 의 열팽창 계수 사이 차이가 작아야 코팅층(20)의 탈리가 방지되어, 우수한 내열성 및 도금액에 대한 내침식성의 특징이 유지될 수 있다.In the embodiment of the present invention, in order to reduce the zinc plating liquid adhered to the plating apparatus or the plating apparatus immersed in the plating bath, excellent releasability to molten zinc at an operating temperature range of 450 캜 to 530 캜 of the plating facility is required. For this purpose, the surface tension of the
예컨대, SUS 316L 기판의 열팽창 계수는 17.2×10-6/K 이고 마그네슘 계열 코팅막의 열팽창 계수는 8×10-6/K 내지 10×10-6/K 범위를 갖는다. 따라서, 일반적인 산화물, 질화물, 탄화물 코팅막의 열팽창 계수(SiO2(0.5×10-6/K), Si3N4(3.3×10-6/K), SiC(4.0×10-6/K))와 비교하여 마그네슘 계열 코팅막이 SUS 기판과 열팽창 계수 차이가 적어서 장기간 사용시에도 코팅막의 탈리가 방지될 수 있다. 따라서, 코팅막의 탈리를 장기간 방지하기 위해서는 코팅막의 열팽창 계수는 최소 0.8×10-5/K 이상일 수 있다. For example, the thermal expansion coefficient of the SUS 316L substrate is 17.2 x 10 < -6 > / K and the thermal expansion coefficient of the magnesium series coating film is in the range of 8 x 10-6 / K to 10 x 10-6 / K. Therefore, compared with general thermal expansion coefficients (SiO 2 (0.5 × 10 -6 / K), Si 3 N 4 (3.3 × 10 -6 / K) and SiC (4.0 × 10 -6 / K)) of the oxide, nitride and carbide coating films, The difference between the coefficient of thermal expansion of the series coating film and that of the SUS substrate is small, so that the separation of the coating film can be prevented even in long-term use. Therefore, the thermal expansion coefficient of the coating film may be at least 0.8 x 10 < -5 > / K to prevent the coating film from being desorbed for a long time.
본 발명의 실시예에서, 코팅층(20)의 용융 아연에 대한 접촉각은 설비 작동 온도인 520 ℃에서 적어도 130°이상일 수 있다. 또한, 코팅층(20)의 아연 부착량은 코팅층(20)을 포함한 피처리체(10)의 무게 대비 3% 이내이며, 코팅층(20)을 포함한 피처리체(10)을 도금 공정에서 연속 사용할 때 코팅층(20)을 포함한 피처리체(10)의 변형 상태는 코팅층(20)을 포함한 피처리체(10)의 사용 전 길이 대비 1 % 범위 내로 유지될 수 있다. In an embodiment of the present invention, the contact angle of the
실험예Experimental Example ::
피처리체(10) 상에 코팅층(20)을 형성하기 위해, 대면적에도 균일한 박막 형성이 가능하고, 고융점의 물질이 저온에서 박막화가 가능하며, 세라믹, 금속 같은 대부분의 물질이 타겟으로 가능한 RF 마그네트론 스퍼터링 증착 방법이 사용되었다. 하기 표 1은 RF 마그네트론 스퍼터링에 기반하여 다양한 피처리체(10)에 증착된 코팅층(20)의 세부 증착 조건과 그 결과에 따른 코팅층(20)의 증착 두께 및 평균 중심 거칠기를 나타낸다. 표 1에서, 실시예 1은 MgO를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이 있고, 실시예 2는 MgO 및 Mo3O를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이고, 실시예 3은 MgO 및 Al2O를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이며, 실시예 4는 MgO 및 MnO를를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이다. 비교예 1은 코팅층(20)이 없는 순수한 SUS316L이 있고, 비교예 2는 MnO를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이고, 비교예 3은 Si3N4를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이며, 비교예 4는 SiC를 포함하는 코팅층(20)을 갖는 SUS316L이다. It is possible to form a thin film evenly on a large area in order to form the
(°C)Substrate temperature
(° C)
(mTorr)Working pressure
(mTorr)
(μm)Deposition thickness
(μm)
표 1을 참조하면, RF 마그네트론 스퍼터링을 위한 세부 증착 조건은, 제 1 타깃에 대한 플라즈마 출력 범위가 100 W 내지 150 W, 제 2 타깃(예: Mo, Al, Mn)에 대한 플라즈마 출력은 각각 50 W, 아르곤(Ar):산소(O2) 가스 유량 비율은 24:6 sccm 이고, 기판 온도는 250 ℃이고, 사용 압력은 7.0 mTorr 가지며, 이러한 조건에서 코팅층(20)은 제 1 표면과 상기 제 1 표면에 대향하는 제 2 표면에 1 μm 내지 5 μm 두께로 피처리체(10) 상에 증착된다. 또한, Si3N4와 SiC 같은 질화물 또는 탄화물 박막에 대한 평가도 함께 진행하기 위해 추가로 Si3N4와 SiC 상에 코팅층이 형성되며, 이때 아르곤(Ar):산소(O2) 가스 유량 비율은 20:2 sccm 또는 24:0 sccm일 수 있다. Referring to Table 1, the detailed deposition conditions for the RF magnetron sputtering are as follows: the plasma output range for the first target is 100 W to 150 W; and the plasma output for the second target (e.g., Mo, Al, Mn) W, an argon (Ar): oxygen (O 2) gas flow rate ratio of 24: 6 sccm, and the substrate temperature is from 250 ℃, operating pressure 7.0 mTorr having the
코팅층(20)의 증착 두께는 Surface Profiler(Alpha step 500, KLA Tencor)를 이용하여 증착 부분과 증착되지 않은 부분의 단차를 측정하였고, 코팅층(20)의 표면 거칠기는 Atomic Force Microscope(XE-BiO, Park system)를 이용하여 10 μm × 10 μm 범위에서 평균 중심 거칠기(Roughness average, Ra)를 측정하였다. 비교 1에서 일반 도금용 설비 장치 또는 부품의 소재인 SUS316L의 경우 Ra 값이 22.3 nm으로 표면 거칠기 상태가 불량하다. 반면, 진공 장비를 이용하여 최소 1.2 μm에서 최대 5.2 μm까지 증착한 코팅층(20)의 경우 평균 중심 거칠기가 1.4 내지 4.7 nm 으로 균일한 표면 조도를 확보할 수 있었다. 용융 도금액에 침지된 샘플의 표면 거칠기 값이 증가하면, 도금액과 샘플이 접촉 가능한 비표면적이 증가하고 이에 도금액과의 반응성이 증가하여 침식이 증가될 수 있다. 따라서, 코팅층(20)이 형성될 시, RF 마그네트론 스퍼터링에 기반하여, 균일한 표면 상태가 획득될 수 있으므로, 도금액과의 반응성이 감소될 수 있다. The deposition thickness of the
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시예에 따른 온도 변화에 기반한 고온 접촉각의 측정 결과이다. 도 3a 내지 도 3h의 고온 접촉각은 전술한 표 1의 실시예 1 내지 실시예 4, 그리고 비교예 1 내지 비교예 4에 따른 샘플들의 접촉각의 측정 결과를 나타낸다. 도 3a는 비교예 1의 고온 접촉각 측정 결과이고, 도 3b는 마그네슘 산화물만을 포함하는 실시예 1의 고온 접촉각 측정 결과이고, 도 3c는 마그네슘 산화물과 몰리브덴 산화물을 포함하는 실시예 2의 고온 접촉각 측정 결과이고, 마그네슘 산화물과 알루미늄 산화물을 포함하는 도 3d는 실시예 3의 고온 접촉각 측정 결과이고, 도 3e는 망간 산화물만을 포함하는 비교예 2의 고온 접촉각 측정 결과이고, 도 3f는 마그네슘 산화물과 망간 산화물을 포함하는 실시예 4의 고온 접촉각 측정 결과이고, 도 3g는 Si3N4를 포함하는 비교예 3의 고온 접촉각 측정 결과이며, 도 3h는 SiC를 포함하는 비교 4의 고온 접촉각 측정 결과이다. 상기 접촉각은 액체 표면과 고체 표면이 이루는 각을 나타내는 것으로, 본 발명에서 상기 고체 표면은 피처리체(10) 또는 피처리체(10) 상에 형성된 코팅층(20)의 표면에 해당하고, 상기 액체 표면은 피처리체(10)에 부착되는 도금액의 표면에 해당한다. 고체 표면에서의 표면 장력이 클수록 액체는 구형 형태로 존재하여 접촉각은 커지고 표면 장력이 작을수록 비구형 형태로 존재하여 접촉각은 작아질 수 있다. 3A to 3H are measurement results of a hot contact angle based on a temperature change according to an embodiment of the present invention. 3A to 3H show measurement results of the contact angle of the samples according to Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 of Table 1 described above. FIG. 3A shows a result of measurement of a high temperature contact angle of Comparative Example 1, FIG. 3B shows a result of measurement of a high temperature contact angle of Example 1 containing only magnesium oxide, FIG. 3C shows a result of measurement of a high temperature contact angle of Example 2 containing magnesium oxide and molybdenum oxide FIG. 3E shows the results of measurement of the contact angle at a high temperature of Comparative Example 2 containing only manganese oxide, FIG. 3F shows the results of measurement of the contact angle of magnesium oxide and manganese oxide FIG. 3G shows the results of the measurement of the hot contact angle of Comparative Example 3 containing Si 3 N 4 , and FIG. 3H shows the results of the hot contact angle measurement of Comparative Example 4 containing SiC. In the present invention, the solid surface corresponds to the surface of the
도 3a 내지 도 3h를 참조하면, 도금 욕조 내의 용융 아연에 침지되는 도금용 설비 부품의 작동 온도인 472 내지 520°C 범위에서 측정한 용융 아연에 대한 접촉각을 확인한 결과, 비교 1의 샘플의 접촉각은 실제 온도(R로 표시함) 520°C에서 89°이고, 실시예 1의 MgO의 접촉각은 130°이고, 실시예 2의 MgO:Mo3O의 접촉각은 136°, 실시예 3의 MgO:Al2O의 접촉각은 132°이고, 실시예 4의 MgO:MnO이 접촉각은 130°이다. 실시예 1 내지 실시예 4의 접촉각이 비교 1의 접촉각보다 크므로, 실시예 1 내지 실시예 4의 샘플들에 형성된 코팅층(20)으로 인해 박리성이 향상되는 것을 알 수 있다. 특히, 700 ℃까지 온도가 증가하게 되면 비교 1의 경우 접촉각이 19°으로 감소되지만, MgO 및 이종 산화물 원소(Mo3O, Al2O, MnO)가 2 μm 내지 5 μm 두께로 코팅층(20)에 포함되는 경우 접촉각이 112°내지 129° 범위 내로 접촉각의 변화가 적다는 것을 보여준다. 이는 코팅층(20)이 박리성뿐만 아니라 내열성 또는/및 내침식성이 우수함을 의미한다. 3A to 3H, the contact angles of molten zinc measured in the range of 472 to 520 ° C, which is the operating temperature of a plating component immersed in molten zinc in a plating bath, The contact angle of MgO: Mo 3 O of Example 2 was 136 占 and the contact angle of MgO: Al (MgO: Al) of Example 3 was 89 °, 2 O has a contact angle of 132 °, and the MgO:
하기 표 2는 실시예 1 내지 실시예 4, 그리고 비교예 1 내지 비교예 4에서 온도별 샘플의 고온 접촉각을 나타낸다. Table 2 below shows the hot contact angle of the samples according to temperature in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4.
도 4a 내지 도 4h는 본 발명의 실시예에 따른 샘플의 표면 상태, 박리성 및 용융 아연에 대한 내침식성을 보여주는 도면이다. 도 4a는 SUS 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이고, 도 4b는 Mgo 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이고, 도 4c는 Mgo+Mo3O 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이고, 도 4d는 Mgo+Al2O 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이고, 도 4e는 MnO 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이고, 도 4f는 Mgo+Mn 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이고, 도 4g는 Si3N4 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이며, 도 4h는 SiC 코팅층을 포함한 샘플의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)을 도시하는 도면이다. 4A to 4H are views showing the surface state of the sample, the peelability and the erosion resistance against molten zinc according to the embodiment of the present invention. 4A is a view showing the surface state (A), the peelability (B) and the erosion resistance (C) of the SUS sample against molten zinc. FIG. 4B shows the surface state (A) (B), and a chart showing the abrasion resistance (C) of the molten zinc, Figure 4c Mgo + Mo 3 O surface condition of the sample (a), including the coating layer, peeling resistance (B), abrasion resistance to the molten zinc (C) drawing and, Figure 4d is a schematic diagram showing an abrasion resistance (C) of the surface state (a), releasable (B), the molten zinc in the sample, including the Mgo + Al 2 O coating layer, showing the Fig. 4E is a view showing the surface state (A), the peelability (B) and the erosion resistance (C) of the sample including the MnO coating layer and the erosion resistance (C) against the molten zinc. FIG. 4F shows the surface state of the sample including the Mgo + ), Peelability (B), and erosion resistance (C) against molten zinc. Fig. 4G is a graph showing Si 3 N 4 (A), the peelability (B), and the erosion resistance (C) against molten zinc. FIG. 4H is a graph showing the surface state (A), the peelability B), and erosion resistance (C) against molten zinc.
도 4a 내지 도 4h를 참조하면, 샘플들의 표면 상태(A), 박리성(B), 용융 아연에 대한 내침식성(C)의 결과 중 실시예 2의 MgO:Mo3O 및 실시예 3의 MgO:Al2O 코팅층의 샘플 상태가 우수한 것을 알 수 있다. Figures 4a Referring to Figure 4h, embodiments of the result of the surface condition (A), releasable (B), abrasion resistance (C) of the molten zinc of samples Example 2 MgO of: Mo of 3 O and Example 3 MgO : It can be seen that the sample state of the Al 2 O coating layer is excellent.
접촉각은 고체 표면의 습윤성(wettability)을 나타내는 척도로서 표면 장력이 높은 재료일수록 접촉각이 증가한다. 상기 표면 장력은 코팅층(20)의 원소 성분 및 표면 상태에 따라 변할 수 있다. 예컨대, MgO 및 이종 원소(Mo3O, Al2O)를 포함하는 코팅층(20)에 대한 접촉각은, 비교 1의 SUS316L와 비교하여 높은 표면 장력으로 인해 높아질 수 있으며, 이는 박리성 향상과 관련된다. The contact angle is a measure of the wettability of a solid surface. The higher the surface tension, the more the contact angle increases. The surface tension may vary depending on the elemental composition of the
또한, 재료에 대한 반응성을 살펴보면 Mg > Zn > Al > Fe > Cu > SUS > Si > Pt 순서로 증가한다. 예컨대, Mg의 반응성이 다른 원소들의 반응성보다 크고, Pt의 반응성이 다른 원소들의 반응성보다 작다. 그러므로, 아연을 도금액으로 사용하는 경우, Zn의 반응성이 커서 용융 Zn이 스텐레스 강(SUS)과 고온의 용융 상태에서 지속적으로 반응할 시, Zn 산화막이 형성되면서, 점진적으로 농도차에 의한 확산으로 상기 Zn 산화막의 부피가 증가하고, 용융 Zn이 상기 Zn 산화막을 통해 SUS의 계면까지 침투하여 Zn 합금층이 형성될 수 있다. 또한, 상기 형성된 Zn 합금층으로 스텐레스 강(SUS) 표면에 균열(crack)이 발생하고 상기 Zn 산화막의 파괴 및 박리로 스텐레스 강의 상태가 불량해질 수 있다. 이는 불량한 내침식성의 결과로 볼 수 있다. In addition, the reactivity to the materials increases in the order of Mg> Zn> Al> Fe> Cu> SUS> Si> Pt. For example, the reactivity of Mg is larger than that of other elements, and the reactivity of Pt is smaller than that of other elements. Therefore, when zinc is used as the plating solution, when the reactivity of Zn is high and the Zn continuously reacts with stainless steel (SUS) in a molten state at high temperature, a Zn oxide film is formed, The volume of the Zn oxide film increases and molten Zn penetrates through the Zn oxide film to the interface of SUS to form a Zn alloy layer. Further, cracks are formed on the surface of the stainless steel (SUS) with the Zn alloy layer formed thereon, and the state of the stainless steel may become poor due to breakage and peeling of the Zn oxide film. This can be seen as a result of poor erosion resistance.
하지만, 본 발명의 실시예에서. 도 4b 내지 도 4c와 같이, 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 MgO:Mo3O 및 MgO:Al2O의 코팅층(20)의 경우, 고온에서 박리성이 우수하고, 아연보다 반응성이 큰 마그네슘 계열의 코팅층(20)이 형성되어, 용융 아연(Zn)이 상기 SUS의 MgO를 포함한 코팅층(20)에 부착되더라도, 마그네슘이 용융 아연보다 반응성이 커서 아연에 의한 산화 또는 침식 반응 속도가 감소될 수 있다. However, in an embodiment of the present invention. In the case of the
종래에 용사 코팅을 통해 질화물, 탄화물 박막을 형성하는 경우, 표면 상태는 우수하지만, 용융 아연에 대한 내침식성은 불량한 것으로 확인된다. 이는 용융 아연보다 반응성이 낮은 박막을 통해 SUS까지 아연이 침투한 것으로, 특히, 질화물, 탄화물 박막 코팅 시 쉽게 형성되는 금속 성분은 용융 Zn와 합금을 형성하여 Zn의 확산을 용이하게 하여 박막의 박리 현상을 발생시킴으로써 표면 상태가 불량하게 될 수 있다. 또한, 피처리체(10)와 용융 아연(Zn)의 박리성을 증가시키기 위한 다양한 방법 중, 표면 거칠기가 크고, 기공도(porosity)가 높은 소재일수록 높은 접촉각을 나타낸다. 하지만, 기공도 및 기공 크기가 증가하면, SUS에서 박막의 박리 현상 또한 증가하여 박막의 탈리 문제가 발생하고, 표면 거칠기가 증가하면, 용융 아연 도금액과의 접촉 면적이 증가하여 박막과 아연(Zn)의 반응성이 증가할 우려가 있다. Conventionally, when a nitride or a carbide thin film is formed through spray coating, the surface condition is excellent, but the erosion resistance against molten zinc is confirmed to be poor. This is because the zinc penetrates into the SUS through the thin film which is less reactive than the molten zinc. In particular, the metal component which is easily formed by the coating of the nitride and the carbide thin film forms the alloy with the molten Zn to facilitate the diffusion of Zn, The surface state may become poor. Among various methods for increasing the peelability of the object to be treated 10 and molten zinc (Zn), a material having a high surface roughness and a high porosity exhibits a higher contact angle. However, as the porosity and pore size increase, the thin film peeling phenomenon also increases due to the increase in the SUS, and when the surface roughness increases, the contact area with the hot zinc plating solution increases and the thin film and zinc (Zn) There is a fear that the reactivity of the catalyst may increase.
도 5a 내지 도 5h는 본 발명의 실시예에 따른 침지 후의 고착된 이물질이 제거된 샘플의 표면 상태를 보여주는 도면이다. 도 5a는 1주 동안 용융 아연에 침지된 SUS316L 샘플이고, 도 5b는 1주 동안 용융 아연에 침지된 SiC 코팅층을 포함한 샘플이고, 도 5c는 1주 동안 용융 아연에 침지된 Si3N4 코팅층을 포함한 샘플이고, 도 5d는 2주 동안 용융 아연에 침지된 MnO 코팅층을 포함한 샘플이고, 도 5e는 12주 이상 용융 아연에 침지된 MgO 코팅층을 포함한 샘플이고, 도 5f는 12주 이상 용융 아연에 침지된 MgO와 Mo3O을 함유한 코팅층을 포함한 샘플이고, 도 5g는 12주 이상 용융 아연에 침지된 MgO와 Al2O을 함유한 코팅층을 포함한 샘플이며, 도 5h는 8주 이상 용융 아연에 침지된 MgO와 MnO을 함유한 코팅층을 포함한 샘플이다. 5A to 5H are views showing the surface state of a sample from which foreign substances have been removed after immersion according to an embodiment of the present invention. Figure 5a is a SUS316L sample is immersed in molten zinc for one week, Fig. 5b is immersed in molten zinc for a sample that contains a SiC coating layer is immersed in molten zinc for a week, Figure 5c 1 shares Si 3 N 4 5D is a sample containing a MgO coating layer immersed in molten zinc for 12 weeks or more, FIG. 5F is a sample containing a MnO coating layer immersed in molten zinc for 2 weeks, FIG. a and the MgO and the sample, including a coating layer containing the Mo 3 O dipping, also 5g is a sample, including a coating layer containing the MgO and Al 2 O immersed in more than 12 weeks the molten zinc, and Fig. 5h at least 8 weeks molten zinc And a coating layer containing MgO and MnO.
도 5a 내지 도 5h를 참조하면, 대부분 용융 아연에 의해 샘플 자체가 침식되거나 절단되며, 표면 상태가 대부분 불량하다. 특히 용융 아연에 침지된 MnO 코팅층을 포함한 샘플은 특정 부분에 아연(Zn)의 확산으로 절단되며, 표면 상태가 불량하다. 이에 반해서 도 5e 내지 도 5h의 MgO 계열의 샘플들은 12주 이상 형상을 유지하며, 아연 도금액이 쉽게 제거될 수 있다. 따라서, 고온에서 높은 접촉각과, 우수한 내침식성을 갖는 MgO 계열의 코팅층을 포함한 샘플들(예: 도 5e 내지 도 5h)을 도금 장치 또는 도금 장치의 부품에 적용하면, 도금액의 산화, 침식을 방지하며 도금액의 청정도를 유지할 수 있으며, 도금용 설비의 내구성을 확보하여 도금 공정의 연속성을 확보할 수 있으므로 도금 강판 생산 시 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 일부 실시예에서, 아연 도금액이 제거된 샘플에서 코팅층이 박리되고, 새로운 코팅층이 샘플에 재형성되어, 다시 사용 가능하다. 5A to 5H, the sample itself is eroded or cut by most of the molten zinc, and the surface state is mostly poor. Particularly, the sample including the MnO coating layer immersed in the molten zinc is cut by the diffusion of zinc (Zn) to a specific part, and the surface condition is poor. On the contrary, the MgO-based samples of FIGS. 5E to 5H maintain the shape over 12 weeks, and the zinc plating solution can be easily removed. Therefore, when samples (for example, Figs. 5E to 5H) including a MgO-based coating layer having a high contact angle at a high temperature and excellent corrosion resistance are applied to parts of a plating apparatus or a plating apparatus, oxidation and erosion of the plating liquid are prevented It is possible to maintain the cleanliness of the plating solution and securing the durability of the plating equipment to ensure the continuity of the plating process, thereby ensuring price competitiveness in the production of the coated steel sheet. In some embodiments, the coating layer is peeled off from the sample from which the zinc plating solution has been removed, and a new coating layer is re-formed on the sample and is usable again.
하기 표 3은 종래 SUS316L 샘플과 본 발명의 박리성을 갖는 MgO 계열의 코팅층을 포함한 SUS(길이 100 mm, 폭 50 mm, 두께 2 mm) 샘플을 도금 욕조 내의 용융 Zn에 침지한 후, 4주 후 용융 아연의 도금 부착량을 KS D 0201(2011) 실험 방법을 이용하여 확인하였다. 아연 도금의 부착량 확인은 삼염화안티몬액을 이용하여 용출된 아연의 질량 측정을 통해 실시하였다. 종래 SUS316L 샘플의 경우 용융 아연 도금 부착량은 11,568 g/m2으로 샘플 무게 대비 77.0 % 이상 부착되었으며, 이에 반해 본 발명의 박리성을 갖는 MgO 계열의 코팅층을 포함한 SUS 샘플의 경우 아연 도금 부착량(불순물 부착량)은 418 g/m2으로 샘플 무게 대비 대략 2.8 %가 부착되어 MgO 계열의 코팅층을 포함한 SUS 샘플의 박리 효과를 확인하였다. The following Table 3 shows the results obtained by immersing a sample of SUS (length 100 mm, width 50 mm,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 샘플의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석 결과를 나타내는 도면이다. SUS316L 샘플 및 MgO 계열의 코팅층(MgO, MgO:Mo3O, MgO:Al2O, MgO:MnO)의 XRD 분석 결과이다. FIG. 6 is a diagram showing XRD (X-Ray Diffraction) analysis results of a sample according to an embodiment of the present invention. SUS316L Sample and MgO coating layer of a series of XRD analysis result (MgO, MgO: Mo 3 O , MgO:: Al 2 O, MgO MnO).
도 6을 참조하면, MgO 산화막과 함께 이종 원소를 포함하는 다른 산화막(예: Mo3O, Al2O, MnO)을 이용하여 코팅한 샘플의 경우, MgO, Mo3O, Al2O, 또는 MnO의 성분이 나타난다. 또한, MgO, Mo3O, Al2O, 또는 MnO은 코팅층 내 금속 형태로 존재하지 않아서, 용융 Zn와의 합금에 의한 Zn 확산을 방지하여 용융 Zn의 반응성을 감소시켜 내침식성을 향상시킨 것을 확인 할 수 있었다. 즉, 코팅층이 금속 형태로 존재하면, 약한 금속 결합에 의해 용융 아연과 코팅층의 금속이 쉽게 합금이 되어, 코팅층 및 코팅층-기판 사이의 계면을 통과하여 기판내로 용융 아연 성분이 확산하여 Zn와 코팅층의 반응성 증가로 합금층이 형성되어 균열이 발생될 가능성이 있다. 하지만 용융 아연보다 반응성이 큰 마그네슘 계열의 산화물 박막으로 코팅층이 존재하면, 용융 아연이 SUS에 코팅된 MgO 산화막에 부착시 마그네슘이 용융 Zn 보다 반응성이 우수하여 Zn의 산화 및 침식 반응 속도를 감소시켜 내침식성이 향상될 수 있다. Referring to FIG. 6, in the case of a sample coated with another oxide film containing a different element (for example, Mo 3 O, Al 2 O, MnO) together with the MgO oxide film, MgO, Mo 3 O, Al 2 O, or MnO < / RTI > It is also confirmed that MgO, Mo 3 O, Al 2 O, or MnO does not exist in the form of a metal in the coating layer, thereby preventing diffusion of Zn by alloying with molten Zn, thereby reducing reactivity of molten Zn and improving corrosion resistance I could. That is, when the coating layer is present in the form of a metal, the molten zinc and the metal of the coating layer are easily alloyed by the weak metal bond, and the molten zinc component diffuses into the substrate through the interface between the coating layer and the coating layer- There is a possibility that an alloy layer is formed due to an increase in reactivity and cracks are generated. However, when the coating layer is formed of a magnesium-based oxide thin film having a higher reactivity than molten zinc, when the zinc oxide is coated on the SUS coated MgO oxide, the magnesium is more reactive than the molten Zn to decrease the rate of oxidation and erosion reaction of Zn Erosion can be improved.
하기 표 4는 용융 Zn와 Al의 작업 온도에서 MgO 계열의 코팅층을 포함한 SUS 샘플의 치수 변화(길이, 폭, 두께)를 접촉식 3 차원 측정기(덕인, VICTOR 121510N)를 이용하여 측정하였다. 해당 작업 온도에서 연속사용 후 샘플의 치수 변화량은 최대 0.1% 내외로 박리성 효과와 함께 작업 온도에서의 내열성도 확보하여 도금액에 침지되는 설비에 적용 가능함을 확인하였다. Table 4 below shows the dimensional changes (length, width, thickness) of SUS samples including the MgO-based coating layer at the working temperature of molten Zn and Al using a contact type three-dimensional measuring instrument (Duckin, VICTOR 121510N). It is confirmed that the dimensional change of the sample after continuous use at the working temperature is about 0.1% and the heat resistance at the working temperature is secured together with the peeling effect, so that it is applicable to the equipment immersed in the plating solution.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 코팅층을 이용한 도금 장치를 보여주는 도면이다. 7 is a view showing a plating apparatus using a coating layer according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 도금 장치 또는 도금 설비는 도금 욕조(1), 스나우트(4), 싱크 롤(6), 콜렉트롤(7) 및 스테빌라이저롤(7)을 포함할 수 있다. 도금 공정 시, 도금 욕조(1)의 내부에 아연 또는 알루미늄 도금액(2)이 채워지고, 스나우트(4)를 통하여 강판(5)이 도금액(2)에 침지된다. 이후 강판(5)의 방향 전환을 위해 싱크 롤(6)이 구비되고, 싱크 롤(6) 상부로 콜렉트롤(7) 및 스테빌라이저롤(7)이 구비되어, 강판(5)이 수직으로 도금액(2)으로부터 끌어올릴 수 있다. 또한, 도금 욕조(1)의 상부에 에어나이프(8)가 구비되고, 도금 욕조(10)의 외부 측벽에는 가열 장치(3)가 더 구비될 수 있다. 여기서, 도금 욕조(1)는 필요에 따라 400 ~ 700℃의 온도 조건으로 동작되는데, 도금 욕조(1) 벽면의 열손실과 도금액(2)의 표면에서의 열손실로 인하여 외부의 간섭이 없는 상태에서 도금 욕조(1)의 온도는 하강하게 될 수 있다. 이와 같이, 도금 욕조(1)의 온도가 하강하게 되면, 부유 드로스(Top dross, 9)가 강판에 부착될 위험이 높고, 도금 특성이 떨어질 수 있으므로, 적절한 도금조건을 유지하기 위하여 도금 욕조(1)는 주기적으로 가열될 수 있다. Referring to Fig. 7, the plating apparatus or the plating apparatus may include a plating bath 1, a snout 4, a
전술한 바와 같이, 도금 공정 시, 도금 장치 또는 도금 설비(100)의 스나우트(4), 싱크 롤(6), 콜렉트롤(7) 및 스테빌라이저롤(7) 같은 일부 부품들은 도금 욕조(1) 내의 도금액(2)에 침지될 수 있으며, 이로 인해 상기 일부 부품들도 강판(5)과 함께 도금액(2)에 의해 도금될 수 있다. 하지만, 도금액(2) 부착된 상기 일부 부품들은 연속 공정 중 가열 및 냉각의 반복으로 인해 산화 및/또는 침식될 수 있다. 또한, 도금 작업 동안에 도금액(2)의 청정도(cleanliness) 및 안정적인 공급이 어려워질 수 있다. 따라서, 이러한 성능 저하를 줄이기 위해서는 도금 욕조(1)의 수리, 도금액(2) 농도 조절, 스나우트(4), 싱크 롤(6), 콜렉트롤(7) 및 스테빌라이저롤(7) 같은 일부 부품들의 교체, 또는 스나우트(4), 싱크 롤(6), 콜렉트롤(7) 및 스테빌라이저롤(7) 같은 일부 부품들에 부착된 도금액(2)의 제거 같은 부가 작업이 반복적으로 수행될 필요가 있다. As described above, in the plating process, some parts of the plating apparatus or the plating apparatus 100, such as the swath 4, the
본 발명의 실시예에서, 전술한 도 1a, 도 1b 그리고 도 2에 기반하여, 도금 강판의 생산성 및 작업 효율을 향상시키기 위해서, 스나우트(4), 싱크 롤(6), 콜렉트롤(7) 및 스테빌라이저롤(7) 같은 일부 부품들의 표면에 부착된 도금액(2)이 상기 일부 부품들로부터 쉽게 벗겨지는 박리성, 그리고 도금액(2)에 의해 쉽게 부식되지 않도록 내열성 및/또는 내침식성(또는 내부식성)을 갖는 코팅층(20, 30)이 형성된다. The sink roll 4, the
본 발명에서 도금 공정은 표면에 붙이고자 하는 금속을 녹인 도금 욕조 속에 강판을 넣고 표면에 용액이 붙은 다음 끌어올려서 고화시키는 용해금속 침지도금을 기반으로 한다. 하지만, 본 발명은 용해금속 침지도금에 제한되지 않으며, 용사분무도금, 전기 도금, 증착 도금에도 적용 가능할 것이다. In the present invention, the plating process is based on a solution metal immersion plating in which a steel plate is put in a plating bath in which a metal to be attached to a surface is melted and a solution is adhered to the surface and then solidified by solidification. However, the present invention is not limited to dissolving metal immersion plating, but may also be applicable to spraying spray plating, electroplating, and deposition plating.
이상에서 설명한 본 발명이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be clear to those who have knowledge.
10: 피처리체 20, 30: 코팅층10: 20, 30: Coating layer
Claims (20)
마그네슘 산화물을 포함하는 코팅층. A coating layer having peelability, heat resistance and erosion resistance which is applied to at least a part of a surface of an object to be treated,
A coating layer comprising magnesium oxide.
상기 코팅층은,
알루미늄 산화물, 몰리브덴 산화물, 및 망간 산화물 중 적어도 어느 하나의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 코팅층. The method according to claim 1,
Wherein the coating layer comprises:
Wherein the coating layer further comprises at least one of a different metal oxide of aluminum oxide, molybdenum oxide, and manganese oxide.
상기 코팅층이 순수 마그네슘 산화물인 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 40 wt% 내지 50 wt% 범위 내인 코팅층. The method according to claim 1,
Wherein when the coating layer is pure magnesium oxide, the content of magnesium (Mg) is in the range of 40 wt% to 50 wt% with respect to the total weight of the coating layer.
상기 코팅층이 알루미늄 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 30 wt% 내지 40 wt%의 범위 내이고, 상기 알루미늄(Al)의 함유량은 2 wt% 내지 10 wt%의 범위 내인 코팅층.3. The method of claim 2,
(Mg) in the coating layer is in the range of 30 wt% to 40 wt%, and the content of aluminum (Al) in the coating layer is in the range of 2 wt% to 10 wt%.
상기 코팅층이 몰리브덴 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 5 wt% 내지 15 wt% 범위 내이고, 몰리브덴(Mo)의 함유량은 25 wt% 내지 35 wt% 범위 내인 코팅층. 3. The method of claim 2,
The content of magnesium is in the range of 5 wt% to 15 wt%, the content of molybdenum (Mo) is less than 25 wt%, the content of magnesium is in the range of 5 wt% to 15 wt%, and the content of molybdenum (Mo) To 35 wt%.
상기 코팅층이 망간 산화물만의 이종 금속 산화물을 더 포함하는 경우, 상기 코팅층의 전체 중량 대비 마그네슘(Mg)의 함유량은 10 wt% 내지 20 wt% 범위 내이고, 망간(Mn)의 함유량은 20 wt% 내지 30 wt% 범위 내인 코팅층. 3. The method of claim 2,
The content of manganese (Mn) is in the range of 10 wt% to 20 wt%, the content of manganese (Mn) is less than 20 wt%, and the content of manganese (Mn) To 30 wt%.
상기 코팅층의 증착 두께는 2.1 ㎛ 내지 5.2 ㎛의 범위 내인 코팅층. The method according to claim 1,
Wherein the coating thickness of the coating layer is in the range of 2.1 占 퐉 to 5.2 占 퐉.
상기 코팅층의 평균 중심 거칠기는 2.3 ㎛ 내지 4.0 ㎛의 범위 내를 갖는 코팅층. The method according to claim 1,
Wherein the average center roughness of the coating layer is in the range of 2.3 탆 to 4.0 탆.
상기 코팅층의 접촉각은 400 ℃ 내지 700 ℃ 온도 범위 내에서 100°내지 150°범위를 갖는 코팅층. The method according to claim 1,
Wherein the coating layer has a contact angle ranging from 100 DEG to 150 DEG within a temperature range of 400 DEG C to 700 DEG C.
상기 코팅층의 부착량은, 상기 코팅층 및 상기 피처리체의 전체 무게 대비 0.1 % 내지 5.0 % 범위 내인 코팅층. The method according to claim 1,
Wherein the coating amount of the coating layer is in a range of 0.1% to 5.0% of the total weight of the coating layer and the object to be treated.
상기 용융 도금 장치의 표면은 스텐레스강(stainless steel: SUS)이며,
상기 스텐레스강은 SUS201, SUS02, SUS301 내지 SUS 303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS304J3, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS316J1L, SUS316Ti, SUS317, SUS317L, SUS317LN, SUS317J1, SUS317J4-L, SUS317J5-L, SUS312, SUS347, SUS329J1, SUS329J4-L, SUS405, SUS410L, SUS430, SUS430F, SUS434, SUS444, SUS447J1, SUS403, SUS410, SUS410J1, SUS410F2, SUS416, SUS420J1, SUS420J2, SUS420F, SUS420F2, SUS431, SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630 및 SUS631 중 어느 하나의 표면을 포함하는 코팅층.The method according to claim 1,
The surface of the hot dip coating apparatus is made of stainless steel (SUS)
The stainless steel may be selected from the group consisting of SUS201, SUS02, SUS301 to SUS303, SUS303Se, SUS304, SUS304L, SUS304N1, SUS304N2, SUS304LN, SUS304J3, SUS305, SUS309S, SUS310S, SUS316, SUS316L, SUS316J1L, SUS316Ti, SUS317, SUS317L, SUS317LN, SUS317J1, SUS317J5-L, SUS312J, SUS347, SUS329J1, , SUS440A, SUS440B, SUS440C, SUS440F, SUS630 and SUS631.
상기 피처리체는 도금액에 침지되는 도금 장치 또는 상기 도금 장치를 구성하는 적어도 하나의 부품을 포함하는 코팅층.The method according to claim 1,
Wherein the object to be processed comprises a plating apparatus immersed in a plating liquid or at least one component constituting the plating apparatus.
적어도 하나의 금속 타겟 물질을 스퍼터링하여, 상기 부품의 표면에 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 코팅층은 마그네슘 산화물을 포함하는 코팅층의 제조 방법.Preparing a component of the hot dip coating apparatus; And
And sputtering at least one metal target material to form a coating layer having releasability, heat resistance and erosion resistance on the surface of the part,
Wherein the coating layer comprises magnesium oxide.
상기 스퍼터링은,
상기 스퍼터링을 위한 출력 전력이 50 W 내지 150 W의 제 1 범위 내,
상기 스퍼터링을 위한 아르곤(Ar):산소(O2)의 가스 유량(SCCM) 비율의 범위는 15:0 내지 30:10의 제 2 범위 내,
기판 온도는 200 ℃ 내지 300 ℃의 제 3 범위 내, 및
공정 압력은 2.0 mTorr 내지 10.0 mTorr의 제 4 범위 내의 상기 범위들 중 적어도 하나의 범위 내에서 수행되는 제조 방법. 12. The method of claim 11,
In the sputtering,
Wherein the output power for the sputtering is within a first range of 50 W to 150 W,
The range of the gas flow rate (SCCM) ratio of argon (Ar): oxygen (O 2 ) for the sputtering is within a second range of 15: 0 to 30:10,
The substrate temperature is in the third range of 200 DEG C to 300 DEG C, and
Wherein the process pressure is performed within a range of at least one of the above ranges within a fourth range of 2.0 mTorr to 10.0 mTorr.
상기 코팅층은, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 및 망간(Mn)은 중 어느 하나를 더 포함하는 코팅층의 제조 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the coating layer further comprises one of aluminum (Al), molybdenum (Mo), and manganese (Mn).
상기 용융 도금 장치의 부품은 아연 및 알루미늄 중 어느 하나를 포함하는 도금액에 의해 침지되는 코팅층의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Wherein the component of the hot dip coating apparatus is immersed by a plating liquid containing any one of zinc and aluminum.
상기 마그네슘 산화물의 반응성은 상기 용융 도금 장치에 부착되는 도금액의 반응성보다 큰 코팅층의 제조 방법. 14. The method of claim 13,
Wherein the reactivity of the magnesium oxide is greater than the reactivity of the plating liquid adhered to the hot dip coating apparatus.
상기 스퍼터링은 DC planar diode 스퍼터링, Triode 스퍼터링, Magnetron 스퍼터링, RF 스퍼터링, Ion beam 스퍼터링 및 RF Magnetron Sputtering중 어느 하나인 코팅층의 제조 방법.14. The method of claim 13,
Wherein the sputtering is any one of DC planar diode sputtering, triode sputtering, magnetron sputtering, RF sputtering, ion beam sputtering, and RF magnetron sputtering.
제 1 항 기재의 박리성, 내열성 및 내침식성을 갖는 코팅층을 포함하는 용융 도금 장치. On the surface of the component body or part
A hot-dip coating apparatus comprising a coating layer having peelability, heat resistance and erosion resistance according to claim 1.
상기 구성 바디 또는 부품은, 상기 용융 도금 장치의 스나우트(snout), 싱크 롤(sink roll), 서포트 롤(support roll), 스노클(snorkel), 싱크 롤 프레임(sink roll frame), 금속 펌프 프레임(metal pump frame), 벽돌 커버(brick cover) 중 어느 하나를 포함하는 용융 도금 장치. 20. The method of claim 19,
The component body or part may comprise at least one of a snout, a sink roll, a support roll, a snorkel, a sink roll frame, a metal pump frame a metal pump frame, and a brick cover.
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- 2016-08-26 KR KR1020160108973A patent/KR101896768B1/en active IP Right Grant
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