KR20210024706A

KR20210024706A - 도금강판용 도금액, 도금강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20210024706A
Application number: KR1020190104162A
Authority: KR
Inventors: 김성민; 최혜림
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2019-08-26
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2021-03-08

Abstract

본 발명은 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는, 도금강판용 도금액을 제공한다.

Description

도금강판용 도금액, 도금강판 및 그 제조방법{PLATING SOLUTION, PLATED STEEL SHEET AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 도금액, 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 도금강판용 도금액, 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전기아연도금 강판은 용융아연강판에 비하여 외관이 미려하고, 도장성이 우수할 뿐만 아니라 아연 도금량을 제어할 수 있어 자동차, 가전제품 및 건재용 구조재 등에 사용되고 있다. 최근, 원가 절감을 위해 도금층의 두께를 감소시키려는 노력이 진행되고 있으나 내식성이 약해질 뿐만 아니라 밀착성이 열위해지고 표면결함의 은폐력도 낮아지는 문제점을 유발한다.

관련 선행문헌으로는 대한민국 공개특허 제1995-0014370호가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 도금량을 저감하면서도 내식성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법과 이를 구현할 수 있는 도금강판용 도금액을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 도금액은 전체 도금액 중 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유한다.

상기 도금강판용 도금액에서, 상기 페놀 포름알데히드 수지는 입자 형태로 상기 도금액 내에 첨가되되, 상기 입자의 평균 크기는 2 내지 10㎛일 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판은 소지 강판; 및 상기 소지 강판 상에 형성된 도금층; 을 구비하되, 상기 도금층은 아연 기지 내에 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin)가 입자 형태로 혼입된 조직을 가진다.

상기 도금강판에서, 상기 페놀 포름알데히드 수지의 입자 평균 크기는 2 내지 10㎛이며, 분자량은 3000 내지 4000일 수 있다.

상기 도금강판에서, 상기 도금층은 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 도금액으로부터 구현될 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 제조 방법은 소지 강판을 준비하는 단계; 및 상기 소지 강판 상에 도금층을 형성하는 단계; 를 구비하되, 상기 도금층을 형성하는 단계는 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계이다.

상기 도금강판의 제조 방법에서, 상기 도금층을 형성하는 단계는 전류밀도: 1 내지 200 ASD 및 온도: 15 내지 60℃인 공정 조건을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도금량을 저감하면서도 내식성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법과 이를 위한 도금강판용 도금액을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판을 도식적으로 도해하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판을 구성하는 도금층을 개요적으로 도해하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실험예에 따른 전기아연도금강판의 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 4는 본 발명의 실험예에 따른 전기아연도금강판의 내식성 평가실험 결과를 나타낸 사진들이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판용 도금액, 도금강판 및 도금강판의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도금강판용 도금액

도금량을 저감하면서도 내식성이 우수한 도금강판을 구현할 수 있는 도금강판용 도금액은 전체 도금액 중 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유한다.

아연(Zn) 이온이 전체 도금액 내에서 70 g/L 미만인 경우 미도금 또는 피트(PIT)가 발생하는 문제점이 있으며, 아연(Zn) 이온이 전체 도금액 내에서 120 g/L 초과하는 경우 불균일 도금층이 형성하는 문제점이 발생할 수 있다.

황산나트륨(Na₂SO₄)은 전해액의 전도도를 향상시키는 성분이며, 전해액 전도도 향상용 분말 크기가 일정해야 하며 불용분이 적어야 한다. 황산나트륨(Na₂SO₄)이 전체 도금액 내에서 15 g/L 미만인 경우 미도금이 발생하며, 황산나트륨(Na₂SO₄)이 전체 도금액 내에서 35 g/L 초과하는 경우 버닝(burning)이 발생하는 문제점이 있다.

황산(H₂SO₄)은 도금액의 pH를 조성하는 역할을 하는 성분이다. 황산(H₂SO₄)이 전체 도금액 내에서 10 g/L 미만인 경우 미도금이 발생하며, 황산(H₂SO₄)이 전체 도금액 내에서 50 g/L 초과하는 경우 버닝(burning)이 발생하는 문제점이 있다.

페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin)는 Zn 이온과 리간드 결합을 통한 캐리어 역할을 하며, Zn 결정 성장을 억제하여 결정립을 미세화시키는 역할을 한다. 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin)가 전체 도금액 내에서 1 g/L 미만인 경우 내식성 개선 효과가 나타나지 않으며, 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin)가 전체 도금액 내에서 12 g/L 초과하는 경우 불균일 도금층이 형성하는 문제점이 있다.

도금강판

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판을 도식적으로 도해하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판을 구성하는 도금층을 개요적으로 도해하는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판(30)은 소지 강판(10); 및 상기 소지 강판(10) 상에 형성된 도금층(20); 을 구비한다. 상기 도금층(20)은 아연 기지(21) 내에 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin; 23)가 입자 형태로 혼입된 조직을 가질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판(30)은, 예를 들어, 전기아연도금강판일 수 있다. 상기 도금층(20)은 일종의 아연 복합 도금층(Zn composite deposit)으로 이해할 수 있다. 도 2의 하단에 도시된 화학 구조는 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin; 23)의 구조이다.

도금층(20)에서, 상기 페놀 포름알데히드 수지(23)의 입자 평균 크기는 2 내지 10㎛이며, 분자량은 3000 내지 4000일 수 있다. 상기 도금층(20)은 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 도금액으로부터 구현될 수 있다.

도금막의 내식성을 개선하고 표면결함을 억제 또는 은폐하기 위해 polyethylne glycol(PEG) 계열의 유기첨가제를 사용하거나 금속 이온 (Cu, Sn, Ge, As, Sb, Ag 등)을 첨가하는 방법을 사용할 수 있다. PEG는 불용성 애노드(anode)의 효율 저하를 유발하고 PEG의 높은 분자량으로 인해 고유속 작업에서 도금 조직의 미세화나 얼룩제거 효과가 떨어지는 문제점이 있다. 한편, 금속 이온 첨가는 도금층에 아연과 함께 금속이온을 공석시키는 방법으로 아연과의 환원전위 차이로 인한 공석비가 달라져 균일한 품질의 도금강판 제조가 어려울 뿐만 아니라 성분비를 유지하기 위해 착화제나 산화방지제 같은 첨가제를 사용해야 하기 때문에 도금액 관리가 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판에서 복합도금막의 제조는 페놀 포름알데히드 수지(23)를 첨가하여 구현되며, 최종적으로 도금량을 저감하면서도 내식성이 우수한 도금강판을 제공할 수 있다. 본 발명에서는 유속(층류, laminar flow)이 있는 도금액 조건에서 페놀 포름알데히드 수지 입자를 첨가함으로써, 아연 기지(21) 내에 페놀 포름알데히드 수지(23)가 입자 형태로 혼입되어 복합도금층을 형성한다. 페놀 포름알데히드 수지는 분자량(mw: 3000 ~ 4000)이 낮고 아연 이온과 배위결합이 가능하므로 고유속 작업에 유리하다. 또한, 페놀 포름알데히드 수지가 입자 형태로 아연 기지에 혼입되기 때문에 통상적인 전기도금강판의 도금층 두께 대비 50 ~ 60% 수준에서도 내식성이 비슷하거나 더 우수한 효과를 기대할 수 있다. 나아가, 페놀 포름알데히드 수지 입자의 혼입으로 인하여 아연의 결정 성장을 방해하고 균일하고 치밀한 도금층을 형성할 수 있다.

도금강판의 제조 방법

본 발명의 일 실시예에 따른 도금강판의 제조 방법은 소지 강판을 준비하는 단계; 및 상기 소지 강판 상에 도금층을 형성하는 단계; 를 구비하되, 상기 도금층을 형성하는 단계는 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 도금액을 이용하여 도금층을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 도금층을 형성하는 단계는 전류밀도: 1 내지 200 ASD 및 온도: 15 내지 60℃인 공정 조건을 가질 수 있다.

실험예

이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 다음의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 다음의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 비교예에 따른 전기아연도금강판은 소지 강판; 및 상기 소지 강판 상에 형성된 도금층; 을 구비하되, 상기 도금층은 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 을 함유하는 제1도금액으로부터 구현된 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 전기아연도금강판은 소지 강판; 및 상기 소지 강판 상에 형성된 도금층; 을 구비하되, 상기 도금층은 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 제2도금액으로부터 구현된 것이다. 상기 제2도금액은 상기 제1도금액에 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 첨가한 것이다.

한편, 도금액을 이용한 도금 공정의 조건은 전류밀도: 1 내지 200 ASD 및 도금온도: 15 내지 60℃인 공정 조건을 포함한다.

도 3은 본 발명의 실험예에 따른 전기아연도금강판의 미세조직을 촬영한 사진이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 비교예에 의한 전기아연도금강판의 조직 보다 본 발명의 실시예에 의한 전기아연도금강판의 조직에서 결정립의 크기가 더 미세함을 확인할 수 있다. 이러한 차이는 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin)가 Zn 이온과 리간드 결합을 통한 캐리어 역할을 하며, Zn 결정 성장을 억제하여 결정립을 미세화하기 때문이다. 한편, 본 발명의 실시예에 의한 전기아연도금강판의 복합도금재에서는 결정립 내에 유기물이 함침된 것을 관찰할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실험예에 따른 전기아연도금강판의 내식성 평가실험 결과를 나타낸 사진들이다. 상기 내식성(SST) 평가에서는 NaCl 5g이 용해된 탈이온수 1L를 각각의 도금재에 분무한 후 각각 0, 24, 30, 38, 48 시간이 경과 후 육안 관찰하였다. 상기 분무되는 용액은 pH 6.5 ~ 7.2 이며, 33 ~ 37℃의 온도를 가진다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 도금량(24g/m²)은 비교예의 도금량(40g/m²)의 60% 수준이지만, SST(내식성) 평가 결과 차이가 거의 없음을 확인할 수 있다. 따라서, 동일 도금량을 가정하면 비교예 보다 실시예에서 내식성이 약 1.5 배 정도 개선됨을 이해할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상에 따른 도금강판에서 복합도금막의 제조는 페놀 포름알데히드 수지를 첨가하여 구현되며, 최종적으로 도금량을 저감하면서도 내식성이 우수한 도금강판을 제공할 수 있다. 동일한 내식성을 제공하면서 기존재 대비 도금량을 50 ~ 60% 수준으로 저감할 수 있음을 확인하였고, 동일 도금량을 적용할 경우 기존재 대비 도장 내식성이 1.1 ~ 1.5 배 정도 개선시킬 수 있음을 확인할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

Claims

전체 도금액 중 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는,
도금강판용 도금액.
제 1 항에 있어서,
상기 페놀 포름알데히드 수지는 입자 형태로 상기 도금액 내에 첨가되되, 상기 입자의 평균 크기는 2 내지 10㎛인 것을 특징으로 하는,
도금강판용 도금액.
소지 강판; 및
상기 소지 강판 상에 형성된 도금층; 을 구비하되,
상기 도금층은 아연 기지 내에 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin)가 입자 형태로 혼입된 조직을 가지는 것을 특징으로 하는,
도금강판.
제 3 항에 있어서,
상기 페놀 포름알데히드 수지의 입자 평균 크기는 2 내지 10㎛이며, 분자량은 3000 내지 4000인 것을 특징으로 하는,
도금강판.
제 3 항에 있어서,
상기 도금층은 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 도금액으로부터 구현된,
도금강판.
소지 강판을 준비하는 단계; 및
상기 소지 강판 상에 도금층을 형성하는 단계; 를 구비하되,
상기 도금층을 형성하는 단계는 아연(Zn) 이온: 70 내지 120 g/L, 황산나트륨(Na₂SO₄): 15 내지 35 g/L, 황산(H₂SO₄): 10 내지 50 g/L 및 페놀 포름알데히드 수지(Phenol formaldehyde resin): 1 내지 12 g/L을 함유하는 도금액을 이용하는 것을 특징으로 하는,
도금강판의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 도금층을 형성하는 단계는 전류밀도: 1 내지 200 ASD 및 온도: 15 내지 60℃인 공정 조건을 가지는 것을 특징으로 하는,
도금강판의 제조 방법.