KR20210034021A - 복합 인산 코팅 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 인산 변환결정 코팅을 제공하는 방법에 관한 것으로, 이 방법은 분말재료와 산화금속 입자들을 혼합해, 인산 변환결정 코팅에 추가 기능을 제공하는 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들을 포함한 복합 산화금속 분말을 제공하는 단계; 복합 산화금속 분말의 입자들을 기질에 침착해 기질을 전처리하는 단계; 및 기질을 인산 코팅액으로 처리하여, 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들이 고정된 복합 인산 변환결정 코팅을 기질에 형성하는 단계를 포함한다.

Description

복합 인산 코팅 {COMPOSITE PHOSPHATE COATINGS}
본 발명은 복합 인산 코팅을 제공하는 방법과 시스템에 관한 것이다.
금속가공 분야에서 철, 강, 아연강, 알루미늄, 구리, 마그네슘과 그 합금과 같은 기질을 페인트, 유기, 무기 코팅의 베이스로 처리하여 내식성과 페인트와 코팅 접착력을 높이는데 인산처리법을 이용한다. 한편, 건조 윤활제로 코팅할 경우, 내마모, 체결방지, 저마찰 응용 등에 인산처리를 이용한다. 강의 냉간성형은 윤활막과 같은 인산처리 없이는 경제적이지 못하다. 페인트칠되지 않은 금속과 전기저항을 위한 임시 내식성을 제공하는데에도 인산처리를 이용할 수 있다.
발명의 요약
본 발명의 복합 코팅은 일반 인산 코팅에 비해 위의 성질들을 크게 개선함은 물론, 고유의 성질들을 갖는 광범위한 복합 인산 코팅들의 디자인도 가능하다. 일반 인산 코팅들은 이런 고유 성질들을 제공할 수 없다.
이하, 최신의 인산 코팅인 복합 인산 코팅에 대해 설명한다. 복합 인산 코팅을 이용하면, 여러가지 분말 재료 입자들이 고정되는 기질로서 인산화합물이 제공된다. 이런 코팅들은 기존의 비복합 코팅들의 일반적 성질에 추가 기능적 성질들을 부여한다. 추가 기능적 성질들의 특성은 첨가된 분말 재료의 종류와 입자 재료들의성질에 좌우된다.
복합 인산 코팅을 형성하고 이런 코팅의 기능을 개선하는 본 발명의 방법들에 대해 아연-인산아연 복합 코팅(복합 아연-인산아연 결정코팅이라고도 함)을 예로 들어 설명한다.
본 발명은 복합 인산 변환결정 코팅을 제공하는 방법에 있어서: 분말재료와 산화금속 입자들을 혼합해, 인산 변환결정 코팅에 추가 기능을 제공하는 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들을 포함한 복합 산화금속 분말을 제공하는 단계; 상기 복합 산화금속 분말의 입자들을 기질에 침착해 기질을 전처리하는 단계; 및 상기 기질을 인산 코팅액으로 처리하여, 상기 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들이 고정된 복합 인산 변환결정 코팅을 상기 기질에 형성하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
이 방법에서, 산화금속 입자들이 CaO, ZnO, MnO, NiO, FeO 및 이들의 조합을 포함한 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
또, 산화금속과 적어도 하나의 추가 분말 재료의 혼합물이 0.5~100 g/㎡의 양으로 기질에 침착될 수 있다.
또, 산화금속 입자들의 최대 치수가 2㎛보다 작을 수 있다.
또, 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들의 최대 치수가 10㎛보다 작을 수 있다.
또, 인산 코팅액이 인산아연, 인산망간, 인산칼슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 인산을 함유하고; 이런 인산 코팅액이 기존 인산 코팅공정에 사용되는 어떤 추가 공통 성분도 함유하지 않으며, 이런 공통 성분들은 알칼리, 질산, 질산염, 인산 코팅 결정 정제 재료를 포함하는 군에서 선택될 수 있다.
추가된 분말 재료 입자들이 인산 코팅액으로 적셔지지 않을 경우, 최대 3%의 질량값을 갖는 계면활성제를 첨가할 수 있다. 계면활성제의 종류와 코팅액에서의 그 농도는 추가 분말 재료 종류마다 실험적으로 찾아야 한다. 인산 코팅액이 습윤성을 높이기 위해 계면활성제를 더 함유할 소 있고, 이런 계면활성제는 최대 3T의 질량값을 갖는다.
또, 인산아연을 함유한 인산 코팅액이 최대 35℃의 온도에서 산화금속 입자들과 반응할 수 있다.
또, 인산망간을 함유한 인산 코팅액이 최대 70℃의 온도에서 산화금속 입자들과 반응할 수 있다. 또, 인산 코팅액의 pH가 2.2 내지 2.7 범위에 있을 수 있다. 인산 코팅액의 인산 밀도는 1.03㎏/ℓ 내지 1.08㎏/ℓ일 수 있다.
여기서, "인산처리"란 철이나 알루미늄 부분에 표면 전처리를 하여 내식성과 접착력을 모두 높이는 아주 얇은 결정질 막을 제공하는 것을 의미한다.
"인산 코팅액(용액)"은 인산과 인산염 용액을 말한다.
"인산 코팅"은 인산 코팅액으로 형성된 코팅으로서, 코팅액에 사용된 금속에 따라 그 명칭이 다르다. 예컨대 인산아연 코팅은 인산아연 코팅액으로 형성된다.
"복합 재료(물질)"이나 "복합"은 물리적 성질이나 화학적 성질이 상당히 다른 2가지 이상의 재료들을 결합한 재료를 말한다.
도 1은 복합 인산아연 결정 코팅을 형성하는 방법의 순서도;
도 2는 본 발명의 두번째 예의 순서도;
도 3은 탄소강판 표면의 복합 인산 결정 코팅의 SEM 영상;
도 4는 NSS 챔버에서 8시간 경과한 뒤 아연-인산아연 복합 코팅이 된 2개의 샘플 판들의 영상;
도 5는 본 발명의 복합 인산 코팅이 된 탄소강판에서 접착 부재를 벗겨낸 뒤의 테스트 샘플의 영상;
도 6은 복합 MoS2-아연-인산아연 코팅의 SEM 영상;
도 7은 복합 코팅 표면의 SEM 영상;
도 8은 컬러 인산아연 코팅이 된 저합금강 스탬프 부위들의 사진.
이하 인산아연과 복합 아연-인산아연 결정 코팅에 대해 설명한다. 전술한 화합물들과 코팅은 물론 여기서 설명하는 다른 화합물과 코팅은 일례를 든 것일 뿐이다.
아연이나 다른 공지의 결정질 인산 코팅들은 여러가지 인산 화합물들을 함유할 수 있다. 인산 코팅의 조성은 도포법(예; 분무, 침지), 배스(bath)의 교반정도, 배스 화학조성, 배스 온도, 촉진제의 종류와 양, 배스 용액내 다른 금속이온의 존재와 같은 여러 인자들의 영향을 받는다. 인산 코팅의 결정들은 코팅 용액에 사용된 인산염의 금속을 주로 함유하고, 경우에 따라서는 다른 원소들을 더 함유할 수도 있다.
일반적으로, 이연 코팅은 철과 철합금의 부식방지에 사용되고, 아연과 인산아연 기질을 함유한 복합 코팅을 예로 든다. 인산아연 기질과, 용액에 포함된 아연입자들의 희생 방식성이 조합되면 일반적인 인산아연 변환결정 코팅보다 더 좋은 방식성을 보인다. 같은 원리를 인산망간, 인산철, 인산칼슘, 다른 모든 종류의 인산코팅에 적용할 수 있다.
복합코팅은 다른 코팅을 위한 베이스, 마감재 및 페인트로도 사용될 수 있다.
본 발명의 코팅을 형성하는 일반 과정은:
1. 금속 기질 표면에 접착되는 아연분말 입자들로 금속부분을 전처리한다.
2. 이어서, 금속부분을 인산아연 코팅액으로 처리한다.
3. 금속부분의 표면에 침착된 아연분말 입자내 금속원소들이 코팅액과 반응해 기질과 아연분말들에 인산아연 코팅이 형성됨으로써, 완전한 인산아연 결정 변환 코팅이 생성된다.
표면에 형성된 인산층이 기질 표면에 아연 분말을 고정함으로써, 영구 인산아연 코팅층에 금속 아연입자들이 함유된 완벽한 코팅을 형성한다. 즉, 이 코팅은 인산아연 코팅과 기질 사이에 아연분말 입자들을 완충재로서 더 포함한다.
인산 작업을 시작하기 전에 처리된 부분의 표면에 아연 입자들을 침착하는 것에 대해 설명한다. 아연 분말의 입경은 0.5~20 ㎛ 정도가 좋지만, 4~7 ㎛ 정도이면 최적이다. 20㎛ 이상의 입자들은 기질 표면에 적절히 접착되기에넌 너무 크거나 무거워, 침착된 분말입자들이 기질에 충분히 접착되지 않는다. 0.5㎛ 미만의 입자들은 인산용액과 거의 완전반응을 하여, 희생 방식효과가 줄어들어 원하는 방식성을 보이기에 충분한 아연이 기질 표면에 남지 않게된다.
(바람직한 크기의) 아연입자의 접착성을 개선하는 한가지 방법은 다른 극미세 분말재료로 아연입자를 코팅하는 것이다. 극미세 분말재료를 아연입자 표면에 사전 침착하면, (크기가 4~7 ㎛ 정도인) 아연입자들의 대부분에 극미세 입자들이 침착되고 이런 극미세 입자들이 금속 기질에 대한 아연입자의 접착성을 높인다.
일례로, 극미세 재료로서의 산화아연인 ZnO는 전술한 목적에 부합되는 것으로 밝혀졌는데, 특히 그 분말입자들이 1㎛ 미만의크기를 가질 때 그렇다. ZnO 입경은 0.20~0.25 ㎛ 정도가 더 바람직하다. 이런 크기는 기술적-경제적 견지 양쪽에서 적절함이 밝혀졌다. 한편, 극미세 입경이 0.10㎛나 0.05㎛ 정도이거나, 이보다 더 작을 수도 있다.
극미세 산화아연 입자들로 아연입자들을 코팅하는 장점은, ZnO가 인산 코팅액과 반응하여 동일한 인산아연 결정을 생성하는 물질이라는데 있다. 다른 장점은 인산 용액에 반응하는 ZnO를 사용하면 금속 아연 분말입자들의 원치않는 반응이 최소화되어, 최종 복합 코팅에 남아있는 금속 아연의 양이 증가한다는 것이다. 또, ZnO는 인산아연 용액에 이물질 이온들을 추가하지도 않는다. 아연입자들을 코팅하는데 다른 재료를 사용할 경우, (ZnO 이외의 다른 재료인) 이물질의 이온들이 용액에 모여 인산 용액의 효율에 영향을 주고, 시간이 가면 인산 용액을 폐기하고 새 용액을 준비해야만 한다. 전술한 것처럼, ZnO는 인산아연 코팅액의 안정성을 해치지 않는다.
도 1은 복합 인산아연 결정 코팅을 형성하고 도포하는 방법의 순서도로, 100 단계에서 시작한다.
110 단계 - 금속 부분에 아연분말을 침착하기 전에, 아연 금속분말과 극미세 ZnO 분말의 질량비 ZnO:Zn을 1:2 내지 1:10으로 하여 완전히 혼합한다.
120 단계 - 전처리된 Zn 분말을 금속부분 표면에 침착하되, 분말을 분산시키는데 에어로졸 생성기술을 채택하는 것이 좋고, 채택된 에어로졸 생성기술은 유동상이다.
물론, 금속부분은 Zn 분말 침착 전에 녹, 오일, 기타 오염물이 없어야 하는데(115 단계), 이 단계는 금속부분을 전처리하는 선택적 단계로서, 예컨대 새로 제작된 부분은 오일, 녹, 오염물이 없기 쉽다.
130 단계 - Zn 분말 침착 후 금속 부분을 인산아연 용액으로 처리(침지나 분무)하여 아연-인산아연 결정 코팅을 형성한다.
아연-인산아연 코팅을 위한 이상의 방법을 간단한 아연과 인산망간 코팅에도 적용할 수 있지만, Zn-Ca, Zn-Ni, Zn-Mn 등과 같은 좀더 복잡한 조성에는 물론 더 복잡한 화합물에도 적용할 수 있다.
이상 설명한 인산 코팅액은 물론 비슷한 인산 코팅액으로 형성된 인산염을 광범위한 복합 코팅을 형성할 기질로 사용할 수 있다. 이를 위해, 처리된 부분의 표면에 아연, 마그네슘, 칼슘, 철, 니켈 등의 다른 금속산화물의 분말들을 침착해야 하는데, 다른 분말형 재료로는 금속, 합금, 무기물, 유기물, 유기실리케이트 등이 있다.
이런 복합코팅이 방식성을 개선하기 위한 아연 첨가제, 마찰을 줄이기 위한 이황화몰리브덴, 코팅에 색을 내기위한 다른 색소를 함유할 수도 있다. 아연 외에, Si, Mg, Al과 같은 금속분말을 첨가하면 방식성이 개선된다.
코팅된 기질에 대한 분말과 액상 페인트의 접착성은 물론 방식성도 개선하는 첨가제를 사용할 수도 있다. 첨가제는 금속 삽입물의 코팅에 대한 성형 고무나 플라스틱의 접착력도 높일 수 있다.
맞춤 첨가제들을 이용해 전자기 코팅 인자들, 열전달율, 표면장력, 표면 적외선 방출율, 도전율 증감, 나노입자나 서브나노입자 도입 등을 최적화할 수도 있다.
경우에 따라서는 코팅 두께가 최대 100 g/㎡ 이상이 되도록 할 수도 있다. 문제는 이런 종류의 다중 코팅이 성공적인 동작을 위해서는 충분한 강도를 가져야만 한다는 것이다.
본 발명의 조성물에 의한 코팅 과정은 모든 종류의 재료에서 성공적이지 않고 코팅액으로 적신 금속과 그 화합물에서만 성공적으로 일어난다. 예컨대, 대부분의 비금속과 유기재료들은 인산용액에 적셔지지 않으므로, 이런 (비금속, 유기) 표면에는 인산 코팅이 형성되지 않는다.
한편, 적셔지지 않은 첨가제 입자들이 적셔진 첨가제 입자들이나, 인산코팅을 형성하는데 사용되는 Zn, Mg, Ca, 철 등의 다른 금속 산화물인 1차로 침착된 물질들에 융합되거나 접착될 수도 있다. 적셔지지 않은 첨가제 입자들이 적셔진 입자 재료들로 이루어진 인산에 융합될 경우, 복합 인산코팅이 강력한 구조를 갖는다. 따라서, 적셔지지 않은 첨가제 입자들을 적셔진 첨가제 입자들 및/또는 1차 침착된 재료들에 융합하여 강한 구조를 갖는 복합 인산코팅을 형성하는 것이 바람직하다.
균일하고 연속적인 코팅 구조를 형성하기 위한 다른 조건은 침착된 재료의 표면에 대한 인산코팅액의 고도의 습윤성이다. 이상적으로 습윤되면, 용액과 침착된 재료의 표면 사이에 고도의 상호작용이 일어나, 침착된 첨가제 입자들의 표면 전체는 물론 기질에 인산코팅 결정들이 형성된다.
일반적으로 금속과 산화물(즉, 침착된 재료의) 표면은 인산 코팅액으로 적셔진다. 대부분의 유기질이나 실리카-유기 재료들은 이런 용액에 대해 낮은 습윤성을 갖는다.
인산 코팅액과의 습윤성이 낮은 복합코팅 첨가제를 사용할 경우, 다른 종류의 첨가제 및/또는 적절한 계면활성제에 코팅액을 적응시켜야 한다. 계면활성제로 첨가제 입자들을 처리할 수도 있다. 어떤 경우에는 2가지 방법을 다 사용하기도 한다. 인산 코팅액과 첨가제 입자나 처리될 기질의 표면 사이의 접촉면적을 높이도록 첨가제 및/또는 계면활성제로 코팅액을 보강한다. 또는, 코팅액과 입자 둘다 계면활성제 및/또는 첨가제로 처리할 수도 있다.
계면활성제는 고체나 액체나 기체이고, 아래 규칙에 맞게 선택한다:
1. 계면활성제는 인산 액체의 성질에 큰 영향을 주지 않는바, 인산 액체의 활성도를 줄이거나 최적 처리온도를 높이지 않는다.
2. 계면활성제는 코팅의 성질, 예컨대 균일도, 다공성, 접착성 등에 큰 영향을 주지 않는다.
계면활성제는 인산 코팅액에 녹을 수 있는 고체나 액체여야 한다. 적절한 종류의 계면활성제와 코팅액에서의 그 농도는 표적부를 전처리할 분말 재료의 종류 각각에 대해 실험적으로 찾아야 한다.
도 2는 본 발명의 방법의 두번째 예의 순서도로서 200 단계에서 시작한다.
210 단계에서 원하는 코팅 성질에 의거하여 처리된 부분의 코팅에 맞는 분말 성분들을 선택한다. 입경이 불과 0.5㎛인 미세한 "기능적"인 금속산화물 분말들이 리스트에 들어있어야 한다. 적어도 하나의 추가 재료가 전처리 분말을 증가시킨다. 이런 혼합물이나 복합 혼합물을 표적부의 전처리에 사용한다.
220 단계에서 분말 "기능적" 성분의 분산을 각각의 재료에 대해 실험을 통해 최적화한다. 다양한 분말 성분들을 표적 기질에 혼합물을 침착하기 전에 아주 균일하게 혼합해야 한다.
(선택적이라 파단선으로 표시된) 230 단계에서, 인산 코팅액에 의해 침착된 성분들의 습윤도를 개선해야할 경우, 좀더 적당한 성분들로 교체하거나 계면활성제의 양을 최적으로 바꾸는데, 모두 실험에 의해 결정된다.
240 단계에서, 인산코팅 작업 전에 표면개질 성분들의 준비된 혼합물을 표적 부위의 표면에 침착한다.
250 단계에서, 즉각적인 인산코팅 동작은 일반적인 인산코팅 동작과 같다.
코팅에 기능성을 추가하려면 기능적 첨가제들을 선택한다. 이런 기능성 리스트에 속하는 예들은: 일반적이거나 형광인 색소(유기, 무기)로 코팅 착색; 추가 금속입자 및/또는 억제제로 방식성 개선; 유기/무기 건조 윤활제 입자들이나 그 조합물로 (내마모를 위한) 저마찰 및/또는 제어된 마찰계수(예; 고강도 볼트용); 도체나 절연체를 첨가해 도전율 증감; 열전달체나 절연체를 첨가해 열전도율 증감; 전자방출 변화; 표면 통전; 적외선이나 고주파와 같은 여러 전자기파의 흡수, 방출, 반사 등이 있다.
장비와 제어법
실험에서 아래 장비들을 사용했다:
1. FBAG(fluidized bed aerosol generator)를 사용했는데, 발생기 값은 ~0.3㎥이고 운전값은 ~0.25㎥이다. 개질제의 양은 에어로졸 농도에 따라 0.1~3 ㎏이었다. 처리된 샘플들의 표면개질을 위한 최적 주기는 3분으로 밝혀졌다.
2. 침착된 에어로졸 입자의 농도를 침착 전후에 처리된 샘플의 중량으로 측정했다. 정확도 0.001g의 폴란드 Ragway사의 준해석적 스케일을 사용해 측정했다.
3. 정확도 0.01㎏/ℓ의 비중계로 용액 밀도를 측정했다.
4. 정확도 0.01이고 유리전극이 달린 미국 Milwaukee Instruments사의 Milwaukee pH-meter P-600으로 용액의 산도를 측정했다.
5. MIL-DTL-16232G 사양에 맞게 코팅 후의 샘플과 코팅 제거 후의 샘플의 중량으로 처리된 샘플들의 인산 코팅 두께를 측정했다.
6. 중성염 분말 캐비넷 내의 코팅의 내식성을 ASTM B117-02 사양에 맞게 실행했다.
7. 분말코팅의 Pull-Off Strength Test를 V 타입 포터블 접착 테스터를 이용해 ASTM D4541에 수행했고, 표준 돌리 20mm(0.78in)와 20kN 수동 유압 인장접착 테스터 GM04/20kN을 사용했다.
8. Labthink International사의 COFP01 Inclined Surface Coefficient of Friction Tester로 정마찰계수를 측정했다.
*사용된 재료
1. Rotem Ampert Negev사의 식품등급의 인산 85%.
2. Numinor Chemical Industries사의 산화아연인 Gold Seal.
3. uminor Chemical Industries사의 아연분말인 UltraPure®, 제품코드 NZD UP #6®.
4. Myko Engineering사의 유기, 무기 색소
5. Petrus Chemicals & Materials 사의 이황화몰리브덴(MoS2) 분말 타입 T/F.
계면활성제로는 Petrotech Indistries사의 탈지 알카리액 UNICLEAN PT-1000.
응용례
사례 1 : 내식성 개선
60x60x3 mm의 탄소강판에 실험을 했다. 5개 판의 표면을 산화아연 분말로만 전처리했고, 5개의 다른 판의 표면은 아래 분말 혼합물로 처리했다: 질량 30%의 산화아연과 70%의 금속성 아연분말. 2가지 샘플 모두 30℃에서 10분간 동일한 인산아연 코팅액으로 코팅했다.
첫번째 샘플 배치에서 형성된 인산아연 변환 코팅(산화아연 전처리)은 중량이 14±2 g/㎡로 무거운 인산아연 코팅에 대한 MIL-DTL-16232G 사양조건을 만족했다.
두번째 샘플 배치에서 형성된 복합 아연-인산아연 코팅은 중량이 13±2 g/㎡이고, 그 표면을 SEM(Scanning Electron Microscope)로 측정했다. 도 3은 탄소강판 표면의 복합 인산결정 코팅의 SEM 영상으로, 금속 아연분말 입자들이 코팅에 고정된 것을 볼 수 있다.
2가지 샘플 모두 NSST(neutral salt spray test) 캐비넷에서 테스트했다. 챔버에서 4시간 뒤(MIL-DTL-16232G 사양은 최소 2시간을 요구) 일반 인산아연 코팅을 가진 샘플들에서 기질 부식생성물이 확인되었다.
도 4는 NSS 챔버에서 8시간 뒤 아연-인산아연 복합 코팅을 한 2개의 샘플 판들의 영상이다. 일반 인산아연 코팅을 갖는 샘플들보다 NSS 챔버에 2배의 시간 동안 머문 뒤에도 샘플에 어떤 부식생성물도 보이지 않는다.
따라서, 아연-인산아연 복합 코팅의 NSST 캐비넷에서의 내식성이 추가 금속 아연입자들이 없는 인산아연 코팅보다 더 좋음이 명백하다.
사례 2 - 이탈강도
인산아연 코팅과 아연-인산아연 복합코팅이 된 5개 샘플 그룹들을 첫번째 에폭시층과 그 위의 폴리에스테르층의 2층의 분말코팅으로 코팅했다. 이 샘플들의 이탈강도를 테스트했고, 도 5는 본 발명의 복합 인산코팅이 된 탄소강판인 테스트 샘플들에서 접착부재를 벗겨낸 뒤의 영상이다. 접착강도는 19.13MPa로 기록되었다. 양쪽 그룹의 모든 샘플들의 접착력은 19~23 MPa였고, 페인트-코팅 경계에 균열이 전혀 없다. 테스트 결과, 아연-인산아연 복합코팅은 인산아연 코팅과 비슷한 분말페인트 접착율을 갖는다.
사례 3 - 마찰계수 감소
직경 50mm, 두께 6mm의 탄소강 디스크에 실험을 했다. 5개의 디스크 표면을 산화아연 분말로만 전처리했고, 다른 5개 디스크 표면은 아래 분말 혼합물로 처리했다: 건조 윤활제로서 질량 45%의 산화아연과 35%의 금속 아연분말과 20%의 MoS2 분말. 2가지 샘플 그룹 모두 10분간 30℃에서 인산아연 코팅액으로 코팅했다. 코팅액에 질량 1%의 계면활성제를 첨가했다. 산화아연만 사용한 첫번째 샘플 집합에 형성된 인산아연 코팅은 중량 15±2 g/㎡이고, 두번째 샘플 집합에 형성된 MoS2-아연-인산아연 코팅은 중량이 15±3 g/㎡이다. 복합 코팅의 표면을 SEM으로 측정한 영상이 도 6이고, 이 영상에서 인산아연 코팅에 MoS2 분말입자들이 고정된 것을 볼 수 있다.
2종류의 코팅된 샘플들의 정마찰계수를 테스트했다. 인산아연 코팅의 정마찰계수는 0.42±0.05이고 복합코팅은 0.18±0.03이었다. 즉, MoS2 건조 윤활 분말을 첨가하면 인산아연 코팅의 정마찰계수가 상당히 낮아짐을 알 수 있었다.
도 7은 전술한 테스트 이후 SEM으로 두번째 검사한 복합코팅 표면의 SEM 영상으로, 인산아연 코팅에 고정된 MoS2 분말입자들이 샘플 표면에서 번진 것을 알 수 있고, 이런 번짐은 이런 종류의 건조 윤활제들을 층상 결정구조에 처리할 때 일반적인 현상이다.
사례 4 - 인산아연 컬러 코팅
산화아연 분말에 유기/무기 또는 유기-무기 둘다의 색소를 혼합할 수도 있다. 이런 색소는 그 종류에 따라 질량 기준으로 3~15% 범위로 첨가되는데, 구체적으로는 전처리 단계에서나 인산 코팅액에 첨가될 수 있다.
도 8은 컬러 인산아연 코팅을 한 저합금강 스탬프 부위들의 사진으로, 3세트 각각의 부위가 위에서부터 텅 피스, 곡선 피스, 버클 피스이다. 좌측부터 차례로 청색, 적색, 녹색이다. 착색 부위들은 인산아연 컬러코팅 처리결과이다. 이 처리에 사용된 무기 색소는 a) 흑색산화철 Fe3O4; b) 적색산화철 Fe2O3; c) 폴리설파이드를 소량 함유한 군청색 복합 미네랄; d) 녹색 산화크롬 Cr2O3이다.
사용된 (불용성) 유기 색소는 a) 적색 퀴나크리돈 C20H12N2O2; b) 녹색 프탈로시아닌, 구리와 클로리네이티드프탈로시아닌의 복합체; c) 청색 프탈로시아닌, 구리와 프탈로시아닌의 복합체이다. 어떤 경우에도, 영상에서 보듯이, 컬러 인산아연 코팅들이 형성되었다.

Claims (12)

  1. 복합 인산 변환결정 코팅을 제공하는 방법에 있어서:
    산화금속 입자들과 적어도 하나의 추가 분말재료를 혼합해 분말 혼합물을 생성하고, 상기 적어도 하나의 추가 분말재료가 이 추가 분말재료의 특성에 대응하는 추가 특성들을 인산 변환결정 코팅에 제공하는 단계;
    상기 분말 혼합물의 입자들을 기질에 침착해 기질을 전처리하는 단계; 및
    상기 기질을 인산 코팅액으로 처리하여, 상기 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들이 고정된 복합 인산 변환결정 코팅을 상기 기질에 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 산화금속 입자들이 CaO, ZnO, MnO, NiO, FeO 및 이들의 조합을 포함한 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 산화금속과 적어도 하나의 추가 분말 재료의 혼합물이 0.5~100 g/㎡의 양으로 기질에 침착되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 산화금속 입자들의 최대 치수가 2㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 추가 분말 재료의 입자들의 최대 치수가 10㎛보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 인산 코팅액이 인산아연, 인산망간, 인산칼슘 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 인산을 함유하고; 상기 인산 코팅액이 기존 인산 코팅공정에 사용되는 어떤 추가 공통 성분도 함유하지 않으며, 상기 공통 성분들은 알칼리, 질산, 질산염, 인산 코팅 결정 정제 재료를 포함하는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 인산 코팅액이 습윤성을 높이기 위해 계면활성제를 더 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 계면활성제가 최대 3%의 질량값을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제6항에 있어서, 인산아연을 함유한 상기 인산 코팅액이 최대 35℃의 온도에서 상기 산화금속 입자들과 반응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제6항에 있어서, 인산망간을 함유한 상기 인산 코팅액이 최대 70℃의 온도에서 상기 산화금속 입자들과 반응하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 인산 코팅액의 pH가 2.2 내지 2.7 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 인산 코팅액의 인산 밀도가 1.03㎏/ℓ 내지 1.08㎏/ℓ인 것을 특징으로 하는 방법.
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