KR930011762B1

KR930011762B1 - 내식성 및 용접성이 우수한 주석-알미늄 합금 도금강판

Info

Publication number: KR930011762B1
Application number: KR1019910019674A
Authority: KR
Inventors: 강창진; 안재천; 이영백; 신정철
Original assignee: 한국신철강기술연구조합; 백덕현
Priority date: 1991-11-06
Filing date: 1991-11-06
Publication date: 1993-12-20
Also published as: KR930010212A

Abstract

내용 없음.

Description

내식성 및 용접성이 우수한 주석-알미늄 합금 도금강판

제1도는 70중량%의 주석을 함유한 주석-알미늄 합금도금 피막이 증착된 주석-알미늄 합금도금 강판을 글로우방전분광기(Glow Discharge Spectrometer)로 측정한 도금피막의 깊이방향 성분 분포도 임.

본 발명은 도금층이 치밀하고 내식성(內蝕性)과 용접성(鎔接性)이 우수한 주석-알미늄 합금도금강판(合金鍍金薑板)에 관한 것이다. 예로 부터 주석도금강판은 음식이나 음료 보관에 있어 무해하고 장기간 보관에도 적합하여 많이 사용되온 용기용(容器用)강판이며, 그외 건전지의 외피(Case)등 많은 용도에 사용되고 있다. 그 도금방법으로는 용융도금이나 전기도금법으로 가능한데 현재는 상대적으로 부착량이 적은 전기도금법으로 대부분 생산되고 있다. 그런데 도금물질인 주석 가격이 고가이므로 도금부착량을 줄이는 것이 생산원가 감소에 바람직하지만 부착량을 감소시키면 도금층의 불균일에 따른 기공(氣孔)이 많이 발생하게 되어 내식성이 저하된다. 또한 주석도금강판은 도금표면에 긁힘자국(Scratch)이 생기면 주석과 기판인 철 사이의 부식 전위로(電位路)형성으로 철의 용출이 심한 단점을 가지고 있다. 따라서 최근에는 주석부착량의 감소와 내식성 향상을 위하여 니켈(Ni)을 수십 내지 수백 ㎎/㎡ 정도로 얇게 도금 후, 주석을 1g/㎡ 이하로 도금하거나 주석을 얇게 도금후 크롬(Cr) 또는 크롬 산화막을 비교적 두껍게 도금하는 LTS(Lightly Coated Tin Steel)나 주석을 전혀 사용하지 않고 니켈과 크롬만을 도금하여 사용하는 TFS(Tin Free Steel)등이 개발되어 이용되고 있다. 그러나 TFS나 크롬을 표면에 도금하는 LTS는 용접성이 나빠 용접이 필요한 일반 용기 제조에는 사용하지 못하고 병마개(Crown)용등 제한적으로 이용되고 있으며, 니켈 도금 후 주석을 얇게 도금하는 LTS는 도금공정이 복잡하고 공정제어가 까다롭기 때문에 생산비 감소효과가 거의 없다.

한편, 용기용으로 이용되고 있는 알미늄의 가공성은 우수하나 가격이 비싸고 강도가 낮은 단점을 갖고 있다. 또한 알미늄 도금강판은 용융도금에 의해 생산되고 있으며, 주로 내열성 및 내후성이 요구되는 자동차 머플러, 가전기기의 열반사판 등에 이용되고 있다. 그런데 용융도금에서는 소재의 두께가 비교적 두꺼운 것이 요구되므로 용기용으로 많이 사용되는 얇은 강판, 예를들면 석도원판(Black Plate)에는 도금이 매우 어렵다. 따라서 독일에서는 전자총을 이용한 진공도금법으로 석도원판위에 알미늄을 도금한 제품에 생산되고 있다. 그러나 알미늄도 근본적으로 용접이 어려워 용접이 필요한 용기에는 사용될 수 없는 한계점을 갖고 있다.

본 발명은 적은 주석부착량으로도 도금층이 치밀하여 내식성과 막밀착성이 우수하고 용접도 가능한 새로운 주석-알미늄 합금도금강판에 관한 것이다.

본 주석-알미늄 도금강판은 전자빔을 이용하여 주석과 알미늄을 동시에 증발시키는 진공증발방법에 의하여 합금도금피막을 강판에 증착시켜 제조한다. 이때 합금도금피막의 형태는 상층은 주석이 대부분이고 알미늄이 적게 함유되어 있으며, 강판과 계면(界面)을 이루는 하층은 알미늄이 대부분이고 주석을 적게 함유한 도금형태를 갖는다.

이와 같은 도금형태는 주석과 알미늄이 고용한(固溶限 : Limitof Solid Salubility)을 거의 가지지 않으며, 핵생성 속도에도 많은 차이가 있어서, 진공도금중 주석과 알미늄의 상분리(相分離)가 진행됨에 의해서 나타나는 현상으로 생각된다. 또한 주석과 알미늄을 각각 진공도금하였을 경우, 두께 약 3미크론까지도 도금층에 상당량의 기공이 존재하고 있으나 주석-알미늄 합금도금층은 약 0.5미크론 정도에서도 거의 기공이 없었다. 따라서 주석 또는 알미늄 단일종의 도금강판보다 내식성이 우수하고 더불어 계면에 있는 알미늄에 의해 막밀착성도 상당히 양호하였다. 또한 상층의 주석에 의해 용접성도 양호한 것으로 나타났다.

본 발명에서 주석-알미늄의 조성은 주석함량을 기준으로 30wt%에서 95wt% 범위로 하였고, 도금두께는 약 0.3미크론에서 3미크론 범위로 하였으며, 그 이유는 아래와 같다.

본 발명의 주석-알미늄 합금도금층에서 주석의 함량을 30wt% 이하로 적게 하거나 95wt% 이상으로 많게 하면 본 합금도금층의 특징인 이층도금형태의 피막이 제대로 형성되지 않아 고내식성과 용접성 등의 우수한 특성이 나타나지 않았다.

또한 도금층 두께를 0.3미크론 이하로 하면 강판자체의 표면조도와 도금층의 불균인성으로 인하여 국부적으로 보호피막이 제대로 형성되지 않아 내식성등이 저하된다. 또한 도금층 두께를 3미크론 이상으로 하였을 경우 알미늄 양의 증대로 인하여 용접성이 저하되었다.

본 발명의 주석-알미늄 합금도금강판의 제조공정을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저 소지기판인 석도원판(Black Plate)을 알칼리 용액으로 전해탈지(電解脫脂)후 다시 알코올 용액으로 초음파 세척하였다. 다음으로 소지기판을 진공조에 장입하고 두개의 증발원에 각각 낟알 형상(Pellet type)의 주석 및 알미늄을 장입하여 10^-5torr까지 진공배기 하였다. 이때 증발원 사이의 간격과 증발원과 기판사이의 거리등은 기판의 크기에 맞추어 미리 설정하되, 도금층 두께의 편차 및 알미늄 함량의 편차가 5% 이내가 되도록 조정한다. 진동도가 10^-5torr 이하가 되면 기판의 청정 및 활성도를 높이기 위해 10^-2torr범위의 알곤가스 분위기에서 기판에 -500에서 -1000V정도의 전압을 가하여 약 10분정도 글로우 방전에 의한 기판 청정을 행한다. 기판 청정이 끝나고 기판이 원하는 온도에 도달하면 각각의 증발원에 전자빔 가열원으로 가열 및 증발시켜 도금하였다.

제1도는 진공증발법에 의하여 0.23×100×150㎣의 석도원판에 피막중의 주석 중량이 70%가 되도록 제조한 주석-알미늄 합금도금강판을 글로우 방전분광기를 이용하여 깊이 방향에 따른 성분분포를 나타낸 그림이다. 그림에서 보듯이 합금도금 피막은 도금층과 강판 계면에는 알미늄이 많고 주석이 적게 함유되어 있고 상층에는 주석이 많고 알미늄이 적게 함유된 이층 형태의 도금피막을 보여주고 있다. 이와같은 현상은 주석보다 융점이 높은 알미늄이 증착온도 범위에서 과냉정도가 심하고 열전도성도 좋아 계면 핵생성이 용이하고 또한 주석과 알미늄도 고용한이 거의 없기 때문에 주석과 알미늄이 증착도금중 상분리가 일어나며 이과정에서 기공이 사라지고 치밀한 도금막을 형성하여 내식성 등이 우수하게 되는 것으로 생각된다.

본 발명을 통하여 제조된 주석-알미늄 합금도금 강판은 LTS의 다른 한 형태로써 적은 주석 부착량으로도 내식성, 밀착성이 우수하고 용접도 가능한 도금강판이며, 기타 가전용 기기등의 용도에도 이용이 기대된다.

본 발명을 구체적인 실시예를 들며 설명하면 다음과 같다.

[실시예]

소지기판으로 0.23×100×150㎣ 크기의 BP 강판(Black Plate)을 전해탈지 및 알코올로 초음파 세척한 후, 진공조에 장입하여 4×10^-5torr까지 진공 배기하였다. 이때 기판온도는 상온에서 200℃ 범위로 하고 도금층 두께는 0.3미크론에서 3미크론 범위로 하였으며, 도금층의 조성은 주석함량을 기준으로 30∼95 중량 %범위로 하였다.

점자빔의 출력은 알미늄의 경우 6∼7kW로 하였으며, 주석은 2.5∼3kW로 하여 조성에 따라 조절하였다.

[비교예]

비교예로는 일반 전기도금에 의해 제조된 두께 약 0.8미크론 정도의 주석도금강판과 진공증발법에 의해 주석만을 두께 0.6미크론 정도로 한 주석도금강판, 진공증발법에 의한 알미늄만을 두께 3미크론 정도로 한 알미늄 도금강판 등을 제작하여 사용하였다.

본 발명의 제품과 비교제품은 5% NaCl 용액으로 염수분무 시험을 통한 나내식성 평가 및 180°, Ot 굴곡 후 테이프를 사용한 박리시험으로 밀착성 평가, 그리고 용접성 평가는 심(Seam) 전기 용접기를 이용하여 실험하였다. 그 결과는 표 1과 같다.

[표 1]

(주) *1 밀착성

○ : 우수(테이프에 아무런 흔적 없음)

△ : 양호(테이프에 약간의 흔적이 남음)

× : 불량(상당한 도금박리가 있음)

*2 용접성

○ : 우수(용접이 잘됨)

△ : 보통(용접조건이 까다로움)

× : 불량(용접이 잘되지 않음)

Claims

도금피막을 주석-알미늄의 합금으로 도금한 주석-알미늄 합금도금 강판에 있어서, 주석-알미늄 합금의 피막조성이 주석함량 30∼90wt%이고, 주석-알미늄 합금피막의 두께가 0.3∼3.0 미크론인 주석-알미늄 도금강판.