KR940000082B1 - 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법 - Google Patents

내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연이층도금강판의 제조방법
본 발명은 자동차, 가전제품 및 건재용 구조재로서 사용되는 표면처리 강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이다. 강판은 기계적 강도가 우수하고 가공성이 양호하며 자원이 풍부하여 자동차, 가전제품 및 건재 등의 구조재로 널리 사용되고 있으나, 강판 자체는 내식성이 극히 불량하므로 아연 등을 피복하여 그 수명을 연장시키는 경우가 많다.
일반 가전제품의 구조용 재료로는 전기아연도금강판이 가장 널리 사용되고 있으며, 건재용으로는 용융아연도금강판이 일반적으로 이용되고 있다. 이러한 용도로 사용되는 표면처리강판들은 일반적으로 도금된 상태 또는 도금 후 화성처리된 상태로 수요가에 공급되어 수요가에서 성형후 도장하여 사용하게 된다. 최근에는 도금 화성처리후 도장까지 하여 최종수요가에 공급하는 도장강판의 제조가 활발해지고 있다.
가전제품용으로 주로 사용되는 전기아연도금강판은 제조공정이 간단하고 소지강판에 대한 제약이 없으며 도장후 외관이 미려한 장점이 있으나 무도장재로 사용하는 경우에는 내식성이 떨어지는 단점이 있다. 건재용으로 많이 사용되는 용융 아연도금강판은 제조공정이 간단하고 소지강판에 대한 제약이 없으며 도장후 외관이 미려한 장점이 있으나 무도장재로 사용되는 경우에는 내식성이 떨어지는 단점이 있다. 건재용으로 많이 사용되는 용융 아연도금강판은 주로 도금부착량 40g/m2이상의 후도금재이므로 전기아연도금강판보다는 내식성이 우수하나 무도장재로 사용할 경우의 나내식성은 역시 불량하며, 용융도금에서는 400℃이상의 고온인 아연욕에 강판을 침지함으로써 도금이 이루어지므로 소지강판의 기계적 성질에 영향을 주게되어서 소지강판의 선택에 제약이 따른다. 또한, 용융아연도금강판의 고유한 스팽글(Spangle) 형상으로 말미암아 도장면이 고르지 못하게 될 우려가 있다. 그 외에도 아연자체는 융점이 419℃로 매우 낮으며 300℃이상에서는 승화가 일어나므로 사용환경이 비교적 고온인 경우에는 아연도금강판을 적용할 수 없다.
또한, 이러한 도장강판은 공히 도금, 화성처리 및 도장의 공정을 거쳐야 하며 도금과 화성처리는 일관공정으로 이루어지지만 도장은 별도의 공정이므로 제조공정이 복잡하며 장시간이 소요되는 단점이 있다.
본 발명자들은 실리콘의 박막이 도금부착량에 따라 변하는 다양한 빛의 간섭색을 나타내는 현상을 확인하고 실리콘 자체는 내식성 및 내열성이 극히 우수하다는 사실에 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 박도금으로서 나내식성이 매우 우수하고 내열성도 양호하며 도금표면 자체로서 외관이 미려하고 여러종류의 색상을 가지므로 무도장 상태로 사용할 수 있는 실리콘/아연 이층도금강판을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 진공증착법(진공증발법)에 의해 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘이 장입된 증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 통상의 전기아연도금강판을 상기 실리콘 증발원위에 장착시킨 다음, 진공용기내를 1×10-4토르 이하로 진공배기하는 단계; 상기와 같이 진공배기 한 후 소지기판을 200-700℃의 온도범위로 가열하는 단계; 상기와 같이, 소지기판의 가열이 완료되면, 실리콘 증발원에 전원을 공급하여 증발원을 탈가스 시킨 다음, 증발원의 셔터를 열어 2∼50g/m2의 부착량 범위로 실리콘을 상기 소지기판상에 증착시키는 단계를 포함하여 구성되는 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 진공증착법(진공증발법)에 의해 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 및 아연이 각각 장입된 망간 및 아연증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 냉연강판을 상기 증발원위에 장착시킨 다음, 진공용기내를 1×10-4토르 이하로 진공배기하는 단계; 상기와 같이 진공배기 한 후 소지기판을 150∼250℃의 온도범위로 가열하는 단계; 상기와 같이 소지기판의 가열이 완료되면, 각각의 증발원에 전원을 공급하여 증발원을 탈가스 시킨 다음 아연증발원의 셔터를 열어 아연을 진공증착시킨 후 아연 증발원의 셔터를 닫고, 소지기판의 온도를 200-270℃의 온도범위로 유지하는 단계; 상기와 같이 소지기판의 온도가 유지되면, 실리콘 증발원의 셔터를 열어 상기 증착 아연도금층 위에 100-10,000Å의 도금두께로 실리콘을 증착시키는 단계를 포함하여 구성되는 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 이온 플레이팅법에 의한 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법도 포함한다.
이하, 본 발명의 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다. 실리콘은 반도체이므로 수용액을 이용한 전기도금으로는 도금이 불가능하며 또한 융점이 매우 높아서 강판 또는 아연도금강판상에 용융도금으로 도금할 수 없다.
본 발명에 있어서, 실리콘을 아연도금층 위에 용이하게 도금할 수 있는 방법으로서 진공증착법이 적용된다. 진공증착법에는 여러 가지 방법이 있으나, 본 발명에는 진공증발법(통상, 진공증착법이라고도 함)과 이온 플레이팅법이 바람직하게 적용되다. 진공증발법은 제조설비가 단순하며 생산성이 높아서 가장 경제적인 진공증착법이며, 이온 플레이팅은 진공증발법에 비하여 제조설비가 단순하며 생산성이 높아서 가장 경제적인 진공증착법이며, 이온 플레이팅은 진공증발법에 비하여 제조설비가 복잡하고 생산성이 떨어지는 반면에 고품질의 도금피막을 얻을 수 있다는 장점이 있는데, 이들 방법에 대하여 이하에서 구체적으로 설명한다.
본 발명은 통상의 진공증착장치에 의해 구현되는데, 진공증발법에 의해 본 발명의 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 경우에는, 우선, 실리콘이 장입된 실리콘 증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 전기아연도금강판 또는 용융아연도금강판을 상기 실리콘 증발원위에 장착시킨 다음 진공용기내를 1×10-4토르(Torr) 이하로 진공배기한다.
상기 증발원으로는 전자빔 가열식 또는 저항가열식등이 있다.
상기 소지기판은 진공용기내에 장착하기 전에 알칼리탈지와 유기용매를 이용한 초음파 세척을 행하는 것이 바람직하다.
또한, 진공용기내에 아르곤 가스를 유입하여 1×10-2∼1×10-1토르 정도의 아르곤 가수분위기를 유지한 다음, 기판에 500-1000V의 부전압을 인가하여 글로방전에 의해 기판을 청정하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 배기가 완료되면, 상기 소지기판을 200-270℃의 범위로 가열한다. 소지기판의 온도가 200℃이하로 되는 경우에는 상층도금된 실리콘의 조직이 치밀하지 못하여 내식성 및 밀착성이 떨어지며, 소지기판의 온도가 270℃ 이상이 되면, 상층도금중에 하층도금층의 주성분인 아연이 승화되어 이층도금의 효과를 얻을 수 없으므로, 소지기판 가열온도는 200-270℃가 바람직하다.
상기와 같이 소지기판 가열이 완료되면, 실리콘 증발원에 적당량의 전원을 공급하여 증발원을 탈가스시킨 다음 증발원의 셔터를 열어 100-10,000Å의 도금두께로 실리콘을 소지기판상에 증착시키므로서, 본 발명의 실리콘/아연 이층도금강판이 제조된다.
한편, 이온 플레이팅법에 의해 본 발명의 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 경우에도 상기 진공증발법과 동일한 방법으로 소지기판ㅇ르 장착하고 진공용기내를 배기하낟. 다음에 소지기판을 250℃ 이하가 되도록 가열한 후, 실리콘 증발원을 탈가스시키고 증발원의 셔터를 열어 실리콘을 증발시키면서, 동시에 증발원직상에 위치한 열전자방출용 필라멘트와 이온화 양극을 이용하여 글로방전 플라즈마를 발생시켜서 이온 플레이팅을 행하므로서, 본 발명의 실리콘/아연 이층도금강판이 제조된다. 이때, 글로방전을 안전화시키기 위하여 소량의 알곤기체를 진공용기내에 도입할 수 있다. 이온 플레이팅 중에는 이온 충돌효과로 인하여 도금중 소지기판의 온도가 상승하므로 소지기판의 온도를 250℃ 이상으로 하면 상층도금중에 하층도금층중의 아연이 승화, 손실될 우려가 있으므로, 소지기판의 가열온도는 250℃ 이하가 바람직하다.
한편, 상, 하층 모두를 진공증착법에 의해 제조하는 경우에는 진공용기내의 실리콘 및 아연 증발원에 실리콘 및 아연을 각각 넣은 후, 냉연강판을 소지기판으로 하여 증발원 위에 장착한 다음, 진공용기내를 1×10-4토르 이하로 진공배기한다. 상기와 같이 진공배기 한 후 소지기판을 150∼250℃의 온도범위로 가열한다.
다음에, 각각의 증발원에 전원을 공급하여 증발원의 탈가스시킨 다음, 아연 증발원의 셔터를 열어 상기 소지기판상에 통상의 부착량으로 아연을 진공증착 시킨 후 아연 증발원의 셔터를 닫는다.
다음에, 소지기판을 200∼270℃의 범위로 가열한 후, 실리콘 증발원의 셔터를 열어 상기 증착아연도금층 위에 100-10,000Å의 도금두께로 실리콘을 진공증착시키므로써, 본 발명의 실리콘/아연 이층도금강판이 제조된다. 상층인 실리콘의 증착온도(소지기판온도)는 하층인 아연층의 증착온도(소지기판온도)와 동일하게 설정하면 제조공정이 단순해지며, 상기와 같이 소지기판의 온도를 유지하면 밀착성을 비롯한 제반특성이 양호해진다.
그리고, 아연 증발원으로는 전자빔 가열식 증발원 또는 저항가열식 증발원이 바람직하며, 실리콘 증발원으로는 전자빔 가열식 증발원이 바람직하다. 도금층의 표면보호 및 내식성, 내후성 향상을 위하여 수지처리를 행할 수 있는데, 이 경우에는 상기의 각 방법에 의해서 제조된 실리콘/아연 이층도금층 위에 실리콘 산화물이 함유된 수지를 통상의 방법으로 피복한다. 이때 수지의 부착량은 200-5000mg/m2의 범위가 바람직하다.
상기와 같이 본 발명에 따라 통상의 아연도금층을 하층으로 하고, 도금두께가 100-10,000Å의 범위인 진공증착 실리콘도금층을 상층으로 하여 구성되는 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판이 제조된다.
상기한 통상의 아연도금층(하층)으로는 전기아연도금층, 용융아연도금층 또는 진공증착 아연도금층으로 들 수 있다. 실리콘 상층도금을 이용하는 경우에는 실리콘 박막의 빛 간섭효과로 인한 발색효과도 중요하지만 상층 실리콘의 방식효과에 의한 내식성 향상도 매우 중요한데, 실리콘 상층도금은 부식분위기하에서 하층 아연의 초기 부식을 방지하면서 부식의 진행속도를 크게 억제하는 효과를 갖는다. 그런데, 상층 실리콘의 도금두께를 100Å 이하로 하면, 상층도금자체의 불균일성으로 인하여 피막두께가 굵은 곳에서는 실리콘의 보호효과가 떨어져서 부식초기에 아연이 노출되어 부식이 진행되므로 국부적으로 부식이 일어나게 된다.
반면에, 실리콘 자체는 연성이 매우 적은 비금속이므로 상층 실리콘의 두께를 10,000Å 이상으로 하면 제품의 가공중에 실리콘 도금층이 파손되어 도금층의 박리가 발생하게 된다. 따라서, 상층인 실리콘의 도금두께는 하층인 아연의 도금부착량에 관계없이 100Å-10,000Å의 범위가 바람직하다.
실리콘 피막은 박막 상태에서 입사광의 간섭현상을 일으켜서 다양한 색상을 나타내게 된다. 이 간섭색은 피막의 두께에 따라 달라지게 되므로 실리콘을 도금하면서 피막의 두께를 조절하게 되면 황색, 청색, 녹색, 자색등 다양한 색상을 얻을 수 있으며, 또한, 색상의 광택도는 하층도금(소지기판)에 따라 달라진다. 아연도금강판중에서 가장 광택도가 우수한 것은 용융아연도금강판으로서 응고중 성장하는 아연 결정립으로 이루어진 스팽글 형상을 나타내므로 상층에 실리콘 박막을 도금하여 발색시키면 스팽글 간의 광택도 차이에 따라 무늬형상의 표면색상을 나타내게 되며, 전기아연도금강판의 경우는 광택이 떨어지는 회색의 외관을 가지므로 상층에 실리콘 박막을 도금하면 중후한 색조의 발색표면을 얻을 수 있다. 한편, 진공증착 아연도금강판은 전기아연도금강판과 유사한 외관을 가지지만 광택도가 월등히 높으므로, 진공증착 아연도금강판상에 실리콘을 박도금하게 되면 밝은 색조의 발색표면을 얻을 수 있다.
실리콘을 아연도금강판 위에 도금하여 실리콘-아연 이층도금을 형성하게 되면 부식분위기하에서 표층의 실리콘이 1차적으로 아연의 초기부식을 억제하여 내식성을 크게 향상시킨다. 본 발명자들이 발견한 바에 따르면 1000Å 미만의 실리콘 박막으로도 하층 아연도금이 갖는 내식성의 5배 이상을 얻을 수 있다.
단순히 강판위에 실리콘을 박도금함으로써도 다양한 색조를 얻을 수 있으나, 이 경우에는 실리콘 도금층 자체에 존재하게 되는 기공(Porosity)을 통하여 부식매질이 침투함으로써 강판이 쉽게 부식되어 내식 효과를 기대할 수 없다.
그러나, 실제로 아연도금후 화성처리를 시행하고 그 위에 수십 μm 이상의 도장처리를 한 도장강판에 비하여는 내식성이 떨어진다. 그러므로, 실리콘/아연 이층도금강판의 미려한 색상을 유지하면서 내식성 및 내후성을 더욱 향상시켜서 사용하고자 할 경우에는 실리콘/아연 이층도금강판 위에 수지처리를 시행하면 표면색상을 유지하면서 내식성 및 내후성을 크게 향상시키는 것이 가능하다.
표면을 보호하기 위한 수지로는 실리콘 산화물이 함유된 수지가 바람직한데, 그 이유는 실리콘 산화물이 함유된 수지가 다른 재질의 수지에 비하면 광택성이 좋으므로 실리콘 박막에 의한 표면발색을 효과적으로 보완해 주며, 또한, 내지문 효과도 얻을 수 있기 때문이다.
이때 수지 부착량은 200-5000mg/m2의 범위가 바람직하다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
[실시예]
[발명예(1∼5) 및 비교예(1∼2)]
두께 0.7mm의 냉연강판에 아연을 전기도금하여 제조한 전기아연도금강판을 이층도금의 소지기판으로 사용하였으며, 아연 도금부착량은 20g/m2였다. 상기 기판을 아세톤 및 알코올로 초음파 탈지한후 진공조에 장입하여 저항가열기로 기판을 250℃까지 가열하고 순도 99.99%의 실리콘을 출력 2kW의 전자빔 가열식 증발원으로 가열, 증발시켜서 진공증착도금하여 시편을 제조하였다. 상층 실리콘의 도금두께는 하기 표 1에 나타난 바와 같이 50-12,000Å의 범위에서 변화시켰다.
[발명예(6)]
두께 0.7mm의 냉연강판을 알칼리 탈지하고 아세톤 및 알코올로 초음파 세척한 후 진공조에 장입하여 1×10-5토르까지 진공배기하였다. 저항가열기로 기판을 250℃로 가열하고 순도 99.9%의 아연을 탄탈륨 저항가열식 증발원으로 가열, 증발시켜 상기 기판상에 20g/m2의 부착량으로 진공증착한 후, 순도 99.99%의 실리콘을 출력 2kW의 전자빔 가열식 증발원으로 가열, 증발시켜서 진공증착도금하였으며, 실리콘의 도금두께는 1,000Å으로 하였다.
[발명예(7-8)]
발명예 7 및 8은 각각 발명예 2 및 3과 같이 시편을 준비한 다음, 실리콘 산화물이 함유된 수지를 1000mg/m2의 부착량으로 도포한 것이다.
[비교예(3-5)]
비교예 3은 2000Å의 도금두께로 0.7mm 두께의 냉연강판상에 실리콘만이 진공증착된 것이고, 비교예 4는 0.7mm 두께로 냉연강판을 20g/m2의 부착량으로 전기아연도금한 것이며, 비교예 5는 0.7mm 두께의 냉연강판을 40g/m2의 부착량으로 용융아연도금한 것이다.
상기와 같이 준비된 각각의 시편에 대하여 내식성, 밀착성, 색상 및 광택도를 측정하고 그 측정결과를 하기 표1에 나타내었다.
여기서, 내식성은 5% 염수분무시 적청발생시간으로 평가하였으며, 밀착성은 Ot, 180° 굴곡시험 후 테이프 시험을 통하여 평가하였으며, 시편의 색상 및 광택도는 육안으로 관찰하여 평가하였다.
[표 1]
(주) 적청발생시간 : 전표면적의 5%이상 적청발생시까지의 시간
밀착성 평가기준 : O-굴곡형 테이프시험시 도금층박리가 전혀 없음
X-굴곡후 테이프시험시 도금층이 일부 박리됨
색상 평가 : 육안관찰
광택도 평가 : 육안관찰-5: 매우높음, 1:매우 낮음
상기 표1에 나타난 바와 같이, 본 발명예(1-8) 및 비교예(1-5)에 비하여 내식성 및 밀착성에 있어서 우수함을 알 수 있으며, 특히, 수지처리를 한 발명예(7-8)의 경우는 내식성에 있어서 현저히 우수한 것임을 알 수 있다.
한편, 본 발명예(1-8)는 황, 청, 녹, 자, 회색의 다양한 색상을 나타내며, 광택도의 경우에는 낮은 것부터 높은 것까지 다양한 광택도를 나타냄을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 내식성 및 내열성이 우수하고 외관이 미려하고 여러종류의 색상을 가지는 실리콘/아연 이층도금강판을 경제적으로 제공할 수 있는 효가가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 진공증발법에 의해 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘이 장입된 실리콘 증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 통상의 전기아연도금강판을 상기 실리콘 증발원 위에 장착시킨 다음, 진공용기내를 1×10-4토르 이하로 진공배기하는 단계 ; 상기와 같이 진공배기 한 후 소지기판을 200-270℃의 온도 범위로 가열하는 단계 ; 상기와 같이, 소지기판의 가열이 완료되면, 실리콘 증발원에 전원을 공급하여 증발원을 탈가스시킨 다음, 증발원의 셔터를 열어 2∼50g/m2의 부착량 범위로 실리콘을 상기 소지기판상에 증착시키는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법.
  2. 진공증발법에 의해 실리콘/아연 이층도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 및 아연이 각각 장입된 실리콘 및 아연 증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 냉연강판을 상기 증발원 위에 장착시킨 다음, 진공용기내를 1×10-4토르 이하로 진공배기하는 단계 ; 상기와 같이 진공배기한 후 소지기판을 150-250℃의 온도범위로 가열하는 단계 ; 상기와 같이 소지기판의 가열이 완료되면, 각각의 증발원에 전원을 공급하여 증발원을 탈가스시킨 다음 아연 증발원의 셔터를 열어 아연을 진공증착시킨 후 아연 증발원의 셔터를 닫고, 소지기판의 온도를 200-270℃의 온도범위로 유지하는 단계 ; 상기와 같이 소지기판의 온도가 유지되면, 실리콘 증발원의 셔터를 열어 상기 증착 아연도금층 위에 100-10,000Å의 도금두께로 실리콘을 증착시키는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 내식성이 우수하고 외관이 미려한 실리콘/아연 이층도금강판의 제조방법.
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