KR940000280B1 - 알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법 - Google Patents

알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법
본 발명은 가전제품 및 건재용등의 구조재등에 사용되는 표면처리강판의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 아연-철 합금화 용융아연도금층을 하층으로하고 알루미늄층을 상층으로 하여 이루어진 내식성이 우수하고 외관이 미려한 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
강판은 기계적 강도가 우수하고 가공성이 양호하며 자원이 풍부하여 자동차, 가전제품 및 건재등의 구조재로 널리 사용되고 있으나, 강판자체는 내식성이 극히 불량하므로 아연등을 피복하여 그 수명을 연장시키는 경우가 많다. 일반 가전제품의 구조용 재료로는 전기아연도금강판이 가장 널리 사용되고 있으며, 건재용으로는 용융아연도금 강판이 일반적으로 이용되고 있다. 이외에도 특별히 고내식성이 요구되는 경우에는 Al 조성이 5% 또는 55%의 용융 아연-알루미늄 합금도금강판이 사용된다.
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 용융아연도금강판은 주로 도금부착량 40g/㎡ 이상의 후도금재이므로 전기아연도금강판보다는 내식성이 우수하나 무도장재로 사용할 경우의 나내식성은 역시 불량하며, 용융도금에서는 400℃ 이상의 고온인 아연욕에 강판을 침지함으로써 도금이 이루어지므로 소지강판의 기계적성질에 영향을 주게되어서 소지강판의 선택에 제약이 따른다. 또한, 용융아연도금강판의 고유한 스팽글(Spangle)형상으로 말미암아 도장면이 고르지 못하게 될 우려가 있다. 그외에도 아연자체는 융점이 419℃로 매우 낮으며 300℃ 이상에서는 승화가 일어나므로 사용환경이 비교적 고온인 경우에는 아연도금강판을 적용할 수 없다.
용융 아연-알루미늄 합금도금강판은 나내식성이 극히 우수하여 제품의 내구성을 크게 향상시키며 알루미늄 조성이 55%인 경우에는 내열성도 비교적 우수한 장점이 있으나, 용융도금방식의 특성상 역시 소지강판의 선택에 제약이 따른다. 특히 아연-알루미늄욕은 용융아연도금에 사용되는 일반 아연욕에 비하여 고온이므로 소지강판의 기계적 성질에 미치는 영향이 더욱 크다. 또한, 아연-알루미늄 용융도금강판의 금속학적 조작은 Zn-rich 상(相)과 Al-rich 상(相)이 혼재하는 이상혼합조직이므로 두상간에 국부전지가 형성되어 두 상간의 결정합계가 우선적으로 부식되고, 이에 따라 도금층의 국부적인 박리가 일어나면서 도장면도 박리를 일으키게 되는 문제점도 있다. 그 외에도 아연-알루미늄 용융도금강판은 무도장상태로 옥외구조재로 사용시 초기에 흑변이 발생하여 외관이 불량해지는 결점이 있다.
순수 알루미늄 도금강판은 알루미늄의 전기화학적 특성상 수용액을 이용한 전기도금법으로는 제조할 수 없으며 용융도금법으로 제조된다. 알루미늄의 용융도금욕은 아연의 용융도금욕보다 훨씬 고온인 550℃ 이상이므로 소지강판의 선택에 더욱 큰 제약이 따르며 또한 박도금을 제조하기 곤란하다는 단점이 있다. 사용특성 측면에서 볼때에도 박판에의 도금이 곤란하며 이에 따라 적용할 수 있는 용융범위에 큰 제약이 있다.
한편, 아연계 도금강판상에 알루미늄을 진공증착하여 우수한 특성을 얻고자 하는 시도는 최근 활발히 진행되고 있으며 이에 따라 알루미늄/아연 이층도금, 알루미늄/아연-니켈 이층도금층이 우수한 특성을 갖는 것으로 발견되었다. 그러나 상기 알루미늄-아연계 이층도금들은 내식성 및 외관측면에서 우수한 특성을 갖기는 하지만 실제 사용중 부식초기에 표층의 색상이 흑색으로 변하는 소위 흑변현상이 현저하게 일어나므로 무도장재로 옥외에 사용하는 경우에는 문제점이 있다.
본 발명자는 아연-알루미늄 용융도금강판의 내식성이 극히 우수하고 아연보다 융점이 높은 알루미늄으로 내열성이 향상된다는데 착안하여 본 발명을 제안하게 된 것으로서, 본 발명은 통상의 아연-철 합금화 용융 아연도금강판상에 소정량의 알루미늄을 진공증착시킴으로써, 소지강판의 제약없이 비교적 박도금으로서 나 내식성이 극히 우수하고 내열성도 우수하며 도금자체의 외관이 미려하고 이로 인하여 도장면도 미려한 알루미늄/아연-철 합금화 용융아연 도금의 이층도금강판의 제조방법을 제공하고 하는데, 그 목적이 있다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다.
본 발명은 알루미늄이 장입된 알루미늄 증발원을 징공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 통상의 방법으로 제조된 10wt% 이하의 철을 함유하는 아연-철 합금화 용융아연 도금강판을 상기 알루미늄 증발원위에 장착한 다음, 진공용기내를 1×10-4토르이하로 진공배기하는 단계 ; 상기와 같이 진공배기한 후 상기 소지기판을 200-300℃의 온도범위로 가열하는 단계 ; 상기와 같이 소지기판의 가열이 완료되면, 알루미늄 증발원에 전원을 공급하여 증발원을 탈가스시킨 다음, 증발원의 셔터를 열어 0.5-10g/㎡의 부착량 범위로 알루미늄을 소지기판상에 증착시키는 단계를 포함하여 구성되는 알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 알루미늄이 장입된 알루미늄 증발원을 징공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 통상의 방법으로 제조된 10wt% 이하의 철을 함유하는 아연-철 합금화 용융아연 도금강판을 상기 알루미늄 증발원위에 장착한 다음, 진공용기내를 1×10-4토르이하로 진공배기하는 단계 ; 상기와 같이 진공배기한 후 상기 소지기판에 -100V~-600V의 바이어스 전압을 인가하고 상기 소지기판을 250℃ 이하가 되도록 가열하는 단계 ; 상기와 같이 소지기판의 가열이 완료되면, 알루미늄 증발원을 탈가스시키고 증발원의 셔터를 열어 알루미늄을 증발시키면서 동시에 증발원 직선상에 위치한 이온화 양극을 이용하여 아크 방전 플라즈마를 발생시키면서 0.5-10g/㎡의 부착량으로 알루미늄을 이온플레이팅 시키는 단계를 포함하여 구성되는 알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명의 이층도금강판을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
알루미늄은 활성이 매우 큰 금속이어서 수용액을 이용한 전기도금으로는 알루미늄을 도금할 수 없으므로 일반적으로 용융도금방식이 이용되고 있다. 그러나 소지기판이 강판이 아니고 아연 또는 아연합금도금강판인 경우에는 알루미늄 도금욕에 침지되는 순간에 하층도금피막이 용융되어 유실되므로 상기와 같은 이층도금용으로는 용융도금법을 적용할 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 아연이 용융 또는 승화를 통하여 손실되지 않는 온도범위에서 알루미늄을 도금할 수 있는 방법으로서 진공증착법을 채택한 것이다.
진공증착법에는 여러가지 방법이 있으나 본 발명에서는 진공증발법(통상, 진공증착법이라고도 함)과 이온 플레이팅법이 바람직하다. 진공증발법은 제조설비가 단순하며 생산성이 높아서 가장 경제적인 진공증착법이며, 이온플레이팅법은 진공증발법에 비하여 제조설비가 복잡하고 생산성이 떨어지는 반면에 고품질의 도금 피막을 얻을 수 있다는 장점이 있는데, 이하, 이들 방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 통상의 진공증착장치에 의해 구현되는데, 진공증발법에 의해 본 발명의 이층도금강판을 제조하는 경우에는, 우선, 알루미늄이 장입된 알루미늄 증발원을 진공요기내에 위치시키고, 소지기판으로서, 통상의 방법으로 제조된 10wt% 이하의 철을 함유하는 아연-철 합금화 용융아연 도금강판을 상기 알루미늄 증발원위에 장착시킨 다음 진공용기내를 1×10-4토르(Torr)이하로 진공배기 한다. 상기 증발원으로는 전자빔가열식 또는 저항가열식등이 있다. 상기 소지기판은 진공용기내에 장착하기 전 알칼리탈지와 유기용매를 이용한 초음파세척을 행하는것이 바람직하다. 또한, 진공용기내에 아르곤가스를 유입하여 1×10-2-1×10-1토르정도의 아르곤가스분위기를 유지한 다음, 기판에 500-1000V의 부전압을 인가하여 글로방전에 의해 기판을 정정하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 진공배기한 후 소지기판을 200-300℃의 온도범위로 가열한다.
이때, 소지기판의 온도를 200℃ 이하로 하면 진공증착되는 알루미늄의 조작이 치밀하지 못하여 도금후 가공시 성층도금층의 박리가 일어날 우려가 있으며, 소지기판의 온도를 300℃ 이상으로 하면 진공증착법에 의해 상층을 진공증착하는 중에 하층피막의 주성분인 아연이 승화되어 이층도금의 효과를 얻을 수 없으므로, 소지기판의 가열온도는 200-300℃가 바람직하며, 보다 바람직하게는, 200-270℃이다.
상기와 같이 소지기판가열이 완료되면, 알루미늄 증발원에 적당량의 전원을 공급하여 증발원을 탈가스시킨 다음 증발원의 셔터를 열어 0.5-10g/㎡의 부착량으로 알루미늄을 통상의 아연-철 합금화 용융아연도금강판인 소지기판상에 진공증착시킴으로써, 본 발명의 이층도금강판이 제조된다.
한편, 이온플레이팅법에 의해 본 발명의 이층도금강판을 제조하는 경우에는 상기 진공증발법과 동일한 방법으로 소지기판을 장착하고 진공용기내를 배기한다.
다음에, 소지기판을 250℃ 이하가 되도록 가열한 후, 알루미늄 증발원을 탈가스시키고 증발원의 셔터를 열어 알루미늄을 증발시키면서 동시에 증발원 직상에 위치한 이온화 양극을 이용하여 아크방전 플라즈마를 발생시키면서 0.5-10g/㎡의 부착량으로 알루미늄을 이용플레이팅시키므로서 본 발명의 이층도금강판이 제조된다.
본 발명의 이온뉴플레이팅법에서는 이온플레이팅중에 이온충돌효과로 인하여 도금중 소비기판의 온도가 상승하므로 소지기판의 온도를 250℃ 이상으로 하면 상층도금중에 하층피막중의 아연이 승화 손실될 우려가 있으므로, 소지기판의 가열온도는 250℃ 이하가 바람직하다.
또한, 소지기판에는 -100V에서 -600V 사이의 바이어스전압이 인가되는 것이 바람직한데, 이는 바이어스전압을 -100V 이하로하면 이온충돌효과가 부족하여 상층도금 피막의 밀착성이 떨어질 우려가 있으며, -600V 이상으로 하면 이온충돌효과가 극심하여 하층피막중의 아연이 스퍼터링효과로 손실되기 쉽기 때문이다. 그리고, 글로방전을 안정화시키기 위하여 소량의 아르곤기체를 진공용기내에 도입하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따라 10wt% 이하의 철로 이루어진 통상의 아연-철 합금화 용융아연 도금층을 하층으로 하고 ; 0.5-10g/㎡의 도금부착량을 갖는 진공증착 알루미늄층을 상층으로 하여 구성되는 알루미늄/아연-철합금화 용융아연도금의 이층도금강판이 제조된다.
통상, 아연을 용융도금한 후 합금화 열처리하여 제조하는 아연-철 합금화 용융아연도금강판 자체는 광택이 떨어지는 회색의 외관을 가지나 진공증착법으로 알루미늄을 상층도금하게 되면 도금층의 외관은 상층도 금피막인 알루미늄이 좌우하게 되므로 매우 미려하고 광택이 있는 표면외관을 얻을 수 있다. 또한, 이러한 이층도금강판을 부식환강에서 사용하게 되면 무도장재인 경우에도 알루미늄과 아연, 철의 복합산화물이 부식초기에 형성되어 더 이상의 부식진행을 억제함으로써 표면외관의 변화없이 장시간 유지되는 극히 우수한 내식성을 나타낸다. 이러한 알루미늄-아연-철의 부식억제 현상을 철함량 10% 이내 일때에 현저하게 나타나며, 철함량이 10% 이상인 아연-철 합금 전기도금강판을 하층으로 사용한 경우에는 알루미늄 상층 도금에 의한 내식성의 향상정도가 크게 떨어진다. 또한 알루미늄-아연의 복합산화물도 부식속도를 크게 감소시키므로 아연도금강판에 알루미늄을 상층도금한 경우에도 내식성이 크게 형상되기는 하지만 이 경우에도 아연-철 합금화 용융아연도금강판상에 알루미늄을 상층도금한 경우에 비하여 내식성의 향상정도가 떨어지며, 알루미늄-아연만의 부식생성물은 아연-알루미늄 합금도금강판의 경우와 같이 초기에 흑색을 나타내여 외관이 불량해지는 결점이 있다.
알루미늄 상층도금을 이용하는 경우에는 부식 분위기 하에서 부식초기에 하층의 아연과 철이 용출되며 표층의 알루미늄과 함께 부식진행을 억제하는 부식생성물을 형성하므로써 소지기판을 보호하게 되는데, 상층 알루미늄의 도금부착량을 0.5g/㎡ 이하로 하면 상층도금자체의 불균일성으로 인하여 피막두께가 얇은 곳에서는 부식초기에 알루미늄이 부식되어 손실되므로 보호효과를 나타내지 못하며, 반면에, 상층 알루미늄의 부착량을 10g/㎡ 이상으로 하면 상층 도금층에 발생하는 잔류응력이 커짐에 따라서 상하층간의 밀착성이 약화되고 따라서 가공성이 약화될 뿐만 아니라 내식성도 오히려 열화되므로, 상층 알루미늄의 도금부착량은 하층도금의 부착량에 관계없이 0.5-10g/㎡의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다.
[실시예 1]
[비교예 1]
비교예 1은 도금부착량이 35g/㎡인 단층 아연-철 합금화 용융아연도금강판으로부터 시판을 채취하였다.
[발명예 1-2 및 비교예]
두께 0.8mm의 냉연강판에 아연을 용융도금한 후 합금화열처리하여 제조한 아연-철 합금화 용융아연도금강판을 이층도금의 소지기판으로 사용하였으며, 이때 도금부착량은 35g/㎡였다. 상기 기판을 아세톤 및 알코올로 초음파탈지한 후 진공조에 장입하여 1×10-5토르까지 진공배기하였다. 저항가열기로 기판을 250℃까지 가열하고 순도 99.999%의 알루미늄을 출력 5kw의 전자빔가열식 증발원으로 증발시켜서 진공증착도금하여 각각의 시편을 제조하였다. 알루미늄의 증착속도는 0.2㎛/min였으며, 도금부착량은 하기표 1에 나타난 바와같이, 0.2-12g/㎡로 하였다.
[비교예 4]
비교예 4는 도금부착량이 40g/㎡인 단층용융아연도금강판으로부터 시편을 채취하였다.
[비교에 5-6]
두께 0.8mm의 냉연강판에 아연을 도금하여 제조한 용융아연도금 강판을 이층도금강판의 소지기판으로 사용하였으며, 이때, 도금부착량은 40g/㎡이였다.
상기 기판을 아세톤 및 알코올로 초음파 탈지한 후 진공조에 장입하여 1× 10-5토르까지 진공배기 하였다. 저항가열기로 기판을 250℃까지 가열하고 순도 99.999%의 알루미늄을 출력 5kw의 전자빔가열식증발원으로 증발시켜서 2g/㎡ 및 6g/㎡의 부착량으로 진공증착시켜 각각의 시편을 제조하였다.
[비교예 7-8]
비교예 7은 도금부착량이 20g/㎡인 단층 전기아연-철합금도금강판으로 부터 시편을 채취하였다.
비교예 8은 도금부착량이 20g/㎡이고, 그 두께가 0.8㎜인 전기아연-철 합금도금강판을 소지기판으로 하여 상기 비교예 6과 같은 조건으로 진공증착시켜 제조된 시편이다.
상기와 같이 제조된 각각의 시편에 대하여 내식성, 밀착성 및 표면상태를 측정하고 그 측정결과를 하기표1에 나타내었다. 이때, 내식성은 5% 염수분무시 적청발생시간으로 평가하였으며, 밀착성은 Ot, 180°굴곡시험후 테이프시험을 통하여 평가하였다.
[표 1]
(주) 적청발생시간 : 전표면적의 5% 이상 적청발생시까지의 시간
밀착성 평가기준 : ○-굴곡후 테이프시험시 도금층박리가 전혀 없음
×-굴곡후 테이프시험시 도금층이 일부 박리됨
상기 표 1에 나타난 바와같이, 본 발명예(1-2)가 비교예(1-8)에 비해여 내식성, 밀착성 및 표면상태에 있어서 우수함을 알 수 있다.
[실시예 2]
두께 0.8mm의 냉연강판에 아연을 용융도금한 후 합금화열처리하여 제조한 아연-철합금화 용융아연도금 강판을 이층도금의 소지기판으로 사용하였으며, 이때 도금부착량은 35g/㎡였다. 상기 기판을 아세톤 및 알코올로 초음파탈지한 후 진공조에 장입하여 1×10-5토르까지 진공배기하였다. 저항가열기로 기판을 하기 표 2에 나타난 바와같이 100-350℃ 범위로 가열하고 순도 99.999%의 알루미늄을 출력 5kw의 전자빔가열식 증발원으로 증발시켜서 진공증착도금하여 각각의 시편을 제조하였다. 알루미늄의 증착속도는 0.2㎛/min였으며, 도금부착량은 3g/㎡로 하였다.
상기와 같이 제조된 각각의 시편에 대하여 내식성 및 밀착성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 이때, 내식성은 5% 염수분무시 적정발생시간으로 평가하였으며, 밀착성은 Ot, 180°굴곡시험후 테이프 시험을 통하여 평가하였다.
[표 2]
(주) 적청발생시간 : 전표면적의 5% 이상 적청발생시까지의 시간
밀착성 평가기준 : ○-굴곡후 테이프시험시 도금층박리가 전혀 없음
×-굴곡후 테이프시험시 도금층이 일부 박리됨
상기 표 2에 나타난 바와같이, 본 발명예(1-2)가 비교예(1-4)에 비하여 내식성 및 밀착성에 우수함을 알 수 있다.
상술한 바와같이, 본 발명은 내식성이 우수하고 외관이 미려할 뿐만아니라 도금층이 부식되어 적청상태에 이르기까지 흑변현상이 발생하지 않고 초기외관을 그대로 유지할 수 있는 이층도금강판을 제공하므로서 가전제품 및 건재용등의 구조재등에 적절히 적용될 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 알루미늄이 장입된 알루미늄증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 통상의 방법으로 제조된 10wt% 이하의 철을 함유하는 아연-철 합금화 용융아연 도금강판을 상기 알루미늄 증발원위에 장착한 다음, 진공용기내를 1×10-4토르이하로 진공배기 하는 단계 ; 상기와 같이 진공배기 한 후 상기 소지기판을 200-270℃의 온도범위로 가열하는 단계 ; 상기와 같이 소지기판의 가열이 완료되면, 알루미늄 증발원에 전원을 공급하여 증발원을 탈가스시킨 다음, 증발원의 셔터를 열어 0.5-10g/㎡의 부착량 범위로 알루미늄을 소지기판상에 증착시키는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법.
  2. 알루미늄이 장입된 알루미늄 증발원을 진공용기내에 위치시키고 소지기판으로서 통상의 방법으로 제조된 10wt% 이하의 철을 함유하는 아연-철합금화 용융아연 도금강판을 상기 알루미늄 증발원위에 장착한 다음, 진공용기내를 1×10-4토르이하로 진공배기하는 단계 ; 상기와 같이 진공배기한 후 상기 소지기판에 -100V~-600V의 바이어스 전압을 인가하고 상기 소지기판을 250℃ 이하가 되도록 가열하는 단계 ; 상기와 같이 소지기판의 가열이 완료되면, 알루미늄증발원을 탈가스시키고 증발원의 셔터를 열어 알루미늄을 증발시키면서 동시에 증발원직상에 위치한 이온화 양극을 이용하여 아크 방전 플라즈마를 발생시키면서 0.5-10g/㎡의 부착량으로 알루미늄을 이온플레이팅 시키는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 알루미늄/아연-철 합금화 용융아연도금의 이층도금강판의 제조방법.
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