KR950000309B1

KR950000309B1 - 밀착성 및 내열성이 우수한 Al/Si진공증착 이층 도금강판 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR950000309B1
Application number: KR1019920017070A
Authority: KR
Inventors: 최기덕; 전재호; 전중환; 신정철
Original assignee: 한국신철강기술연구조합; 백덕현
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1995-01-13
Also published as: KR940007217A; KR960013163A; KR970005442B1

Abstract

내용 없음.

Description

밀착성 및 내열성이 우수한 Al/Si진공증착 이층 도금강판 및 그 제조방법

본 발명은 석유 스토브 가전제품 및 자동차용 배기계에 사용되는 밀착성 및 내열성이 우수한 Al/Si진공증착 이층 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상세히 설명하면, 강판재료의 내열성을 증가시키기 위해 하층에 진공증착법으로 실리콘을 도금하고, 상층에 같은 진공증착 방법으로 알루미늄을 도금하는 이층의 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

내열용 강판으로는 용융알루미늄 도금강판이 가장 많이 사용되고 있는데 현재 용융알루미늄 도금강판은 5∼10중량%의 실리콘이 첨가된 700℃정도의 용융알루미늄 도금욕에 강판을 침지함으로써 제조하고 있다. 실리콘을 첨가하는 이유로는 순 용융알루미늄 도금욕 사용시 강판 및 알루미늄 도금층 계면에서 알루미늄과 철의 합금상(Al₅Fe₂)이 형성되어 가공성에 악영향을 미치고 도금층의 밀착성을 현저히 감소시키기 때문에 실리콘을 첨가하여 Al₅Fe₂상의 생성을 억제시키기 위함이다. 용융 알루미늄 강판은 700℃의 고온 도금욕을 통과시켜 만들어지므로 강판의 기계적 성질을 변화시켜서 도금전 강판의 기계적 성질을 유지할 수 없으며, 또한 소지강판 선택에 제약이 따른다. 그리고 용융도금법의 특성상 도금부착량 제어가 용이하지 않으며, 20g/㎡이하의 박도금이 곤란하다는 단점들을 가지고 있다.

이에 반해서 진공증착방법에 의한 알루미늄 도금은 350℃이하의 비교적 낮은 온도에서 도금이 이루어지므로 강판과 알루미늄 도금층 계면에서 알루미늄-철 합금층이 형성되지 않을 뿐 아니라 소재강판의 기계적 성질에 미치는 영향이 적어 도금전후 강판의 기계적 성질을 일정하게 유지시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 도금부착량 제어가 용이하여 박도금에서 후도금까지 원하는 부착량을 쉽게 얻을 수 있다.

이러한 진공증착 방법의 장점 때문에 최근에는 진공증착방법을 포함한 여러 건식도금 방법들이 개발되고 있으며, 제조된 제품들이 실용화단계에 있다. 특히 일본에서는 진공증착 방법으로 강판위에 질화 알루미늄(AIN)을 100nm-1/㎛ 증착시킨 후, 상층에 알루미늄을 10㎛정도 증착시켜 내열성이 우수한 도금강판을 제조하였다고 특히[일본공개특허 번호 소63-20448]로 보고된 바가 있다. 그러나 이 방법은 하층으로 질화 알루미늄(Aluminium nitride)을 증착시키기 위해 질소가스를 진공챔버내에 별도로 주입시켜야 하고 AIN의 화합물 조성을 일정하게 유지하여야 하는 작업상의 어려움이 있다.

그러나, 본 발명에서는 연속작업이 비교적 용이하고 공정제어가 쉬운 두가지 금속을 연속적으로 증착시켜 이층도금강판을 제조하였다. 즉 강판의 하층에 진공증착 방법으로 실리콘을 0.01∼1.0㎛의 두께로 도금한 후, 상층에 알루미늄을 진공증착 방법으로 5∼15㎛의 두께로 도금시켰다.

여기서 실리콘을 하층에 증착시킨 이유는 다음과 같다. 상층의 알루미늄은 공기중에서 고온에서 노출되었을 때 알루미늄 이온의 외부확산과 산소이온의 내부확산에 의해 표면에는 산화피막이 형성된다. 그러나, 알루미늄 도금층은 고온에서 장기간 노출되면 피막이 박리되어 떨어지기도 하고 알루미늄이 직접 소지 강판안으로 확산하여 들어가기도 한다. 이로 인해 도금층안의 알루미늄 고갈이 일어나 소지강판의 철(Fe)이 직접 산화되어 알루미늄 도금층의 보호피막 기능이 상실하게 된다.

따라서 본 발명은 알루미늄의 내부확산에 의한 알루미늄의 고갈 및 철의 외부확산을 막기 위해 소지강판 및 알루미늄 도금층사이에 실리콘을 진공증착 방법으로 이층도금하여 밀착성 및 내열성이 우수한 Al/Si 이층도금 강판을 제조하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 통상의 냉연강판을 소재로 하고, 실리콘을 강판의 예열온도 250∼450℃ 범위에서 두께 0.01∼1㎛ 범위로 진공증착한 후 그 위에 알루미늄을 5∼15㎛의 두께를 갖도록 증착도금하여서 된 밀착성 및 내열성이 우수한 Al/Si 이층도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이하 상기 수치한정 이유에 대하여 설명한다.

알루미늄을 소지강판위에 직접 증착도금할 때는 밀착성이 양호하며 표면외관이 미려한 강판의 예열온도는 250∼350℃범위이다. 250℃이하에서는 알루미늄 도금층의 표면이 어둡고, 350℃이상에서는 소지철과 합금을 형성하여 밀착성이 매우 열악하게 된다. 그러나, 실리콘을 하층에 박도금을 하게 되면 알루미늄이 소지철과 합금화되는 경향을 막아주게 되어 보다 높은 온도에서도 알루미늄과 철의 합금화가 억제되어 양호한 밀착성을 나타내며, 또한 미려한 표면을 갖는 알루미늄 도금층이 형성된다.

따라서 실리콘을 하층으로 진공증착한 후 상층에 알루미늄을 진공증착할 때, 넓은 예열온도 범위에서 밀착성이 우수하고 표면이 미려한 알루미늄 도금강판을 얻을 수 있다.

실리콘의 도금층두께가 0.01㎛이하일때는 도금층자체의 불균일성으로 인하여 피막두께가 얇은 곳에서는 실리콘의 보호 효과가 떨어져서 하층 도금층으로서의 기능을 제대로 수행하지 못하며, 실리콘은 연성이 매우 작은 비금속이므로 실리콘의 두께가 1㎛이상에서는 강판의 가공중에 실리콘 도금층이 파손되어 밀착성을 악화시킨다.

알루미늄 상층도금의 두께는 소지기판을 완전히 도금하기 위해서는 5㎛이상을 도금해야 하며, 경제성 및 생산성을 고려하여 최대 두께를 15㎛로 한다.

본 발명에 있어서 실리콘을 강판에 도금하는 방법으로는 제조설비가 단순하며 경제적인 진공증발법을 사용하였다.

탈지한 냉연강판을 알코올 및 아세톤으로 초음파 세척하여, 진공용기내에 장착한 후 실리콘을 알루미늄과 함께 진공용기내 증발원에 장입한 후 진공용기내를 10^-5토르(Itorr)까지 배기한다. 상기와 같이 배기가 완료되면 상기 기판을 250∼450℃의 범위로 가열한다.

기판의 온도가 적정온도에 이르게 되면, 전지빔을 조사하여 증발원을 탈가스시킨 다음 셔터를 열어 실리콘을 냉연강판위에 증착시킨다. 실리콘의 하층도금이 완료되면, 증발물질을 바꾸어 그 위에 바로 알루미늄을 진공증착시키면 알루미늄 이층도금강판이 제조된다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

[실시예 1]

두께 0.8mm의 냉연강판을 알카리 용액에서 탈지한 후 아세톤용액에서 초음파 세척을 실시하여 사용하였다. 전처리가 끝난 강판을 진공용기에 장입하고, 증발물질인 알루미늄과 실리콘을 두 개의 증발원에 각각 보충한 후, 진공용기의 압력이 10^-5Torr가 되도록 진공배기하였다. 압력 도달후 소지기판을 250℃로 가열한 후 먼저 실리콘을 냉연강판위에 두께가 0.01㎛가 되도록 진공증착하여 하층 실리콘 도금층을 만든 다음 이어 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 5㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 시판을 제작하되 기판의 온도를 300℃로 하였으며, 실리콘을 냉연강판위에 두께가 0.02㎛가 되도록 진공증착한 후, 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 10㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 3]

실시예 1과 같은 방법으로 시판을 제작하되 기판의 온도를 300℃로 하였으며, 실리콘을 냉연강판위에 두께가 0.04㎛가 되도록 진공증착한 후, 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 5㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 4]

실시예 1과 같은 방법으로 시판을 제작하되 기판의 온도를 300℃로 하였으며, 실리콘을 냉연강판위에 두께가 0.5㎛가 되도록 진공증착한 후, 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 8㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[실시예 5]

실시예 1과 같은 방법으로 시판을 제작하되 기판의 온도를 300℃로 하였으며, 실리콘을 냉연강판위에 두께가 1㎛가 되도록 진공증착한 후, 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 15㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

두께 0.8mm의 냉연강판을 알카리 용액에서 탈지한 후 아세톤용액에서 초음파 세척을 실시하여 사용하였다. 전처리가 끝난 강판을 진공용기에 장입하고, 증발물질인 알루미늄과 실리콘을 두 개의 증발원에 각각 보충한 후, 진공용기의 압력이 10^-5Torr가 되도록 진공배기하였다. 압력 도달후 소지기판을 200℃로 가열한 후 먼저 실리콘을 냉연강판위에 두께가 0.005㎛가 되도록 진공증착하여 하층 실리콘 도금층을 만든 다음 이어 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 5㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 2]

실시예 1과 같은 방법으로 시판을 제작하되 기판의 온도를 300℃로 하였으며, 실리콘을 냉연강판위에 두께가 1.2㎛가 되도록 진공증착한 후, 알루미늄을 실리콘 도금층위에 두께가 5㎛가 되도록 진공증착하여 알루미늄/실리콘 이층도금강판을 제조하였다. 증발물질의 순도는 알루미늄, 실리콘 공히 99.99%를 사용하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 3]

두께 0.8mm의 냉연강판을 알카리 용액에서 탈지한 후 아세톤용액에서 초음파 세척을 실시하여 사용하였다. 전처리가 끝난 강판을 진공용기에 장입하고, 증발물질인 알루미늄을 보충한 후, 진공용기의 압력이 10^-5Torr가 되도록 진공배기하였다. 압력 도달후 소지기판을 300℃로 가열한 후 먼저 실리콘을 냉연강판위에 두께가 8㎛가 되도록 진공증착하여 하층 알루미늄 도금강판을 제조하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[비교예 4]

비교예 3과 같은 방법으로 시판을 제작하되 진공증착 방법대신 용융 도금법을 사용하여 알루미늄을 냉연강판위에 15㎛의 두께로 도금하여 용융알루미늄 도금강판을 제조하였다. 이와 같이 제조된 알루미늄 강판의 내열성 및 밀착성 시험결과를 표 1에 나타내었다.

[알루미늄 도금강판의 평가]

(1) 밀착성 평가

도금강판의 밀착성 평가 방법으로는 알루미늄 도금강판 시편을 180°굴곡후, 테이프시험을 행하여 도막의 박리 여부를 육안으로 관찰하였다.

(2) 내열성 시험

실시예 및 비교예의 내열성을 평가하기 위하여 각 시편을 3㎝×3㎝의 크기로 절단을 하였다. 각 시편을 650℃ 공기분위기 노에서 1시간 동안 가열을 한 뒤, 곧바로 노 밖으로 꺼내 30분간 공냉을 시킨 후 시편의 무게변화를 측정하였다. 1시간 30분을 1싸이클로 하여 40회까지 반복하였다. 이후 20시간을 1싸이클로 하는 내열 시험을 3회 더 행하였다. 시편의 무게 변화측정과 함께 X-선회절분석(XRD분석)을 행하여 도금층의 상변화를 확인하였다.

[표 1]

알루미늄 도금강판의 내열성 및 밀착성 시험결과

주) 밀착성 평가 : 시편제조후 180°굴곡후 테이프시험 내열성 시험중 시편외관 관찰, ○ : 굴곡시험 및 내열시험 중 표면의 박리나 균열이 전혀없음. × : 굴곡시험 중 또는 내열시험 중 표면의 박리나 균열발생.

내열성 평가 : 총 내열시험 100시간 후 시편의 중량 증감 측정, ○ : 5g/㎡이하증가, △ : 5∼10g/㎡증가, × : 10g/㎡이상 또는 중량감소

표 1에 나타난 바와 같이 본 실시예(1∼5)는 알루미늄을 진공증착하였을 때에 비해서 내열성이 우수하고, 통상의 용융알루미늄 도금강판에 비해서는 알루미늄 부착량 50%정도에서도 동등한 정도의 내열성을 나타내었다.

[표 2]

내열성시험후 알루미늄 도금강판의 XRD분석결과

※ XRD : X-ray difractiometry

표 2는 내열성 실험을 200시간한 후 각시편의 X-선 구조분석결과에 의한 도금층의 특성을 보여준다. 표 2에서 알 수 있듯이 진공증착 방법으로 알루미늄만을 증착한 비교예 3의 경우에는 제이산화철(Fe₂O₃)등의 철계산화물이 관찰되었다. 이는 초기에 증착되었던 알루미늄이 고갈되고 모재에 있는 철이 직접 산화되었음을 보여준다. 이에 반해 실리콘을 먼저 진공증착 방법으로 증착시킨 후 알루미늄을 증착시킨 본 실시예 4는 알루미늄과 철의 합금상(AlFe)을 그대로 유지하고 있음을 보여준다. 이는 모재와 상층의 알루미늄 사이에 존재하는 실리콘이 알루미늄의 내부확산과 철의 외부확산을 막고 안정한 알루미늄-철의 합금상을 오랜시간 동안 유지하고 있음을 시사하고 있다.

표 2로부터 알 수 있듯이 본 발명의 실리콘을 먼지 진공증착 방법으로 증착시킨 후, 알루미늄을 증착시킨 Al/Si진공증착 이층도금강판은 알루미늄과 철의 상호확산을 억제하여 Al₅Fe₂보다는 안정한 AlFe을 형성하여 내열성 및 밀착성을 향상시키는 특징이 있다.

Claims

2층의 도금층을 증착시킨 도금강판에 있어서, 하도층(下鍍層)이 0.01∼1.0㎛의 두께를 갖는 실리콘 진공증착층이고, 상도층(上鍍層)이 5∼15㎛의 두께를 갖는 알루미늄 진공증착층인 Al/Si진공증착 2층 도금강판.
2층의 도금층을 증착시키는 도금강판의 제조방법에 있어서, 10^-5(Torr)의 진공상태와 250∼450℃의 온도 범위에서 하도층(下鍍層)에 실리콘을 0.01∼1.0㎛의 두께가 되도록 진공증착시키고, 상도층(上鍍層)에 알루미늄을 5∼15㎛의 두께가 되도록 진공증착하여 Al/Si진공증착 2층 도금강판을 제조하는 방법.