KR950014931B1 - 표면처리된 알루미늄 재료 - Google Patents

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가와사키 세이데츠 가부시키가이샤
도사키 시노부
후루카와 알루미늄 가부시키가이샤
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Abstract

내용 없음.

Description

표면처리된 알루미늄 재료
본 발명은 스폿 저항 용접성, 가공성 및 내식성이 향상된 표면처리된 알루미늄 재료로서, 알루미늄 재료가 불가피하게 압력 가공되고 스폿 용접되는 자동차, 전기기구 및 캔등에 사용될 수 있는 표면-처리된 알루미늄 재료에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 명백히 가공성, 스폿 용접성 및 내식성이 향상된 표면-처리 알루미늄 재료에 관한 것이다.
최근에, 지구의 환경에 관하여 특히 지구의 온난화를 방지하려는 측면에서 생각할적에, 자동차 차대의 중량을 줄여서 연료 효율을 개선하고 CO2배기를 줄이는 것이 긴급한 문제가 되고 있다. 이러한 조건에서, 자동차 차대용 알루미늄 합금의 사용은 재료의 확실성 및 가공성 뿐만 아니라 재사용성 때문에 상당한 관심을 끌고 있다. 그 결과, 자동차 차대용 알루미늄 합금의 사용은 재료의 확실성 및 가공성 뿐만 아니라 재사용성 때문에 상당한 관심을 끌고 있다. 그 결과, 자동차 차대용 알루미늄 합금판은 최근에 사용되기 시작했을 뿐이다.
알루미늄 재료들은 또한 전기기구, 사무자동화장치, 건물재료 및 캔 재료등에 사용될 수 있다. 이러한 생산품들의 제조시, 알루미늄 재료들은 종종 압력 가공될뿐 아니라 스폿 용접된다.
알루미늄 재료들은 스폿 저항 용접성, 특히 채택되는 용접봉의 수명과 관련하여 강재료보다 조악하며 불가피하게 자동차 차대의 제조가 반복되는 스폿 용접을 포함할 수 있는 자동차 차대를 포함하는 최종 생성물의 생산성을 줄이게 된다.
보다 설명하면, 알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 스폿 용접은 용접봉상에 용융 알루미늄 용착이 수반될 것 같다.
또한, 하나의 용접봉으로 만들어질 수 있는 적합한 너겟(ungget) 직경의 스폿 용접수는 두꺼운 강판의 스폿 용접에 비긴다. 그 결과, 용접봉을 가끔 선광(dressing)하거나 대체하는 것이 용접봉상에 용융 알루미늄을 용착시키는 것과 너겟 직경의 과도한 감소를 방지하기 위해 필요하며, 이렇게 용접봉을 종종 선광하거나 대체하는 것이 역으로 알루미늄 합금판의 용접 효용성에 영향을 미치는 결과 최종 생성물의 생산성에 영향을 미친다.
스폿 저항 용접이 관련되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금판이 공업규모제조에서 사용되는 것이 비교적 최근이기 때문에, 상기 기술된 문제를 극복하기 위한 몇가지 적합한 제안이 있을 뿐이다. 일본 특허출원 공개 제 1985-187483 호는 양극 처리수단에 의해 알루미늄 판의 용접 표면상에 산화물 막 두께를 적절히 조절함에 의해 개선하는 안을 제안한다. 일본 특허출원 공개 제 1978-6252호, 제 1978-48954 호 및 제 1978-48955 호는 알루미늄 또는 알루미늄 합금판들의 용접 표면사이에 아연, 티타늄 또는 스체인레스강을 배치함에 의해 개선시키는 안을 기술한다. 또한 일본 특허출원 공개 제 1983-4389 호는 알루미늄 또는 알루미늄 합금판상에 크롬, 니켈, 구리 또는 은이 입혀진 층을 구비함에 의해 개선되는 안을 기술한다. 그러나, 상기에 기술된 일본 특허출원 공개의 내용들은 자동차에 사용하기에 적합하도록 만들어진 알루미늄 합금판에 대해서는 특별히 기술하고는 있지 않다.
상기 기술된 제안들 중에서, 산화물 막 두께를 조절하기 위한 양극처리는 공저을 불확실하게 하고 실제로 이용하기에 적합하지 않게 하기 때문에, 일관하여 실행되기에 어렵다. 알루미늄 합금판의 용접 표면들 사이의 아연, 티타늄 또는 스테인레스 강은 자동차에 사용하기 위한 알루미늄 합금판에 적합하지 않다.
알루미늄 합금판상에 크롬, 니켈 구리 또는 은이 입혀진 층은 알루미늄 합금 지지체에 도금층의 점착이 충분하지 않기 때문에 실용적이 아니다.
강 재료에 비유될적에, 알루미늄 또는 알루미늄 합금은 연질이고, 인장 강도가 약한 결과 금형마손(diegalling)이 종종 이러한 재료를 압력 가공시킬 때 야기된다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금판의 압력 가공시, 윤활유는 대개 판의 포면상에 적용된다. 이러한 윤활유의 적용은 그러나 하기와 같은 다양한 문제들을 야기한다 ;
(1) 압력가공시 금형 마손은 단순히 윤활유를 가함에 의해 방지될 수 없다.
(2) 윤활유는 대개 분무시켜 적용하고 윤활유가 퍼져서 작업 조건에 불리한 영향을 미치게 된다.
(3) 생성물이 다른 생성물들과 결합될 수 있기전에 압력-가공후 탈지/세정 단계는 불가피하고 작업조건에 불리한 영향을 미치고 환경문제를 야기하는 사염화 탄소 또는 1-1-1-트리클로로 에탄과 같은 유해한 용매의 사용을 포함한다.
그 결과, 윤활유를 적용시키지 않고 압력-가공될 수 있고, 재료의 압력-가공후 탈지단계를 요구하지 않는 알루미늄 판 재료가 요구된다. 일본 특허출원 제 1990-310036 호 및 제 1991-180218 호는 캔 재료로 개발된 왁스-코팅된 알루미늄판을 기술한다. 상기 재료는 그러나 왁스의 코팅중량을 조절하는 것이 어렵다. 왁스의 코팅 중량이 매우 작을적에, 상기 재료는 가공성이 열악한 반면에 지나치게 큰 코팅 중량의 왁스는 주형의 결함을 야기한다. 그 결과, 이러한 캔 재료는 제한된 적용범위내에서 사용될 뿐이다. 상기 재료는 또한 알루미늄 판의 표면이 재료의 가압 가공후 노출되기 때문에 어떠한 후처리 없이 사용될 적에 내식성이 불충분하다. 고체 윤활제를 이렇게 적용시키는 것은 스폿 용접성이 감소되게 하며, 이것은 또 하나의 심각한 문제이다.
가공성이 왁스 적용에 의해 개선되는 이러한 통상적인 고정에 의한 상이한 가공 조건하에 안정한 효과를 이루는 것이 꽤 어려웠다. 또한, 이러한 통상적인 공정은 몇가지 조건하에 부식이 퍼지는 것을 방지하는 압력-가공후 코팅과 같은 항-부식 처리를 요구한다. 그 결과, 압력-가공 또는 압력 가오내 윤활유 사용후 세척 단계를 생략하는 것은 매우 어려웠다.
설령 알루미늄 또는 알루미늄 합금판이 본래 우수한 내식성을 가지고 있다 할지라도, 이러한 우수한 내식성에 원인이 되는 것은 판의 표면상 형성된 산화물 막이다. 그 결과, 알루미늄 또는 알루미늄 합금판이 스폿 용접 또는 압력-가공에 적용되고 이러한 산화물막이 전혀 존재하지 않는 균열이나 경계가 형성될적에, 소위 균열 부식이 이러한 경계 및 갈라진 틈에서 야기되는 경향이 있다.
상기 기술된 점에서, 본 발명의 목적은 상기 기술된 문제점들을 없앤 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 충분한 스폿 용접성을 가져서 스폿 용접에서 용접봉 수명이 연장되어 하나의 용접봉으로 만들어질 수 있는 용접들의 수를 증가시키는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 통상적인 알루미늄 재료에 비겨서 명백히 개선된 압력-가공성을 가지는 결과 재료가 압력-가공에서 어떠한 윤활유도 사용하지 않고 싼 가격으로 공업상의 규모로 확실히 제조될 수 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 개선된 내식성 특히 개선된 내 균열 부식성을 가진 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적 및 이점들이 본 발명에 관한 다음의 설명에 의해 재고될 것이다.
스폿 용접성에 있어서 개선은 다음에 기술되는 바와같은 발견을 기초로 하여 이루어진다. 알루미늄 합금판이 반복하여 구리-베이스된 용접봉을 사용하여 스폿 저항 용접에 주입될 적에, 용접 전류가 통과하는 용접봉팁의 직경이 만들어진 스폿 용접의 수에 따라 증가하고 용접되는 알루미늄 합금판내의 전류밀도는 너겟직경을 감소시키는 용접봉 직경이 증가함에 따라 감소될 것이다. 알루미늄 합금판 용접의 경우에 용접봉 직경의 증가율은 매우 높고, 그 결과 용접봉의 수명이 강판 용접에 비해 과도하게 짧다.
본 발명의 발명자들은 그에 대한 해결안을 발견하기 위해 이러한 현상에 관한 연구를 열심히 해왔고 알루미늄 합금판이 반복하여 스폿 용접될 적에, 용융 알루미늄 합금이 용접전류가 통과하는 용접봉의 팁에 용착되고 이러한 용융 알루미늄 합금의 산화물이 연속적으로 스폿 용접이 반복되고 그 결과 형성된 용착물은 절연층과 용접봉사이에 전기 불꽃을 야기하는 절연층을 마침내 구성할 것이다. 전극은 이러한 전기 불꽃에 의해 임의로 침식된다. 또한, 알루미늄 합금판의 재빠른 용접이 전기전류를 절연하는 알루미늄 합금판의 용접 표면상의 산화물 막에 의해 억제된다는 것이 알려졌다. 발명자들은 알루미늄 합금판에 독특한 상기 기술된 바와같은 현상이 용접봉의 매우짧은 수명을 야기하는 용접봉 직경이 증가하는 것을 촉진한다.
상기 발견들을 기초로 하여, 스폿 용접성을 개선하는 것에 대하여, 용접봉과 알루미늄 합금판 사이의 접촉 면적을 감소시키고 충분한 용접 전류를 유지하는 것이 매우 효과적이라고 평가되며 알루미늄 합금표면상내에 전기 도전성 입자들을 함유하는 수지층의 적용이 스폿 용접성을 개선하는 효과적이라는 것이 알려져 있다.
상당한 양의 열이 알루미늄 지지체의 용접 표면상에 충분한 양의 크롬 산염을 용착시킴에 의해 발생될 수 있는 결과, 스폿 용접을 수월하게 하는 반면에, 용접봉이 배치되어 있는 측면상에 발생된 열의 양이 알루미늄 지지층의 용접 표면상에 용착되는 크롬산염의 양보다 더 낮은 수준까지 알루미늄 지지체의 측면상에 용착되는 크롬산염의 양을 감소시켜 용접봉상의 용융 알루미늄의 용착을 막아서 억제된다는 것이 또한 알려졌다.
압력 가공성의 개선이 다음에 기술된 바와같이 발견을 기초로하여 이루어진다. 설령 인장 성질의 개선이 압력-가공성을 개선하는 가장 근본적인 해결안이라 할지라도, 본 발명의 발명자들은 알루미늄 합금판의 압력-가공성이 지지체 표면을 더 미끄러워지게 함에 의해 어느 정도까지 향상될 수 있고 표면 미끄러움이 지지체 표면상에 윤활제를 함유하는 수지층을 놓음에 의해 개선될 수 있다는 것을 알아냈다.
또한 크롬산염 막 및 수지층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체의 표면 특히, 스폿 용접 또는 압력-가공에 의해 노출되는 표면의 부분을 가리고 그 결과 생성물의 내식성을 개선하는 것에 효과적이라는 것이 또한 알려져 있다.
본 발명의 발명자들은 상기 기술된 발견을 기초로하여 본 발명을 완결했다. 첫번째, 본 발명은 스폿 저항 용접성, 가오성 및 내식성을 가지며,
(A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금지지체,
(B) 제1주 표면상에 원소크롬으로 환산하여 계산된 5-100㎎/㎡ 코팅 중량까지 지지체상에 용착된 크롬산염 막 및,
(C) 0.05-3.0㎛의 건조막 두께로 크롬산염 막상에 용착되고
(a) 유기 수지 100중량부,
(b) 0.04-20㎛의 평균 입자 크기를 가진 파우더 윤활제 0.5-40 중량부, 및,
(c) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-2배 범위내이고 0.05-5㎛ 범위내 평균 입자 크기를 가진 전기도전성 미세분리된 입자 1.0-40중량부로 이루어진 유기수지 혼합물 막으로 구성된 표면 처리된 알루미늄 재료를 제공한다.
두번째, 본 발명은 스폿 저항 용접성, 전혀 윤활유가 없는 상태의 가공성 및 내식성 향상되게 하며
(A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체,
(B) 제1주 표면상에 원소 크롬으로 환산하여 계산된 코팅중량 5-100㎎/㎡까지 지지체상에 용착된 크롬산염 막 및,
(C) 0.05-3.0㎛의 건조 막두께로 크롬산염 막 상에 용착되고,
(a) 유기 수지 100중량부,
(b) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0 내지 10배 범위내이고 0.05-20㎛의 평균입자 크기를 가진 파우더 윤활제 2-40 중량부 및,
(c) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-2배 범위내이고 0.05-5㎛ 범위인 평균 입자 크기를 가진 전기도전성 미세분리된 입자 1.0-40중량부로 이루어진 유기 수지 혼합물로 구성되는 표면-처리된 알루미늄 재료를 제공한다.
세번째, 본 발명은 스폿 저항 용접성, 가공성 및 내식성이 개선되고
(A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체,
(B) 제1주 표면상에 원소 크롬으로 환산하여 계산된 코팅중량 5-100㎎/㎡까지 지지체상에 용착되는 크롬산염 막 및,
(C) 0.05-3.0㎛의 건조막 두께까지 크롬산염 막 상에 용착되고,
(a) 유지 수지 100중량부,
(b) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-10배 범위내이고 0.05-20㎛의 평균입자 크기를 가진 파우더 윤활제 0.5-20 중량부, 및
(c) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-2배 범위이고 0.05-5㎛ 범위내 평균 입자 크기를 가진 도전성 미세분리된 입자 1.0-40중량부로 이루어진 유기 수지 혼합물 막으로 구성된 표면처리된 알루미늄 재료를 제공한다.
유기 수지는 바람직스럽기로는 에폭시 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 폴리에스테르 수지 및 그의 공중합체들로 구성된 그룹으로부터 선택적 적어도 하나일 수 있다. 베이스 수지는 또한 본 발명의 목적을 이룰 수 있은 양으로 반응 촉진물, 안정제 및 분산제 와 같은 통상적인 첨가제들을 포함한다.
파우더 윤활제는 바람직스럽게로는 폴리올레핀 왁스 및 불소수지로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
전기도전성 미세 분리된 입자들은 구시, 니켈, 은, 알루미늄, 아연, 크롬, 철, 코발트, 그의 합금들 및 흑연으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있다.
용접되는 지지체의 표면상에 크롬산염 층의 코팅중량과 동일하거나, 코팅 중량의 3/4보다 바람직스럽기로는 코팅중량의 1/2보다 더 작은 스폿 용접내 용접봉의 배치되는 지지체의 표면상에 크롬산염 층이 바람직스럽게 용착될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 구체적 실시예는 다음과 같다.
스폿 저항 용접성 및 가공성이 향상되고
(A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체,
(B) 제1주 표면상에 원소 크롬으로 환산하여 계산된 5-100㎎/㎡의 코팅중량으로 지지체상에 용착되는 크롬산염 막, 및
(C) 0.05-3.0㎛의 건조 필름 두께로 크롬산염 막 상에 용착되고,
(a) 유기 수지 100중량부,
(b) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-10배 범위내이고 0.05-10㎛의 평균입자 크기를 가진 파우더 윤활제 0.5-20 중량부, 및
(c) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-2배 범위이고 0.05-5㎛의 평균 입자 크기를 가진 전기도전성 미세분리된 입자 1.0-40중량부로 구성된 0.05-3.0㎛의 건조 막 두께까지 크롬산염 막상에 용착되는 유기 수지 혼합물 막으로 구성된 표면-처리된 알루미늄 재료가 제공한다.
또한, 스폿 저항 용접성 및 윤활유가 없는 가공성이 향상되고,
(A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체,
(B) 제1주 표면상에 입자 크롬의 개념으로 산정된 5-100㎎/㎡의 코팅중량으로 지지체상에 용착된 크롬산염 막, 및
(C) 0.05-3.0㎛의 건조 막 두께로 크롬산염 필름 상에 용착되고,
(a) 유기 수지 100중량부,
(b) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-10배 범위내이고 0.05-10㎛의 평균입자 크기를 가진 파우더 윤활제 2-40 중량부, 및
(c) 평균 입자 크기가 건조 막 두께의 1.0-2배의 범위이고 0.05-5㎛ 범위내의 평균 입자 크기를 가진 전기도전성 미세 분리된 입자 1.0-40중량부로 구성된 유기 수지 혼합물로 구성되는 표면-처리된 알루미늄 재료를 제공한다.
더우기, 스폿 저항 용접성, 가공성 및 내식성이 향상되고,
(A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체,
(B) 제1주 표면상에 원소 크롬으로 환산하여 계산된 5-100㎎/㎡의 코팅 중량까지 지지체상에 용착된 크롬산염 막, 및
(C) 0.05-3.0㎛의 건조막 두께까지 크롬산염의 막상에 용착되고
(a) 하이드록실기 및/또는 카르복실기를 가진 유기수지 100중량부,
(b) 평균 입자 크기가 건조막 두께의 1.0-10배 범위이고 평균 입자 크기가 0.05-10㎛를 가진 파우더 윤활제 0.5-20 중량부, 및
(c) 평균 입자 크기가 건조막 두께의 1.0-2배의 범위이고 평균 입자 크기가 0.05-5㎛ 범위내인 전기도전성 미세분리된 입자 1.0-40중량부로 구성된 유기 수지 혼합물 막으로 구성되며
상기에서 알루미늄 지지체가 용접봉이 스폿 용접시 배치되는 하나의 표면 및 또는 하나의 재료로 용접되는 다른 표면을 가지고 크롬산염 층(B)은 용접되는 표면상에 크롬산염 층(B)가 동일하거나 크롬산염층(B)의 3/4보다 더 작은 코팅 중량으로 용접봉이 배치되는 표면상에 용착되거나 임의로 용착되지 않는다.
본 발명의 표면처리된 알루미늄 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체, 지지체 상에 크롬산염층 및 크롬산염 층상에 유기 수지 혼합물 막으로 구성된다.
[알루미늄 지지체]
본 발명에서 사용될 수 있는 지지체는 자동차, 가전제품, 건축재료, 캔 등에 사용되는 통상적으로 압력-가공되고 스폿 저항 용접되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재료를 포함한다. 이러한 알루미늄 지지체는 알루미늄 또는 Cu, Mn, Mg, Zn, Si, Zr, Fe, Cr 및 Li로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 금속을 가진 알루미늄의 스폿-용접 가능한 합금으로 구성될 수 있다. 상기 지지체는 임의의 형태를 가질 수 있어서 판, 막대, 튜브등일 수 있다.
알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체를 이후의 크롬산염 처리시키기 전에, 제조공정시 지지체상에 형성되는 변하기 쉬운 산화물 층이 일정한 크롬산염 막을 형성하기 위해서 제거될 수 있다.
[크롬산염 층]
알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체의 적어도 하나의 주표면상에 크롬산염층이 용착된다.
지지체상에 용착된 크롬산염 막은 (i) 전기전류의 적용시 충분한 저항열, (ii) 우수한 내식성, 특히 용접후 우수한 균열 내식성 뿐만 아니라 (iii) 잠재하는 유기 수지 혼합물 막과의 만족스러운 점착성을 가질 것이다.
크롬산염은 5-100㎎/㎡의 원소 크롬으로 환산하여 계산된 코팅 중량으로 보다 바람직스럽기로는 10-50㎎/㎡의 코팅 중량으로 지지체상에 용착될 수 있다. 지지체의 표면상에 코팅 중량이 5㎎/㎡ 이하일적에, 크롬산염이 전혀 용착되지 않은 지지체상에 약간의 부분들이 있고 크롬산염의 이렇게 불일치하는 용착은 내식성뿐만 아니라 잠재층과의 점착의 견지에서 바람직스럽지 않다.
100㎎/㎡의 넘는 코팅 중량으로 지지체상에 용착되는 크롬산염 막은 내식성에 있어서, 뚜렷하게 개선되지 않는 결과 경제적이 아니다. 이러한 두꺼운 크롬산염 막은 또한 용접 안정성 및 전기 용착 코팅의 적합성에서 벗어나서 부당하게 재절연성을 증가시킨다.
크롬산염층이 필수적으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체의 두개의 주 표면상에 용착될 수는 없다. 그러나, 지지체는 바람직스럽기로는 유기수지 혼합물막과의 점착을 개선하고 용접시 용접봉과 용융 알루미늄 매트릭스의 용착을 억제하기 위한 두개의 측면상에 크롬산염층을 가질 수 있다.
크롬산염 층이 지지체의 다른 주표면상에 크롬산염 층의 코팅 중량과 동일하거나 코팅중량의 3/4, 보다 바람직스럽기로는 코팅 중량의 1/2보다 더 작은 량으로 알루미늄 지지체의 하나의 주 표면상에 용착되고 용접봉이 더 작은 코팅 중량을 가진 지지체의 측면상에 배치될적에, 용접봉의 측명상에 발생되는 열의 양에 비유되는 용접되는 지지체의 표면상에 더 많은 량의 열을 발생시키는 결과 용접성을 향상시키는 것이 가능할 것이다. 크롬산염 층은 전환형(conversion-type)-크롬산염 처리, 건조형(dry in place)-크롬산염형 처리나 전기분해 크롬산염 처리에 의해 용착될 수 있으며, 그 중에서 전자의 두가지 형태의 처리는 형성된 크롬산염 막이 일정하다는 점에서 바람직스럽다.
[유기 수지 혼합물 막]
유기 수지, 파우더 윤활제 및 전기도전성 미세 분리된 입자들로 구성된 유기 수지 혼합물 막이 크롬산염층상에 형성되어 있다.
유기 수지 혼합물 막이 0.05-3.0㎛의 건조 막 두께로 용착된다. 0.05㎛이하의 건조 막 두께로 용착된 유기 수지 혼합물 막은 가공성에 어떠한 개선도 이루지 않을 것이다. 3.0㎛가 넘는 건조 막 두께를 가진 매우 두꺼운 막은 전기 저항이 증가되어 스폿 가공성이 떨어지게 하거나 압력-가공시 막의 부분적인 박리로 인해 가공성이 떨어지게 할 수 있다. 1.05-3.0㎛의 건조막 두께를 가진 유기 수지 혼합물 막은 스폿 가공성이 저하되거나 압력-가공시 막을 박리시키지 않고 윤활 성질을 개선시킬 것이다. 유기수지 혼합물 막의 건조 막 두께는 보다 바람직스럽기로는 0.1-1.0㎛이다.
본 발명에서 채택되는 유기 수지는 에폭시 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리비닐 부틸란 수지 및 폴리에스테르 수지이며 잠재하는 지지체와 충분히 점착되는 것을 수월하게 한다. 수지들은 단독으로 또는 두개 이상이 결합되어 사용될 수 있다.
파우더 윤활제는 폴리올레핀 왁스, 플루오로 수지 또는 그의 혼합물이다.
예시적인 폴리올레핀 왁스는 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스 및 폴리부텐 왁스를 포함한다.
예시적인 불소수지는 폴리에틸렌 테트라플루오라이드 수지, 폴리비닐 플루오라이드 수지 및 폴리비닐리덴 플루오라이드를 포함한다.
파우더 윤활제는 0.05-20㎛의 평균 입자 크기를 가지고, 바람직스럽기로는 유기 수지 혼합물 막 건조 막 두께의 1.0-10배일 수 있다.
파우더 윤활제가 건조 막 두께와 관련하여 매우 작은 평균 입자 크기를 가질적에, 생성물의 미끄러움은 충분히 향상되지 않을 것이다. 달리, 건조막 두께와 관련하여 매우 커다란 평균 입자 크기는 유지 수지 혼합물 막으로부터 윤활제 입자가 떨어지게 한다. 평균 입자 크기의 보다 바람직스러운 범위는 건조 막 두께의 1.5-5배이다.
파우더 윤활제를 유기 수지 0.5-40중량부의 양으로 코팅 조성물에 첨가시킬 수 있다. 파우더 윤활제의 양이 유기 수지 0.5중량부 이하일적에, 미끄러움 및 그 결과 생성물이 가공성이 충분히 개선될 것이다. 유기 수지 100중량부당 파우더 윤활제의 40중량부 이상 첨가는 수지의 첨착이 불완전해지게 되며 수지 혼합물막의 파우더화는 내식성이 떨어지게 할 수 있다.
생성물이 전혀 윤활유가 없이 압력 가공될 적에 조차 생성물에 충분하 미끄러움성을 부여하기 위해 2중량부 이상의 양으로 파우더 윤활제를 첨가하는 결과 2-40 중량부 범위의 유기 수지가 바람직스러울 것이다. 생성물이 윤활유를 사용하여 압력가공될 적에, 20중량부 이상의 양인 윤활제가 유기 수지의 응집을 느슨하게 하기 위해 수지 혼합물로 오일이 침투하는 것을 촉진하기 때문에 유기 수지 100중량부당 0.5-20중량부의 파우더 윤활제를 배합하는 것이 바람직스러울 것이다.
전기도전성 미세 분리된 입자들은 바람직스럽기로는 구리, 니켈, 은, 알루미늄, 아연,크롬, 철, 또는 코발트의 같은 금속, 그의 합금, 흑연 또는 그의 혼합물일 수 있다.
전기도전성 미세 분리된 입자들은 0.05-5㎛, 보다 바람직스럽기로는 0.1-2㎛의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직스럽기로는, 전기도전성 미세 분리된 입자들의 평균 입자 크기는 유기수지 혼합물막의 건조 막 두께의 1.0-2배 범위일 수 있다.
전기도전성 미세 분리된 입자들이 건조막 두께와 관련하여 매우 작은 평균 크기를 가질적에, 생성물의 전기도전성이 충분히 개선되지 않을 것이다. 달리 건조막 두께와 관련하여 전기도전성 미세 분리된 입자들의 매우 커다란 평균 입자 크기는 가공성에 불리한 영향을 미칠 것이다. 특히, 전기도전성 미세 분리된 입자들이 금속 또는 금속합금으로 구성될 적에, 전기도전성 미세 분리된 입자들의 매우 커다란 입자 크기는 금형마손을 야기시킬 수 있다. 전기도전성 미세 분리된 입자들의 평균 입자 크기에 대한 보다 바람직스러운 범위는 건조 막 두께의 1.2-1.6배이다.
전기도전성 미세 분리된 입자들을 유기 수지 100중량부당 1.0-40중량부의 양으로 코팅 조성물에 첨가시킬 수 있다. 전기도전성 미세 분리된 입자들의 양은 유기 수지 100중량부당 1.0중량부 이하일적에 전기도전성이 충분히 개선되지 않을 것이다. 유기 수지 100중량부당 전기도전성 미세 분리된 입자들의 40중량부가 넘는 양을 첨가하면 생성물의 내식성을 떨어 뜨리면서, 잠재하는 알루미늄 지지체와 유기수지 혼합물막의 점착을 감소시킬 수 있다.
파우더 윤활제 및 전기도전성 미세 분리된 입자들의 입자크기는 광 산란측정 또는 직접적 미소관찰에 의해 결정된다. 유기 수지 혼합물 필름은 또한 본 발명의 장점을 얻을 수 있는 양으로 반응 촉진제, 안정제-및 분산제와 같은 통상적인 첨가제로 구성될 수 있다.
유기 수지 혼합물 막이 롤 코팅기를 포함하는 통상적인 라인상에 코팅될 수 있다. 롤 코팅기는 그러나 코팅 조성물내 입자들의 침전이 방지될 수 있도록 바람직스럽기로는 교반장치 또는 순환장치가 장치된 코팅팬을 가질 수 있다.
작은-크기의 생성물이 바 코팅기 및 오븐을 사용해서 실험실내에서 제조될 수 있다.
알루미늄 지지체는 필수적으로 그의 전 표면상에 상기 기술된 표면처리에 주입될 수 없고 알루미늄 지지체는 가공 장치와 접촉될 수 있는 선택된 부분상에, 말하자면 미끄럼성이 필요한 부분상에서 표면처리될 수 있다. 예컨대, 알루미늄 재료가 판일적에, 두개의 표면상에서 또는 하나의 표면상에서 표면처리될 수 있다.
본 발명은 다음의 실시예 및 비교실시예에 의해 설명되지만 본 발명의 영역이 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
(1) 표면-처리된 알루미늄 재료의 제조
[알루미늄 합금 지지체]
1㎜ 두께를 가진 알루미늄 합금 5128의 스트립이 지지체에 대해 사용된다.
이것은 가공에 사용되는 대표적인 재료이다. 알루미늄 합금 스트립은 표 1에 표시된 바와같이 트리클로로 에틸렌 증기로 탈지되고 인산 나트륨 내에서 알칼리 탈지되며, 물로 세척되고 이후의 크롬산염 처리에 주입되기 전에 건조된다. 몇가지 알루미늄 합금 스트립은 표 1에 표시된 바와 같이 이후의 크롬산염 처리에 주입되기 전에 표면상에 형성된 산화물 막을 제거하기 위해서 트리콜로로에틸렌 증기로 탈지되고 나서 알칼리 탈지되는 대신에 가성 소오다 및 질산 용액으로 표면 활성화된다.
[크롬산염 막]
상업적으로 이용 가능한 전환형 크롬산염 용액 및 건조형 크롬산염 용액을 사용해서 크롬산염 막이 알루미늄 합금 지지체상에 적용되었다.
건조형 크롬산염 용액이 표 1에 표시된 바와같은 코팅 중량으로 롤 코팅기를 사용하여 적용시키기 전에 농도가 조정된다. 전환형 크롬산염 용액의 코팅은 적당한 기간동안 지지체 재료를 담금에 의해 수행된다. 그 결과 크롬산염 처리된 지지체가 건조된다.
[유기수지 혼합물 막]
유기 수지 혼합물 막이 그 결과 형성된 크롬산염 막상에 용착된다.
표 2에 표시된 성분들의 타입 및 양들을 코팅 조성물을 제조하기위해 혼합분쇄기(ball mill)에서 혼합하고 표 2에 표시된 건조 두께로 바 코팅기를 사용해서 크롬산염 막상에 코팅한다. 그 결과 코팅된 유기 수지 혼합물을 뜨거운 공기 순환하는 오븐 건조기내에서 건조한다.
본 발명의 실시예 및 비교실시예에 사용되는 유기수지, 전기도전성 미세 분리된 입자, 파우더 윤활제 및 크롬산염이 하기에 기술된다.
[유기 수지]
[에폭시 수지]
페트로케미칼 셀 에폭시 K.K.사에 의해 제조된 에피코트1007.
[알키드 수지]
미츠이 토아츠 케미탈, Inc. 사에 의해 제조된 유릭스.
[아크릴 수지]
미츠이 토아츠 케미칼, Inc. 사에 의해 제조된 말라텍스749.
[우레탄 수지]
미츠이 토아츠 케미칼, Inc. 사에 의해 제조된 올레스터.
[페놀 수지]
다이니폰 잉크 ＆ 케미칼, Inc. 사에 의해 제조되는 슈퍼 벡카사이트.
[멜라민 수지]
미츠이 토아츠 케미칼, Inc. 사에 의해 제조되는 우안.
[폴리에스테르 수지]
미츠이 토아츠 케미칼, Inc. 사에 의해 제조되는 알마텍스P645
[에폭시 수지+아크릴수지]
에폭시 수지 100중량부 및 아크릴 수지 50중량부의 혼합물.
[에폭시 수지+우레탄수지]
에폭시 수지 100중량부 및 우레판 수지 100중량부의 혼합물.
[아크릴 수지+우레탄수지]
아크릴 수지 100중량부 및 우레판 수지 100중량부의 혼합물.
[윤활제]
폴리올레핀 왁스 : 폴리에틸렌 왁스
불소 수지 : 폴리-테트라플루오로에틸렌 수지
폴리에틸렌 왁스 100중량부 및 폴리테트라플루오로에틸렌 100중량부의 혼합물이 또한 사용된다.
[전기도전성 미세 분리된 입자]
탄소 : 혼합 분쇄기로 입자 크기가 조정되는 흑연
금속 및 금속 합금 입자들 :
[금속]
Cu, Ni, Ag, Al, Zn, Cr, Fe 및 Co
[금속합금]
스테인레스 스틸 : SUS 316
황동(Brass) : 7/3 황동
큐프로니켈 : Cu, 90중량부 ; Ni, 10중량부
Cu/Ni 혼합된 파우더 : Cu, 100중량부 ; Ni, 100중량부
Cu/Al 혼합된 파우더 : Cu, 100중량부 ; Al, 50중량부
Ag/Co 혼합된 파우더 : Ag, 100중량부, Co, 200중량부
금속 및 금속 합금 입자들이 애토미제이션(atomization)후 뷴류화에 의해 제조된다.
흑연 및 Ni 혼합물 : 흑연 20중량부 ; Ni, 80중량부
[크롬산염]
[전환형(conversion-type) 크롬산염]
A. 인산 크롬산염 : 니혼 파커라이징 Co., Ltd. 사에 의해 제조된 알크롬 3701.
B. 크롬산 크롬산염 : 니혼 파커라이징 Co., Ltd. 사에 의해 제조된 알크롬 713.
[건조형(dry in place-type) 크롬산염]
C. 실리카 없는 크롬산염 : 니혼 파커라이징 Co., Ltd. 사에 의해 제조된 4513H.
D. 실리카-함유 크롬산염 : 간사이 페인트 Co., Ltd. 사에 의해 제조된 코스마-150.
(2) 측정
가공성, 용접성 및 내식성에 의해 결과적으로 표면-처리된 알루미늄 합금 스트립이 시험되고 측정된다.
[가공성]
표면 처리된 알루미늄 합금판으로부터 절단된 블랭크(blank)를 사용해서 제한 연신비의 개념에서 측정된다. 블랭크를 33㎜ 직경을 가진 실린더 및 납작한 상부 표면을 형성하기 위해 100㎜/sec 속도로 가압한다. 윤활유가 있는 상태 및 윤활유가 없는 평가를 수행했다.(약 2g/㎡로 사용되는 수기무라 케미칼 코오포레이션사에 의해 제조된 R303P).
윤활유를 사용하지 않고 66㎜ 직경의 블랭크로 부터 납작한 상부표면을 가진 형성된 실린더가 또한 눈으로 측정된다. 외견이 다음의 기준에 따라 측정된다.
○(우수함) : 유기 수지 혼합물 막의 분리 또는 금형마손이 전혀 관찰되지 않음.
△(보통) : 유기 수지 혼합물 막의 박리뿐만 아니라 금형마손이 실린더 측면의 약간의 부분내에서 관찰된다.
×(빈약함) : 유기 수지 혼합물 막의 박리뿐만 아니라 금형마손이 실린더 측면내에서 관찰된다.
××(매우 빈약함) : 연신될 수 없고 떼어진다.
[스폿 용접성]
표면 처리된 알루미늄 합금판은 용접봉 팁상에 용융 알루미늄이 용착되기전에 또는(t : 샘플판의 두께) 또는 그 이하까지 너겟 직경을 감소시키기 전에 만들어질 수 있는 스폿 용접물의 수의 견지에서 용접봉 수명을 결정하기 위해 인버터 DC 용접기로 스폿 용접된다. 용접봉 및 채택된 용접 조건이 하기에 기술된 바와 같다.
[용접봉]
형태 : 푸르스토코니칼(CF)
팁 직경 : 5.0㎜
재료 : Cr-Cu
[용접 조건]
용접력 : 150kgf
초기 압력화 시산 : 20/50초
용접 시간 : 6/50초
머무른 시간 : 5/50초
용접 전류 : 15㎄
스폿 용접성이 다음 기준에 따라 평가된다.
×(빈약함) : 500 스폿이하
△(보통) : 500 내지 999 스폿
○(우수) : 1000 내지 1499 스폿
◎(매우 우수함) : 1500 스폿 이상
[내식성]
표면 처리된 알루미늄 합금판이 하기 기술된 바와같은 염수분무 시험, 착 화합물 부식성 시험 및 균열 부식성 시험에 대해 평가된다.
[염수분무 시험]
표면 처리된 알루미늄 합금판을 75㎜×150㎜ 시편으로 자른다. 시편은 가장자리가 밀봉되고 480시간동안 35℃에서 5% NaCl로 분사한다. 시편을 다음 기준에 따라 외견상 평가한다.
×(빈약함) : 백색 녹 및/또는 흑색화
○(우수함) : 외견상 변화가 없음
[착화합물 부식성 시험]
가로켜기가 상기 기술된 염수분무 시험내 사용된 것과 동일한 크기의 시편상에 형성된다. 시편은 소금물 스프레이 100 사이클(5% NaCl, 35℃, 4시간), 습윤 조건하 존속(60℃, 2시간) 및 건조(상대습도 95%, 50℃, 2시간)시킨다. 내식성이 다음 기준에 따라 가로켜기로 부터 전개된 부식의 최대 길이(폭)의 견지에서 평가된다.
○(우수함) : 2㎜이하
×(빈약함) : 2㎜이상
[균열 부식성 시험]
50㎜×100㎜의 두개의 시편이 새로운 용접봉을 사용해서 스폿 용접성 평가에 기술된 조건하 중앙부분에서 서로 다른 것에 스폿 용접된다.
그 결과 용접된 시편들은 염수분무(5% NaCl, 35℃, 2000시간)되고 나서 용접된 시편이 판의 용접된 표면상에서 전개된 부식(즉, 용접된 판의 균열)을 평가하기 위해 서로 다른 것으로부터 분리된다. 내식성이 다음 기준에 따라 최대 부식 깊이의 견지에서 평가된다.
○(우수함) : 0.05㎜ 이하
△(보통) : 0.05 내지 0.1㎜
×(빈약함) : 0.1㎜이상
본 발명의 실시예 및 비교실시예의 샘플에 대한 상기 기술된 평가 결과가 표 3에 제시된다.
[표 1a]
크롬산염막
[표 1b]
* 비교실시예
a) 스폿 용접시, 용접봉이 이면상에 놓인다.
b) 스폿 용접시, 이것이 용접되는 면이다.
[표 2a]
[표 2b]
* 비교실시예
PO : 폴리올레핀 왁스
FR : 불소수지
PBW : 중량부
[표 3a]
[표 3b]
* 비교실시예
내식성 : (A) 염수분무시혐
(B) 착화합물 부식성 시험
(C) 균열 부식성 시험
표 3에 표시된 결과는 본 발명의 샘플 1 내지 28이 우수한 가공성, 스폿 용접성 뿐만 아니라 내식성을 나타낸다는 것을 보여준다.
알루미늄 지지체가 산화물 막을 제거하기 위해 예비 처리되고 지지체의 다른 표면상에 크롬산염층 코팅중량과 동일하거나 코팅중량의 3/4보다 작은 중량으로 지지체의 하나의 표면상에 용착되는 샘플 제1호 내지 제7호는 샘플 시험편이 더 작은 크롬산염 코팅 중량을 가진 표면상에 용착된 용접봉으로 용접될적에 특히 우수한 가공성을 나타낸다. 유기 수지 혼합물 막이 파우더 윤활제의 20중량부 이상으로 구성되어 있는 샘플 제7호, 제8호 및 제13호는 샘플이 그에 적용된 윤활유로 압력 가공될 적에 약간 감소된 가공성을 나타낸다.
역으로, 알루미늄 합금 지지체가 전혀 처리되지 않는 샘플 제29호는 가공성, 내식성 및 가공성이 모두 부족하다. 알루미늄 합금 지지체가 산화물 막을 제거하기 위해 에비 처리되는 샘플 제30호는 향상되는 가공성을 나타낸다. 상기, 샘플은 그러나, 알루미늄 합금 지지체가 어떠한 처리로 거치지 않기 때문에 내식성 및 스폿 가공성이 부족하다.
과도하게 커다란 크롬산염 코팅중량을 가진 샘플 제31호는 가공성이 부족하다. 과도하게 작은 크롬산염 코팅 중량을 가진 샘플 제32호 및 제39호는 내식성이 부족하다. 상기 샘플들은 또한 유기 수지 혼합물막의 점착이 불충분하기 때문에 가공성이 충분하지 않다.
과도하게 두꺼운 유기 수지 혼합물막을 가진 샘플 제33호 및 제34호는 가공성이 충분하지 못한 반면에, 과도하게 얇은 유기 수지 혼합물 막을 가진 샘플 제38호는 가공성, 내식성 뿐만 아니라 용접성이 충분하지 못하다.
과도하게 커다란 함량의 전기도전성 미세분리된 입자들을 가진 샘플 제35호 및 제46호는 가공성 뿐만 아니라 내식성이 부족한 반면에, 과도하게 작은 함량의 전기 도전성 미세 분리된 입자들을 가진 샘플 제34호 및 제45호는 용접성이 부족하다.
과도하게 작은 함량의 파우더 윤활제를 가진 샘플 제36호는 가공성이 부족하고 특히 윤활유가 없는 상태에서 압력 가공될 적에 가공성이 부족하다. 과도하게 커다란 함량의 파우더 윤활제를 가진 샘플 제40호는 윤활유를 사용하여 압략 가공될 적에 가공성이 부족하다. 상기 샘플은 또한 내식성이 부족하다.
크롬산염 처리에 주입될뿐인 샘플 제37호는 내식성, 가공성 및 스폿 용접성 모두가부족하다.
윤활제의 입자 크기가 유기 수지막의 건조막 두께와 관련하여 매우 작은 샘플 제41호는 가공성이 부족하다. 윤활제의 입자 크기가 유기 수지 혼합물막의 건조막 두께와 관련하여 매우 큰 샘플 제42호는 내식성이 부족하다.
전기도전성 미세 분리된 임자들의 크기가 유기 수지 혼합물 막이 건조막 두께와 관련하여 매우 큰 샘플 제47호는 가공성뿐만 아니라 내식성이 부족한 반면에, 전기도전성 미세 분리된 입자들의 입자 크기가 유기 수지 혼합물의 건조 막 두께와 관련하여 너무 작은 샘플 제48호는 용접성이 불충분하다.
상기 기술된 바와같이, 본원 발명의 표면 처리된 알루미늄 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체, 지지체상에 배치된 크롬산염 층 및 크롬산염 층상에 배치된 유기 수지 혼합물 막으로 구성되며 용접성, 가공성 및 내식성이 명백히 향상된다. 그 결과, 어떠한 탈지처리도 재료의 압력-가공후 요구되지 않으며, 생산성을 향상시킬 뿐만 아니라 환경오염물의 양을 감소시킨다. 또한, 본 발명의 표면 처리된 알루미늄 재료가 향상된 내식성을 가지기 때문에, 용접 또는 압력 가공시 형성된 균열 및 경계 부분들이 생성물의 품질 안정성을 향상시키기 때문에 쉽게 부식되지 않을 것이다.

Claims (7)

  1. (A) 알루미늄 또는 알루미늄 합금 지지체, (B) 제1주 표면상에 원소 크롬으로 환산하여 계산된 5-100㎎/㎡의 코팅 중량으로 지지체상에 용착된 크롬산염막 ; 및 (C) 0.05 내지 3.0㎛의 건조막 두께로 크롬산염의 막상에 용착되며, (a) 유기 수지 100중량부, (b) 건조막 두께의 1.0-10배의 범위내이고, 0.05-20㎛의 평균 입자 크기를 가진 파우더 윤활제 0.5-40중량부, 및 (c) 건조막 두께의 1.0 내지 2배의 범위내이고 0.05-5㎛의 평균 입자 크기를 가진 전기도전성 미세 분리된 입자 1.0-40중량부로 이루어진 유기 수지 혼합물 막으로 구성된 것을 특징으로 하는 스폿 저항 용접성, 가공성 및 내식성이 향상된 표면 처리된 알루미늄 재료.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파우더 윤활제가 2-40중량부인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 알루미늄 재료.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파우더 윤활제가 0.5-20중량부인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 알루미늄 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 유기 수지(a)가 에폭시 수지, 알키드 수지, 아크릴 수지, 우레탄 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 폴리비닐 부티랄 수지, 폴레에스테르 수지 및 그의 공중합체들로 구성된 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 알루미늄 재료.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 파우더 윤활제가 폴리올레핀 왁스 및 불소 수지로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이고 건조막 두께 1.0-10배의 범위내인 평균 입자 크기를 가지는 것을 특징으로하는 표면 처리된 알루미늄 재료.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한항에 있어서, 전기도전성 미세 분리된 입자(c)가 구리, 니켈, 은, 알루미늄, 아연, 크롬, 철, 코발트, 그의 합금 및 흑연으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 표면 처리된 알루미늄 재료.
  7. 제1항 내지 제3항중 어느 한항에 있어서, 알루미늄 지지체가 용접봉이 스폿 용접시 배치되는 하나의 표면 및 또다른 재료와 용접되는 다른 표면을 가지고 크롬산염 층(B)이 용접봉이 용접되는 표면상에 크롬산염 층(B)의 코팅 중량과 동일하거나 코팅 중량의 3/4보다 더 작은 코팅 중량으로 배치되는 표면상에 용착되는 것을 특징으로 하는 표면 처리된 알루미늄 재료.
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