KR960009196B1 - 고속 디 엔드 아이 가공성이 우수한 2피스캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용없음

Description

고속 디 엔드 아이 가공성이 우수한 2피스캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금강판 및 그 제조방법.

본 발명은 주석부착량을 대폭 감소시키고 디 엔드 아이(D I) 고속 가공성이 우수한 디 엔드 아이 2피스캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금(異種鍍金)강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

현재 널리 사용되고 있는 음료용 캔으르는 알루미늄 2피스캔과 강판소재에 주석도금한 석도강판을 기본소재로 하는 스틸 2피스캔, 용접이 필요한 3피스캔, 접합관등이 사용되고 있다. 이중에서 스틸 2피스캔은 1970년대 초 디 엔드 아이(drawing and ironing) 가공기술이 도입된 이후 그 사용량이 해마다 크게 증가하는 추세이다. 이러한 스틸 디 엔드 아이(이하 D I라 한다) 캔의 원판으로 사용되는 석도강판은 주석도금층의 역할이 몸체가공 공정에서 고체윤활작용이므로 전기도금 후 재용융처리를 하지 않고 사용한다.

한편 최근의 2피스캔 제조 상업제관설비는 생산성 향상을 위하여 200cpm(can per minute) 이상의 고속가공이 행해지고 있어 고속작업으로 인한 열발생등으로 표면주석층이 쉽게 용융, 탈락하여 다이에 응착되며 이것은 다이마모 및 생산된 캔의 표면에 스크래치등이 발생하여 외관불량등을 초래하기도 한다.

현재 D I 캔용 석도강판의 주석부착량은 보통 양면을 2.8g/m²로 하거나, 한면은 2 8g/m²다른 한면은 이보다 적게 도금한 편차도금강판이 사용되기도 한다. 즉 금형(Die)과의 접촉 도금면은 주석도금층의 고체윤환 효과를 충분히 얻기 위하여 현재로는 최소 2.8g/m²정도의 부착량이 필요하다. 그 밖에도 일면은 주석을 도금하고 다른 일면에는 알루미늄 또는 주석도금층 위에 주석-알루미늄 도금충을 형성시킨 강판이 제안된 바 있다. 이에 대하여 도금물질인 주석은 가격이 상당히 비싸므로 이의 사용량을 줄이고 D I 가공성을 더욱 고속으로 하여 제관속도를 향상시킬 수 있는 방향으로 개발연구가 진행되고 있다.

본 발명은 주석-알루미늄 합금을 강판의 한쪽면에 도금시키고 강판의 다른면에는 알루미늄을 도금하여 주석사용량을 줄이고 고속제관가공이 용이하도록 한 D I 캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금강판과 그 제조방법에 관한 것으로, 이때 도금방법은 진공분위기에서 도금물질을 증발시켜 강판에 증착시키는 진공증착법을 사용하였다. 즉 2피스캔의 D I 가공공정에서 금형과의 접촉되는 도금면은 주석-알루미늄 합금을 도금하여 고체윤활 역할을 부여하고 펀치와 접촉되는 도금면은 펀치와 접촉마찰력이 큰 알루미늄 도금층으로 하여 고가인 주석사용량을 줄이고 고속제관작업을 용이하게 하는 것이 본 발명의 특징이다.

이와 같은 주석-알루미늄 합금도금층은 고체윤활 효과가 주석도금층과 비슷할 뿐만아니라 알루미늄의 열전달 특성이 뛰어나 주석-알루미늄 합금도금층의 고속 가공에 의한 도금층의 융착 및 탈락현상을 주석도금층보다 줄일 수 있다.

본 발명의 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금강판의 제조방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. 기판소재인 D I용 강판(black plate : 이하 BP 강판이라 한다)을 전해탈지에 의해 깨끗이 세척한 다음 건조시켜 진공증착 장비의 진공조내에 장착시킨다. 도금하고자 하는 물질인 낟알 형태의 알루미늄과 주석의 혼합물및 알루미늄을 각각 두개의 증발원에 채우고 진공조가 10^-4Torr 이하가 될 때까지 진공 배기시킨다. 진공도가 10^-4Torr 이하가 되면 진공조내에 부착된 할로겐램프를 이용하여 기판을 250∼350℃정도로 가열한다. 기판온도가 원하는 온도에 도달하면 전자빔을 이용하여 우선 알루미늄이 장입된 증발원을 가열, 용융, 증발하여 부착량이 약 1.5∼2.7g/m²되도록 증착시킨다. 다음에는 기판소재의 도금되지 않은 다른면에 증착될 수 있도록 증발원으로 주석과 알루미늄을 함께 장입하여 같은 수준의 진공도하에서 기판을 약100∼150℃ 정도로 가열시킨 후 장입된 증발원을 가열, 용융, 증발시켜 부착량 2.4∼3.0g/m²정도로 도금한다. 여기에서 적경 기판가열 온도범위는 알루미늄의 경우 200℃이하로 되면 도금 밀착성 및 도금층 외관이 불량하고, 350℃이상으로 하면 도금층과 기판과의 계면에 Al-Fe 금속간화합물이 생성되어 도금강판의 가공성이 나쁘게 되므로 250∼350℃의 기판예열 온도범위가 알루미늄 증착에서도 양호하다.

그리고 알루미늄 도금층의 부착량이 1.5g/m²이하일 경우 도금층의 내식성이 충분하지 않고, 2.7g/m²이상에서는 생산속도가 늦고 밀착성도 1.5∼2.7g/m²사이가 적당하다. 또한 주석-알루미늄 합금도금의 경우 100℃ 이하의 경우 기판소재 표면에 흡착된 수증기나 기체들이 진공분위기에서 충분히 탈착되지 않아 도금후 밀착성이 불량하게 되는 경우가 많고, 150V를 넘으면 주석의 용융온도가 낮고 주석-알루미늄 합금도금층과 기판간에 금속간화합물이 형성되어 역시 가공성이 띨어지게 되므로 100∼150℃사이의 기판예열온도가 적정하다. 한편 주석-알루미늄 합금도금층의 조성은 주석함량을 기준으로 60wt%에서 70wt% 범위로하였는데 그 이유는 주석의 함량이 60wt% 이하이거나 70wt% 이상으로 많으면 고속가공성이 저하되기 때문이다. 그리고 주석-알루미늄합금도금층의 부착량은 고속가공에서 고체윤활작용이 유지되는 2.4∼3.0g/m²정도가 적정하다. 이 이하의 부착량에서는 고속가공시 충분한 윤활작용이 되지 않아 불량이 생길 우려가 크고 또한 이 이상의 도금 부착량 증가는 생산단가의 상승과 생산성을 저하시키기 때문이다. 그리고 본 발명의 주석-알루미늄/알루미늄 이중도금강판의 제조시 진공분위기에서의 제조순서는 알루미늄 도금후 주석-알루미늄 합금도금을 하는 것이 좋다.

이와같은 이유는 주석을 먼저 도금후 알루미늄을 도금할 때 알루미늄의 기판예열온도가 250∼350℃로서 주석의 용융온도와 거의 같거나 그 이상이므로 주석-알루미늄 합금도금층의 주석이 재증발될 수 있고 또한 합금도금층과 기판 사이에 금속간화합물층이 형성되어 가공성이 좋지 않게 된다. 따라서 도금순서는 알루미늄 증착후 주석-알루미늄 도금을 하여야 한다.

본 발명의 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금은 기존의 전기 및 용융도금 같은 습식의 방법으로는 생산이 거의 불가능하며, 진공증착법으로만이 이와같은 도금강판 제조가 가능하다. 또한 본 발명에 의한 도금강판을 D I 2피스캔 제조에 사용할 경우 고가인 주석사용량을 20∼30% 정도 줄이고 가격이 싼 알루미늄으로 도금물질로 사용함으로서 생산단가의 감소효과가 크고, 더불어 이러한 진공증착법에 의한 도금은 습식도금방법에 비하여 공해유발 요인이 거의 없는 도금강판 제조방법이다.

본 발명의 구체적인 실시예를 표 1에 정리하여 나타내었으며 자세히 설명하면 다음과 같다.

(실시예 (1-2))

본 발명에는 두께 0.28mm의 2피이스 캔용 BP 강판을 전해탈지에 의해 깨끗이 세척한 다음 건조시켜 진공증착 장비의 진공조내에 장착시켰다. 도금하고자 하는 물질인 알루미늄과 주석은 순도 99% 이상의 상업적 순도를 가진 낟알 형태로써 이것을 각각 두개의 증발원에 한쪽은 알루미늄을 다른 한쪽은 주석과 알루미늄을 혼합한 것을 채우고 진공도가 10^-4Torr 이하가 될 때까지 진공 배기시켰다. 진공도가 10^-4Torr 이하가 되면 진공조내에 부착된 할로겐 램프를 이용하여 기판을 250∼300℃ 정도로 가열하였다. 기판온도가 원하는 온도에 도달하면 전자빔을 이용하여 우선 알루미늄이 장입된 증발원을 가열, 용융, 증발하여 부착량 약 1.5∼2.7g/m²사이로 증착시켰다. 기판이 냉각된 후 다음에는 기판소재의 도금되지 않은 다른면에 증착될 수 있도록 장입하여 같은 수준의 진공도하에서 기판을 약 100∼150℃정도로 가열시킨 후 주석과 알루미늄이 혼합되어 장입된 증발원을 가열, 용융, 증발시켜 부착량 2.4∼3.0g/m²정도로 도금하였다. 표에서 알 수 있듯이 본 발명의 제품은 주석-알루미늄 도금을 한 면에만 실시하고 다른면에는 알루미늄을 도금하여 고가의 주석 사용량을 약 20∼30% 줄였음에도 불구하고 고속 D I 가공후에도 제조된 캔의 표면결함이 거의 없었다.

(비교예 1)

실시예(1-2)와 같은 방법으로 시편을 제작하였으며 다만 주석-알루미늄 합금도금층의 조성비를 Sn(30wt%)-Al(70wt%)로 한 것이다.

(비교예 2)

실시예(1-2)와 같은 방법으로 시편을 제작하였으며 다만 알루미늄의 진공증착 도금에서 기판소재의 예열온도를 400℃로 한 것이다.

(비교예 3)

실시예(1-2)와 같은 방법으로 시편을 제작하였으며 다만 주석-알루미늄 진공증착 도금에서의 기판소재 예열온도를 상온으로 한 것이다.

(비교예 4)

실시예(1-2)와 같은 방법으로 시편을 제작하였으며 다만 주석-알루미늄 진공증착 도금에서의 기판소재 예열온도를 250℃ 로 한 것이다.

(비교예 5)

실시예(1-2)와 같은 방법으로 시편을 제작하였으며 다만 도금순서에 있어 주석진공증착 후 알루미늄을 진공증착하였다.

(비교예 6)

기존의 페로스탄 전기도금라인에서 상업생산된 2피이스 캔용 석도강판으로 양면 주석도금부착량은 똑같이 2.8g/m²이다.

(알루미늄/주석 이종도금강판의 평가)

발명제품과 비교제품의 고속 D I 가공성 특성 평가를 위하여 200cpm 속도의 제관속도를 가진 가공성 시험기를 이용하여 한 제품당 10여회 이상의 가공시험 후 제조된 캔의 내, 외 도금층 및 표면부의 손상정도를 조사하며 표면도금층 손상이 거의 없으며 우수한 것으로, 표면도금층에 약간의 스크래치등이 보이면 보통으로, 도금층의 손상 정도가 심하면 불량으로 평가하였다.

[표 1]. D I 캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금강판의 고속 D I 가공성 시험결과

주) * 도금순서가 실시예와 반대로 주석-알루미늄 합금증착 후 알루미늄을 중착함

* * ○ : 우수(가공후 도금층 손상이 거의 없음)

△ : 보통(도금층에 Scratch 등이 약간 나타남)

× : 불량(도금층 손상이 심함)

Claims (2)

1. 디 엔드 아이(D I) 캔용 진공증착 이종도금강판에 있어서, 일면에는 부착량 1.5∼2.7g/m²의 알루미늄 도금층이, 다른 일면에는 부착량 2.4∼3.0g/m²이고 주석함량 60∼70wt%의 주석-알루미늄 합금도금층이 증착된 디 엔드 아이 캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이중도금강판.
2. 디 엔드 아이(D I) 캔용 진공증착 이종도금강판의 제조방법에 있어서, 진공조내 2개의 증발원에 알루미늄과 주석함량 60∼70wt%의 알루미늄과 주석의 혼합물을 각각 채우고, 강판의 일면에 기판온도 250∼350℃에서 부착량 1.5∼2.7g/m²의 알루미늄을 증착시킨 다음 강판의 다른 일면에 기판온도 100∼150℃에서 부착량 2.4∼3.0g/m²이고 주석함량 60∼70wt%의 주석-알루미늄 합금도금층을 증착시키는 디 엔드 아이 캔용 주석-알루미늄/알루미늄 이종도금강판의 제조방법.