WO2017164438A1 - 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액 및 그 표면처리방법 - Google Patents

금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액 및 그 표면처리방법 Download PDF

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    • C23F15/00—Other methods of preventing corrosion or incrustation

Definitions

  • the present invention relates to an environmentally friendly zinc flake surface treatment solution for preventing corrosion of metal parts and a surface treatment method using the surface treatment solution.
  • Surface treatment technology not only improves or creates durability and functionality of materials and components by physically, chemically or electrochemically treating the surface properties of materials, but also enhances aesthetics to enhance the added value of products. It is used for the purpose of creating and imparting surface characteristics of materials different from the main characteristics.
  • Corrosion refers to the destruction of metals and the shortening of their useful life, which are caused by chemical reactions or electrochemical reactions with various substances in the environment.
  • metals are more stable in form of ions (+ or-ions) than as the metal mass itself. Thus, as well as the nature of returning to a mixture, metals tend to ionize as long as conditions are met. Therefore, another scientific expression of corrosion is called the tendency of metals to ionize.
  • Corrosion prevention in the air is affected by temperature, humidity, rain, salt particles, sulfur dioxide, etc., but also depends on the shape, direction and dimensions of the member. The extent of these corrosion is mainly investigated around the world for test specimens, and the environmental dependence of the aging change of corrosion is great.
  • the corrosion rate is determined by their tendency due to the influence on humidity, temperature, rainfall, sunlight, pollutants (sea salts, dioxide gas), sulfur dioxide, etc.
  • Humidity is a direct factor of corrosion and has a great impact because it is caused by dissolved water and oxygen.
  • rust begins to form on exposed surfaces of iron.
  • temperature the higher the temperature, the faster the rust progresses. This is due to the increase in the rate of chemical reaction with the temperature rise.
  • the higher the temperature the faster the corrosion rate.
  • sea salt particles and dioxide gas have a great influence
  • the sea salt particles carried by the wind destroy the passivation film and promote the occurrence of rust and corrosion when attached to the metal surface.
  • Sulfur dioxide reacts with oxygen and water in the air to form sulfuric acid, which is a very strong accelerator against corrosion.
  • Sunlight and contaminants are a big factor in the progress of deterioration of coatings.
  • an anticorrosive measure is selected that is not suitable for the influence of the corrosion factor, the corrosion proceeds early.
  • Dry surface treatment is a clean production technology, so there are no local restrictions on its operation.
  • the unit price is high, the size of the workpiece is limited, and the initial investment for mass production is high.
  • the low price wet surface treatment is mainly applied, but there is a pollution problem that plating waste water or toxic gas is generated. It should therefore be produced only in plating complexes that handle toxics.
  • wet surface treatment must be improved to enable easy, inexpensive, and clean work.
  • waste water treatment and pretreatment are not required, volatile organic compounds (VOC) are not generated, and there is no odor, so it must be able to be processed in a machining factory.
  • VOC volatile organic compounds
  • it must have high hardness, high corrosion resistance, and high functionality. It is necessary to develop and introduce new technologies that complement the limitations of the existing wet surface treatment.
  • Dark surface treatment is immersed in a dark solution mixed with chromic acid, zinc particles, aluminum particles, reducing agent, and deionized water and heated to coat the zinc particle layer coated with chromium polymer on the surface of the base metal with a thickness of 6 to 8 microns. to be.
  • Anticorrosive mechanisms protect the base metal with three complex mechanisms: zinc sacrificial corrosion, passivation where the chromic acid polymer forms a highly corrosion resistant oxide film, and chromic acid prevents corrosion by preventing ions from moving It has been in the spotlight recently.
  • This dark surface treatment has excellent corrosion resistance, especially heat resistant corrosion resistance and corrosion resistance even on damaged coating sites, hydrogen embrittlement and complex shapes can be coated, and there is no washing process, so there is no waste water generation and economical characteristics.
  • Geomet coatings are high-performance antirust agents developed for environmentally friendly surface treatment and do not contain any heavy metal chromium. As environmental issues have become a global issue, legal regulations on hazardous substances have become more demanding, and the use of hexavalent chromium, which has an excellent effect on rust prevention performance, has been restricted. It was developed to meet these market demands.
  • This geometry coating has a layered structure of zinc flakes and aluminum flakes, providing an excellent corrosion barrier between different corrosion media (barrier protection).
  • Zn is first corroded to protect the steel (Galvanic protection).
  • the metal oxide slows the corrosion of Zn and steel and provides three times more corrosion protection than other pure Zn.
  • the geometry coating it is environmentally friendly and can be coated without any heavy metal material. It is a thin film coating of about 8 ⁇ m, but it has high corrosion resistance, so it can be applied to fasteners such as bolts and nuts. When corrosion resistance is increased, the corrosion resistance is more doubled, and the torque stability required for screwing is very excellent. It is a water-soluble metal paint, which does not correspond to the handling of dangerous goods, and the working environment is very safe compared to other types. In addition, unlike general electroplating, there is no washing process, so there is no waste water discharge.
  • Magni coating is a coating method for fasteners with high performance, which is somewhat improved in corrosion resistance than geometry coating. It is composed of zinc-rich base coating of inorganic and Al-pigmented organic Top coating which does not contain chromium at all, and it is corrosion resistance by cathodic method by sacrificial corrosion of zinc to iron and corrosion control of aluminum against external corrosion environment. It is an environmentally friendly surface treatment that maximizes
  • the double coating technology of the base coating and the top coating provides sacrificial and barrier protection, respectively, and also provides bimetalic corrosion resistance which also reduces whitening. Since the top coating contains a friction modifier, there is no need to perform a lubricating coating like geometries and dark coatings after the coating.
  • This beautiful coating does not contain heavy metals such as chromium, lead, mercury, cadmium, and is an eco-friendly coating method that fully satisfies the regulations of RoHS and ELV, and has strong corrosion resistance and resistance to thermal shock, especially over 1,000 hours of salt spray test.
  • the coating raw material itself contains a lubricant
  • a separate lubricant addition process is not required and the film thickness is reduced, thereby securing excellent economical efficiency compared to other surface treatments.
  • the fastener hardened steel has high susceptibility to hydrogen embrittlement, but when applied to automobile parts, heat treatment is required to remove hydrogen embrittlement, but the magne coating does not expose to hydrogen, and the heat treatment process is included in the coating process itself. There is no need for a separate heat treatment process to remove hydrogen embrittlement only. Fastening is sufficiently satisfied without the need for a separate torque stabilization process and has excellent fastening property.
  • Korean Patent No. 0687278 uses zinc-aluminum alloy powder, glycidoxypropylmethoxysilane, and deionized water to provide a coating composition for anticorrosion with excellent coating power and environmental control of surface treatment parts.
  • zinc-aluminum alloy powder glycidoxypropylmethoxysilane
  • deionized water to provide a coating composition for anticorrosion with excellent coating power and environmental control of surface treatment parts.
  • by-product methanol is generated by reaction of methoxysilane and deionized water, which may pose a threat to worker safety.
  • Korean Patent Publication No. 2008-0047573 has developed a corrosion-resistant coating composition composed of ultra-fine solid particles that do not contain any other undesirable substances such as lead, nickel and chromium at all, but may cause blindness during the process.
  • Methanol is contained in a large amount, there is a problem of safety and uneconomic of the operator because the use of expensive high-temperature plasma.
  • Korean Patent No. 0918615 describes an anticorrosion coating method using hybrid crystals combined with an environment-friendly water-soluble high-polymer acrylic that can secure worker safety and prevent environmental pollution. This has enhanced the wear resistance, corrosion resistance and scratch resistance of the metals, but the polyvinyl butyral (PVB) used in the process is produced in the presence of a strong acid and raw material production is industrially expensive, and the silver particles are also used in this patent. As a result, environmental problems have been solved, but economic problems are included.
  • PVB polyvinyl butyral
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, according to one embodiment of the present invention, to develop domestic hexavalent chromium substitute coating liquid that can actively respond to environmental regulations for the domestic micro coating industry development
  • To establish eco-friendly manufacturing technology using Zn-Al Flake resin technology that can adjust viscosity to improve adhesion, additive manufacturing technology added to improve adhesion and corrosion resistance on the surface of the coating agent, and each mixture and additives It aims to realize and provide optimized solution development through establishment of blending process technology.
  • the eco-friendly zinc flake coating applied to the present invention is not only beautiful in appearance, but also suitable for RoHS, and does not contain volatile organic compounds (VOCs). Its purpose is to provide excellent corrosion resistance, uniform thickness coating and environmentally friendly working environment.
  • a first object of the present invention is an environmentally friendly zinc flake surface treatment solution for preventing corrosion of metal parts, characterized in that the surface treatment solution for surface treatment of an iron-based base material comprises zinc flakes in the form of flake powder. Can be achieved as
  • it may be characterized in that it comprises at least one of the zinc flakes, aluminum flakes and zinc-aluminum alloy flakes.
  • stearic acid vinyl triethoxysilane, methyl triethoxysilane and tetrabutyl titanate.
  • it may be characterized in that it further comprises at least one of dipropylene glycol and ethanol.
  • the second object of the present invention is a surface treatment solution for surface treatment of an iron-based base material, zinc flakes 1 to 11% by weight, aluminum flakes 0 to 12% by weight, zinc-aluminum flakes 25 to 50% by weight, tree 5 to 13% by weight ethoxysilane, 0 to 10% by weight tetraethoxysilane, 0 to 6% by weight stearic acid, 2 to 10% by weight vinyltriethoxysilane, 1.5 to 11% by weight methyltriethoxysilane, tetra It can be achieved with an environmentally friendly zinc flake surface treatment solution for the corrosion protection of metal parts, including 1 to 4% by weight of butyl titanate, 15 to 37% by weight of dipropylene glycol and 0 to 20% by weight of ethanol.
  • the second object of the present invention 3 to 5% by weight of zinc flakes, 8 to 10% by weight of aluminum flakes, 25 to 30% by weight of zinc-aluminum flakes, 7 to 10% by weight of triethoxysilane, tetra 8 to 10% by weight of methoxysilane, 0 to 2% by weight of stearic acid, 3 to 6% by weight of vinyltriethoxysilane, 2.5 to 5% by weight of methyltriethoxysilane, 1 to 1.5% by weight of tetrabutyl titanate, dipropylene It may be characterized in that it comprises 22 to 25% by weight of glycol and 15 to 20% by weight of ethanol.
  • a method for surface treatment of an iron-based base material comprising: preparing a surface treatment solution according to the aforementioned first or second purpose; A pretreatment step of removing foreign substances of the iron base material to be subjected to the surface treatment; Dipping the base material by the dipping method in the surface treatment solution; Removing the base material from the surface treatment solution and dehydrating and uniformly applying the substrate; And preheating and drying, followed by high temperature dry curing to form a coating layer, which can be achieved as a surface treatment method using an environmentally friendly zinc flake surface treatment solution.
  • the step of forming the coating layer may be characterized in that after pre-drying at 100 ⁇ 130 °C for 15 to 25 minutes, it is dried and cured at 200 ⁇ 350 °C for 15 to 25 minutes.
  • the eco-friendly zinc flake coating applied in the present invention not only has a beautiful appearance but also conforms to the RoHS directive, does not contain volatile organic compounds (VOCs), and in addition, has excellent corrosion resistance. And uniform thickness coating, has the effect of providing an environment-friendly working environment.
  • Figure 2 is a comparative experimental data showing the coating layer cross section and performance analysis of Example 2 and Comparative Example of the present invention
  • Figure 3 shows a graph of the cutting axial force measured nine times for Example 2 of the present invention.
  • the need to replace hazardous substances and environmentally hazardous substances is very high, while the guidelines for specific hazardous substance regulation (RoHS), volatile organic compounds (VOCs), etc. are strengthened around Europe.
  • RoHS hazardous substance regulation
  • VOCs volatile organic compounds
  • the eco-friendly zinc flake coating applied to the present invention is not only beautiful in appearance, but also suitable for RoHS, and contains no volatile organic compounds (VOCs).
  • it has the effect of providing excellent corrosion resistance and uniform thickness coating, environmentally friendly working environment.
  • composition and composition ratio of the environmentally friendly zinc flake surface treatment solution for preventing corrosion of metal parts according to an embodiment of the present invention.
  • the surface treatment solution for surface treatment of an iron-based base material is characterized in that it comprises zinc flakes in the form of flake powder.
  • the present invention may be configured to include at least one of zinc flakes, aluminum flakes and zinc-aluminum alloy flakes. Therefore, zinc, aluminum as a sacrificial anticorrosive effect and aluminum oxide film effect provides a high corrosion resistance performance.
  • an appropriate amount of metal powder should be added to exhibit a sufficient antirust effect, and a material for providing a strong adhesive force between the surface treatment solution (coating solution) and the metal base material should be added.
  • a material for providing a strong adhesive force between the surface treatment solution (coating solution) and the metal base material should be added.
  • the present invention will include triethoxysilane as a material for providing adhesion with the metal base material.
  • a material for forming a stable film includes tetra ethoxysilane.
  • stearic acid vinyltriethoxysilane, methyltriethoxysilane and tetrabutyl titanate may be further included.
  • the present invention is configured to include at least one of dipropylene glycol and ethanol as a solvent.
  • Highly corrosion-resistant surface treatment solution according to an embodiment of the present invention can be seen that the chromium-free solution is an environmentally friendly solution manufactured in compliance with RoHS.
  • Eco-friendly zinc flake surface treatment solution for the corrosion protection of metal parts zinc flakes 1 to 11% by weight, aluminum flakes 0 to 12% by weight, zinc-aluminum flakes 25 to 50% by weight, tree 5 to 13% by weight ethoxysilane, 0 to 10% by weight tetraethoxysilane, 0 to 6% by weight stearic acid, 2 to 10% by weight vinyltriethoxysilane, 1.5 to 11% by weight methyltriethoxysilane, tetra 1 to 4% by weight of butyl titanate, 15 to 37% by weight of dipropylene glycol and 0 to 20% by weight of ethanol.
  • an environmentally friendly zinc flake surface treatment solution for preventing corrosion of metal parts according to an embodiment of the present invention mentioned above is prepared.
  • the pretreatment step of removing the foreign matter of the iron-based base material to be subjected to the surface treatment is to remove the foreign matter and iron rust components, surface oxides on the surface of the iron-based base material to remove the shot blast or sand blast.
  • this process is preferably to give the surface roughness to form an effective coating layer.
  • the base material is immersed in the surface treatment solution by dipping. Then, the base material is taken out of the surface treatment solution and dehydrated and uniformly applied. That is, in order to apply the surface treatment solution to the iron-based base material to be coated in the present treatment process, it is immersed for 3 to 5 seconds by dipping method and then taken out and dehydrated at a suitable rpm for the base material between 200 and 1000 rpm. Will be applied.
  • the coating layer is formed by high temperature drying and curing. More specifically, after applying the surface treatment solution, and pre-heated at 100 ⁇ 130 °C for 15 to 25 minutes for 15 to 25 minutes, and then dried and cured at 200 ⁇ 350 °C for 15 to 25 minutes to form a coating layer.
  • the coating process of the surface treatment solution according to one embodiment of the present invention is easy to mass production application and easy to enter the factory site because it is an environmentally friendly method.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Aluminum flakes 0 ⁇ 1 8 ⁇ 10 10-12 5 ⁇ 6
  • Zinc-Aluminum Flakes 35-39 25-30 32-36 35-39 45-50 Stearic acid 0 0 2 ⁇ 4 3 ⁇ 5 4 ⁇ 6
  • Dipropylene glycol 34-37 22-25 15-18 25-28 28-31 (3-aminopropyl) triethoxysilane 5 ⁇ 7 7-10 5 ⁇ 8 8 ⁇ 11 10-13
  • Vinyltriethoxysilane 2 ⁇ 5 3 ⁇ 6 4 ⁇ 7 5 ⁇ 8 6-10 Methyltriethoxysilane 1.5 ⁇ 3 2.5-5 3.5-7 4.5-9 5.5 ⁇ 11 Tetraethoxysilane 8 ⁇ 10 8 ⁇ 10 4 ⁇ 6 0 0 Tetrabutyl titanate 1-1.5 1-1.5 3 ⁇ 4 1.5 ⁇ 2 1.5 ⁇ 2 ethanol 10-15
  • the salt spray test is the most basic method for evaluating the corrosion resistance of highly corrosion-resistant coated samples and is conducted by spraying the brine under conditions that can accelerate corrosion and maintaining it at an appropriate temperature. This standardization was carried out based on KS D 9502. This standard was sprayed with 5% NaCl solution at 35 ° C and the chamber temperature was maintained at 35 ° C. After 1,000 hours of salt spray test, corrosion resistance was measured according to the area of red rust.
  • Figure 11 shows a photograph after curing the salt spray test 1,000 hours in the bolt coated with the surface treatment solution according to an embodiment of the present invention.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Corrosion resistance ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • EDX Error Dispersive X-ra Spectroscopy
  • the sample was cut and mounted for analyzing the thickness of the coating layer formed, and surface scratches were removed through various polishing processes, and the thickness of the coating layer formed on the metal substrate was measured through an environmentally friendly scanning electron microscope.
  • 12 shows comparative experimental data showing cross-sectional and performance analysis of the coating layer of Example 2 and Comparative Example of the present invention.
  • Example 2 is an environment-friendly surface treatment solution containing no heavy metals such as chromium.
  • Adhesion is a very important part in painting because the coating is good after attachment of surface treatment solution to protect it for a long time.
  • the experiment was conducted according to ASTM D3002 and D3359, and the adhesion performance grade was evaluated as ASTM class 5B ⁇ 0B and was 5B. Increasingly smaller area shows better adhesion.
  • Example 1 Example 2
  • Example 3 Example 4
  • Example 5 Adhesion ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • FIG. 13 is a graph of cutting axial force measured nine times for Example 2 of the present invention.
  • FIG. Table 4 shows the torque coefficient values and the cutting axial force measured 9 times for Example 2 of the present invention
  • Table 5 shows the maximum and minimum values and deviations of the torque coefficient values measured 9 times for Example 2 of the present invention.
  • Table 6 shows the maximum and minimum cutting axial force values and the deviations measured 9 times for Example 2 of the present invention.
  • Example 2 of the present invention shows a low coefficient of friction variation, it can be seen that it has a good coefficient of friction stability.
  • the above-described apparatus and method may not be limitedly applied to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be selectively combined in whole or in part in each of the embodiments so that various modifications may be made. It may be configured.

Abstract

본 발명은 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액 및 그 표면처리용액을 이용한 표면처리방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는 아연 플레이크 1 ~ 11 중량%, 알루미늄 플레이크 0 ~ 12 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 50 중량%, 트리에톡실란 5 ~ 13 중량%, 테트라에톡시실란 0 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 6중량%, 비닐트리에톡시실란 2 ~ 10 중량%, 메틸트리에톡시실란 1.5 ~ 11 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 4 중량%, 디프로필렌글리콜 15 ~ 37 중량 % 및 에탄올 0 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액에 관한 것이다.

Description

금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액 및 그 표면처리방법
본 발명은 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액 및 그 표면처리용액을 이용한 표면처리방법에 대한 것이다.
금속의 부식을 억제하기 위한 노력은 철기시대 이후로부터 지속적으로 연구되어 왔으며 1900년대 이후로 합금을 통한 부식방지 노력하였고, 2차 세계대전 이후부터 도금 및 코팅기술에 많은 발전이 이루어졌다. 현재 가장 많이 쓰이고 있는 철(Fe)은 값이 저렴하고 내열성이 강하다. 또한 압력을 가하여 원하는 형상으로 성형이 쉬운 장점이 있다. 또 다른 금속원소와 합금을 이루어 현대 산업의 전반에 널리 사용되는 금속이다. 철은 해양플랜트, 선박, 해상대교, 풍력발전단지, 자동차, 철도 엔진 등 다양한 모습으로 현대인들에게 편의성을 제공하고 있다.
하지만, 이러한 철은 대기 상에서 산소와 반응해 부식이 발생한다. 이러한 부식은 부품의 내구성 및 수명을 단축시키고 결국 그것을 사용하는 현대인의 안전을 위협하고 있다. 때문에 산업 전반에서 이용되는 철의 부식을 방지하기 위해 현재까지 많은 기술들이 개발되어 오고 있다.
이러한 부식은 수치로 확인되는 것이 아니므로 대부분의 사람들이 심각성을 알지 못하지만, 실제로 지하수도 누수, 건물 부식, 자동차 부식 및 해양건물의 부식 등의 손실액을 합계해 보면 우리나라의 경우 GDP의 약 3%(약 27조원) 정도로 이는 국방비 또는 교육비와 맞먹는 금액이다.
표면처리 기술은 재료의 표면 물성을 물리적, 화학적 또는 전기 화학적으로 처리하여 소재 및 부품의 내구성, 기능성을 개선 또는 창출시킬 뿐 아니라, 미관을 향상시켜 상품의 부가 가치를 제고시키는 기술로서, 일반적으로 물질의 주된 특성과는 다른 재료의 표면특성을 창조, 부여하고자 하는 목적으로 이용하고 있다.
부식(Corrosion)이란 금속이 그 주위환경의 여러 가지 물질과 화학적 반응이나 전기 화학적 반응에 의해 발생되는 금속의 파괴 및 유효수명의 단축을 말한다.
즉, 금속의 대부분은 자연상태에 있는 광석에 많은 에너지를 가해 정련한 불안정한 물질이므로 금속의 부식에 의해 다시 안정한 자연상태로 되돌아가려는 본능을 가지고 있으며 이러한 성질을 재반응(React) 하려는 성질이라고 한다.
대부분의 금속이 금속덩어리 자체로서 보다는 이온(+이온 또는 -이온)으로서의 형태가 안정적이다. 따라서 혼합물로 되돌아가려는 성질과 마찬가지로 금속은 조건만 갖추어진다면 이온화하려는 경향이 있다. 그러므로 부식의 또 다른 과학적 표현으로 금속이 이온화하는 경향이라고 한다.
대기중에서의 부식방생은 기온, 습도, 비, 해염입자, 아황산가스 등의 영향을 받지만 부재의 모양과 방향, 치수에 따라서도 좌우된다. 이들 부식의 정도는 주로 시험편에 대해서 세계 각지에서 조사되어 있는데, 부식의 경년변화(經年變化)의 환경 의존성은 크다.
앞서 말한 부식인자로서 습도, 온도, 강우량, 일조, 오염물질(해염입자, 이산화가스), 아황산가스 등으로의 영향으로 이들의 경향에 따라 부식속도가 결정된다. 녹은 물과 산소에 의해 발생하는 것이기 때문에 습도는 부식의 직접적인 요인이며 큰 영향을 미친다. 일반적으로 습도가 60% 이상이 되면 철의 노출면에 녹이 발생하기 시작한다. 온도에 대해서는 기온이 높은 만큼 녹의 진행속도가 빠른 경향이 있다. 이것은 온도상승과 함께 화학반응 속도의 상승에 기인한 것이다. 즉 녹의 발생 및 진전원리가 화학반응에 의한 것이므로 고온이 될수록 부식속도가 빨라지게 된다.
대기중의 오염물질 중 특히 해염입자와 이산화가스의 영향이 크며 바람에 의해 운반되는 해염입자는 금속면에 부착하면 부동태피막을 파괴하고 녹의 발생 및 부식을 촉진한다. 아황산가스는 공기중의 산소 및 물과 반응해 황산이 되며 아황산가스는 부식에 대해서 매우 강한 촉진재가 된다. 일조, 오염물질은 도막의 열화진행의 큰 인자이다. 그리고 상기한 것처럼 부식인자의 영향이 큰 환경에 있어 그 영향에 적합하지 않은 방식대책을 선정한 경우에는 조기에 부식이 진행된다.
부식이 발생되면 단순히 녹이 생기는 것에서 끝나는 것이 아니라 교량의 부식으로 인한 붕괴, 자동차 부식으로 인한 차량사고 등으로 인명피해를 초래할 수 있으며, 자발 과정에 의해 부식된 금속은 금속 본래의 구조나 특성을 잃기 때문에 경제적 손실 또한 가져오는데, 매년 생산되는 철과 강철의 약 25%가 녹슨 것을 대치하는데 사용된다. 하지만 뿌리산업 중 하나인 표면처리 산업은 현재 열악한 환경속에서 해외 제품에 의존하고 있으며 국내의 개발이 시급하다.
10년 전과 비교하면 표면처리기술의 큰 틀은 변하지 않았다. 도금등 화학약품을 배합한 액을 사용하는 습식표면처리의 경우를 예를 들어보면 이는 처리비가 싸고 대량생산이 용이하나 도금폐수문제 등 여전히 기존 방식의 한계를 안고 있다. 진공장치를 사용하는 건식표면처리 역시 처리방법이 크게 개선되지 않았다.
건식표면처리는 청정생산기술이므로 작업하는 데 지역적 제약이 없다. 그러나 진공장비를 사용하므로 단가가 높고 가공물의 크기에 제한이 있으며 양산에 초기 투자비가 높다. 이에 단가가 낮은 습식 표면처리를 주로 적용하지만 도금폐수나 유독가스가 발생하는 공해 문제가 있다. 이에 유독물을 취급하는 도금 단지 내에서만 생산 해야 한다.
이러한 단점 때문에 습식표면처리는 쉽고, 저렴하고, 청정한 작업이 가능하도록 개선되어야 한다. 즉 폐수처리와 전처리가 크게 필요 없고 휘발성유기화합물(VOC)이 발생하지 않으며 냄새가 없어 기계가공 공장에서도 처리할 수 있어야 한다. 고경도, 고내식성, 고기능성을 갖춰야 함은 물론이다. 이러한 기존 습식표면처리의 한계를 보완한 신기술의 개발 및 도입이 필요한 실정이다.
다크로(Dacro) 처리는 약 30여 년간 수많은 표면처리 산업에 현재도 크게 이바지하고 있다.
다크로 표면처리는 크롬산, 아연입자, 알루미늄입자, 환원제, 탈 이온수가 혼합된 다크로 액에 침지 후 가열하여 소지 금속 표면에 크롬 중합물로 피복된 아연 입자층을 6~8마이크론 두께로 피복한 표면처리이다.
방식 메커니즘은 아연 희생 부식, 크롬산 중합체가 내식성이 강한 산화피막을 형성하여 아연의 부식을 억제하는 부동태화 및 크롬산이 이온의 이동을 방해하여 부식을 방지하는 세 가지의 복합적인 메커니즘으로 소지 금속을 보호하며 최근 각광을 받고 있다.
이러한 다크로 표면처리는 우수한 내식성을 갖고, 특히 내열 내식성과 손상된 피막 부위에서도 내식성이 존재하는 특징을 갖고, 수소취성이 강하고 복잡한 형상도 피막이 가능하고 수세공정이 없어 폐수발생이 없으며 경제성이 우수한 특징을 갖는다.
다크로 코팅은 앞의 내용과 같이 우수한 내열, 내식성외에 다양한 색상으로 부품피복이 가능함으로 자동차 부품 등의 표면처리에서 가장 많이 사용되고 있지만 최근 오염정화능력의 한계로 각종 환경문제가 대두 되고 있고, 이러한 환경규제 중에 국내에서 시기적으로 가장 시급하고 큰 영향을 미치는 것이 유해물질인 6가 크롬(Cr6+)의 규제이다.
지오메트(Geomet) 코팅은 친환경적인 표면처리를 위해 개발된 고성능의 방청 처리제이며 중금속 물질인 크롬을 전혀 포함하지 않고 있다. 환경문제가 전 세계적으로 이슈화 되면서 유해물질 등의 법적 규제가 더욱 까다로워짐에 따라 방청성능에 탁월한 효과를 지닌 6가 크롬의 사용이 제한되었다. 이러한 시장의 요구에 대응하기 위하여 개발된 것이다.
이러한 지오메트 코팅은, 아연 플레이크와 알루미늄 플레이크가 겹층 구조로 되어 있어 다른 부식 매체 사이에서 탁월한 부식 장벽을 제공한다(장벽 보호(Barrier protection) 작용). 또한, 희생방식과 같은 원리로 Zn은 강을 보호하 기 위해 우선 부식된다(갈바닉 보호(Galvanic protection) 작용). 그리고, 부동태화(Passivation) 작용으로서 금속 산화물은 Zn과 강의 부식반응을 늦추고 다른 순수 Zn 보다 3배나 더 큰 부식 보호를 제공한다.
또한, 지오메트 코팅의 특징으로서, 환경친화형으로 중금속 물질이 전혀 없는 피막처리가 가능하고, 피막두께 약 8μm의 박막코팅이지만 고내식성을 발휘하므로 볼트, 너트 등 체결부품에도 적용가능하고, Top Coating을 할 경우 내식성은 보다 배가되며 나사 체결에 필요한 토크 안정에도 매우 우수하며, 수용성 금속도료로서 위험물 취급에 해당되지 않으며 작업환경이 타종에 비해 매우 안전한 특징을 갖는다. 또한, 일반 전기도금과 달리 수세공정이 없으므로 폐수 배출이 없다.
매그니(magni) 코팅은 지오메트 코팅보다 다소 내식성이 개선된 것으로 고성능의 체결부재(Fastener)용 코팅방법이다. 크롬을 전혀 포함하지 않는 무기의 Zinc-rich base 코팅과 Al-pigmented organic Top 코팅으로 구성되어, 철(Fe)에 대한 아연의 희생적 부식에 의한 음극방식과 외부 부식환경에 대한 알루미늄의 부식억제로 내식성을 극대화 시킨 친환경적 표면처리이다.
Base 코팅과 Top 코팅의 이중(Double) 코팅 기술은 각각의 희생방식(Sacrificial protection)과 장벽 보호(Barrier protection)를 제공하며, 백청(Whitening) 또한 감소시키는 바이메탈(Bimetalic) 내식성도 제공한다. Top 코팅에 마찰 조정제가 포함되어 있어 코팅 후 지오메트과 다크로 코팅과 같이 윤활 코팅(Lubricant coating)을 별도로 실시할 필요가 없다.
이러한 매그니 코팅은 크롬, 납, 수은, 카드뮴 등의 중금속을 포함하지 않아 RoHS, ELV 등의 규제를 완벽하게 만족하는 친환경적인 코팅방법이고, 염수 분무 시험 1,000시간 이상의 강력한 내식성과 특히 열충격에 강한 특성을 갖고 있다. 일반적인 도금/수성 코팅은 열 충격이후 내식성 열화가 발생하나 매그니 코팅은 열 충격 이후에도 우수한 내식성을 유지한다.
또한, 코팅 원료 자체가 윤활제를 포함하고 있어 별도의 윤활제 첨가 공정 이 필요 없고 피막 두께의 감소로 타 표면처리 대비 우수한 경제성을 확보한다. 파스너용 경화강의 경우 수소 취성의 감수성이 높아 자동차 부품에 적용시에는 수소 취성 제거를 위한 열처리가 필요하지만 매그니 코팅의 경우 수소에 노출되는 경우가 없고, 코팅처리공정 자체에 열처리 공정이 포함되어 있어 별도의 수소 취성 제거만을 위한 열처리 공정이 필요없다. 별도의 토크(Torque) 안정화 처리가 필요 없이 체결을 충분히 만족시켜 체결성이 우수한 특성을 갖는다.
종래 공개된 특허에서는, 한국등록특허 제0687278호의 경우, 아연-알루미늄 합금분말과 글라이시독시프로필메톡시실란, 탈이온수를 이용하여 방식용 코팅제 조성물을 코팅력이 우수하고 표면처리부품의 환경규제 및 안전유해성 기준강화에 대처할 수 있는 논크롬 타입으로 제조하였지만, 메톡시실란과 탈이온수의 반응으로 부산물인 메탄올을 생성하게 되므로 작업자 안전에 위협을 가할 수 있다.
또한, 한국공개특허 제2008-0047573호에서는 납, 니켈, 크롬 등 중금속을 비롯한 다른 바람직하지 못한 물질을 전혀 함유하지 않는 초미세 고체 입자로 이루어진 내식성 코팅조성물을 개발하였지만, 공정 중 실명을 유발할 수 있는 메탄올이 다량 함유되었으며, 고가의 고온 상태의 플라즈마를 사용하기 때문에 작업자의 안전과 비경제적인 문제점이 있다.
그리고, 한국등록특허 제0918615호에서는 작업자의 안전을 확보하고 환경오염의 발생을 방지할 수 있는 친환경 수용성 하이폴리머 아크릴이 결합된 하이브리드 결정체를 이용하여 내식성 도장공법을 기재하고 있다. 이는 금속의 내마모성, 내식성, 내스크레치성이 강화되었지만, 공정 중 사용되는 폴리비닐부티랄(PVB)은 강산의 존재 하에서 제조되며 원료 생산이 공업적으로 비싼 단점이 있고, 이 특허에서는 은 입자 또한 사용되기 때문에 환경오염 문제를 해결하였지만 비경제적인 문제점이 포함되어 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따르면, 국내 영세 코팅산업 육성을 위해서 환경규제에 능동적으로 대응할 수 있는 국산 6가 크롬 대체 코팅액 개발을 위해 Zn-Al Flake를 이용한 친환경 제조기술을 확립하고, 밀착성 향상을 위해 점도조절이 가능한 resin 기술, 피코팅제 표면부에 밀착성 및 내식성 향상을 위해 첨가되는 첨가제 제조기술, 각각의 혼합제, 첨가제를 최적조건으로 blending 하는 공정기술 등의 확립으로 최적화된 용액개발을 실현하여 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 유럽을 중심으로 특정유해물질규제지침(RoHS), 휘발성유기화합물(VOCs) 등의 지침이 강화되면서 유해물질 및 환경부하물질 대체 소재의 필요성이 매우 높아지고 있는 요구에 부합되도록, 본 발명에 적용되는 친환경 아연 플레이크(Zinc flake) 코팅은 외관이 미려할 뿐 아니라 특정유해물질규제지침(RoHS)에 적합하고, 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하지 않고, 이에 더하여 우수한 내식성과 균일한 두께의 코팅, 환경친화적인 작업환경을 제공하는데 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 표면처리용액에 있어서, 플레이크형 분말 형태인 아연 플레이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 아연플레이크, 알루미늄 플레이크 및 아연-알루미늄 합금 플레이크 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 트리에톡실란을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 테트라 에톡시실란을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고, 스테아르산, 비닐트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란 및 테트라뷰틸티타네이트 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 디프로필렌글리콜 및 에탄올 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 표면처리용액에 있어서, 아연 플레이크 1 ~ 11 중량%, 알루미늄 플레이크 0 ~ 12 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 50 중량%, 트리에톡실란 5 ~ 13 중량%, 테트라에톡시실란 0 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 6중량%, 비닐트리에톡시실란 2 ~ 10 중량%, 메틸트리에톡시실란 1.5 ~ 11 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 4 중량%, 디프로필렌글리콜 15 ~ 37 중량 % 및 에탄올 0 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액으로 달성될 수 있다.
본 발명의 제2목적에서 더욱 바람직하게는, 아연 플레이크 3 ~ 5 중량%, 알루미늄 플레이크 8 ~ 10 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 30 중량%, 트리에톡실란 7 ~ 10 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 2 중량%, 비닐트리에톡시실란 3 ~ 6 중량%, 메틸트리에톡시실란 2.5 ~ 5 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 1.5 중량%, 디프로필렌글리콜 22 ~ 25 중량 % 및 에탄올 15 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은, 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 방법에 있어서, 앞서 언급한 제1목적 또는 제2목적에 따른 표면처리용액을 제조하는 단계; 표면처리의 대상이 되는 철 계열 모재의 이물질을 제거하는 전처리단계; 상기 표면처리용액에 상기 모재를 디핑방식으로 침지시키는 단계; 상기 모재를 상기 표면처리용액에서 꺼내어 탈수하여 균일하게 도포시키는 단계; 및 예열건조한 후, 고온 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 아연 플레이크 표면처리용액을 이용한 표면처리방법으로서 달성될 수 있다.
또한, 상기 코팅층을 형성시키는 단계는, 15 ~ 25분 동안 100 ~ 130℃에서 예열건조한 후, 15 ~ 25분 동안 200 ~ 350 ℃에서 건조 경화시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 유럽을 중심으로 특정유해물질규제지침(RoHS), 휘발성유기화합물(VOCs) 등의 지침이 강화되면서 유해물질 및 환경부하물질 대체 소재의 필요성이 매우 높아지고 있는 요구에 부합되도록, 본 발명에 적용되는 친환경 아연 플레이크(Zinc flake) 코팅은 외관이 미려할 뿐 아니라 특정유해물질규제지침(RoHS)에 적합하고, 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하지 않고, 이에 더하여 우수한 내식성과 균일한 두께의 코팅, 환경친화적인 작업환경을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면처리용액으로 코팅된 볼트에 염수분무시험 1000시간 경화 후의 사진,
도 2는 본 발명의 실시예 2와 비교예의 코팅층 단면 및 성능분석을 나타낸 비교실험데이터,
도 3은 본 발명의 실시예 2에 대해 9번 측정한 절단축력 그래프를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
이하에서 설명되는 본 발명의 일실시예에 따르면, 유럽을 중심으로 특정유해물질규제지침(RoHS), 휘발성유기화합물(VOCs) 등의 지침이 강화되면서 유해물질 및 환경부하물질 대체 소재의 필요성이 매우 높아지고 있는 요구에 부합되도록, 본 발명에 적용되는 친환경 아연 플레이크(Zinc flake) 코팅은 외관이 미려할 뿐 아니라 특정유해물질규제지침(RoHS)에 적합하고, 휘발성유기화합물(VOCs)을 포함하지 않고, 이에 더하여 우수한 내식성과 균일한 두께의 코팅, 환경친화적인 작업환경을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액의 구성 및 그 조성비율에 대해 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 표면처리용액은, 플레이크형 분말 형태인 아연 플레이크를 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일실시예에서는 아연 플레이크, 알루미늄 플레이크 및 아연-알루미늄 합금 플레이크 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 따라서 아연, 알루미늄으로서 아연의 희생방식 효과와 알루미늄의 산화피막효과로 고내식성 성능을 제공하게 된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에서는 금속분말이 충분한 방청효과를 나타내기 위하여 적정함량이 첨가되어야 하며, 표면처리용액(코팅용액)과 금속모재 사이의 강한 접착력을 제공하기 위한 물질이 첨가되어야 한다. 본 발명의 일실시예에서 금속모재와 접착력을 제공하기 위한 물질로서 트리에톡실란을 포함하게 된다.
또한, 본 발명의 일실시예에서는 안정적인 피막을 형성시키기 위한 물질로서, 테트라 에톡시실란을 포함하게 된다.
그리고, 본 발명의 일실시예에서 내식성을 증가시키기 위한 첨가제로서, 스테아르산, 비닐트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란 및 테트라뷰틸티타네이트 중 적어도 어느 하나를 더 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 용제로서 디프로필렌글리콜 및 에탄올 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성된다. 이러한 발명의 일실시예에 따른 고내식성 표면처리용액은 크롬 free 용액으로서 RoHS를 준수하여 제작된 친환경적인 용액임을 알 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액의 구체적인 조성비율에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 일실시예에 따른 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액은, 아연 플레이크 1 ~ 11 중량%, 알루미늄 플레이크 0 ~ 12 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 50 중량%, 트리에톡실란 5 ~ 13 중량%, 테트라에톡시실란 0 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 6중량%, 비닐트리에톡시실란 2 ~ 10 중량%, 메틸트리에톡시실란 1.5 ~ 11 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 4 중량%, 디프로필렌글리콜 15 ~ 37 중량 % 및 에탄올 0 ~ 20 중량%를 포함하여 구성되게 된다.
또한, 보다 바람직하게는, 아연 플레이크 3 ~ 5 중량%, 알루미늄 플레이크 8 ~ 10 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 30 중량%, 트리에톡실란 7 ~ 10 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 2 중량%, 비닐트리에톡시실란 3 ~ 6 중량%, 메틸트리에톡시실란 2.5 ~ 5 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 1.5 중량%, 디프로필렌글리콜 22 ~ 25 중량 % 및 에탄올 15 ~ 20 중량%를 포함하여 구성된다.
이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 방법에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 앞서 언급한 본 발명의 일실시예에 따른 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액을 제조하게 된다.
그리고, 표면처리의 대상이 되는 철 계열 모재의 이물질을 제거하는 전처리단계를 진행한다. 이러한 전처리 과정은 철 계열 모재의 이물질 및 표면에 존재하는 녹 성분, 표면 산화물을 제거하는 과정으로 쇼트 블라스트 또는 샌드 블라스트로 제거하게 된다. 또한, 이 과정은 표면에 거칠기를 주어 효과적인 코팅층을 형성할 수 있도록 함이 바람직하다.
그리고, 표면처리용액에 모재를 디핑방식으로 침지시키게 된다. 그리고 모재를 표면처리용액에서 꺼내어 탈수하여 균일하게 도포시키게 된다. 즉, 본처리과정에서 우선 코팅하고자 하는 철 계열 모재에 표면처리용액을 도포하기 위해 디핑(Dipping) 방식으로 3 ~ 5초 동안 침지시킨 후 꺼내어 200 ~ 1000rpm사이에서 모재에 적합한 rpm으로 탈수시켜 골로루 도포시키게 된다.
그리고, 예열건조한 후, 고온 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키게 된다. 보다 구체적으로, 표면처리용액을 도포한 후, 15 ~ 25분 동안 15 ~ 25분 동안 100 ~ 130℃에서 예열건조한 후, 15 ~ 25분 동안 200 ~ 350 ℃에서 건조 경화시켜 코팅층을 형성하게 된다.
이러한 본 발명의 일실시예에 따른 표면처리용액의 코팅과정은 대량생산 적용에 용이하며 친환경적인 방법이기 때문에 공장부지 진입에도 용이하다.
특별한 별도의 후처리를 요구하지 않으며, 300 ~ 350℃에서 고온 건조 경화된 완제품을 상온으로 냉각시켜주면 된다.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 표면처리용액을 모재에 코팅, 표면처리한 재품에 대한 염수분수시험, 코팅층 단면 및 성분분석, 부착성능, 마찰계수 분석 실험데이터 결과에 대해 설명하도록 한다.
본 실험에서 사용한 혼합 분말 재료로서 아연 플레이크(Zinc flake)는 (주)에스비씨에서, 알루미늄 플레이크(Aluminum flake)는 (주)메탈플레이어에서, 아연-알루미늄 합금 플레이크는 ECKART에서, 스테아르산(Stearic acid)과 에탄올은 삼전순약공업(주)에서, (3-아미노프로필)트리에톡실란, 테트라에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란은 이성소재에서, 디프로필렌 글리콜은 (주)SKC에서, 테트라뷰틸티타네이트는 시그마 알드리치에서 구매하여 실험을 진행하였다.
실험에 적용된 실시예 1 내지 5의 표면처리용액은 이하의 표 1과 같은 조성비율로 혼합하여 제조하였다.
구성성분(중량 %) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
아연 플레이크 1~3 3~5 5~7 7~9 9~11
알루미늄플레이크 0~1 8~10 10~12 5~6 0
아연-알루미늄플레이크 35~39 25~30 32~36 35~39 45~50
스테아르산 0 0 2~4 3~5 4~6
디프로필렌글리콜 34~37 22~25 15~18 25~28 28~31
(3-아미노프로필)트리에톡실란 5~7 7~10 5~8 8~11 10~13
비닐트리에톡시실란 2~5 3~6 4~7 5~8 6~10
메틸트리에톡시실란 1.5~3 2.5~5 3.5~7 4.5~9 5.5~11
테트라에톡시실란 8~10 8~10 4~6 0 0
테트라뷰틸티타네이트 1~1.5 1~1.5 3~4 1.5~2 1.5~2
에탄올 10~15 15~20 7~12 6~11 0
그리고, 이러한 실시예 1 내지 5의 표면처리용액을 앞서 언급한 표면처리방법에 의해 철 계열의 볼트 각각에 표면처리하여 샘플을 제작였다.
염수분무시험은 고내식성 코팅된 샘플의 내식성을 평가하기 위한 가장 기본적인 방법으로 부식을 가속화시킬 수 있는 조건으로 염수를 분무하고 적정온도로 유지함으로서 진행된다. 이는 표준화된 방법으로 KS D 9502에 의거하여 진행하였으며 이 규격은 5% NaCl용약을 35℃로 분무, 챔버 내 온도는 35℃로 유지하여 내식성 실험을 진행하였다. 염수분무시험 1,000시간 경과 후 적녹발생 면적에 따라 내식성 성능을 측정하였다. 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 표면처리용액으로 코팅된 볼트에 염수분무시험 1,000시간 경화 후의 사진을 도시한 것이다.
측정내용 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
내식성 ○ ◎ △ ○ △
◎ : 적청발생면적 - 면적의 0% 이하
○ : 적청발생면적 - 면적의 5% 이하
△ : 적청발생면적 - 면적의 15%이하
X : 적청발생면적 - 면적의 15%이상
도 11 및 표 2에 도시된 바와 같이, 실험예에서 모든 실시예에서 15%이상의 적청발생면적이 발생되지 않았고 실시예 2는 적청발생면적이 없음을 알 수 있다.
코팅층의 성분분석을 위하여 EDX(Energy Dispersive X-ra Spectroscopy)를 이용하였고, 코팅층의 표면상태와 단면을 관찰하기 위하여 친환경 주사전자현미경(E-SEM, Quanta 400)을 이용하여 코팅표면의 상태 및 단면을 분석하였다.
또한, 형성된 코팅층 두께분석을 위해 샘플을 절단 후 마운팅하고 여러 차혜의 연마과정을 통해 표면 스크래치를 제거하고 친환경 주사전자현미경을 통하여 금속모재 위에 형성된 코팅층의 두께를 측정하였다. 도 12는 본 발명의 실시예 2와 비교예의 코팅층 단면 및 성능분석을 나타낸 비교실험데이터를 도시한 것이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 비교예와 대비하여 실시예 2는 크롬 등의 중금속을 전혀 포함하고 있지 않은 친환경 표면처리용액임을 알 수 있다.
부착력은 도장에 있어서 매우 중요한 부분인데 표면처리용액을 도장 후 도막이 소지와 부착이 좋아야 오랜기간동안 소지를 보호할 수 있기 때문이다. 본 발명의 실시예 1 내지 5의 표면처리용액으로 코팅된 샘플의 코팅층 부착력을 테스트 하기 위하여 ASTM D3002, D3359에 의거하여 실험을 진행하였으며 이에 따른 부착성능 등급은 ASTM class 5B ~ 0B로 평가되며 5B로 갈수록 떨어진 면적이 작아지며 부착성이 우수함을 나타낸다.
측정내용 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
부착력 △ ◎ ○ △ ◎
◎ : ASTM class 5B
○ : ASTM class 4B
△ : ASTM class 3B
X : ASTM class 0,1,2B
표 3에 도시된 바와 같이, 실시예 2와 5에서 부착성이 가장 우수함을 알 수 있다.
마찰계수분석에서 마찰계수(k)는 T=kDN의 식(T=토크, D=호칭경, N=축력)으로 얻어지며 본 발명의 실시예에 따른 표면처리용액으로 인해 마찰계수가 안정적으로 유지되면서 편차가 적은 것을 확인할 수 있었다.
도 13은 본 발명의 실시예 2에 대해 9번 측정한 절단축력 그래프를 도시한 것이다. 이하의 표 4는 본 발명의 실시예 2에 대해 9번 측정한 토크 계수치와 절단축력을 나타낸 것이고, 표 5는 본 발명의 실시예 2에 대해 9번 측정한 토크 계수치 최대값과 최저값과 편차를 나타낸 것이고, 표 6은 본 발명의 실시예 2에 대해 9번 측정한 절단축력 최대값과 최저값과 편차를 나타낸 것이다.
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 평균
토크계수치 0.1419 0.1505 0.1488 0.1620 0.1423 0.1386 0.1472 0.1482 0.1455 0.1472
절단축력 18878.7 18348.0 18796.5 17642.1 18975.0 19070.6 18181.9 17956.3 18347.7 18466.3
토크 계수치
Min 0.1386
Max 0.1620
σ 0.0067
절단 축력
Min 17642.1
Max 19070.6
σ 493.9
도 13 및 표 4 내지 6에 나타난 바와 같이 본 발명의 실시예 2는 낮은 마찰계수 편차를 보여주고 있어 좋은 마찰계수 안정성을 가짐을 알 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (10)

  1. 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 표면처리용액에 있어서,
    플레이크형 분말 형태인 아연 플레이크를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 아연플레이크, 알루미늄 플레이크 및 아연-알루미늄 합금 플레이크 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  3. 제 2항에 있어서,
    트리에톡실란을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  4. 제 3항에 있어서,
    테트라 에톡시실란을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  5. 제 4항에 있어서,
    스테아르산, 비닐트리에톡시실란, 메틸트리에톡시실란 및 테트라뷰틸티타네이트 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  6. 제 5항에 있어서,
    디프로필렌글리콜 및 에탄올 중 적어도 어느 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  7. 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 표면처리용액에 있어서,
    아연 플레이크 1 ~ 11 중량%, 알루미늄 플레이크 0 ~ 12 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 50 중량%, 트리에톡실란 5 ~ 13 중량%, 테트라에톡시실란 0 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 6중량%, 비닐트리에톡시실란 2 ~ 10 중량%, 메틸트리에톡시실란 1.5 ~ 11 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 4 중량%, 디프로필렌글리콜 15 ~ 37 중량 % 및 에탄올 0 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  8. 제 7항에 있어서,
    아연 플레이크 3 ~ 5 중량%, 알루미늄 플레이크 8 ~ 10 중량%, 아연-알루미늄 플레이크 25 ~ 30 중량%, 트리에톡실란 7 ~ 10 중량%, 테트라에톡시실란 8 ~ 10중량%, 스테아르산 0 ~ 2 중량%, 비닐트리에톡시실란 3 ~ 6 중량%, 메틸트리에톡시실란 2.5 ~ 5 중량%, 테트라뷰틸티타네이트 1 ~ 1.5 중량%, 디프로필렌글리콜 22 ~ 25 중량 % 및 에탄올 15 ~ 20 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 부식방지를 위한 친환경 아연 플레이크 표면처리용액.
  9. 철 계열의 모재를 표면처리하기 위한 방법에 있어서,
    제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 표면처리용액을 제조하는 단계;
    표면처리의 대상이 되는 철 계열 모재의 이물질을 제거하는 전처리단계;
    상기 표면처리용액에 상기 모재를 디핑방식으로 침지시키는 단계;
    상기 모재를 상기 표면처리용액에서 꺼내어 탈수하여 균일하게 도포시키는 단계; 및
    예열건조한 후, 고온 건조 경화시켜 코팅층을 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 아연 플레이크 표면처리용액을 이용한 표면처리방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성시키는 단계는,
    15 ~ 25분 동안 100 ~ 130℃에서 예열건조한 후, 15 ~ 25분 동안 200 ~ 350 ℃에서 건조 경화시키는 것을 특징으로 하는 친환경 아연 플레이크 표면처리용액을 이용한 표면처리방법.
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