KR100276336B1 - 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자빔 진공증착방법을 이용한 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이며, 그 목적은 알루미늄과 이산화실리콘을 동시에 복합적으로 도금한 광택도와 내식성이 우수한 복합도금강판 및 그 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 1-10중량%의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘 증착도금층이 강판평면당 2g/㎡이상의 부착량으로 형성되는 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판과 전자빔을 이용한 진공증착에 의해 복합도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 소지강판을 100-350℃ 범위로 가열한 다음, 1-10중량%의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘을 상기 강판 편면당 2g/㎡이상의 부착량으로 진공증착 하는 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판 제조방법에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판 및 그 제조방법

본 발명은 전자빔 진공증착방법을 이용한 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 알루미늄(Al)과 이산화실리콘(SiO₂)을 동시에 복합적으로 도금한 광택도와 내식성이 우수한 복합도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상, 자동차외판용 및 가전 건재에 사용되고 있는 전기도금강판 및 용융도금강판은 수요가의 품질특성 요구에 따라 내식성, 도장성, 용접성 및 광택도 등의 우수한 표면외관 특성이 요구된다.

종래, 이러한 특성을 향상시키기 위한 여러 가지 방법들이 개발되었는데, 이중 내식성 및 광택도를 증가시키기 위한 대표적인 방법으로 아연도금 용액중에 여러 가지 다른 금속이온이나 산화물 이온을 분산시켜 동시에 도금하는 분산도금방법이 일본 공개특허공보 (소)64-62498 호 및 (평)1-129998 호 등에 제시된 바 있다.

상기 제안은 전기도금법으로 아연을 도금하는데 있어, 도금용액중에 Al₂O₃, SiO₂, TiO₂등의 산화물을 분산시킨 후, 도금하는 분산도금방법으로서, 상기 제안된 아연도금 강판은 기존의 아연도금강판이나 아연-니켈 합금도금강판 보다 내식성 등의 품질특성이 우수하며, NO₃이온 등의 첨가로 도금강판의 광택도가 증가되는 특징이 있다. 그러나, 상기 제안된 분산도금법으로 도금강판을 제조하여 생산하기에는 몇가지 문제점이 있다. 우선, 도금용액속에 분산되어 있는 분산제의 응집을 막기 위하여 도금용액 용기인 탱크를 초음파로 처리하기 위한 별도의 탱크 시스템이 필요하다. 그리고 분산제는 0℃이하의 대기 중에서 장기간 노출을 하면 안정한 분산제가 유백색의 겔(gel)상태로 석출하는 경향이 있어, 분산제를 관리하기에 어려움이 있다. 또한 도금층내에 분산제의 균일한 석출을 위하여 도금용액의 농도 및 pH를 정밀하게 관리하여야 한다. 또한 분산도금법은 습식에서 도금을 실시하기 때문에 작업환경이 열악하고, 환경공해문제를 일으키기 쉬우며, 도금용액의 폐수처리를 위한 설비가 별도가 필요하게 된다.

한편, 내식성이 우수한 도금강판을 제조하기 위하여 아연과 이산화실리콘을 물리적 증착법으로 동시에 도금하는 방법이 일본 공개특허공보 (소)54-11441 호에 제시된바 있다. 상기 제안은 단층의 아연-이산화실리콘 복합도금강판을 제조함에 있어서, 복합도금층내에 이산화실리큰의 첨가량을 0.1에서 80%로 하여 내식성을 향상하도록 하였는데, 이산화실리콘의 첨가량이 많으면 많을수록 도금층의 내식성이 증가하지만, 반대로 이산화첨가량이 많으면 많을수록 도금층의 밀착성이 나쁘기 때문에 상업적인 용융 가능성은 거의 없다.

또한, 물리증착법으로 이산화실리콘을 도금할 때, 이산화실리콘의 증발속도가 아연에 비하여 매우 느려 생산성이 열악한 단점이 있다. 즉, 보통 이산화실리콘의 증발속도는 아연의 증발속도보다 100배 이하이기 때문에 만약 50중량%의 이산화실리콘이 포함된 복합도금층을 만들기 위해서는 이산화실리콘의 증발속도에 맞추어 제품을 생산하여야 하기 때문에, 제품의 생산속도가 매우 떨어질 수밖에 없다.

본 방법은 상기한 종래 문제점인 분산제의 응집현상, 환경공해, 폐수처리 등이 없는 진공증착방법을 이용하여 내식성 및 광택성이 보다 더 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판 및 그 제조방법을 제공하는데, 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면은 1-10중량%의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘 증착도금층이 강판 편면당 2g/㎥ 이상의 부착량으로 형성되는 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판에 관한 것이다.

또한, 본 발명의 다른 측면은 전자빔을 이용한 진공증착에 의해 복합도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 소지강판을 100-350℃ 범위로 가열한 다음, 1-10중량%의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘을 상기 강판 편면당 2g/㎡ 이상의 부착량으로 진공증착하는 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판 제조방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따라 강판표면에 증착된 알루미늄-이산화실리콘 복합도금층 중의 이산화실리콘 함량이 1중량% 이하가 되면 내식성 및 광택도의 증가가 뚜렷하지 않으며 10중량%를 넘게되면 내식성 및 광택도는 증가하지만 도금층의 밀착성이 불량하게 되므로, 상기 알루미늄-이산화실리콘 복합도금층중의 이산화실리콘의 함량은 1-10중량%의 범위로 하는 것이 바람직하다.

또한, 알루미늄-이산화실리콘 진공증착 복합도금층의 도금 부착량이 2g/㎡미만인 경우에는 내식성이 저하되어 도금층 특성이 열악하게 되므로 알루미늄-이산화실리콘 진공증착 복합도금층의 도금부착량은 2g/㎡ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명에 따라 고내식성 및 광택도가 우수한 복합도금강판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 1-10중량의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘 복합도금층을 강판 편면당 2g/㎡의 부착량으로 강판표면에 증착하는 방법으로는 통상의 전자빔 진공증착방법이 사용된다.

본 발명에 따라 전자빔 진공증착방법에 의해 알루미늄-이산화실리콘 복합도금층을 형성시키는 대표적인 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

먼저 소지기판인 기존의 일반 냉연강판을 적절한 크기로 절단한 후, 진공증착 장치의 진공조안에 장입하고 동시에 증착물질인 알루미늄과 이산화실리콘(SiO₂)을 낟알(grain) 형태로 하여 동도가니에 장입한다. 그리고, 진공조의 진공도를 10-4 torr까지 진공배기 한 후, 전자빔을 가지고 알루미늄과 이산화실리콘을 용융시킨다. 여기서 금속인 알루미늄은 용융되어 증발하기 시작하고, 이산화실리콘은 표면에만 반용융(semi-melted)상태가 되어 증발하게 된다. 상기 증발된 알루미늄과 이산화실리콘의 가스는 강판과 만나서 강판표면 위에 증착하여 알루미늄과 이산화실리콘이 복합적으로 도금된 강판을 제조할 수 있게 된다.

이때, 소지기판인 강판의 기판온도가 매우 중요하다. 왜냐하면 강판의 기판온도가 100℃ 이하로 너무 낮으면 도금층과 강판과의 밀착성이 약하여 가공시에 박리가 일어나고, 기판온도가 350℃이상이 되면 알루미늄과 기지강판에 있는 철과 합금을 이루기 때문에 도금층의 밀착성을 역시 약하게 만든다. 결국 적당한 기판의 온도는 100℃에서 350℃사이에서 실시되는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

하기표1의 발명예(1-6)과 비교예(1-6)의 경우 10×15cm의 크기로 절단한 두게 8mm, 조도범위 0.7-1.2㎛의 일반 냉연강판을 탈지한 후, 진공증착 장치의 진공조안에 장입하고 동시에 증착물질인 알루미늄과 이산화실리콘(SiO₂)을 낟알(grain)형태로 하여 동도가니에 장입하였다. 그리고 진공조의 진공도를 10^-4torr까지 진공배기 한 후, 전자빔을 가지고 알루미늄과 이산화실리콘을 증발시켜, 알루미늄과 이산화실리콘을 복합으로 강판 편면당 20g/㎡의 부착량으로 도금한 복합도금강판을 제조하였다. 이때, 강판표면에 증착된 알루미늄-이산화실리콘 복합도금층중의 이산화실리콘 함량 및 기판은 도는 하기표1의 조건으로 하였다.

또한, 하기표 1의 비교예(7-8)의 경우 10×15cm의 크기로 절단한 두께 8mm, 조도범위 0.7-1.2㎛의 일반 냉연강판을 탈지한 후, 진공증착 장치의 진공조안에 장입하고 동시에 증착물질인 아연과 이산화실리콘(SiO₂)을 낟알(grain)형태로 하여 각각 그레피이트(graphite) 및 동도가니에 장입하였다. 그리고 진공조의 진공도를 10^-4torr까지 진공배기 한 후, 전자빔을 가지고 아연과 이산화실리콘을 증발시켜, 아연과 이산화실리콘을 복합으로 강판 편면당 20g/㎡의 부착량으로 도금한 복합도금 강판을 제조하였다.

이때, 도금층중의 이산화실리콘 함량 및 기판온도는 하기표 1의 조건으로 하였다. 비교예(1)의 경우 기존의 전기도금 방법으로 아연을 도금한 경우이다. 여기서 아연의 도금량이 2Og/㎡ 이었다.

또한, 하기표1의 비교예(10-11)의 경우 기존의 분산도금 방법으로 아연을 도금한 경우이다. 여기서 분산제로는 10-20㎛ 크기의 이산화산화물(SiO₂)가 분산되어 있는 일산화학(日産化學(일본))의 Snowtex-0 제품을 사용하였다. 도금 용액은 pH=2에서 Zn²⁺는 70g/ℓ, Cl^1-는 230g/ℓ, SiO₂을 40g/ℓ 첨가하였다. 추가로 비교예(10)은 NaNO₃을 1.5g/ℓ, 비교예(11)는 Ni²⁺이온을 30g/ℓ 첨가하였다. 그리고 분산제의 응집현상을 알아보기 위하여 도금용액을 1주일간 대기중에서 방치한 후, 응집여부를 관찰하였다.

상기와 같이 제조된 알루미늄-이산화실리콘 복합도금의 제품특성을 평가하기 위해 밀착성, 광택도 및 내식성을 평가하였다. 먼저 도금총의 밀착성을 평가하기 위해 시편을 180도 굴곡 후 접착테이프를 이용하여 박리여부를 관찰하였다. 광택도는 가시광선영역의 광을 이용하여 반사도를 측정하였고, 입사각과 반사각은 시편의 법선방향을 기준으로 60˚ 각도에서 측정하었다. 그리고 표준샘플의 광택도 값을 100으로 기준으로 하고 각 시편의 광택도 값을 측정하였다. 마지막으로 각 제품의 내식성을 평가하기 위하여 ASTM Bl17-73 기준에 의거 5%의 염수분위기에서 염수분무실험을 실시하였다. 그리고 적청발생시간까지의 시간을 관찰하여 내식성을 비교, 평가하였다. 상기와 같이 측정된 결과를 하기표 1에 나타내었다.

[표 1]

상기표 1에 나타난 바와 같이, 발명예(1-6)의 경우, 알루미늄과 이산화실리콘을 동시에 증착함에 있어, 기판온도는 100℃에서 350℃사이로 하고, 이산화실리콘의 첨가량을 1중량%에서 10중량% 사이로 하면 양호한 밀착성을 유지하면서 광택 및 내식성이 우수한 도금강판을 제조할 수 있었다.

그러나, 비교예(1)의 경우 기판온도를 상온에서 유지하면 밀착력이 불량하였고, 또한 비교예(2)의 경우 기판온도를 400℃에서 유지하면 기판의 철과 알루미늄과 합금을 형성하여 밀착성이 불량하였다. 그리고 비교예(3-4)의 경우 이산화실리콘의 첨가량이 0.5중량%이하이면 내식성의 증가가 없었다. 한편, 비교예(5-6)처럼 이산화실리콘의 첨가량이 15중량%, 20중량% 이면 밀착력이 떨어져, 내식성이 증가하여도 제품으로서의 가치가 떨어진다. 본 발명에 의한 발명예(1-6)은 비교예(9)의 경우처럼 기존의 전기도금으로 아연만을 도금한 경우보다 염수분무에 의한 적청 발생까지의 시간이 최고 10배이상 증가하였다.

한편, 아연과 이산화실리콘을 동시에 도금한 비교예(7)의 경우를 보면 이산화실리콘의 첨가량이 10중량%인 경우, 같은 첨가량을 도금한 발명예(5)보다 내식성이 떨어지는 것을 알 수 있었다. 이는 이산화실리콘 뿐아니라 알루미늄이 아연보다 염수에 대한 내식성이 우수하기 때문이다. 그리고 이산화실리콘의 첨가량을 비교예(8)처럼 50중량% 첨가하면 내식성이 증가하지만 도금층의 밀착성이 나쁘기 때문에 가공시 도금층 박리현상이 발생한다.

그리고, 본 발명에 의한 제품의 광택도는, 전기아연도금강판인 비교예(1)의 광택도 보다 약 5배이상의 높은 수지를 보여주고 있었다. 한편, 비교예(10-11)의 경우처럼 기존의 분산도금법으로 아연과 이산화실리콘을 도금하면 분산제인 이산화실리콘의 석출량에 따라 내식성이 증가함을 알 수 있었다. 특히, 비교예(11)의 처럼 Ni 이온을 첨가하면 광택도를 증가시킬 수 있었다. 그러나 앞서 서술하였듯이 분산도금법은 도금용액을 가지고 처리하는 방법이기 때문에 폐수처리 시스템이 필요하고 상기 표1에 나타냈듯이 도금용액을 장기간 방치하면 분산제의 응집현상이 생기게 되어 도금용액의 관리를 위한 별도의 시스템이 필요하게 되는 단점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전자빔 진공증착방법으로 알루미늄-이산화실리콘을 강판에 증착함으로써, 종래 분산도금법처럼 습식법에 의해 도금을 하는 것이 아니고 진공중에서 도금을 하기 때문에, 환경공해문제가 전혀없고 폐수처리를 할 필요가 없으며, 또한 진공증착법은 금속 및 산화물을 동시에 증발시켜 강판에 도금시킬수 있기 때문에 분산도금법에서 문제가 되는 분산제의 응집현상이 없게 된다. 특히, 알루미늄과 이산화실리콘을 동시에 복합적으로 도금을 하였기 때문에, 아연을 단독으로 도금한 전기아연도금강판이나 아연-이산화실리콘보다 내식성 및 광택도가 우수한 도금강판을 제공할 수 있으며, 상기 제공된 도금강판은 자동차 외판용 및 가전 건재에 적용될 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1-10중량%의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘 증착도금층이 강판편면당 2g/㎡ 이상의 부착량으로 형성됨을 특징으로 하는 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판.

전자빔을 이용한 진공증착에 의해 복합도금강판을 제조하는 방법에 있어서, 소지강판을 100-350℃ 범위로 가열한 다음, 1-10중량%의 이산화실리콘을 함유하는 알루미늄-이산화실리콘을 상기 강판 편면당 2g/㎡ 이상의 부착량으로 진공증착하는 것을 특징으로 하는 광택도와 내식성이 우수한 알루미늄-이산화실리콘 복합도금강판 제조방법.