KR19990049601A - 아연-철계 이층도금강판 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 차체의 외판용 등에 사용되는 아연-철계 이층도금강판의 제조방법에 관한 것이며; 그 목적은 슬러지 발생이 없음은 물론 도금층이 보다 균일하고 도장성이 우수한 새로운 아연-철계 이층도금강판의 제조방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 분말을 공급하는 분말공급장치, 상기 분말공급장치로 부터 공급된 분말을 유동화시키는 유동상형성조 및 유동상형조로 부터 취입된 유동화분말을 강판에 도금하는 도금조를 포함하는 도금방법에 있어서,

상기 분말공급장치로 부터 평균입도가 45㎛의 철분말을 공급받아 하부로 부터 취입되는 가스에 의해 유동상형성조에서 철분말을 유동화시키는 단계; 상기와 같이 유동상형성조에서 유동화된 철분말을 상층도금조에 취입하여 상층도금조내의 철분말을 유동상대를 형성하는 단계; 상기 유동상대의 철분말을 "+" 또는 "-"로 대전시켜 철분말이 정전기를 띄도록 하는 단계; 420-460℃로 가열되고 어스된 용융아연강판을 상기와 같이 철분말이 정전기를 띄는 유동상대를 통과시켜 상기 강판표면에 철을 5-50g/㎡으로 융착시키는 단계; 및 상기 철이 융착된 강판을 420-650℃에서 5-20초 동안 재가열한 후 냉각하는 단계;를 포함하여 이루어지는 아연-철계 이층도금강판의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.

Description

아연-철계 이층도금강판 제조방법

본 발명은 자동차 차체의 외판용 강판 등에 사용되는 하층이 아연-철계 합금 도금층이고 상층은 하층에 비해 철이 많이 함유된 철-아연계 합금도금층으로 구성된 이층도금강판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 철분말을 사용하여 상층 도금층을 형성하는 아연-철계 이층 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

종래 부터 아연-철계 이층도금강판은 용접성, 도장성 및 가공성이 우수하여 자동차 차체의 외판용 강판으로 주로 사용되고 있다. 도금층의 구조는 일반적으로 하층 도금층의 조성은 중량비로 아연이 80-90%, 철이 10-20% 함유되어 있고, 상층으로는 철이 30% 이상이고 나머지가 아연으로 구성되는 특징이 있다. 이층도금강판은 하층 도금층에 의해 구멍부식이 방지되며, 상층 도금층에 의해 가공성, 도장성 및 용접성이 향상된다.

아연-철계 이층도금강판의 제조방법으로는 먼저, 하층 도금층을 형성하는 방법으로 용융도금 혹은 전기도금방법이 선택적으로 사용되며, 상층의 도금층 형성방법으로는 전기도금방법만을 이용하여 제조되어 왔다. 특히, 용융도금후에 전기도금법에 의해 제조된 도금강판의 경우는 프레쉬(flash) 강판이란 이름으로 제조되고 있다.

상층 도금층을 전기도금하는 방법 있어 철 함량을 증가시키기 위해서는 도금욕에 철 이온이 많이 함유되어 있으며, 실제 도금에 유용한 것은 철 2가 이온이다. 그런데, 이 철 2가 이온은 철 3가 이온으로 산화되어 슬러지화되는 자발적인 반응에 의해 도금용액에 슬러지가 다량 존재하게 되어 도금층을 오염시킨다. 이를 방지하기 위해 도금용액으로 부터 제거되는 슬러지가 공해물질이어서 페기처리가 어려운 문제가 있다. 또한, 프레쉬강판을 제조하는데 있어서 용융도금후 강판이 충분히 냉각된 후에 전기도금을 실시함에 따라 제조설비의 길이가 길어지고 또한 설비 제작비가 많이 드는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 슬러지 발생이 없음은 물론 도금층이 보다 균일하고, 도장성이 우수한 새로운 아연-철계 이층도금강판 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 이용되는 아연도금장치의 일례구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

220 ... 상층도금조 240 ... 유동상형성조 246 ... 분말공급장치

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 분말을 공급하는 분말공급장치, 상기 분말공급장치로 부터 공급된 분말을 유동화시키는 유동상형성조 및 유동상형조로 부터 취입된 유동화분말을 강판에 도금하는 도금조를 포함하는 도금방법에 있어서,

상기 분말공급장치로 부터 평균입도가 45㎛의 철분말을 공급받아 하부로 부터 취입되는 가스에 의해 유동상형성조에서 철분말을 유동화시키는 단계; 상기와 같이 유동상형성조에서 유동화된 철분말을 상층도금조에 취입하여 상층도금조내의 철분말의 유동상대를 형성하는 단계; 상기 유동상대의 철분말을 "+" 또는 "-"로 대전시켜 철분말이 정전기를 띄도록 하는 단계; 420-460℃로 가열되고 어스된 용융아연강판을 상기와 같이 철분말이 정전기를 띄는 유동상대를 통과시켜 상기 강판표면에 철을 5-50g/㎡으로 융착시키는 단계; 및 상기 철이 융착된 강판을 420-650℃에서 5-20초 동안 재가열한 후 냉각하는 단계를 포함하여 구성된다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 본 발명자가 제안한 한국특허 출원번호 97-54877호에 제시된 정전기 인력을 이용한 분말도금장치를 사용하여 용융아연도금강판에 철을 도금하는 것으로서, 상기 분말도금장치는 도 1에 도시된 바와같다.

도 1에 나타난 바와같이, 본 발명에 이용되는 정전기인력을 이용한 분말도금장치는, 가열수단에 의해 가열된 강판(스트립)(201)에 분말이 융착되어 도금층을 형성하는 상층도금조(220);

하부에서 취입되는 가스에 의해 분말을 부유시켜 유동상태로 만드는 유동상형성조(240);

상기 유동상형성조(240)내로 분말을 공급하는 분말공급장치(246); 를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 상층도금조(220)에는 철분말을 대전시키기 위한 적어도 하나 이상의 전극이 구비되어야 한다. 즉, 한쌍의 침상전극을 상기 상층도금조(220)의 측벽에 구비시키거나 또는, 이와 동시에 상층도금조(220)내를 지나는 강판을 기준으로 서로 마주보는 한상의 망상형태의 전극(229)을 상층도금조(220)와는 절연된 상태로 상층도금조(220)내에 구비시키는 것이다. 상기 전극은 고전압발생기(280)에 연결되어 있으며, 상기 전극은 분말을 "+" 또는 "-"로 대전시켜 분말이 정전기를 띄도록하는 것이다.

또한, 강판 전기적으로 어스시키는 것은 장력롤(232)에 의해 행해진다.

상층도금조(220)의 상부에는 도금강판표면에 잔류하는 분말을 도금층으로 변환시키기 위해 도금강판을 가열하기 위한 재가열로(230)가 설치되어 있다.

도 1에서 미설명부호 210은 가열수단, 211은 씽크롤, 212는 에어나이프, 213은 용융도금폿트, 214는 안정화롤 244는 가스분사판, 245는 가스공급부, 247은 분말공급관, 250은 싸이클론, 251은 백필터, 252는 집진기, 253은 흡입펌프, 254는 가스배관, 270은 가스가열장치이다.

본 발명에 따라 용융아연강판에 철도금하기 위해서는 분말공급장치(246)로 부터 평균입도가 45㎛이하의 철분말을 공급받아 하부로 부터 취입되는 가스에 의해 유동상형성조(240)에서 철분말을 유동화시켜야 한다. 이때, 크기가 45㎛이상의 철분말의 경우는 도금층의 두께에 비해 지나치게 크므로 표면이 불균일해져 도장후에도 표면에 이것이 전사되어 도장외관이 손상될 위험이 있으므로 철분말의 평균입도가 45㎛이하의 것을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어 철 분말을 유동상형성조(240)에서 철분말을 유동화시키는데, 그 이유는 다음과 같다. 철분말은 저절로 응집되는 특성을 갖고 있으므로 저장된 상태 그대로 분사할 경우에는 여러개의 철분말들이 응집되어 1개의 큰 입자와 같이 거동하게 되어 조대한 2차 입자 상태로 분사되기 쉽다. 조대한 입자가 분사될 경우에는 상기한 정전기인력의 효과가 불만족스럽게 되고 또한, 강판 부위별 부착량 편차도 필연적으로 발생하게 되므로 균일한 도금층을 얻는 것이 곤란하기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는 상층도금조(220)와는 별도로 마련된 유동상형성조(240)에서 철분말의 유동상을 형성하고 이 철분말의 유동상을 상층도금조(220)로 수송한다.

상기 유동상형성조(240)에서 부유되는 입자의 크기는 하부에서 취입되는 가스의 압력과 밀접한 관계가 있어 취입가스의 압력이 증가할수록 부유되는 입자의 크기가 증가한다. 따라서, 취입되는 가스의 압력을 조정하면 조대한 입자 혹은 2차입자의 경우는 부유되지 않고 바닥에 있게 되고, 원하는 크기의 철분말만을 부유시켜 상층도금조로 혼입할 수 있다. 이와 같이 하여 미세한 1차입자의 상태로 강판표면에 부착되면 도금층의 미시적인 균일성이 향상될 뿐만 아니라 철분말과 아연도금층과의 반응속도도 더욱 빠르게 되어 균일성 측면에서 더욱 유리하다. 거시적인 표면외관측면에서도 가스중 철 분말의 분포가 더욱 균일화되어 얻어지는 효과 외에도 동일한 전극에 가해진 전압하에서 각 입자가 받는 정전인력의 효과가 커짐에 따라 분사궤적의 영향이 더욱 감소되므로써 보다 균일한 도금층을 얻을 수 있다.

상기와 같이 유동상 형성조(240)에서 유동화된 철분말을 상층도금조(220)에 취입하여 상층도금조내에 철분말의 유동상대를 형성하고, 이 유동상대내의 철분말이 정전기를 띄도록 하여 어스된 용융아연강판에 철분말이 균일하게 부착되도록 한다.

본 발명에서는 이를 위한 기본수단으로서 강판의 온도를 420-460℃로 제한하면서 강판에 분말이 부착되는 힘으로 분말을 수송하는 캐리어 가스의 힘과 정전기 인력을 이용한다.

강판표면에는 철 분말과 강판과의 온도 차이에 의해 대류경계층이 형성되고, 이것이 철 분말의 접근을 방해하기 때문에 분말을 단순하게 분사하는 방법에서는 캐리어 가스의 압력을 증가시켜야만 분말이 이 경계층을 극복하고 강판표면에 부착될 수 있다. 그러나, 이때는 강판 부위별 분사궤적의 차이가 발생하여 도금층이 불균일해질 위험이 있다. 반면, 정전인력은 정전 대전된 두 물체 사이의 거리의 제곱에 반비례하므로(F ∝ 1/r²), 대류경계층이 형성된 강판표면 근방에서는 정전인력의 영향력이 커지게 되어 캐리어 가스에 의해 이 경계층가지 수송된 철분말은 손쉽게 강판 표면에 부착될 수 있다. 이와같은 정전인력을 이용하면 캐리어 가스압력을 강판표면에 영향력을 미치지 않을 정도로 낮추어도 분말이 부착될 수 있어 강판 표면에는 분사궤적이 나타나지 않는다. 표면에 순차적으로 부착되는 철분말은 표면 전하가 강판을 통해 소실되어 표면에 탈락되기 전에 아연도금층중의 아연과 합금화 반응에 의해 도금층으로 변화되어 철-아연 이층도금강판의 제조가 가능하다.

본 발명에 있어서는 상기와 같이 철분말을 유동화시키고, 철분말에 정전기를 형성시키므로서 종래기술에 비하여 간편하게 이층 도금강판을 제조할 수 있게 된다.

본 발명에 따라 철분말이 정전기를 띄도록 대전하는 것은 위에서 언급한 바와같이, 상층도금조내에 측벽에 마련된 침상전극 또는 망상형태의 전극(229)에 전압을 가하여 행하는데, 이때의 전압은 -1∼ -50K 또는 1-50kV로 가하는 것이 바람직하다. 그 이유는 대전전압이 +1kV 혹은 -1kV이하의 경우 정전효과가 없으며, +50kV 혹은 -50kV이상의 전압에서는 철분말의 부착에는 문제가 없지만 전압증가에 의한 효과가 크지 않으므로 제한범위 이상의 정전대전은 불필요하다.

다음에, 용융아연도금강판을 가열수단(210)에서 가열한 후 장력롤(232)에서 어스스킨다음 용융아연도금 강판을 상기와 같이 철분말이 정전기를 띠는 유동상대를 통과시켜 상기 강판표면에 철분말을 융착시켜 도금층을 형성시킨다. 상기 용융아연도금강판의 가열온도는 420-460℃가 바람직한데, 그 이유는 가열온도가 420℃미만의 경우 아연이 녹지 않아 합금화반응이 일어나지 않으며, 460℃이상의 경우 아연, 철합금화가 진행되어 아연도금층의 밀착성이 떨어지기 때문이다.

이때, 용융아연도금강판은 특별한 가열수단으로 가열할 필요없이 가열수단(210) 대신 용융도금공정을 분말도금장치에 연결하여 강판에 용융아연을 부착한 후 부착된 용융아연이 응고되기 직전에 어스시킨다음 유동상대를 통과시키는 것이 에너지 효율 측면에서 보다 유익하다. 즉, 강판표면에 부착된 용융아연이 응고되기 직전에 철분말을 부착하면 용융아연과의 확산반응에 의해 완전히 도금층이 부착하게 되어 상층도금층이 형성되는 것이다. 이때 철의 부착량은 5-50g/㎡으로 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 철의 부착량이 5g/㎡미만의 경우 이층도금효과가 적으며, 50g/㎡이상의 경우 상층도금층의 Fe양이 너무 많기 때문에 내식성이 떨어지기 때문이다.

상기와 같이 철이 융착된 강판표면에 반응하지 않고 잔존한 철 분말이 존재할 경우는 도금설비의 각종 롤에 분말이 부착되어 덴트의 결함을 유발할 가능성이 있으므로 이를 방지할 필요가 있다. 이를 위해 철 분말 부착후 재가열처리를 행함으로써 완전히 아연도금층과 철분말이 합금화 반응이 일어나도록 한다. 이를 위해 도금후에 강판을 420℃이상 650℃이하의 온도에서 5초 이상 20초 이하 동안 재가열처리를 실시한다. 420℃의 온도에서 처리하거나 처리시간이 5초 이하일때는 아연도금층의 재용융 및 합금화 반응이 충분하지 않아 재가열처리의 효과가 없다. 온도가 650℃이상이고 처리시간이 20초 이상일 때는 하층 도금층의 합금화 반응이 지나치게 증가하여 도금층이 박리될 위험이 커진다.

본 발명에 있어 철분말은 폭발할 가능성이 있으나 약산화성 혹은 불활성 분위기에서 수송할 경우는 이를 방지할 수 있으며, 이때의 아연 도금층의 산화를 방지할 수 있어 더욱 우수한 품질의 도금층을 얻을 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다.

[실시예]

냉간압연된 강판스트립을 용융아연도금공정에서 용융아연을 부착한 후 용융아연이 응고되기 전에 철의 유동상을 통과시켜 도금한 다음 재가열처리하여 도금시편을 제조한 후 도금특성을 측정하고 그 결과를 하기표 1에 나타내었다.

본 발명에 있어 도금특성은 도금층의 밀착성, 도금균일성 및 도장성을 측정하고, 그 결과를 나타내었는데 그 측정방법은 다음과 같다.

먼저, 1)도금층의 밀착성은 도금된 강판을 45도 밴딩 테스트시 박리된 정도로 평가하였으며, 도금층이 전혀 박리되지 않는 수준을 "◎", 박리된 흔적이 나타나는 수준을 "○", 박리된 흔적이 비교적 뚜렷이 나타는 수준을 "△", 그리고 도금층의 거의 다 박리된 수준을 "X"로 표시하였다.

2)도금 균일성은 육안관찰하여 외관이 균일하고 주사현미경으로 상층도금조직을 2000배로 확대 관찰하여 핀 홀(pin hole)등이 없이 균일한 조직을 갖고 있으면 "◎", 외관은 균일하나 조직이 균일하지 못하면 "○", 외관이 불균일하고, 조직이 균일하지 못하면 "△", 그리고 도금층이 형성되지 않은 상태를 "X"로 표시하였다.

3)도장성은 도금강판을 인산염처리하여 인산염결정이 균일하고 도장외관이 균일하면 ○, 인산염결정 혹은 외관이 균일하지 못하면 X로 표시하였다.

No.	분말크기(㎛)	전압(kV)	재가열온도(℃)	재가열시간(sec)	도금밀착성	도금균일성	도장성
1	50	-50	500	10	○	○	X
2	5	0	650	10	○	X	X
3	5	-50	415	25	X	○	○
4	5	+50	500	4	X	○	○
5	10	+50	500	5	○	○	○
6	10	-50	650	10	○	○	○
7	5	-1	420	10	○	○	○
8	45	+1	500	5	○	○	○

상기 표 1에 기재한 바와같이, 비교예(No. 1-4)의 도금밀착성, 도금층 균일성 및 도장성 등의 특성 중 1개 이상의 특성이 불량하게 나타났는데, 이는 도금인자들 중 1개 이상의 본 발명에서 제한한 범위을 벗어났기 때문이다. 반면에 본 발명에 따른 조건범위에서 제조된 도금층(No. 5-8)은 도금밀착성, 도금층 균일성 및도장성이 모두 만족되었다.

상술한 바와같이, 본 발명에 의하면 종래의 이층도금강판의 제조방법에 따른 공해발생문제를 해결함은 물론 도금특성이 보다 우수한 아연-철계 이층도금강판을 제공할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 분말을 공급하는 분말공급장치, 상기 분말공급장치로 부터 공급된 분말을 유동화시키는 유동상형성조 및 유동상형조로 부터 취입된 유동화분말을 강판에 도금하는 도금조를 포함하는 도금방법에 있어서,

   상기 분말공급장치로 부터 평균입도가 45㎛의 철분말을 공급받아 하부로 부터 취입되는 가스에 의해 유동상형성조에서 철분말을 유동화시키는 단계;

   상기와 같이 유동상형성조에서 유동화된 철분말을 상층도금조에 취입하여 상층도금조내의 철분말의 유동상대를 형성하는 단계;

   상기 유동상대의 철분말을 "+" 또는 "-"로 대전시켜 철분말이 정전기를 띄도록 하는 단계;

   420-460℃로 가열되고 어스된 용융아연강판을 상기와 같이 철분말이 정전기를 띄는 유동상대를 통과시켜 상기 강판표면에 철을 5-50g/㎡으로 융착시키는 단계;

   상기 철이 융착된 강판을 420-650℃에서 5-20초 동안 재가열한 후 냉각하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 아연-철계 이층도금강판의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 용융아연강판은 가열하는 대신 용융도금공정에서 용융아연을 부착한 후 부착된 용융아연이 응고되기 직전에 어스시킨 다음 유동상대를 통과시킴을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 철분말의 대전은 -1∼ -50kV 또는 1∼50kV의 전압으로 행함을 특징으로 하는 방법.