KR100369402B1 - 배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도금욕에 비스무스와 알루미늄을 각각의 특성이 상호보완될 수 있도록 첨가하여 피처리물의 표면에 형성되는 아연 도금층의 배출성능을 향상시키므로서 도금된 아연이 고드름이나 방울 모양으로 굳어지는 것을 방지하는 도금의 평활도는 물론, 표면광택을 높일 수 있는 용융아연도금욕 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 용융아연도금욕의 제조방법에 있어서, 용융욕조에서 아연을 용융점보다 높은 445∼455℃로 가열하여 용융시키고, 상기 용융아연도금욕의 조성물 함유량이 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%, 아연 99.85∼99.95중량%로 구성되도록 상기 아연이 용융된 용융욕조에 비스무스-아연 합금과 알루미늄-아연 합금을 각각 투입 용융시켜 제조되는 것을 특징으로 한다.

Description

배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법{A method of preparing hot- dip galvanizing bath with improved zinc drainage}

본 발명은 배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도금욕에 비스무스와 알루미늄을 각각의 특성이 상호보완될 수 있도록 첨가하여 피처리물의 표면에 형성되는 아연 도금층의 배출성능을 향상시키므로서 도금된 아연이 고드름이나 방울 모양으로 굳어지는 것을 방지하여 도금의 평활도는 물론, 표면광택을 높일 수 있는 용융아연도금욕 제조방법에 관한 것이다.

19세기 중엽 프랑스와 영국에서부터 시작된 용융아연도금은 뛰어난 방식효과와 경제성이 우수하여 선진 외국에서는 이미 구조물의 방식대책으로 가장 일반화되어 있는 방식법으로서, 특히 희생적 방식특성이 있는 아연이 철과 합금층을 이루며 견고히 부착되기 때문에 치밀한 보호피막을 형성하여 가장 이상적인 방식특성을 갖고 있다.

이러한 용융아연도금은 최근 건설비용에 못지 않은 막대한 유지보수비를 감안하여 내구성, 경제성, 작업성 등 많은 부분에 걸쳐 그 우수성이 널리 인식되어 가고 있는 방식법으로서 대기중, 토양중, 수중 또는 콘크리트 중에서 대단히 우수한 내식성을 나타낸다.

용융아연도금 기술은 지속적으로 진보하여 새로운 분야가 개척되고 있으며 수요량도 급격히 증가하고 있고, 특히 철도 및 교량관계, 토목·건축관계, 전력통신관계, 조선관계 등에 전반적으로 확산되고 있는데, 이것은 도금이 경제적으로 유리하다는 인식이 점차 자리잡고 있기 때문이다.

그러나 용융아연도금은 도금 후 피처리물을 용융도금욕조에서 꺼낼 때 피처리물에서 아연이 흘러 떨어지게 되는데 이러한 배출이 잘 안될 때 아연이 피처리물의 모서리나 각진 부위에 누적되거나 작은 구멍의 경우 아연으로 메워지거나 고드름 또는 방울 모양으로 굳어지기도 하여 도금 제품의 외관 불량이 발생하는 문제가 있으며, 이러한 문제가 심하면 피처리물을 운송하기 전에 양호한 표면외관을 위한 표면처리를 하여야 하므로 추가적인 인건비용이 발생하게 된다.

전술한 바와 같이 도금 제품의 외관 불량이 발생하는 문제를 보완하기 위하여 많은 방법들이 연구되고 있으며, 그 내용으로는 국내 공개특허 제 57392호(1999.7.15.공개)에 기재된 바와 같이 도금욕의 알루미늄 농도를 0.18∼0.28중량%로 하여 도금하는 방법과 국내 공개특허 제 77023호(1999.10.25.공개)에 기재되어 있는 바와 같이 용융금속이 알루미늄 45∼60중량%, 규소 0.5∼2중량%를 함유하여 도금하는 방법이 알려져 있다.

그러나 상기 특허공보 제 57392호의 방법은 도금욕 자체에 의해 도금의 평활성을 가지지 못하고, 에어나이프와 강판과의 거리에 의해서 양호한 표면외관을 얻게 되지만 강관에 적용시 표면외관이 불량해지고, 또한 상기 특허공보 제 77023호의 방법 역시 강관에 적용시 양호한 표면외관을 얻을 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 용융아연도금욕에 있어서, 도금욕에 비스무스와 알루미늄을 각각의 특성이 상호보완될 수 있도록 첨가하여 피처리물의 표면에 형성되는 아연 도금층의 배출성능을 향상시키므로서 도금된 아연이 고드름이나 방울 모양으로 굳어지는 것을 방지하는 도금의 평활도는 물론, 표면광택을 높일 수 있는 용융아연도금욕을 제조하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용융아연도금욕의 제조방법에 있어서, 용융욕조에서 아연을 용융점보다 높은 445∼455℃로 가열하여 용융시키고, 상기 용융아연도금욕의 조성물 함유량이 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%, 아연 99.85∼99.95중량%로 구성되도록 상기 아연이 용융된 용융욕조에 비스무스-아연 합금과 알루미늄-아연 합금을 각각 투입 용융시켜 제조되는 것에 특징이 있다.

일반적으로 용융아연도금은 철과 아연이 접촉하여 두 금속간의 전위차에 의해 전지가 형성되고 양극으로 작용하는 아연으로부터 음극인 철로 계속적으로 전자가 공급되어 외부 반응으로부터 철을 완전히 보호하므로서 철의 부식을 방지한다. 만약, 아연 피막이 벗겨져 철 표면이 노출되어도 그 간격이 2mm를 넘지 않는다면 그 주위의 아연이 철에 대하여 음극 방식작용을 해주기 때문에 철은 부식되지 않는다.

따라서 강재의 내식성을 향상시키기 위하여 소지금속에 대한 희생방식력이 뛰어난 용융아연도금을 실시하고 있으며, 또한 가격이 싸고 고속도금이 가능하며 인체에 해롭지 않은 등의 장점을 가지고 있고, 아연이 가지는 은백색의 미려함 때문에 가전용 등의 소재로도 많이 사용되어 왔다.

이러한 용융아연도금은 도금 후 잉여 용융아연의 배액은 비중, 온도, 작업물의 토출속도와 회전에 의해 제어되며, 이때 불량한 배액으로 작업물의 모서리와 각진 부분 등에 아연이 모이고, 작은 구멍과 좁은 채널 사이에 다리 모양으로 아연이 맺히기도 하며, 아연의 배액정도에 따라 아연 고드름과 방울형성 또한 영향을 받는다.

상기와 같은 아연의 배액정도를 좋게 하기 위하여 아연-비스무스 합금이 개발되었으며, 비스무스 함유 아연은 기존의 납함유 아연과 비교했을 때 동등한 배액효과를 나타내는 것으로 알려져 있고, 순수 아연에 납, 비스무스를 함께 첨가하였을 때 그 배액능에 탁월한 효과를 나타내었다.("비스무스 협회 회보, 1998 72"에서 발췌)

그리고 알루미늄은 통상적으로 도금후의 표면광택을 향상시키며, 도금욕의 유동성을 향상시켜 도금 표면외관을 좋게 하고, 도금층과 소지철의 계면상에 합금층이 균일하게 형성되어 도금의 밀착성을 확보하기 위해서 사용하고 있다.

따라서 본 발명에 따른 배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법은 상기와 같은 특성을 가지는 비스무스와 알루미늄을 적절한 비율로 첨가하여 용융아연도금욕을 제조하는 것으로서, 용융욕조에서 아연을 용융점보다 높은 445∼455℃로 가열하여 용융시키고, 상기 용융아연도금욕의 조성물 함량이 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%, 아연 99.85∼99.95중량%로 구성되도록 상기 아연이 용융된 용융욕조에 비스무스-아연 합금과 알루미늄-아연 합금을 각각 투입 용융시켜 제조되는 용융아연도금욕이다.

이때 알루미늄의 바람직한 함량은 0.025∼0.05중량%이며, 알루미늄이 0.025중량% 미만으로 첨가되면 드로스의 생성량이 많아져 아연의 소모량이 증가할 뿐만 아니라 도금 표면에 드로스가 부착되어 표면요철이 심해서 표면외관을 저하시키며, 도금 광택을 향상시키기에 부족하여 도금후의 표면광택이 불량하게 되고, 또한 알루미늄이 0.05중량%를 초과하여 첨가되면 아연의 배출성능이 저하되어 아연부착량이 증가하고, 평활도가 낮아지게 된다.

그리고 비스무스는 아연의 배출성능을 향상시키는 성분으로서, 그 첨가량은 바람직하게는 0.025∼0.1중량%이다. 이때 비스무스를 0.025중량% 미만으로 도금욕에 첨가하면 아연의 배출성능에 효과를 얻을 수 없어 도금 표면에 아연이 고드름이나 방울 모양으로 굳어지게 되고, 또한 비스무스 함량이 0.1중량%를 초과하더라도 아연의 배출성능은 더 이상 좋아지지 않음으로 비스무스 첨가량은 0.025∼0.1중량%로 한정하는 것이 바람직하다.

이하 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

[실험예1]

두께 3mm, 가로60mm×세로80mm 크기의 강판시편을 15∼20% 염산수용액으로 산세한 후 수세하여 준비하였다. 준비된 시편을 80℃의 20∼25중량% 플럭스(염화암모늄:염화아연=1:1)를 함유한 수용액에 30∼60초 동안 침척시킨 후 자연 건조하였다. 그 다음 비스무스-아연 합금과 알루미늄-아연 합금을 각각 투입하여 표 1에 나타낸 조성으로 445∼455℃에서 용융시킨 도금욕에 시편을 3분간 침적하여 도금하였다.

시편의 평균인양속도는 0.825m/min이었으며, 동일 조건의 실험을 4∼5회 반복하여 이에 따른 각 조성별 아연의 부착량을 시편의 침적전 무게와 침적후 무게차이를 시편의 침적된 면적으로 나누어 단위면적당 무게증가로 표 1에 나타내었다.

[표 1]

구분	성분조성(중량%)	아연부착량(g/㎠)	드로스생성량(g)	표면외관
	Bi				Al	Zn
비교예1	0	0	나머지	0.093	8.5
비교예2	0.05	"	"	0.087	3.6	약간의 고드름 형성
비교예3	0.1	"	"	0.079	2.8	"
비교예4	0.2	"	"	0.079	4.2	"
비교예5	0.3	"	"	0.079	3.9	"
비교예6	0	0.025	"	0.079	4.9	넓고 뾰족한 고드름 형성
비교예7	"	0.05	"	0.079	1.7	"
비교예8	"	0.075	"	0.087	1.6	"
비교예9	0.2	0.05	"	0.069	1.8	상당히 큰 고드름 형성
비교예10	0.3	0.05	"	0.076	2.1	"
비교예11	0.1	0.075	"	0.089	1.7	얇고 뾰족한 고드름
비교예12	"	0.1	"	0.099	1.6	"
실시예1	0.025	0.025	"	0.0517	3.2	약간의 고드름 형성
실시예2	0.05	"	"	0.0557	1.7	"
실시예3	"	0.05	"	0.069	5.2	"
실시예4	0.1	0.025	"	0.0545	1.9	얇고 뾰족한 고드름 형성
실시예5	"	0.05	"	0.069	1.6	"

표 1의 결과에서 보면 도금욕에 알루미늄의 첨가없이 비스무스만을 0.05∼0.3중량%로 첨가하였을 경우(비교예 2∼5) 비스무스 함량이 증가할수록 아연의 부착량이 감소하며, 비스무스 함량이 0.1중량%를 초과하여 첨가되어도 아연의 부착량은 더 이상 감소하지 않으므로 용융아연욕에 비스무스의 첨가는 아연의 배출성능을 향상시키고, 도금 표면에서 아연이 고드름 및 방울 모양으로 굳어지는 현상을 상당히 막아 주는 것을 알 수 있었다.

또한 비스무스와 알루미늄을 첨가하지 않고 아연 100중량%로 구성된 도금욕의 경우(비교예 1)에 비해 비스무스 및 알루미늄을 첨가했을 때 드로스의 생성량이 줄어들며, 특히 비스무스 0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%일 때에는 비교예 1에서 생성된 드로스 생성량의 1/4정도로 현저히 줄어드는 것을 알 수 있었다.

상기 실험의 결과에서 최적의 배출성능을 갖는 시편은 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%일 때(실시예 1∼5)의 시편으로 나타났다.

[실험예 2]

용융아연도금의 평활도를 알아보기 위해 황산동(CuSO₄)시험을 실시하였다. 비이커에 증류수 500㎖에 황산구리 180g을 넣고 가열하여 완전히 용해시킨 후 수산화제2구리(Cu(OH)₂)를 0.5g 넣어서 유리 황산을 중화하였다. 이 시험액을 이물질이 들어가지 않게 입구를 막고 24시간 방치후 거름종이로 걸러서 시험액을 제조하였다.

그 다음 실험예 1의 방법으로 도금한 시편을 표면의 이물질을 제거후 상기의 제조한 시험액에 1분간 담그었다가 꺼내어 즉시 물에 집어넣고 브러쉬로 시편 표면에 부착한 구리를 제거하였다. 똑같은 방법으로 아연도금층이 용해되어 시편 전면에 걸쳐 제거될 때까지 실험을 반복하여 아연도금층이 용해된 침적회수를 침적이 시작된 회수와 도금층이 완전히 제거된 회수의 비로 표 2에 나타내었다.

[표 2] 아연도금층이 용해된 침적회수(처음/완전)

Bi(중량%)	Al(중량%)	침적회수	Bi(중량%)	Al(중량%)	침적회수	Bi(중량%)	Al(중량%)	침적회수
0	0	2/12	0	0.05	2/5	0.025	0.025	3/6
0.05	"	1/3	"	0.075	2/3	0.05	"	3/4
0.1	"	1/3	0.2	0.05	2/3	"	0.05	3/5
0.2	"	1/4	0.3	"	2/3	0.1	0.025	3/5
0.3	"	1/2	0.1	0.075	3/4	"	0.05	3/5
0	0.025	2/6	"	0.1	3/5

황산동 시험의 결과로 볼 때 비스무스의 함량이 증가하면 도금층이 용해되는 시점이 빠르므로 도금층이 보다 얇아 진다는 사실에서 비스무스가 아연의 배출성능을 향상시킴을 알 수 있었다.

또한 도금층의 침적회수에서 보여지듯이 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%의 범위에서 일정한 도금층을 형성하여 두께편차가 크지 않음으로서 도금의 평활도도 양호한 것을 알 수 있었다.

이상에서 살펴본 바에 따르면 아연도금욕에 비스무스와 알루미늄을 함께 첨가하였을 때, 아연만으로 구성된 도금욕이나, 아연과 비스무스로만 구성된 도금욕 및 아연과 알루미늄으로만 구성된 도금욕보다 도금표면에서의 아연의 배출성능 및 표면광택이 좋아지며, 비스무스와 알루미늄 각각의 특성이 상호보완적으로 나타날 수 있는 첨가량의 범위, 즉 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%의 범위 안에서 더욱 안정되고 균일한 배출성능과 표면광택이 나타나게 된다.

상기와 같이 본 발명의 배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법은 도금욕에 비스무스와 알루미늄을 각각의 특성이 상호 보완될 수 있도록 첨가하여 피처리물의 표면에 형성되는 아연 도금층의 배출성능을 향상시키므로서, 도금된 아연이 고드름이나 방울 모양으로 굳어지는 것을 방지하고, 도금의 평활도와 표면광택을 높이는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

1. 용융아연도금욕의 제조방법에 있어서,

   용융욕조에서 아연을 용융점보다 높은 445∼455℃로 가열하여 용융시키고, 상기 용융아연도금욕의 조성물 함유량이 비스무스 0.025∼0.1중량%, 알루미늄 0.025∼0.05중량%, 아연 99.85∼99.95중량%로 구성되도록 상기 아연이 용융된 용융욕조에 비스무스-아연 합금과 알루미늄-아연 합금을 각각 투입 용융시켜 제조되는 것을 특징으로 하는 배출성능을 향상시킨 용융아연도금욕 제조방법