KR102043504B1 - 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 아연계 전기합금 강판 - Google Patents

전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 아연계 전기합금 강판 Download PDF

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Abstract

전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 강판 제조방법은 알루미늄(Al) 0.01~5.0M, 마그네슘(Mg) 0.001~3.0M, 옥살산(oxalic acid) 0.001~0.5M 및 아닐린(aniline) 0.1~5.0M을 포함하는 혼합물을 전해 중합하여, 전도성 중합물을 제조하는 단계; 상기 전도성 중합물을 아연 혼합액에 첨가하여, 도금액을 제조하는 단계; 베이스 강판을 상기 도금액에 침지하고 전기도금하는 단계; 및 상기 베이스 강판을 합금화 열처리하는 단계;를 포함한다.

Description

전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법 및 이에 의해 제조된 아연계 전기합금 강판 {MANUFACTURING METHOD FOR ZINC ALLOY ELECTROPLATED STEEL SHEET USING CONDUCTING POLYMER AND ZINC ALLOY ELECTROPLATED STEEL THEREOF}
본 발명은 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 아연계 전기합금 강판에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 내식성 및 작업 안정성이 우수한 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 아연계 전기합금 강판에 관한 것이다.
냉연강판의 내식성 향상을 위해 용융도금법 및 전기화학도금법 등을 적용하여, 아연(Zn) 및 알루미늄(Al) 등의 금속을 냉연강판 표면에 피복시키는 기술이 적용되고 있다.
전도성 고분자에 관한 연구는 응용분야가 한정되어 실용화되지 못하고 있다가, 1993년 독일의 지펠링-케슬러(Zipperling-Kessler) 연구진이, 표면부식 현상 억제 효과와 관련한 논문이 발표된 이래로, 이를 실용화하는 기술이 크게 발전되고 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1734747호(2017.05.11. 공고, 발명의 명칭: 용기용 강판 및 용기용 강판의 제조 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 내식성 및 부착성이 우수한 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 가공성 및 용접성이 우수한 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 도금층 구성 성분의 함량과, 도금층 부착량의 제어가 용이한 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 제조시 작업 안정성이 우수한 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법에 의해 제조된 아연계 전기합금강판을 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법은 알루미늄(Al) 0.01~5.0M, 마그네슘(Mg) 0.001~3.0M, 옥살산(oxalic acid) 0.001~0.5M, 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아닐린(aniline) 0.1~5.0M을 포함하는 혼합물을 전해 중합하여, 전도성 중합물을 제조하는 단계; 상기 전도성 중합물을 아연 혼합액에 첨가하여, 도금액을 제조하는 단계; 베이스 강판을 상기 도금액에 침지하고 전기도금하는 단계; 및 상기 베이스 강판을 합금화 열처리하는 단계;를 포함하며, 상기 아연 혼합액은 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아연(Zn) 0.05~8.0M을 포함한다.
한 구체예에서 상기 전기 도금은, 10~40A/dm2의 전류밀도로 도금할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알루미늄, 마그네슘, 옥살산, 황산 및 아닐린을 포함하는 혼합물을 0.1~100 쿨롱(coulomb)의 전하량으로 전해 중합하여 제조될 수 있다.
한 구체예에서 상기 합금화 열처리는, 상기 베이스 강판을 400~600℃의 온도로 열처리 할 수 있다.
한 구체예에서 상기 혼합물의 pH는 1~4이며, 온도는 20~80℃일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법에 의해 제조된 아연계 전기합금강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 아연게 전기합금강판은 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 형성된 합금층;을 포함하며, 상기 합금층은, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 포함한다.
한 구체예에서 상기 합금층은 알루미늄 0.5~10 중량%, 마그네슘 0.01~5 중량% 및 잔량의 아연(Zn)을 포함할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따른 아연계 전기합금 강판 제조시, 내식성 및 부착성이 우수하며, 가공성 및 용접성이 우수하고, 도금층 구성 성분의 함량과, 도금층 부착량의 제어가 용이하며, 제조시 작업 안정성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 도금액을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3(a)는 본 발명의 베이스 강판에 도금층을 형성한 것이며, 도 3(b)는 상기 도금층이 형성된 베이스 강판을 합금화 열처리한 것을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법
본 발명의 하나의 관점은 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법은 (S10) 전도성 중합물 제조 단계; (S20) 도금액 제조 단계; (S30) 전기도금 단계; 및 (S40) 합금화 열처리 단계;를 포함한다.
좀 더 구체적으로 상기 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법은 (S10) (S10) 알루미늄(Al) 0.01~5.0M, 마그네슘(Mg) 0.001~3.0M, 옥살산(oxalic acid) 0.001~0.5M, 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아닐린(aniline) 0.1~5.0M을 포함하는 혼합물을 전해 중합하여, 전도성 중합물을 제조하는 단계; (S20) 상기 전도성 중합물을 아연 혼합액에 첨가하여, 도금액을 제조하는 단계; (S30) 베이스 강판을 상기 도금액에 침지하고 전기도금하는 단계; 및 (S40) 상기 베이스 강판을 합금화 열처리하는 단계;를 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 전도성 중합물 제조 단계
상기 단계는 알루미늄(Al) 0.01~5.0M, 마그네슘(Mg) 0.001~3.0M, 옥살산(oxalic acid) 0.001~0.5M 및 아닐린(aniline) 0.1~5.0M을 포함하는 혼합물을 전해 중합하여, 전도성 중합물을 제조하는 단계이다.
상기 알루미늄 및 마그네슘은 수용액 속에서 산화가 급격하게 일어나 폭발 위험성이 있을 뿐만 아니라, 상기 알루미늄 및 마그네슘이 수소(H)를 기준으로 한 표준전위가 각각 -1.662V 및 -2.363V로 물의 수소발생 전위인 0V보다 훨씬 비(base)하기 때문에 수용액에서 금속 알루미늄이나 금속 마그네슘으로 석출시키기 어렵다.
본 발명에서는 상기 알루미늄, 마그네슘, 옥살산 및 아닐린을 포함하는 혼합물을 전해 중합하여 전도성 중합물의 형태로 적용함으로써, 강판 표면에 상기 알루미늄 및 마그네슘을 포함하는 도금층을 용이하게 형성할 수 있다.
상기 알루미늄은, 내식성 향상을 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 전도성 중합물 제조시, 상기 알루미늄은 상기 혼합물 중 0.01~5.0M의 몰농도(molarity)로 포함된다. 상기 알루미늄을 0.01M 미만으로 포함시, 본 발명의 내식성을 확보하기 어려우며, 5.0M을 초과하여 포함시, 도금층의 밀착성, 용접성 또는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 마그네슘은 내식성 향상을 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 전도성 중합물 제조시, 상기 마그네슘은 상기 혼합물 중 0.001~3.0M의 농도로 포함된다. 상기 마그네슘을 0.001M 미만으로 포함시, 내식성 확보가 어려우며, 3.0M를 초과하여 포함시 도금층의 밀착성, 용접성 또는 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 옥살산(oxalic acid), 황산(H2SO4) 및 아닐린(aniline)은 전도성 중합물 형성을 목적으로 포함된다. 한 구체예에서 상기 전도성 중합물 제조시, 상기 옥살산은 상기 혼합물 중 0.001~0.5M의 농도로 포함된다. 상기 옥살산을 0.001M 미만으로 포함시, 내식성이 저하되며, 0.5M를 초과하는 농도로 포함시, 전해 중합 효율이 저하되어, 전도성 중합물이 용이하게 형성되지 않을 수 있다.
한 구체예에서 상기 전도성 중합물 제조시, 상기 황산은 상기 혼합물 중 0.01~1.0M의 농도로 포함된다. 상기 황산을 0.01M 미만으로 포함시, 전해 중합 효율이 저하되며, 1.0M을 초과하는 농도로 포함시 전도성 중합물이 용이하게 형성되지 않을 수 있다.
상기 아닐린은, 단량체 형태로 포함될 수 있다. 한 구체예에서 상기 전도성 중합물 제조시, 상기 아닐린은 상기 혼합물 중 0.1~5.0M의 농도로 포함된다. 상기 아닐린을 0.1M 미만으로 포함시, 내식성이 저하되며, 5.0M를 초과하는 농도로 포함시, 전해 중합 효율이 저하되어, 전도성 중합물이 용이하게 형성되지 않을 수 있다.
상기 전도성 중합물은, 상기 알루미늄, 마그네슘, 옥살산, 황산 및 아닐린을 포함하는 혼합물을 0.1~100 쿨롱(coulomb)의 전하량으로 전해 중합하여 제조될 수 있다. 상기 전하량으로 전해 중합시, 폴리아닐린(polyaniline)이 용이하게 형성되며, 추후 전기 도금시 강판 표면에 도금층이 용이하게 형성되어 내식성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 혼합물의 pH는 1~4이며, 온도는 20~80℃일 수 있다. 상기 조건에서 전해 중합이 용이하게 발생할 수 있다.
(S20) 도금액 제조 단계
상기 단계는 상기 전도성 중합물을 아연 혼합액에 첨가하여, 도금액을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 아연 혼합액은 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아연(Zn) 0.05~8.0M을 포함한다.
하기 도 2는 본 발명의 한 구체예에 따른 도금액을 개략적으로 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면, 도금액은 황산 및 아연을 포함하는 아연 혼합액(20)에, 상기 전도성 중합물(10)이 분산된 형태일 수 있다.
상기 황산을 0.01M 미만으로 포함시, 강판 표면에 도금층이 용이하게 형성되지 않으며, 1.0M을 초과하여 포함시, 상기 도금층의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
상기 아연을 0.05M 미만으로 포함시, 도금층의 내식성이 저하되며, 8.0M를 초과하여 포함시 부착성 및 도금층의 기계적 물성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서 상기 도금액은 pH 1~3이며, 온도는 40~70℃일 수 있다. 상기 조건에서 도금층을 용이하게 형성시킬 수 있다.
(S30) 전기도금 단계
상기 단계는 베이스 강판을 상기 도금액에 침지하고 전기도금하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 전기 도금은, 베이스 강판 표면에 상기 도금액을 이용하여, 10~40A/dm2의 전류밀도로 도금하여, 도금층을 형성할 수 있다. 상기 전류밀도 조건에서, 도금층 부착량과 도금층의 기계적 물성이 우수할 수 있다.
(S40) 합금화 열처리 단계
상기 단계는 상기 베이스 강판을 합금화 열처리하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 합금화 열처리는, 상기 베이스 강판을 400~600℃의 온도로 열처리 할 수 있다. 상기 조건에서, 합금화 효율성이 우수할 수 있다.
도 3(a)는 본 발명의 베이스 강판에 도금층을 형성한 것이며, 도 3(b)는 상기 도금층이 형성된 베이스 강판을 합금화 열처리한 것을 나타낸 것이다. 상기 도 3을 참조하면, 베이스 강판(100)의 표면에 상기 도금액을 전기 도금하여, 도금층(30, 31)을 형성한 다음, 합금화 열처리를 통해 베이스 강판(100)의 표면에 알루미늄-마그네슘-아연계 합금층(110, 111)을 형성할 수 있다.
본 발명의 제조방법에 따른 아연계 전기합금 강판 제조시, 내식성 및 부착성이 우수하며, 가공성 및 용접성이 우수하고, 용융도금 방식보다 도금층 구성 성분의 함량과, 도금층 부착량의 정밀한 제어가 가능하며, 제조시 작업 안정성이 우수할 수 있다.
전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법에 의해 제조된 아연계 전기합금강판
본 발명의 다른 관점은 상기 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법에 의해 제조된 아연계 전기합금강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 아연계 전기합금 강판은 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 형성된 합금층;을 포함하며, 상기 합금층은, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 포함한다.
한 구체예에서 상기 합금층은 알루미늄(Al) 0.5~10 중량%, 마그네슘(Mg) 0.01~5 중량% 및 잔량의 아연(Zn)을 포함할 수 있다. 예를 들면 알루미늄 0.5~10 중량%, 마그네슘 0.01~5 중량% 및 아연(Zn) 86~95 중량% 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 합금층의 두께는 1~20㎛일 수 있다. 상기 두께에서 부착성, 내식성 및 기계적 강도가 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
알루미늄(Al) 0.01~5.0M, 마그네슘(Mg) 0.001~3.0M, 옥살산(oxalic acid) 0.001~0.5M, 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아닐린(aniline) 0.1~5.0M을 포함하며, pH 2.5 및 온도 50℃의 혼합물을 0.1~100 쿨롱(coulomb)의 전하량으로 전해 중합하여, 전도성 중합물을 제조하였다. 그 다음에, 상기 전도성 중합물을 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아연(Zn) 0.05~8.0M을 포함하는 아연 혼합액에 첨가하여, pH 1.5 및 온도 55℃의 도금액을 제조하였다.
베이스 강판을 상기 도금액에 침지하고 10~40A/dm2의 전류밀도로 전기도금하여, 상기 베이스 강판의 양면에, 도금층을 형성하였다. 그 다음에 상기 베이스 강판을 400~600℃의 온도로 합금화 열처리하여, 아연(Zn), 알루미늄(Al) 및 마그네슘(Mg)을 포함하는 두께 5㎛의 합금층을 형성하여 아연계 전기합금 강판을 제조하였다.
상기 실시예 강판에 대하여, JIS Z2371에 규정된 방식으로 염수분무 시험을 실시하였다. 상기 내식성 평가는 5% NaCl로 480시간 동안 염수 분무 실험후 부식감량이 0.05g/cm2 미만이면 양호, 그 이상이면 불량으로 판정하였다. 평가 결과, 상기 실시예 강판은 부식감량이 0.05g/cm2 미만으로 측정되어, 내식성이 우수함을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
10: 전도성 중합물 20: 아연 혼합액
30, 31: 도금층 100: 베이스 강판
110, 111: 합금층

Claims (7)

  1. 알루미늄(Al) 0.01~5.0M, 마그네슘(Mg) 0.001~3.0M, 옥살산(oxalic acid) 0.001~0.5M, 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아닐린(aniline) 0.1~5.0M을 포함하는 혼합물을 전해 중합하여, 전도성 중합물을 제조하는 단계;
    상기 전도성 중합물을 아연 혼합액에 첨가하여, 도금액을 제조하는 단계;
    베이스 강판을 상기 도금액에 침지하고 전기도금하는 단계; 및
    상기 베이스 강판을 합금화 열처리하는 단계;를 포함하며,
    상기 아연 혼합액은 황산(H2SO4) 0.01~1.0M 및 아연(Zn) 0.05~8.0M을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 도금은, 10~40A/dm2의 전류밀도로 도금하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 중합물은, 상기 알루미늄, 마그네슘, 옥살산, 황산 및 아닐린을 포함하는 혼합물을 0.1~100 쿨롱(coulomb)의 전하량으로 전해 중합하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 합금화 열처리는, 상기 베이스 강판을 400~600℃의 온도로 열처리 하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 혼합물의 pH는 1~4이며, 온도는 20~80℃인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자를 이용한 아연계 전기합금 강판 제조방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
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