KR102209546B1 - 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가전, 건축자재, 차량 등의 내장재 및 외장재 등에 사용되는 도금강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.

Description

광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판 및 그 제조방법{PLATED STEEL SHEET HAVING EXCELLENT SURFACE PROPERTY AND GLOSSINESS, AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 가전, 건축자재, 차량 등의 내장재 및 외장재 등에 사용되는 도금강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
가전, 건축자재, 차량 등의 내장재 및 외장재로 사용되는 강판은 부식에 대한 저항성이 우수하면서, 미려한 외관을 가져야 한다. 이에 내식성과 표면외관을 동시에 확보할 수 있는 스테인리스 강판을 널리 사용하고 있다.
일반적으로 스테인리스 강판은 미려한 표면외관을 지니기 위하여 표면 마무리 공정을 행하게 되고, 이러한 마무리 공정 중의 하나로, 헤어라인 무늬를 형성하는 방법이 있다. 이러한 헤어라인 무늬를 형성하는 방법은 강재 표면을 적당한 연마재로 연마하여 연마자국이 남도록 함으로써 연마 표면이 머리카락처럼 길게 연속적으로 라인이 형성되도록 하여 미려한 외관을 확보하는 기술이다.
그러나 상기 스테인리스 강판은 가격이 높아 비경제적이다. 또한, 헤어라인 무늬 형성 후에 지문자국이나 외부 오염 방지를 위해 추가 도장을 행하는 경우가 있으나, 상기 스테인리스 강판 표면은 도장의 부착성 등에 문제가 있다.
따라서, 상기 스테인리스 강판을 대체할 수 있는 강재에 대한 요구가 끊임없이 이어지고 있는 실정이다.
본 발명의 일측면은 표면 특성이 우수하고, 우수한 광택도 및 내식성을 갖는 도금강판과 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 과제는 상술한 사항에 한정되지 않는다. 본 발명의 추가적인 과제는 명세서 전반적인 내용에 기술되어 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 명세서에 기재된 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 일태양은, 소지철;
상기 소지철 상에 형성된 Zn-Mg 도금층; 및
상기 Zn-Mg 도금층 상에 형성된 UV 경화 피막층을 포함하고,
상기 Zn-Mg 도금층 표면에서는 헤어라인 무늬가 형성되어 있고, 상기 Zn-Mg 도금층은 Mg 함량이 8~27 중량%이고, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 일태양은, 소지철을 준비하는 단계;
상기 소지철 상에 진공 증착 방법으로, Mg 함량이 8~27 중량%, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 Zn-Mg 도금층을 형성하는 단계;
상기 Zn-Mg 도금층 표면에 헤어라인 무늬를 형성하는 단계;
상기 Zn-Mg 도금층 상에 UV 경화 도료를 도포하는 단계; 및
상기 UV 경화 도료를 경화시켜 UV 경화 피막층을 형성하는 단계를 포함하는 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 표면 얼룩, 결함 등이 저감되어 우수한 표면 특성을 갖는 동시에, 광택도가 우수한 도금강판을 제공할 수 있다. 특히, 본 발명에 의하면, 고가의 스테인리스를 대체하여 경제적으로, 가전, 건축자재, 차량 등의 내장재 및 외장재를 제공할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 단층 구조의 Zn-Mg 도금층을 갖는 도금강판을 모식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 이층 구조의 Zn-Mg 도금층을 갖는 도금강판을 모식화한 것이다.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 도금강판은 소지철, 상기 소지철 상에 형성된 Zn-Mg 도금층, 상기 Zn-Mg 도금층 상에 형성된 UV 경화 피막층을 포함한다.
상기 소지철은 그 종류를 특별히 한정하지 않으며, 본 발명이 적용될 수 있는 가전, 건자재 등의 용도로 사용되는 강종이면 무방하다. 또한, 열연, 냉연, 후판, 선재 등 그 형태를 특별히 제한하지 않는다.
상기 소지철 상에는 Zn-Mg 도금층이 존재한다. 상기 Zn-Mg 도금층의 Mg 함량은 8~27 중량%이고, 나머지는 Zn와 불가피한 불순물인 것이 바람직하다. 상기 Mg 함량이 8 중량% 미만에서는 우수한 광택도를 확보하기 어려우며, 27 중량%를 초과하는 경우에는 도금층이 경도가 높아지고, 얼룩 등 표면 결함 내지 크랙이 발생한 가능성이 높으므로, 상기 Mg 함량은 27 중량%를 초과하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 후술하는 바와 같이 Zn-Mg 도금층이 이층구조를 갖는 경우, 상기 도금층 전체의 Mg 함량이 8~27중량%인 것이 바람직하다.
한편, 상기 Zn-Mg 도금층을 형성하는 방법의 일예로서, 우수한 도금층 표면특성 및 광택도를 확보하기 위해 진공 증착 방식을 이용하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 Zn-Mg 도금층은 단층 구조로 이루질 수 있고, 상기 Zn-Mg 도금층과 소지철 사이에 Zn 도금층을 갖는 이층 구조로 이루어질 수 있다. 이에 대해서는 도 1 및 도 2에 모식적으로 나타내었다. 즉, 도 1은 소지철(100) 상에 Zn-Mg 도금층(200)이 형성되어 있고, 그 표면에 헤어라인 무늬(300)가 구비되어 있다. 그리고, 그 위에 UV 경화 피막(400)이 형성되어 있는 구조이다.
도 2는 Zn-Mg 도금층(200)이 2층 구조인 것으로서, 보다 상세하게는 Zn-Mg층(220)과 소지철(100) 사이에 Zn층(210)이 형성될 수 있다. 헤어라인 무늬(300) 및 UV 경화 피막층(400)은 도 2에서도 동일하다. 도 2와 같은 구조에서 Zn 층(210)은 소지철(100)과 Zn-Mg층(220)의 밀착력을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
상기 Zn-Mg 도금층의 표면에는 헤어라인 무늬가 형성되는 것이 바람직하다, 상기 헤어라인 무늬를 통해, 헤어라인 질감과 의장성을 부여할 수 있다. 상기 헤어라인 무늬의 형태, 깊이 등은 특별히 한정되는 것은 아니고, 용도, 고객사의 요구 등에 따라 적절히 형성될 수 있다.
상기 Zn-Mg 도금층 상에 UV 경화 피막층이 형성되어 있다. 상기 UV 경화 피막층은 투명한 것이 바람직하다. 상기 UV 경화 피막층은 후술하는 UV 경화 도료를 도포한 후, 경화시켜 형성되는 것이 바람직하다.
상기 UV 경화 피막층은 두께는 0.8~1.2㎛인 것이 바람직하다. 상기 UV 경화 피막층 두께가 1.2㎛를 초과하는 경우에는 선영성이나 표면 광택에서 유리하나, 도막이 두꺼워져 가공에 어려움이 있다. 반면, 0.8㎛ 미만에서는 내식성이나 고선영 및 고광택의 품질을 확보하기 어려운 문제가 있다. 상기 UV 경화 피막층의 두께는 약 1㎛ 수준이 가장 바람직하다.
본 발명의 도금강판은 광택계(glossmeter)를 이용하여 측정하며, 측정각도 60도로 측정시 유리의 반사율을 100으로 했을 때의 상대적인 값이 60~120인 광택도를 갖는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 도금강판을 제조하는 방법에 대해서 상세히 설명한다. 구체적으로, 소지철을 준비하는 단계, 상기 소지철 표면에 Zn-Mg 도금층을 형성하는 단계, 상기 Zn-Mg 도금층 표면에 헤어라인 무늬를 형성하는 단계, 상기 Zn-Mg 도금층 상에 UV 경화 도료를 도포하는 단계, 상기 UV 경화 도료를 경화시켜 UV 경화 피막층을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 소지철은 Zn-Mg 도금층을 형성하기 전에, 표면에 존재하는 산화물, 이물질을 제거하는 공정을 포함할 수 있다.
상기 Zn-Mg 도금층은 진공 증착 방법을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 상기 진공 증착 방법, 예를 들어, 전자빔법, 스퍼터링법, 열증발법, 유도가열 증발법, 이온 플레이팅 법 등이 적용될 수 있으나, 상기 Zn-Mg 도금층을 형성하는 경우에는 전자기 교반(Electromagnetic Stirring) 효과를 가지는 전자기 부양 물리 기상 증착법에 의해 형성함이 바람직하다.
Zn-Mg 도금층을 형성하는 방법 중 전기도금, 용융도금에 의한 것보다, 상기 진공 증착 방법, 특히 전자기 부양 물리 기상 증착법에 의할 때, 우수한 광택도를 확보할 수 있다.
전자기 부양 물리 기상 증착법이란, 교류 전자기장을 생성하는 한 쌍의 전자기 코일에 고주파 전원을 인가하여 전자기력을 발생시키면, 코팅 물질(본 발명의 경우, Zn, Mg 혹은 Zn-Mg 합금)이 교류 전자기장에 둘러싸인 공간에서 외부의 도움 없이 공중에 부상(浮上)하게 되며, 이와 같이 부상된 코팅 물질이 대량의 증착 증기(금속 증기)를 발생하게 되는 현상을 이용한 것으로서, 상기 증착 증기가 노즐을 통해 소지철 표면으로 고속으로 분사되어 도금층을 형성하는 것을 의미한다.
통상의 진공증착 장치에서는 코팅 물질이 도가니 내부에 구비되며, 코팅 물질의 기화는 이러한 코팅 물질이 구비된 도가니의 가열에 의해 이뤄지게 되는데, 이 경우, 도가니의 용융, 도가니에 의한 열 손실 등의 이유로 코팅 물질 자체에 충분한 열 에너지를 공급하는데 애로 사항이 있다. 이에 따라, 증착 속도가 느릴 뿐 아니라, 도금층을 이루는 결정립 크기를 미세화하는데도 일정한 한계가 존재한다. 또한, Zn-Mg 합금 증기를 증착시키고자 할 경우, 도금층의 균질성 확보에도 일정한 한계가 존재한다.
그러나 전자기 부양 물리 기상 증착법에 의해 증착을 수행할 경우, 통상의 진공증착법과 달리, 온도에 따른 제약 조건이 없어 코팅 물질을 보다 고온에 노출시킬 수 있으며, 이에 따라, 고속 증착이 가능할 뿐 아니라, 결과적으로 형성된 도금층을 이루는 결정립 크기의 미세화와 도금층 내 합금 원소 분포의 균질화를 달성할 수 있는 장점이 있다.
상기 전자기 부양 물리 기상 증착시 챔버 내부의 진공도는 1.0 ×10- 3mbar 내지 1.0 ×10- 5mbar인 것이 바람직하다. 도금층 형성 과정에서 산화물 형성으로 인한 취성 증가 및 물성 저하 발생을 효과적으로 방지하기 위함이다.
한편, 증착 공정시, 부양되는 코팅 물질의 온도는 700℃ 이상으로 조절하는 것이 바람직하다. 그 온도가 700℃ 미만일 경우 결정립 미세화 및 도금층 균질화 효과를 충분히 확보하지 못할 우려가 있다. 그 상한은 특별히 한정하지 않으나, 그 온도가 일정 수준 이상일 경우 그 효과가 포화될 뿐 아니라, 공정 비용이 지나치게 높아지는 바, 이를 고려할 때, 그 상한을 1500℃로 할 수 있다.
한편, 증착 전후 소지철의 온도는 100℃ 이하로 조절함이 바람직하며, 만약, 100℃를 초과할 경우 폭강판의 온도 불균일도에 의해 폭 방향의 반곡으로 의해 출측 다단계 차등 감압 시스템 통과시 진공도 유지를 방해할 수 있다.
상기 제조된 Zn-Mg 도금층 상에 헤어라인 무늬를 형성한다. 상기 헤어라인 무늬를 형성하는 방법은 특별히 한정하지 않으며, 롤 방식 또는 물리적 수단을 들 수 있다. 일예로서, 상기 Zn-Mg 진공 증착 설비 후단 내지 UV 경화 도포 설비 전단에 샌드 페이퍼 등의 연마기를 포함하는 설비를 위치시켜 헤어라인을 형성할 수 있다. 이때 형성되는 헤어라인의 무늬, 깊이 등은 특별히 한정되지 않으며, 용도, 고객사의 요구 등에 따라 적절히 형성할 수 있다.
상기 헤어라인 무늬가 형성된 Zn-Mg 도금층 상에 UV 경화 도료를 도포한 후, 경화시켜 UV 경화 피막층을 형성한다.
상기 UV 경화 도료는 방사선 등 UV에 의해 경화될 수 있는 코팅 조성물인 것이 바람직하다.
일예로, 3 이상의 관능기를 가지는 다관능성우레탄 (메타)아크릴레이트 3~35 중량부, 2 관능성 우레탄 (메타)아크릴레이트 3~35 중량부, 단관능성 (메타)아크릴산 에스테르모노머 및 다관능성 (메타)아크릴산 에스테르 모노머로부터 선택된 하나 이상의 (메타)아크릴산 에스테르 모노머 20~60중량부, 방사선 중합 개시제 0.1~15 중량부를 포함하는 수지 조성물을 사용할 수 있다.
상기 UV 경화 도료를 도포하는 방법으로는 롤 코팅법, 플로우 코팅법, 슬롯 코팅법, 커튼 코팅법 등 다양한 방법이 가능한다. 상기 도포량은 경화된 UV 경화 피막층이 0.8~1.2㎛를 가질 수 있도록 도포하는 것이 바람직하다. 일예로써, 800~1200mg/㎡의 도포량으로 도포하는 것이 바람직하다.
상기 UV 경화 도료를 경화시키는 방법은, 상기 UV 경화 도료를 도포한 후 자외선을 조사하여 경화시킨다. 이때 자외선 램프를 이용하는 것이 바람직하며, 이때 자외선의 파장은 280~400nm인 것이 바람직하다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
중량%로, C: 0.125%, Si: 0.102%, Ti: 0.019%, Cu: 0.012%, 나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 두께 1.0mmt의 냉연강판을 준비하여, 하기 표 1 같이, 도금 부착량 및 Mg 함량을 달리하여 전자기 부양 물리 기상 증착을 통해 Zn-Mg 도금층을 형성하였다. 이때 이층 구조는 강판 표면에 Zn 도금층을 형성한 후, 그 위에 Zn-Mg 도금층을 형성한 것을 의미한다. 이 때 도금 조건은 다음과 같다.
- 진공도: 3.2×10- 4mbar
- 증기 분배 박스 온도: 1000℃
- 전자기 코일 전류: 1.6kA
- 공급되는 코팅 물질 무게: 아연(3kg), 아연-마그네슘 합금(3.3kg)
한편, 표 1에서 종래예는 통상의 용융아연도금방식(GI)와 전기도금방식(EG)로 제조된 아연도금강판이다.
상기와 같이 제조된 도금강판의 도금층 표면에, 샌드페이퍼 연마기를 이용하여, 헤어라인 무늬를 형성시키고, Zn층/Zn-Mg층(이층구조)와 Zn-Mg 도금층(단층구조) 상에 UV 경화 도료를 도포한 후, UV 램프를 이용하여 경화시켜 투명한 약 1㎛ 두께의 UV 경화 피막층을 형성하였다. 이때, 상기 도료는 2, 3, 6 작용기를 가진 우레탄 아크릴레이트; 모노머로 IBOA, THFA, 인산아크릴레이트; 광개시제로는 Irgacure 1840, Darocure 1173; 기타 물성 보완의 첨가제로 왁스, SiO2 입자, 소포제, 레벨링제;를 포함하는 도료를 이용하였다.
상기 UV 경화 피막층 표면에 광택도계를 이용하여 광택도와 표면특성을 관찰하여 그 결과를 표 1에 함께 나타내었다.
상기 광택도는 도금강판을 75mm×150mm 크기의 시편으로 절단하여 가공한 후에 광택도계로 평가한 것이다. 상기 광택도는 광택계(glossmeter, BYK-Gardner사)를 이용하여 측정하며, 측정각도 60도로 측정시 유리의 반사율을 100으로 했을 때의 상대적인 값으로 나타낸 것이다.
한편, 표면의 결함, 얼룩 등 표면 균일성을 관찰한 표면 특성은 종래예인 전기아연도금강판(EG)과 용융아연도금강판(GI) 상대적으로 비교하여, 육안관찰로 평가하였고, 그 기준은 아래와 같다.
1: 우수
2: 보통 (GI 60g/㎡ 수준)
3: 불량
구분 도금층 구성 부착량
(g/㎡)		 도금층 Mg 함량
(중량%)		 광택도 표면 특성 비고
종래예 1 GI 60 - 38 2 -
종래예 2 EG 20 - 40 2 -
비교예 1 Zn/Zn-Mg 20/20 5 50 1 이층 구조
비교예 2 Zn/Zn-Mg 30/30 5 52 1
발명예 1 Zn/Zn-Mg 20/20 10 61 1
발명예 2 Zn/Zn-Mg 30/30 10 65 1
발명예 3 Zn/Zn-Mg 20/20 15 73 1
발명예 4 Zn/Zn-Mg 30/30 15 77 1
발명예 5 Zn/Zn-Mg 20/20 20 83 1
발명예 6 Zn/Zn-Mg 30/30 20 87 1
발명예 7 Zn/Zn-Mg 20/20 25 95 1
발명예 8 Zn/Zn-Mg 30/30 25 98 1
비교예 3 Zn/Zn-Mg 20/20 30 110 3
비교예 4 Zn/Zn-Mg 30/30 30 120 3
발명예 9 Zn-Mg 20 8 60 1 단층 구조
발명예 10 Zn-Mg 30 9 65 1
발명예 11 Zn-Mg 20 10 76 1
발명예 12 Zn-Mg 30 10 80 1
발명예 13 Zn-Mg 20 15 86 1
발명예 14 Zn-Mg 30 15 92 1
발명예 15 Zn-Mg 20 20 97 1
발명예 16 Zn-Mg 30 20 104 1
발명예 17 Zn-Mg 20 25 110 1
발명예 18 Zn-Mg 30 25 120 1
비교예 5 Zn-Mg 20 30 140 3
비교예 6 Zn-Mg 30 30 150 3
상기 표 1의 결과에서 알 수 있듯이, 종래예 1 및 2는 UV 경화 피막층을 형성한 후에도 광택도가 그다지 높지 않은 것을 알 수 있다.
한편, 본 발명의 조건을 만족하는 발명예에서는 우수한 광택도 및 표면 특성을 확보할 수 있다.
이에 비해, 비교예 1 및 2는 도금층의 Mg 함량이 너무 낮기 때문에, 만족스러운 광택도를 갖지 못하는 것을 알 수 있다. 한편, 도금층 내의 Mg 함량이 증가할 수로고 광택도는 증가하지만, 비교예 3 내지 6과 같이, Mg 함량이 너무 높은 경우에는 표면 특성이 저하되고, 특히 비교예 5 및 6의 경우에는 광택이 너무 높아지는 문제도 발생하는 것을 확인할 수 있다.

Claims (13)

  1. 소지철;
    상기 소지철 상에 형성되고, 그 표면에 헤어라인 무늬를 가지는 Zn-Mg 도금층; 및
    상기 헤어라인 무늬를 가지는 Zn-Mg 도금층 상에 형성된 두께 0.8~1.2㎛를 갖는 UV 경화 피막층을 포함하고,
    상기 Zn-Mg 도금층은 Mg 함량이 8~27 중량%이고, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
    상기 헤어라인 무늬가 형성된 도금강판의 광택도는 광택계를 이용하여 측정각도 60도로 측정시 유리의 반사율을 100으로 했을 때의 상대적인 값이 60~120인 것을 특징으로 하는 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 UV 경화 피막층은 투명한 것인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 Zn-Mg 도금층은 소지철 상의 Zn층 및 상기 Zn층 상의 Zn-Mg층을 포함하는 이층 구조인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 소지철을 준비하는 단계;
    상기 소지철 상에 진공 증착 방법으로, Mg 함량이 8~27 중량%, 나머지는 Zn 및 불가피한 불순물을 포함하는 Zn-Mg 도금층을 형성하는 단계;
    상기 Zn-Mg 도금층 표면에 헤어라인 무늬를 형성하는 단계;
    상기 Zn-Mg 도금층 상에 UV 경화 도료를 800~1200mg/㎡의 도포량으로 도포하는 단계; 및
    상기 UV 경화 도료를 경화시켜 UV 경화 피막층이 형성된 도금강판을 제조하는 단계;를 포함하고,
    상기 헤어라인 무늬가 형성된 도금강판의 광택도는 광택계를 이용하여 측정각도 60도로 측정시 유리의 반사율을 100으로 했을 때의 상대적인 값이 60~120인 것을 특징으로 하는 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 UV 경화 도료는 3 이상의 관능기를 가지는 다관능성우레탄 (메타)아크릴레이트 3~35 중량부, 2 관능성 우레탄 (메타)아크릴레이트 3~35 중량부, 단관능성 (메타)아크릴산 에스테르모노머 및 다관능성 (메타)아크릴산 에스테르 모노머로부터 선택된 하나 이상의 (메타)아크릴산 에스테르 모노머 20~60중량부, 방사선 중합 개시제 0.1~15 중량부를 포함하는 수지 조성물인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 경화는 280~400nm 의 파장을 갖는 자외선을 조사하여 행하는 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 진공 증착 방법은 전자기 부양 물리 기상 증착법으로 행하는 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자기 부양 물리 기상 증착 시, 챔버 내부의 진공도는 1.0 ×10- 3mbar 내지 1.0 ×10- 5mbar인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자기 부양 물리 기상 증착 시, 코팅 물질의 온도는 700℃ 이상인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자기 부양 물리 기상 증착 시, 증착 전후 소지철의 온도는 100℃ 이하인 광택도 및 표면특성이 우수한 도금강판의 제조방법.
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