KR20110036298A - Environment-friendly color surface modification process of metals having high corrosion resistance - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속의 친환경 고내식 컬러 표면개질공정에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 및 이들 금속으로 제조된 부품 및 제품에 적용할 수 있는 금속의 친환경 고내식 컬러 표면처리공정에 관한 것이다.The present invention relates to an environment-friendly high corrosion resistance color surface modification process of metals, and more particularly, to an environment-friendly high corrosion resistance color surface treatment process of metals applicable to metals and parts and products made from these metals.
실내외 장식용품, 가전제품, 건축용 자재등 우리 생활에 금속으로 제조된 모든 제품은 컬러 색상과 함께 높은 내식성이 요구되는데, 이를 위해 일반적으로 도장공정이나 도금공정이 널리 적용되고 있다.All products made of metal in our lives, such as indoor and outdoor decorative products, home appliances, and building materials, require high corrosion resistance along with color colors. For this purpose, coating or plating processes are widely applied.
이들 중 일반적으로 실시하고 있는 도장공정 (페인트)은 금속의 표면에 도막을 형성하여 금속을 보호할 뿐만 아니라 컬러 도막을 나타낸다. 그러나 도장공정은 도료의 성분중 안료에 포함되는 납, 크롬, 카드뮴등과 같은 중금속과 신너등 전체 도료 성분중 35∼45%에 달하는 휘발성 유기화합물에 의한 환경 오염문제가 있다. 또 도장시 도료의 비산으로 도료 손실율이 30∼60%에 달하는데, 이들 비산한 도료로 인해 악취 또는 다량의 산업폐기물이 발생하므로 사용상 규제의 대상이 되고 있으며, 화재발생시 이들 도막층의 연소에 따라 유독가스가 발생하여 인명피해를 증 가시킬 우려가 있다.The coating process (paint) which is generally performed among these forms a coating film on the surface of metal, protects a metal, and shows a color coating film. However, the coating process has a problem of environmental pollution due to volatile organic compounds of 35 to 45% of the total paint components such as lead, chromium, cadmium, and heavy metals and thinners contained in the pigment component of the paint. In addition, the paint loss rate reaches 30 to 60% due to the scattering of the paint during painting, and it is subject to restrictions on use because of the bad smell or a large amount of industrial waste generated by the paint, which is toxic due to the burning of these coating layers in case of fire. Gas may be generated to increase the casualty.
또한 도막을 형성하는 소재의 표면이 거울면처럼 매끄럽거나 도막층이 두꺼울 경우 소재로부터 도막층의 박리가 발생할 가능성도 있고, 도막의 두께가 불균일하게 형성되어 동일 제품에서도 위치에 따라 내식성의 편차가 크고 또한 도막형성 후 시간경과에 따라 자외선에 의한 변색등 내후성의 문제도 아울러 가지고 있다.In addition, if the surface of the material forming the coating film is as smooth as a mirror surface or the coating layer is thick, the coating layer may be peeled off from the material, and the thickness of the coating film is unevenly formed. It is large and also has problems of weather resistance such as discoloration by ultraviolet light over time after coating film formation.
안료를 포함하지 않는 투명 수지도막을 피복하면 이러한 중금속이나 휘발성 유기화합물 등의 문제는 해결할 수 있으나, 소재의 표면상태가 그대로 드러나서 외관이 조악하다는 문제를 피할 수 없다. 즉, 금속의 표면에 투명 수지도막을 입히면 가공 흔적이나 표면 결함 등 소재의 표면상태가 그대로 드러나며, 또한 금속을 기계가공후 탈지를 하면 상온 부근에서도 곧 바로 표면이 산화되는데 이런 상태에서는 투명 수지도막을 피복하는 것 만으로는 외관 특성의향상을 기대하기 어렵다.The coating of the transparent resin film containing no pigment may solve such problems as heavy metals and volatile organic compounds, but the surface condition of the material is exposed as it is, and thus the problem of poor appearance is inevitable. In other words, when the transparent resin coating film is applied to the surface of the metal, the surface state of the material such as processing traces or surface defects is exposed as it is, and if the metal is degreased after machining, the surface is immediately oxidized even near room temperature. It is difficult to expect improvement in appearance characteristics only by coating.
또 금속 가공면이 평활할수록 도막이 불균일하여 박리가 일어나거나 내식성이 낮아지며, 이러한 방법으로 도막을 형성하면 컬러색상이 형성되지 않아 장식성이 결여되고 외관이 좋지 않다.In addition, the smoother the metal working surface, the more uneven coating occurs and the lower the corrosion resistance. When the coating film is formed in this way, no color is formed, which results in poor decoration and poor appearance.
최근에 내식성 및 내후성을 더욱 고양하고 다양한 컬러를 부여하기 위하여 소지강판상에 아연 또는 아연합금 도금층, 크롬산염층 및 에폭시변성 또는 폴리에스테르변성 프라이머 하도 도막층, 및 오일프리 폴리에스테르 수지2종과 통상의 멜라민 수지를 반응시킨 변성 오일프리 폴리에스테르 화합물, 첨가제, 용제, 주름형성제, 안료를 포함하는 상도 도막층으로 구성되는 컬러 도장강판이 개발되었다. 그러나, 상기 컬러 도장강판은 도장공정이 갖고 있는 중금속이나 휘발성 유기화합물 및 산업폐기물 등의 문제점을 여전히 갖고 있을 뿐만 아니라, 다층의 도막형성에 따라 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다.Recently, zinc or zinc alloy plating layers, chromate layers and epoxy-modified or polyester-modified primer undercoat layers, and oil-free polyester resins, and two kinds of oil-free polyester resins are commonly used on steel sheets to further enhance corrosion resistance and weather resistance. A color-coated steel sheet composed of a top coat layer comprising a modified oil-free polyester compound, an additive, a solvent, a wrinkle forming agent, and a pigment reacted with a melamine resin was developed. However, the color coated steel sheet still has problems such as heavy metals, volatile organic compounds, industrial wastes, etc., which the coating process has, and the process is complicated and expensive according to the formation of multilayer coatings.
한편, 피처리 소재의 표면에 금속을 부착시키는 가장 흔한 것으로 도금공정이 있는데, 이러한 도금공정은 크게 니켈도금과 크롬도금이 있다.Meanwhile, the most common method of attaching a metal to a surface of a material to be treated includes a plating process, and the plating process includes nickel plating and chromium plating.
니켈도금은 전기도금과 무전해도금의 두가지 종류로 실시할 수 있는데, 구체적으로 황산니켈, 염화암모늄, 붕산용액 또는 염화니켈을 첨가한 용액을 사용하여 니켈을 양극으로 하고 금속을 음극으로 해서 전류를 흐르게 하여 금속표면에 니켈도금층이 형성되도록 하는 전기도금법과 하이포인산염의 존재하에 니켈이온을 화학적으로 환원해서 도금하는 무전해 도금법이 있다.Nickel plating can be carried out in two types: electroplating and electroless plating. Specifically, nickel sulfate, ammonium chloride, boric acid solution, or a solution containing nickel chloride is used as a cathode and a metal as a cathode. There are electroplating methods in which a nickel plating layer is formed on a metal surface by flowing, and electroless plating methods in which nickel ions are chemically reduced and plated in the presence of hypophosphate.
그런데 EU는 환경보호와 역내 산업경쟁력 강화를 위해 화학물질 관리를 대폭 강화하는 신화학물질 관리제도 (REACH)를 도입한 바, 국내에서도 국가차원에서 산업계의 대응을 지원하기 위해 종합대책을 마련하고 있다.However, the EU introduced the New Chemical Substance Management System (REACH), which greatly strengthens the management of chemical substances in order to protect the environment and strengthen industrial competitiveness in the region. Korea is also preparing comprehensive measures to support industrial responses at the national level.
이 신화학물질 관리제도에 의하면 니켈은 피부에 접촉하면 알레르기 반응을 일으키므로 인체와 직접 접촉하는 장신구, 손목시계 밴드, 의류용 단추 및 지퍼 등에는 그 사용이 제한되고 있으며, 니켈산화물(NiO)도 발암물질로 분류되어 그 사용이 엄격히 규제되고 있다.According to this new chemical management system, nickel causes allergic reactions when it comes into contact with the skin, so its use is limited to jewelry, watch bands, clothing buttons and zippers that come in direct contact with the human body, and nickel oxide (NiO) is also carcinogenic. It is classified as a substance and its use is strictly regulated.
크롬도금은 황산기가 첨가된 무수크롬산 (CrO3) 용액에서 크롬이온을 전기적으로 환원시키는 방법을 사용하는데, 사용을 규제하고 있는 6가 크롬용액을 대신하여 3가 크롬용액을 사용하고 있지만, 내식성이 만족스럽지 않고 공정비용이 많이 소요되며 색상이 어두운 회색계통으로 장식성이 좋지 않은 문제가 있다.Chromium plating uses a method of electrically reducing chromium ions in a solution of chromic anhydride (CrO 3 ) containing sulfuric acid. Instead of hexavalent chromium solution, which is regulated for use, trivalent chromium solution is used. It is not satisfactory and requires a lot of process cost, and there is a problem that the decor is not good because of the dark gray color.
더욱이, 이들 도금은 다양한 색상은 기대할 수 없고 도금되는 금속의 단일 색상만을 얻을 수 있다.Moreover, these platings can not expect a variety of colors and can only obtain a single color of the metal to be plated.
또한 이들 도금은 높은 내식성을 기대할 수 없는데, 경질크롬도금은 도금층에서 모재까지 이어진 균열로 인해 모재가 조기부식되며 장식용 크롬도금은 내식성은 우수하나 그 처리비용이 고가이며 니켈도금 역시 내식성이 만족스럽지 않다.In addition, these platings can not expect high corrosion resistance, hard chromium plating is pre-corrosive to the base material due to cracks from the plating layer to the base material, decorative chromium plating is excellent in corrosion resistance, but the processing cost is expensive and nickel plating is also not satisfactory corrosion resistance. .
한편 이들 도금공정에서는 도금중 엄격한 공정관리가 이루어지지 않으면 여러 형태의 불량이 발생할 수 있는데, 예를 들면 탈지가 제대로 이루어지지 않으면 도금층 표면에 얼룩 또는 변색이 발생하거나 도금용액 중 금속니켈이 제품표면에 붙어서 돌기가 형성되거나 도금층 두께가 불균일하여 광택이 균일하지 않는 등의 문제가 있다. 또 pH 관리가 제대로 되지 않으면 피트 또는 핀홀이 발생하여 도금층과 모재의 조기부식의 원인이 된다. On the other hand, in these plating processes, various types of defects may occur if strict process control is not performed during plating, for example, staining or discoloration may occur on the surface of the plating layer if degreasing is not performed properly, or metal nickel in the plating solution may There is such a problem that protrusions are formed or the thickness of the plating layer is non-uniform, resulting in uneven gloss. In addition, poor pH control can cause pits or pinholes, which can lead to premature corrosion of the plating layer and base material.
또 도금후 도금된 제품이 위치하는 주변환경이나 시간경과에 따라 도금층이 부식되거나 도금층 표면에 부동태 피막이 형성되고, 도금층 표면의 얼룩이나 변색으로 산화처리에 의해 균일하고 다양한 색상을 발현할 수 없다.In addition, after plating, the plating layer is corroded or the passivation film is formed on the surface of the plating layer according to the surrounding environment or time-lapse of the plated product.
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 봉재나 파이프와 같은 환형의 형상뿐만 아니라 복잡한 형상의 소재, 부품 및 제품에 대해서도 적용할 수 있는 금속의 친환경 고내식 컬러 표면처리공정을 제 공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is an environmentally friendly high corrosion-resistant color of metal that can be applied to not only annular shapes such as rods and pipes, but also complex materials, parts and products. It provides a surface treatment process.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 아래에서 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, (a) 금속소재에 표면 활성화공정을 실시하는 단계, (b) 상기 (a)단계를 거친 금속소재에 대해, 컬러색상 발현공정을 실시하는 단계, 및 (c) 상기 (b)단계를 거친 금속소재에 대해, 투명 수지도막을 입히는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속의 친환경 고내식 컬러 표면개질공정이 제공된다.In order to achieve the above object, according to the present invention, (a) performing a surface activation process on the metal material, (b) performing a color color development process for the metal material passed through the step (a) , And (c) an environmentally friendly, highly corrosion-resistant color surface modification process for metals, comprising the step of coating a transparent resin film on the metal material which has passed the step (b).
본 발명에 의하면, 상기 금속소재는 철강 및 비철 금속재를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to the invention, the metal material is characterized in that it comprises a steel and a non-ferrous metal material.
상기 표면 활성화공정은 버핑, 래핑, 폴리싱, 쇼트 블라스트, 샌드 블라스트, 쇼트피닝, 바렐, 워터제트, 선반가공, 밀링, 엠보싱, 압연 중에서 선택되는 단독 또는 복합 공정으로 실시되는 것을 특징으로 한다.The surface activation process is characterized in that it is carried out in a single or combined process selected from buffing, lapping, polishing, shot blast, sand blast, shot peening, barrel, water jet, turning, milling, embossing, rolling.
상기 투명 수지도막을 입히는 공정은 폴리-에틸렌계, 폴리-우레탄계, 폴리-아크릴계 또는 폴리-알키드계 투명 액상도료를 스프레이, 침적 또는 상기 수지의 분체도장 또는 전착의 방법으로 실시하는 것을 특징으로 한다.The process of coating the transparent resin film is characterized in that the poly-ethylene, poly-urethane, poly-acrylic or poly-alkyd transparent liquid paint is carried out by spraying, depositing or powder coating or electrodeposition of the resin.
상기 컬러색상 발현공정은 150℃∼1200℃의 산화가스 분위기중에서, 3초∼3시간 동안 실시하는 것을 특징으로 한다.The color development step is characterized in that carried out for 3 seconds to 3 hours in an oxidizing gas atmosphere of 150 ℃ to 1200 ℃.
상기 투명액상 도료에는 자외선 방지제가 첨가되는 것을 특징으로 한다.UV-protective agent is added to the transparent liquid paint.
상기 금속소재는 상기 (a) 단계의 실시 전에 니켈도금, 크롬도금 또는 이들의 복합도금층을 형성하여 미리 표면처리하는 것을 특징으로 한다.The metal material may be nickel-plated, chromium-plated or a composite plating layer thereof to be surface-treated in advance before the step (a).
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 금속의 친환경 고내식 컬러 표면개질공정은 다음과 같은 효과를 제공한다.Environment-friendly high corrosion resistance color surface modification process of the metal of the present invention made as described above provides the following effects.
첫째, 봉재 및 파이프뿐만 아니라 판재를 포함한 복잡한 형상의 금속소재에 대해서도 다양하고 미려한 컬러 색상을 부여할 수 있다.First, various and beautiful color colors can be given to metal materials of complex shapes including plates and pipes as well as plates.
둘째, 내오염성 및 내식성이 우수한 소재를 친환경적인 방법으로 제공할 수 있다Second, we can provide materials with excellent pollution and corrosion resistance in an environmentally friendly way.
셋째, 종래의 방법으로는 발현할 수 없는 각종 색상의 컬러를 발현할 수 있어 인테리어를 다양화할 수 있다.Third, it is possible to express a variety of colors that can not be expressed by the conventional method can diversify the interior.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 금속의 친환경 고내식 컬러 표면처리공정을 나타낸 절차도이다. 도 1을 참조하면, 먼저 본 발명은 금속소재에 대해 표면 활성화 공정을 실시한다. (S10)1 is a procedure showing an environmentally friendly high corrosion resistance color surface treatment of metals according to the present invention. Referring to FIG. 1, the present invention first performs a surface activation process on a metal material. (S10)
본 발명에서 금속소재라 함은 금속 원소재와 이들 금속 원소재로 제조된 부품 및 제품으로서 철강 금속소재 및 비철 금속소재 등을 포함하는 의미이다. In the present invention, the metal material means a metal element material and parts and products made of these metal element materials, including steel metal material and non-ferrous metal material.
상기 금속소재에 니켈도금 또는 크롬도금 또는 이들의 복합도금을 실시하여 표면처리를 한 것을 포함한다. 도금은 다양하고 균일한 색상을 부여하고, 금속의 내식성을 더욱 향상시키기 위해 실시하는 것으로, 도금공정은 특별히 한정하지 않으며 종래의 방법으로 실시할 수 있다.It includes a surface treatment by performing a nickel plating or chromium plating or a composite plating of the metal material. Plating is carried out to impart various and uniform colors and to further improve corrosion resistance of the metal, and the plating process is not particularly limited and can be carried out by a conventional method.
일반적으로 기계가공된 금속소재의 표면은 이물질로 오염되어 있거나 긁힘 또는 찍힘 등의 표면결함이 있거나 대기중에서 방치하면 표면이 부식되거나 부동태 피막이 형성되어 있는 경우가 대부분이다. 기계가공시 이들 부동태피막은 제거되지만 기계가공후 금속소재가 위치하는 주변환경이나 대기중에서 시간경과에 따라 표면에 다시 부동태피막이 형성되는데, 이런 경우 금속이 열역학적으로는 산화되어야 할 환경이지만 실제로는 현저한 내산화성을 나타내는 상태가 된다. In general, the surface of the machined metal material is contaminated with foreign matter, surface defects such as scratches or stamping, or when left in the air, the surface is corroded or the passivation film is formed in most cases. During machining, these passivation films are removed, but after machining, the passivation films are formed on the surface over time in the environment where the metal materials are located or in the air. In this case, the metals are thermodynamically oxidized, but in reality they are notable. It becomes the state which shows oxidative property.
아래에 설명하는 산화에 의한 컬러 색상발현공정에서는, 금속소재나 표면처리 금속소재를 산화처리하여 이들의 산화피막층을 형성하는 공정으로, 산화피막층의 두께 및 조성에 따라 소망하는 색상을 얻을 수 있는데, 이러한 부동태 피막이 형성되어 있으면 산화처리에 의해 소망하는 균일한 색상을 얻기가 어렵게 된다.In the color color expression process by oxidation described below, a process of oxidizing a metal material or a surface-treated metal material to form an oxide layer thereof, and a desired color can be obtained depending on the thickness and composition of the oxide layer. If such a passivation film is formed, it becomes difficult to obtain a desired uniform color by oxidation treatment.
금속소재의 내식성을 더욱 향상시키거나 산화처리후 도금된 금속의 종류에 따라 다양한 색상을 얻기 위해 니켈도금 또는 크롬도금의 표면처리를 실시할 수 있는데, 도금 후 금속소재가 위치하는 주변환경이나 시간경과에 따라 이들 도금층 상부에 부동태 피막이 형성되어 금속소재에서와 마찬가지로 산화처리에 의해 소망하는 균일한 색상을 얻기 어렵게 된다.To further improve the corrosion resistance of metal materials or to obtain various colors depending on the type of metal plated after oxidation treatment, surface treatment of nickel plating or chromium plating can be performed. As a result, a passivation film is formed on these plating layers, so that it is difficult to obtain a desired uniform color by oxidation treatment as in a metal material.
또한 도금은 엄격한 공정관리가 실시되지 않으면 여러 형태의 불량이 발생할 수 있는데, 예를 들면 탈지가 제대로 이루어지지 않으면 얼룩 또는 변색이 발생하거나 도금용액중 금속니켈이 제품표면에 붙어서 돌기가 형성된다. 또 pH 관리가 되 지 않으면 피트 또는 핀홀이 발생하여 금속의 조기부식의 원인이 된다. In addition, plating may cause various types of defects if strict process control is not performed. For example, staining or discoloration may occur if degreasing is not performed properly, or metal nickel in the plating solution may be attached to the surface of the product to form protrusions. If pH is not controlled, pits or pinholes may occur, causing premature corrosion of the metal.
따라서, 본 발명의 표면활성화 공정에 의해 상기 부동태 피막, 이물질이나 표면결함을 제거하면 균일한 컬러 색상의 형성이 용이하고 내식성을 향상시킬 수 있으며, 나아가 제품의 불량률을 감소시킬 수 있게 된다.Therefore, by removing the passivation film, foreign matter or surface defects by the surface activation process of the present invention, it is possible to easily form a uniform color and to improve corrosion resistance, and further reduce the defective rate of the product.
상기 표면활성화 공정의 다른 목적은 표면에 요철을 생성하여 표면적을 증가시켜 금속표면에 수지도막층의 부착력을 향상시킴으로써 금속소재와 수지도막층의 열팽창계수 차이에 따른 수지도막층의 박리현상을 방지하여 내식성을 높이기 위한 것이다.Another object of the surface activation process is to create unevenness on the surface to increase the surface area to improve the adhesion of the resin coating layer on the metal surface, thereby preventing the peeling phenomenon of the resin coating layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal material and the resin coating layer. To increase the corrosion resistance.
본 발명의 표면 활성화공정의 또 다른 목적은 표면 활성화공정으로 표면조도를 적절히 조절함으로써 컬러 색상발현 공정에서 다양한 질감의 컬러색상을 얻는 것이다. 산화피막층에 의한 컬러형성에서는 이 산화피막층에서 반사된 빛과 산화피막층을 투과하여 소재표면에서 반사된 빛의 상호간섭으로 산화피막층 두께에 따라 독특한 색상이 발현되는데 동일한 산화피막층 두께에서도 표면조도에 따라 서로 다른 질감의 색상을 얻을 수 있다.Another object of the surface activation process of the present invention is to obtain a color of various textures in the color color expression process by appropriately adjusting the surface roughness in the surface activation process. In the color formation by the anodized layer, a unique color is expressed according to the thickness of the anodized layer by mutual interference of the light reflected from the anodized layer and the light reflected from the surface of the anodized layer. Different texture colors can be obtained.
본 발명에 의한 상기 표면활성화 공정은 버핑, 래핑, 폴리싱, 바렐연마, 쇼트 블라스트, 샌드 블라스트, 쇼트피닝 워터제트, 선반가공, 밀링, 엠보싱, 압연 등의 수단을 단독 또는 복합적으로 채택하여 실시할 수 있는데 이들 중 몇 가지 공정을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The surface activation process according to the present invention can be carried out by adopting a single or a combination of means such as buffing, lapping, polishing, barrel polishing, shot blast, sand blast, shot peening water jet, turning, milling, embossing, rolling, etc. Some of these processes will be described in detail as follows.
쇼트 블라스트와 샌드 블라스트는 스틸 쇼트, 스틸 그리트 (grit) 또는 커트 와이어 쇼트, 금속산화물 또는 모래등을 공기압이나 원심력을 이용하여 고속으로 소재표면에 분사 또는 투사하여 소재표면의 조도를 제어하거나 이물질을 제거하는 표면처리 공정이다.Shot blast and sand blast are spraying or projecting steel shot, steel grit or cut wire shot, metal oxide or sand at high speed by using air pressure or centrifugal force to control roughness of material surface or remove foreign substances. It is a surface treatment process.
바렐연마 공정은 연마석과 컴파운드 및 소재를 장치에 투입하고 회전시켜 소재표면을 연마하는 공정인데 회전수 또는 사용하는 연마석 및 컴파운드 종류에 따라 연마상태가 결정된다.The barrel polishing process is a process of polishing the surface of the material by inserting and rotating the abrasive stone, compound, and material into the apparatus, and the polishing state is determined according to the number of revolutions or the type of abrasive stone and compound used.
워터 제트는 고압의 물을 소재의 표면에 분사하여, 소재표면에 부착된 산화물이나 이물질을 제거할 수 있는 친환경적인 표면처리 공정이다.Water jet is an environmentally friendly surface treatment process that sprays high pressure water onto the surface of the material to remove oxides or foreign matters attached to the surface of the material.
상기 쇼트 블라스트, 샌드 블라스트, 바렐연마 및 워터제트는 봉재나 파이프 뿐만 아니라, 판재를 포함하여 적용할 수 있으며, 버핑, 래핑 및 폴리싱 연마공정을 적용할 수 없는 복잡한 형상의 소재나 제품에 특히 유용한 표면 활성화 공정이다.The short blast, sand blast, barrel polishing and water jet can be applied to a bar or pipe, as well as including a plate, a surface particularly useful for materials or products of complex shape that can not be applied to the buffing, lapping and polishing polishing process Activation process.
한편, 또 다른 표면활성화 공정으로 염산, 질산등의 화학적인 방법으로 실시하는 산세공정 (pickling) 이 있는데, 상기 산세공정으로 부동태 피막을 제거할 수 있으나 공정이 완료된 후 부동태피막이 곧바로 다시 형성되어 균일한 색상을 얻기 어렵거나 변색의 우려가 있으므로 상기의 물리적, 기계적 방법으로 표면 활성화공정으로 실시하는 것이 좋다.On the other hand, another surface activation process is a pickling process carried out by a chemical method such as hydrochloric acid, nitric acid, etc., the passivation film can be removed by the pickling process, but after the process is completed, the passivation film is formed again to be uniform. Since color may be difficult to obtain or may be discolored, it is preferable to perform the surface activation step by the physical and mechanical methods described above.
상기 표면 활성화 공정조건은 특별히 제한하지 않으나, 가능한 한 금속소재또는 도금층은 손상되지 않고, 표면에 요철을 형성하거나 부동태 피막이나 이물질만을 제거하도록 한다.The surface activation process conditions are not particularly limited, but as much as possible, the metal material or the plating layer is not damaged, thereby forming irregularities on the surface or removing only the passivation film or foreign matter.
그런데 상기 표면활성화 공정으로 부동태피막을 제거하여도 시간이 지남에 따라 다시 부동태 피막이 형성될 수 있으므로 표면활성화 공정후 높은 실내온도 및 부식분위기등 주위환경에 따라 차이는 있으나, 가능한 한 2∼3일 이내에 컬러 색상발현 공정을 실시하는 것이 좋다.However, even if the passivation film is removed by the surface activation process, the passivation film may be formed again over time. However, there is a difference depending on the surrounding environment such as high room temperature and corrosion atmosphere after the surface activation process, but within 2 to 3 days as possible. It is advisable to carry out a color colour-expression process.
그런 다음, 상기 표면 활성화 공정을 거친 금속소재 또는 표면처리 금속소재 에 대하여 컬러 색상발현 공정을 실시한다. (S20)Then, a color color expression process is performed on the metal material or surface treated metal material which has undergone the surface activation process. (S20)
상기 컬러 색상발현 공정은 금속을 고온의 산화성 분위기에서 가열하여 금속 의 표면에 수 nm∼수백 nm 두께의 산화피막층을 형성함으로써 상기 산화피막층에서 반사된 빛과 상기 산화피막층을 투과하여 금속의 표면에서 반사된 빛이 서로 간섭하여 독특한 색상을 발현시키는 것으로, 산화처리 온도, 시간, 산화처리 분위기에 따라 금색, 보라색, 청색 및 흑색 등 다양하고 미려한 컬러 색상을 얻을 수 있다.In the color color development process, the metal is heated in an oxidizing atmosphere at a high temperature to form an oxide layer having a thickness of several nm to several hundred nm on the surface of the metal, thereby transmitting the light reflected from the oxide layer and the oxide layer to reflect the surface of the metal. By using the light to interfere with each other to express a unique color, it is possible to obtain a variety of beautiful color colors such as gold, purple, blue and black depending on the oxidation treatment temperature, time, and the oxidation treatment atmosphere.
상기 컬러 색상발현 공정은 염욕법, 진공법 또는 플라즈마법을 포함하여 가스법으로 할 수 있는데, 가스법에서의 산화성 가스는 발열형 가스, 산소, 공기, 이산화탄소, 스팀 중에서 단독 또는 혼합하여 이용할 수 있으며, 그 밖에 질소가스를 상기 산화성 가스에 포함하여 산화처리를 시행할 수 있다.The color color expression process may be a gas method including a salt bath method, a vacuum method or a plasma method. The oxidizing gas in the gas method may be used alone or in a mixture of exothermic gas, oxygen, air, carbon dioxide, and steam. In addition, nitrogen gas may be included in the oxidizing gas to perform oxidation treatment.
산화처리 조건은 각각 발현시키고자 하는 색상에 따라, 산화처리가 수행되는 온도를 150℃∼1200℃의 범위에서, 3초∼3시간 동안 실시한다.The oxidation treatment conditions are performed for 3 seconds to 3 hours at a temperature in which the oxidation treatment is performed, in the range of 150 ° C to 1200 ° C, depending on the color to be expressed respectively.
이러한 이유는, 산화처리의 온도를 150℃ 미만으로 했을 경우에는, 산화처리가 충분히 수행되지 않아 원하는 컬러 산화피막층을 얻을 수 없으며, 1200℃를 초과할 경우에는 금속에 변형이 일어날 수 있기 때문이다.This is because when the temperature of the oxidation treatment is lower than 150 ° C, the oxidation treatment is not sufficiently performed to obtain a desired color oxide film layer, and when it exceeds 1200 ° C, deformation may occur in the metal.
또한, 소망하는 두께의 산화피막층을 얻기 위해서는 일정시간 이상 가열하여 야 하나 고주파처리의 경우와 같이 1,200℃정도의 고온에서 3초 정도의 단시간 가열하여도 원하는 미려한 색상을 얻을 수 있다. In addition, in order to obtain an oxide film layer having a desired thickness, heating should be performed for a predetermined time or more, but the desired beautiful color can be obtained even by heating for about 3 seconds at a high temperature of about 1,200 ° C. as in the case of high frequency treatment.
이러한 산화에 의한 컬러 형성공정은 금속과 분위기 중의 산소와의 결합이라고 하는 화학반응에 의한 것이므로 도장공정에서의 안료에 포함되는 중금속과 같은 환경오염의 문제가 없다.Since the color forming process by oxidation is a chemical reaction called bonding of metal to oxygen in the atmosphere, there is no problem of environmental pollution such as heavy metal included in the pigment in the coating process.
그런 다음, 투명 수지도막을 입히는 공정을 실시한다. (S30). Then, the process of coating a transparent resin film is performed. (S30).
투명 도막수지는 컬러 금속소재에 고광택성, 내지문성 및 내오염성을 부여하고 내식성을 더 향상시키기 위한 것으로, 그 방법은 폴리-에틸렌계, 폴리-우레탄계, 폴리-아크릴계 또는 폴리-알키드계 등의 투명 액상 도료를 스프레이, 침적 또는 상기 수지의 분체도장 또는 전착 등의 방법으로, 컬러 소재의 표면에 10㎛ ∼ 80㎛ 두께로 단층 또는 다층으로 도포하고 30℃ ∼ 300℃ 의 온도범위에서 건조하는 과정으로 구성되며, 이러한 공정에 따라 상기 컬러 금속소재의 표면에는 투명한 수지도막층이 입혀진다. Transparent coating resin is to impart high gloss, anti-fingerprint and stain resistance to the color metal material and further improve the corrosion resistance. The method is transparent such as poly-ethylene, poly-urethane, poly-acrylic or poly-alkyd Liquid coating is sprayed, immersed or powder coating or electrodeposition of the resin, etc., is applied to the surface of the color material in a single layer or multiple layers with a thickness of 10㎛ ~ 80㎛ and dried in a temperature range of 30 ℃ ~ 300 ℃ According to this process, a transparent resin film layer is coated on the surface of the colored metal material.
상기 투명 수지도막층은 상기 표면 활성화처리 공정에서 생성된 표면 요철부 뿐만 아니라 주로 Fe3O4 로 구성되고 모재와의 부착력이 우수한 산화피막층에 흡착이 용이하므로 박리가 일어나지 않아 높은 내식성을 나타낸다. The transparent resin film layer is mainly composed of Fe 3 O 4 as well as the surface irregularities generated in the surface activation process, and is easily adsorbed to the oxide film layer having excellent adhesion to the base material, so that peeling does not occur, thereby exhibiting high corrosion resistance.
또 앞서 설명한 바와 같이, 니켈은 피부와 접촉시 알레르기 반응을 일으킬 수 있는데 상기 투명 수지도막층이 입혀지므로서 니켈과 피부와의 직접적인 접촉을 방지할 수 있는 이점이 있다.In addition, as described above, nickel may cause an allergic reaction upon contact with the skin, and thus the transparent resin film layer is coated to have an advantage of preventing direct contact between nickel and the skin.
또한 도장공정에서와 같이 안료에 포함되는 중금속과 휘발성 유기화합물에 의한 환경문제, 악취나 산업폐기물이 없으며 화재나 폭발위험성이 없고 비산한 분체를 회수하여 재사용할수 있다는 장점이 있다.In addition, there is no environmental problem, odor or industrial waste caused by heavy metals and volatile organic compounds contained in the pigment as in the coating process, there is no risk of fire or explosion, and it is possible to recover and reuse scattered powder.
한편 상기 투명 수지조성물에 자외선 차단제인 예를 들면, 페오니플로린을 건조 중량으로 0.001 내지 10.0 중량%, 또는 오르가노폴리실록산을 0.01 중량%∼1 중량% 첨가하여 수지조성물의 내후성을 증진시킬 수 있다.On the other hand, a sunscreen, for example, a sunscreen agent to the transparent resin composition, the dry weight of 0.001 to 10.0% by weight, or 0.01% by weight to 1% by weight of the organopolysiloxane can be added to improve the weather resistance of the resin composition.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 종래의 도금, 도장 및 컬러 제품 제조방법에 비해 내식성이 우수하고 다양한 색상을 발현할 수 있어 장식성이 우수한 복잡한 형상의 고내식 컬러 소재, 부품 및 제품을 친환경적인 방법으로 제조할 수 있다. As described above, according to the present invention, it is excellent in corrosion resistance and various colors can be expressed compared to the conventional plating, painting and color product manufacturing method, and the highly corrosion-resistant high-corrosion color material, parts and products having excellent decorative properties It can manufacture by a method.
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<실시예 1> ≪ Example 1 >
냉간압연 판재로 제조한 슬라이드 레일을 글라스 비드로 쇼트 블라스트를 실시한 후, 200℃ 및 260℃의 대기 분위기에서 각각 2시간 산화처리를 실시한 결과 각각 황금색 및 청색을 얻었다. 이후 폴리 에스테르수지로 분체도장을 실시하여 두께 70㎛의 수지도막층을 형성하고 염수분무시험 (KS D 9502) 을 실시한 결과 200시간에서도 발청이 없었다.The slide rails made of cold rolled sheet were subjected to shot blasting with glass beads, and then subjected to oxidation treatment for 2 hours in an atmosphere of 200 ° C. and 260 ° C., respectively, to obtain golden color and blue color, respectively. Thereafter, powder coating was carried out with a polyester resin to form a resin coating film layer having a thickness of 70 μm, and the salt spray test (KS D 9502) was carried out.
<실시예 2> <Example 2>
알루미늄 다이캐스팅 공법으로 제조하고 전기 니켈도금을 실시한 도어 손잡 이 (도금층두께가 11㎛) 에 직경 0.12mm 인 ZrO2 분말을 사용하여 0.3MPa 의 압력으로 샌드 블라스트를 실시한 후, 270℃의 대기분위기에서 2시간동안 산화처리를 실시한 결과 황금색의 색상을 얻었다. 이후 폴리 에스테르수지로 분체도장을 실시하여 두께 60㎛의 수지도막층을 형성하고 염수분무시험 (KS D 9502) 을 실시한 결과 500시간에서도 발청이 없었다.Sandblasted at 0.3MPa pressure using a ZrO 2 powder with a diameter of 0.12mm on a door handle (plated layer thickness of 11 µm) made of aluminum die casting method and electroplated with nickel, and then subjected to sand blast at 270 ° C Oxidation treatment was performed for a period of time to obtain a golden color. Thereafter, powder coating was performed on the polyester resin to form a resin coating film layer having a thickness of 60 μm, and the salt spray test (KS D 9502) was performed.
<실시예 3><Example 3>
1000 × 1000 × 2.0t 의 열간압연 판재를 길이 2mm 인 스테인리스 볼을 사용하여 0.4MPa 의 압력으로 쇼트 블라스트를 실시한 후, 200℃의 산소와 질소를 1 : 5로 혼합한 혼합가스 분위기에서 2시간동안 산화열처리를 실시한 결과 황금색의 색상을 얻었다. 이후 폴리 에스테르수지로 분체도장을 실시하여 두께 50㎛의 수지도막층을 형성하고 염수분무시험 (KS D 9502) 을 실시한 결과 200시간에서도 발청이 없었다.After performing a short blast on a hot rolled sheet of 1000 × 1000 × 2.0t at a pressure of 0.4 MPa using a stainless steel ball having a length of 2 mm, the mixture was mixed with oxygen and nitrogen at 1: 5 at 200 ° C for 1 hour for 2 hours. Oxidative heat treatment gave a golden hue. Thereafter, powder coating was performed with a polyester resin to form a resin coating film layer having a thickness of 50 μm, and a salt spray test (KS D 9502) was carried out.
<실시예 4><Example 4>
냉간압연 판재로 제작한 직경 28Φ, 길이 500mm, 두께 0.8t 인 용접파이프를 버핑연마를 실시하고, 290℃의 산소와 공기를 1 : 3 로 혼합한 혼합가스 분위기 중에서 2.5시간 동안 산화처리를 실시한 결과 청색을 얻었다. 이 파이프에 폴리-알키드계 도료를 스프레이 방법으로 두께 45㎛의 수지도막층을 형성한 후 염수분무시험 (KS D 9502) 을 실시한 결과 200시간에서도 발청이 없었다.Buffing was performed on the weld pipe of diameter 28Φ, length 500mm and thickness 0.8t made from cold rolled sheet and subjected to oxidation treatment for 2.5 hours in a mixed gas atmosphere mixed with oxygen at 290 ° C and air at 1: 3. Blue was obtained. Poly-alkyd-based paint was formed on the pipe by spraying to form a resin coating film layer having a thickness of 45 µm, followed by a salt spray test (KS D 9502).
<실시예 5>Example 5
냉간압연 판재로 제작한 직경 25Φ, 길이 300mm, 두께 0.8t 인 파이프에 도금층 두께가 12㎛이 되도록 무전해 니켈도금을 실시한 후 직경 0.2mm 인 알루미나를 사용하여 0.1MPa 의 압력으로 샌드 블라스트를 실시하였다. 이 파이프를 각각 260℃ 및 300℃의 순수 산소 분위기에서 3시간동안 산화처리를 한 결과 각각 짙은 주황 및 짙은 청색을 얻었으며, 이를 폴리 우레탄계 액상수지를 두께 30㎛이 되도록 스프레이 방식으로 수지도막층을 형성한 후 염수분무시험 (KS D 9502) 을 실시한 결과 500시간에서도 발청이 없었다.Electroless nickel plating was carried out on a pipe 25 mm in diameter, 300 mm long and 0.8 t thick made of cold rolled sheet so that the thickness of the plating layer was 12 μm, and then sand blasted at a pressure of 0.1 MPa using alumina having a diameter of 0.2 mm. . The pipes were oxidized for 3 hours in pure oxygen atmosphere at 260 ℃ and 300 ℃ respectively to get dark orange and dark blue color.Then, the resin coating layer was sprayed to make the polyurethane liquid resin 30㎛ thick. After the formation, the salt spray test (KS D 9502) was carried out. There was no rust even at 500 hours.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
도 1 은 본 발명에 따른 금속의 친환경 고내식 컬러 표면개질공정을 나타낸 절차도이다.1 is a procedure showing the environment-friendly high corrosion resistance color surface modification process of the metal according to the present invention.
Claims (7)
Priority Applications (1)
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| KR1020090093881A KR20110036298A (en) | 2009-10-01 | 2009-10-01 | Environment-friendly color surface modification process of metals having high corrosion resistance |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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| KR20110036298A true KR20110036298A (en) | 2011-04-07 |
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ID=44044276
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190070172A (en) | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 한국생산기술연구원 | metallic material using texture control and manufacturing method thereof |
| KR102003866B1 (en) | 2018-01-29 | 2019-07-25 | 한국생산기술연구원 | Multicolor metal using oxygen concentration control and method for preparing the same |
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2009
- 2009-10-01 KR KR1020090093881A patent/KR20110036298A/en not_active Application Discontinuation
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| KR20190070172A (en) | 2017-12-12 | 2019-06-20 | 한국생산기술연구원 | metallic material using texture control and manufacturing method thereof |
| KR102003866B1 (en) | 2018-01-29 | 2019-07-25 | 한국생산기술연구원 | Multicolor metal using oxygen concentration control and method for preparing the same |
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