KR20210079858A

KR20210079858A - 표면 패턴화 Al-Mg계(MAS) 도금강판 및 이의 제조 방법

Info

Publication number: KR20210079858A
Application number: KR1020190172059A
Authority: KR
Inventors: 김혜정; 정재인; 이경황; 양지훈
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-30
Also published as: KR102310202B1

Abstract

본 발명은 강판 및 상기 강판 상에 위치하는 Al-Mg-Si 합금층을 포함하는, 패턴화된 흑색의 Al-Mg계 도금강판에 관한 것이다. 상기 Al-Mg-Si 합금층은 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함된 형태로 존재한다. 상기 Mg-Si 합금 입자는 흑화 저해층을 형성하여 도금강판의 흑화 공정시 비-흑화부를 그 표면 상에 형성한다. 또한, 본 발명은 강판 표면 상에서 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함되는 형태로 존재하는 Al-Mg-Si 합금층을 열처리하여 강판 표면 상에 Mg₂Si 층을 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및 밀폐된 용기 내에서 상기 강판에 고온으로 수증기를 적용하여, 흑화부와 비-흑화부가 혼합된, 바람직하게는 패턴화된 흑색 도금강판을 제조하는 단계를 포함하는, 흑색도금층을 갖는 Al-Mg계 도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

Description

표면 패턴화 Al-Mg계(MAS) 도금강판 및 이의 제조 방법{PLATED MAS STEEL SHEET HAVING A PATTERNED SURFACE AND A METHOD FOR PREPARING IT}

본 발명은 MAS강판을 흑화 기술에 적용하여, Al-Mg계(MAS) 도금강판의 표면 패턴을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 흑화하지 않는 특정 합금 조직을 생성하고 이를 통해 강판 표면 상에 고급 패턴 무늬를 제조한다.

건축자재, 자동차, 가전제품 등의 분야에서는, 고급화된 흑색 외관을 가진 도금강판이 꾸준히 개발되어 왔다. 강판의 표면을 흑화하는 방법으로서, 강판의 표면에 흑색 도료를 적용하여 흑색 코팅층을 형성하는 방법이 있지만, 이는 코팅층을 형성하는 추가적인 공정에 따른 비용 등의 문제점 및 코팅층의 불충분한 내식성 및 내후성 등의 관점에서 바람직하지 않다. 따라서, 근래에는, 용융 Zn, Al, 또는 Mg 중 하나 이상을 함유하는 도금층을 강판 표면 상에 적용하고 이를 흑화하여 흑색 도금 강판을 제조하는 방법이 우세하게 사용되고 있다.

Al-Mg-Zn 도금 강판에 고온의 수증기를 24시간 이상 분무하여, 강판 표층에 얇은 흑색 피막을 형성하는 방법이 공지되어 있다. 또한, PosMAC 소재를 이용하여 높은 산소농도 하에서, 빠른 속도로 흑색 도금강판을 제조하는 기술이 공지되어 있다. 특히, MAS강판의 도금층을 고온의 수증기를 분무하여 흑화하는 기술이 공지되어 있다. 그러나, 선행 기술에서는 균일한 무패턴의 단일 흑색층을 형성하는 기술만을 개시하고 있을 뿐이다.

본 발명자는 Al-Mg-Si계 도금강판(MAS 강판)을 밀폐된 반응기 내에서 고온으로 수증기 처리시 흑화 저해층이 존재하는 특정 부분은 흑화되지 않고, 흑화 저해층이 없는 부분은 흑화되어, 미려한 표면 패턴을 생성할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다. 따라서, 본 발명은 MAS강판을 활용한 흑화 기술에 더해서, 흑화하지 않는 특정 합금 조직을 이용하여, 흑화부와 비-흑화부가 혼합된 고급 무늬를 도금강판의 표면 상에 제조하는 기술에 대한 것이다.

본 발명은 강판 및 상기 강판 상에 위치하는 Al-Mg-Si 합금층을 포함하는, 패턴화된 흑색의 Al-Mg계 도금강판에 관한 것이다. 상기 Al-Mg-Si 합금층은 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함된 형태로 존재한다. 상기 Mg-Si 합금 입자는 흑화 저해층을 형성하여 도금강판의 흑화 공정시 비-흑화부를 그 표면 상에 형성한다. 상기 도금강판은 도금 강판의 총 중량을 기준으로 Si 8~10중량%, Al 88~90중량% 및 잔부 Fe를 포함하고, Al-Mg-Si 합금층은 상기 합금층의 총 중량을 기준으로 Mg 15~90중량%을 포함한다.

또한, 본 발명은 강판 표면 상에서 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함되는 형태로 존재하는 Al-Mg-Si 합금층을 열처리하여 강판 표면 상에 Mg₂Si 층을 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및 밀폐된 용기 내에서 상기 강판에 고온으로 수증기를 적용하여, 흑화부와 비-흑화부가 혼합된, 바람직하게는 패턴화된 흑색 도금강판을 제조하는 단계를 포함하는, 흑색도금층을 갖는 Al-Mg계 도금강판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 흑화 단계에서, 부분적으로 형성된 Mg₂Si 층이 흑화저해층으로 작용하여 흑화 과정에서 비-흑색부가 형성되면, 전체적으로 흑색부와 비-흑색부가 혼합되거나, 반복되거나, 바람직하게는 교번하는 패턴화된 흑색도금이 강판 표면 상에 형성된다.

본 발명에 따르면, 도금층에서 흑화된 부분과 흑화되지 않은 부분이 혼합 및/또는 반복되거나, 교번하여 나타남으로써, 미려한 고급질감을 도금강판을 제공할 수 있다.

도 1은 Mg 진공도금 두께 및 열처리 시간에 따른 흑화 공정 처리(150℃ 95% 상대습도, 1시간)후의 흑화 정도를 보여준다.
도 2는 흑화 공정 후 회색부의 TEM-EDS결과를 보여준다.
도 3은 흑화 공정 후 흑색부의 TEM-EDS결과를 보여준다.
도 4는 비교예의 흑화 공정 후 결과를 보여준다.

다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

명세서 전체에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 "상부"에 있다고 하거나, "~상"에 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

명세서 전체에서, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분의 "상부"에 있다고 하거나, "~상"에 있다고 할 때, 이는 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

명세서 전체에서, 별다른 정의가 없는 한, "A 층"은, 해당 층이 A만으로 이루어진 경우뿐만 아니라, A를 포함하는 경우도 포함한다.

명세서 전체에서, 별다른 정의가 없는 한, "A-B 합금층"은, 해당 층이 A-B합금만으로 이루어진 경우뿐만 아니라, A-B 합금을 포함하는 경우도 포함한다. 또한, 명세서 전체에서, 별다른 정의가 없는 한, "A-B-C 합금층"은, 해당 층이 A, B 및 C를 모두 포함하는 경우뿐만 아니라, A-B 합금 및 A-C 합금, 또는 A-B 합금 및 B-C 합금, 또는 B-C 합금 및 A-C 합금을 포함하는 경우도 포함한다.

MAS강판은 포스코에서 개발한 강한 내식성을 갖는 도금 강판으로서, 강판 표면 상에 알루미늄, 마그네슘, 및 실리콘이 함유된 물질을 코팅 및 열처리하여 제조된, 기존의 도금강판 대비 얇은 두께를 가지면서도 내식성이 우수한 도금강판이다.

MAS강판은 강판 상에 Al, Si, 및/또는 Mg를 포함하는 합금층을 갖는 도금 강판이다. 본 발명의 MAS 도금강판은 바람직하게는 Al-Mg-Si 합금층, Al-Mg 합금층, 및 Mg-Si 합금층을 포함하고, 선택적으로, Al-Si 합금층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 Al-Mg-Si 합금층은 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함된 형태로 존재한다. Mg-Si 합금 입자는 Mg₂Si 흑화 저해층을 형성할 수 있다.

본 발명의 도금강판은 도금 강판의 총 중량을 기준으로 Si를 8~10중량%의 함량으로 포함하고, Al를 88~90중량%하며, 잔부로서 Fe를 포함한다. 상기 도금강판에서 Al-Mg-Si 합금층은 상기 합금층의 총 중량을 기준으로 Mg를 15~90중량%로 포함한다. 또한, Al-Mg-Si 합금층은 합금층의 총 중량을 기준으로 Al-Mg 합금 및 Mg-Si 합금을 각각 1 내지 70중량%로 포함할 수 있다.

본 발명은 강판 표면 상에서 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함되는 형태로 존재하는 Al-Mg 합금 및 Mg-Si 합금을 열처리하여 강판 표면 상에 Mg₂Si 층을 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및 밀폐된 용기 내에서 상기 강판에 고온으로 수증기를 적용하여 도금강판을 흑화하는 단계로서, 상기 부분적으로 형성된 Mg₂Si 층이 흑화저해층으로 작용하여 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 형태의 도금이 강판 표면 상에 형성되는 단계를 포함하는, 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 패턴 또는 무늬를 갖는 흑색도금층을 갖는 Al-Mg계 도금강판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 흑화 단계에서, 부분적으로 형성된 Mg₂Si 층이 흑화저해층으로 작용하여 흑화 과정에서 비-흑색부가 형성되면, 전체적으로 흑색부와 비-흑색부가 교번하는 패턴화된 흑색도금이 강판 표면 상에 형성된다.

상기 열처리 단계는 바람직하게는 종래의 흑화 열처리 온도보다 더 높은 온도에서 수행된다. 열처리 온도는 300 내지 400℃, 바람직하게는 320 내지 375℃이다. 열처리 시간은 1분 내지 30분, 바람직하게는 3분 내지 20분, 보다 바람직하게는 5 내지 15분이다. 상기 열처리 단계에 의해, 강판 표면 상의 합금층에서 Mg₂Si 층이 적어도 부분적으로 형성된다.

도금 강판의 흑화 단계에서는 흑화가 진행되면서 비-흑화부와 흑화부가 보다 확실하게 대비되어 패턴이 보다 강하게 형성될 수 있다. 따라서, 흑화 정도와 패턴화 정도는 상호 비례하는 것으로 이해할 수 있다.

Mg 도금의 두께, 및 열처리 단계의 온도 및 시간에 따라 흑화 정도가 결정될 수 있다. Mg 도금의 두께, 열처리 온도 및 시간은 흑화 정도에 비례할 수 있다. 따라서, 열처리 온도 및 시간을 조절하여 도금강판의 흑화 정도 및 패턴화 정도를 다양하게 변화시킬 수 있다.

흑화 단계는 상기 열처리된 도금강판을 밀폐된 용기 내에서 고온의 수증기를 가함으로써 수행된다. 상기 적어도 부분적으로 형성된 Mg₂Si 층은 흑화 단계에서 흑화저해층으로 작용한다. Mg₂Si 층은 흑화 단계에서 비-흑화 부분을 형성하고, 이에 따라 흑색부와 비-흑색부가 교차하는 패턴화된 흑색도금이 도금강판의 표면상에 형성된다. Mg₂Si의 입자가 많을수록 흑화가 더 많이 저해된다. 따라서, 합금층에 형성된 Mg₂Si 입자의 함량이 불균일하므로, 생성되는 흑색 패턴의 모양은 일정하지 않을 수 있다.

흑화 단계의 온도는 105℃ 내지 200℃, 바람직하게는 140℃ 내지 160℃이다. 흑화 단계의 습도는 50% 내지 100%이고, 습도가 높을수록 더 바람직하다. 흑화 단계의 시간은 5분 내지 2시간이고, 바람직하게는 30분 내지 1시간이다. 흑화 단계에서는 Mg 합금층의 존재에 따라 흑화-비흑화가 진행되어 패턴화가 달성되고, 특히, 흑화 단계의 온도, 습도, 및 시간 변화에 따라, 그레이 색상 내지 블랙 색상 사이의 채색 조절이 가능하다. 일 구현예에서, 흑화 공정에서 습도는 95% 및 시간은 1시간이다.

흑화 단계의 온도, 습도, 및 시간의 변화에 따라 흑화 정도가 결정될 수 있다. 흑화 온도 및 시간은 흑화 정도에 비례할 수 있다. 따라서, 흑화 온도 및 시간을 조절하여 도금강판의 흑화 정도를 연회색에서 완전한 흑색까지 변화시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

실시예

실시예 1 내지 9

냉연강판 상에 Si 9 중량%, Al 88 중량%, 및 잔부로 Fe를 포함하는 Al 도금층을 포함하는 강판 9개를 준비하였다. 상기 강판들을 공급장치를 통해 진공용기 내로 공급하면서, 진공 용기 내에 설치된 전자기부양 소스를 통해 Al 도금층 상에 Mg를 Mg 진공도금 두께가 3개당 1.0㎛, 1.5㎛, 및 2.0㎛가 되도록 코팅하였다. 코팅이 완료된 후, 계속해서 강판을 이동시켜 대기 중으로 배출한 뒤, 대기 중에서 유도가열장치를 이용하여 각각의 강판들에 대해 400℃로 2분, 3분 및 4분간 열처리하였다. 열처리가 완료된 후 계속해서 강판을 이송시켜 제조된 합금 코팅 강판을 수득하였다. 이 강판들을 진공용기 내로 다시 공급한 후, 95% 상대습도 하, 150℃℃ 에서 수증기를 가하였다. 도 1에서 보여지는 바와 같이, 다양한 흑화-비흑화 부분이 불균일하게 형성된 패턴화된 흑화 도금강판이 수득되었다. 이하 표에서는 각 실시예에 따른 흑화 및 패턴화 정도를 상대적인 강도로 보여준다.

실시예 번호	Mg 진공도금 두께(㎛)	열처리 온도(℃)	열처리 시간(분)	흑화 정도	패턴화 정도
1	1	400	2	약	약
2	1	400	3	약	중
3	1	400	4	약	강
4	1.5	400	2	중	약
5	1.5	400	3	중	중
6	1.5	400	4	중	강
7	2	400	2	강	약
8	2	400	3	강	중
9	2	400	4	강	강

상기 실시예에서 보시는 바와 같이, 도금강판의 전체적인 흑화 정도는 Mg 진공도금 두께에 비례하였다. 다만, 각각의 Mg 진공도금 두께를 갖는 도금강판에서 비-흑화 부분과 흑화 부분의 패턴 강도는 열처리 시간에 비례하는 것으로 나타났다. 상기 흑화 부분과 비-흑화 부분을 TEM-EDS로 관찰하였다. 그 결과는 도 2 및 3에 도시되어 있다. 도 2는 흑화 공정 후 회색부(비-흑화부)의 TEM-EDS결과를 보여주는데, Mg₂Si 층이 많을수록 흑화가 저해되어, 회색부를 형성하는 것을 알 수 있었다. 도 3은 흑화 공정 후 흑색부의 TEM-EDS결과를 보여주는데, Mg가 많을수록 강하게 흑화되는 것을 알 수 있었다.

비교예

실시예 1 내지 9와 동일한 공정으로 MAS강판을 제조하되, Mg PVD 진공도금 후 열처리 단계는 250℃에서 60분간 수행하였다. 열처리 후, 흑화 공정으로서 150℃, 95% RH, 1시간 처리 후 도금강판의 표면의 흑화 정도를 살펴보았다. 도 4에서 보이는 바와 같이, 표면에 비-흑화부가 없고, 패턴없이 균일한 흑색의 모습을 확인할 수 있었다.

Claims

강판; 및
상기 강판 상에 위치하는 Al-Mg-Si 합금층
을 포함하는, 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 표면을 갖는 Al-Mg계 도금강판으로서,
상기 Al-Mg-Si 합금층은 상기 합금층 내에 Mg₂Si 층을 적어도 부분적으로 포함하고, Mg₂Si 층이 흑화저해층으로 작용하여 비-흑색부를 형성한,
Al-Mg계 도금강판.
제1항에 있어서, 상기 도금강판은 도금 강판의 총 중량을 기준으로 Si 8~10중량%, Al 88~90중량% 및 잔부 Fe를 포함하는, 도금 강판.
제1항에 있어서, Al-Mg-Si 합금층은 상기 합금층의 총 중량을 기준으로 Mg 15~90중량%을 포함하는, 도금강판.
강판 표면 상에 Al-Mg 합금 및 Mg-Si 합금을 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함되는 형태로 존재하도록 적용하고 열처리하는 단계로서, 상기 열처리에 의해 강판 표면 상에 Mg₂Si 층을 적어도 부분적으로 형성하는 단계;
밀폐된 용기 내에서 상기 강판에 수증기를 고온에서 적용하여 도금강판을 흑화하는 단계로서, 상기 부분적으로 형성된 Mg₂Si 층이 흑화저해층으로 작용하여 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 형태의 도금이 강판 표면 상에 형성되는 단계
를 포함하는, 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 표면을 갖는 Al-Mg계 도금강판의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 열처리 단계의 열처리 온도는 300 내지 400℃이고, 열처리 시간은 1분 내지 30분인, 방법.
제4항에 있어서, 상기 열처리 단계의 열처리 온도는 320 내지 375℃이고, 열처리 시간은 4분 내지 20분인, 방법.
제4항에 있어서, 상기 흑화 온도는 105℃ 내지 200℃, 또는 140℃ 내지 160℃이고, 흑화 습도는 50% 내지 100%이며, 흑화 시간은 30분 내지 1시간인, 방법.
제4항에 있어서, Mg₂Si의 함량에 비례하여 흑화가 저해되어, 비-흑화 표면을 도금층 상에 형성하는, 제조 방법.
제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따라 제조된, 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 표면을 갖는 Al-Mg계 도금강판.
강판 표면 상에 Al-Mg 합금 및 Mg-Si 합금을 Al-Mg 합금상 내에 Mg-Si 합금 입자가 포함되는 형태로 존재하도록 적용하고 열처리하는 단계로서, 상기 열처리에 의해 강판 표면 상에 Mg₂Si 층을 적어도 부분적으로 형성하는 단계; 및
밀폐된 용기 내에서 상기 강판에 수증기를 고온에서 적용하여 도금강판을 흑화하는 단계로서, 상기 부분적으로 형성된 Mg₂Si 층이 흑화저해층으로 작용하여 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 형태의 도금이 강판 표면 상에 형성되는 단계
를 포함하는, Al-Mg계 도금강판의 표면에 흑색부와 비-흑색부가 혼합된 무늬를 형성하는 방법.