KR20230100682A - 스테인리스강의 표면 처리 방법 - Google Patents

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KR20230100682A
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티에 롱 구오
용광 탄
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동관 디에스피 테크놀러지 코.,엘티디.
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Abstract

[과제] 우수한 접합 강도를 가지는 폴리머와 스테인리스강의 접합체의 제조를 위하여 스테인리스강의 표면 처리 방법을 제공한다.
[해결 수단] 폴리머와 스테인리스강의 접착 결합을 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법은 (a) 스테인리스강의 표면을 산성 용액을 이용하여 에칭하는 에칭 처리 단계, (b) 스테인리스강의 표면을 초음파로 처리하는 표면 처리 단계, (c) 스테인리스강의 표면을 산성 용액으로 에칭하는 2차 에칭 처리 단계, (d) 산화 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링(Silane Coupling) 처리 단계, (e) 스테인리스강의 표면의 산화막의 일부를 산성 용액을 이용하여 에칭해서 제거하는 단계, 및 (f) 산화 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법을 제공한다.

Description

스테인리스강의 표면 처리 방법 {SUS Surface Treatment Method}
본 발명은 폴리머와 스테인리스강의 접합체의 접착 결합을 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법에 관한 것이며, 스테인리스강의 표면을 1차 아노다이징 처리와 2차 아노다이징 처리의 2회의 아노다이징 처리를 통해서 스테인리스강의 표면과 폴리머의 접합체의 접합을 극대화하는 방법에 관한 것이다.
폴리머와 스테인리스강의 접합체는 방수성이 필요한 전자부품 및 스마트폰이나 전기자동차의 리튬 이온 배터리에 많이 사용되고 있으나, 폴리머와 스테인리스강의 접합 강도에 대한 신뢰성이 낮은 것이 문제점으로 거론되고 있다.
그래서 스테인리스강을 산성 용액을 이용하여 에칭 처리를 통한 표면 처리가, 스테인리스강의 표면의 활성도 및 마찰력을 높이고, 폴리머와의 강력한 접착을 할 수 있도록 폴리머와 스테인리스강의 접합체의 제조에 사용되고 있다. 그러나 산성 용액을 이용하여 에칭 처리를 통한 표면 처리만으로 폴리머와의 충분한 접착력과 밀폐성을 얻을 수 없었다.
일본 공개특허공보 특개2017-071219호
본 발명이 목적으로 하는 바는, 상기 문제를 해결하기 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법이며, 뛰어난 접합 강도와 밀폐성을 가지는 스테인리스강과 폴리머의 접합체를 제조하기 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 폴리머와 스테인리스강의 접착 결합을 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법으로서,
(a) 스테인리스강의 표면을 산성 용액을 이용하여 에칭하는 1차 에칭 처리 단계,
(b) 1차 에칭 처리한 스테인리스강의 표면을 초음파로 처리하는 표면 처리 단계,
(c) 초음파로 표면 처리한 스테인리스강의 표면을 산성 용액을 이용하여 에칭하는 2차 에칭 처리 단계,
(d) 2차 에칭 처리한 스테인리스강의 표면을 산화 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링 처리 단계,
(e) 상기 1차 아노다이징 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 일부를 산성 용액을 이용하여 에칭하여 제거하는 단계, 및
(f) 표면의 산화막의 일부를 제거한 스테인리스강의 표면을 산화 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계에서,
초산(농도 1∼50%), 인산(농도 1∼50%), 황산(농도 1∼50%) 중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 산성 용액 또는 가성소다(농도 1∼50%),수산화칼륨(농도 1∼50%), 탄산나트륨(농도 1∼50%) 중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 알칼리 용액 중 1개의 용액을 전해질 용액 1∼50 wt.%로 사용하고, 첨가제인 0.1∼1 wt.%의 1차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하고, 30∼70℃로 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 0.1∼3A/dm2의 전류 밀도로 10∼300초 동안 아노다이징 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 (e) 단계에서,
황산, 인산과 미량의 초산을 포함하는 산성 용액에 있어서 30∼70℃의 온도로 10∼300초 동안 실시하는 것에 의해, 스테인리스강의 표면의 산화막을 에칭과 함께 40∼60%를 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기 (f) 단계에서,
초산(농도 1∼50%), 인산(농도 1∼50%), 황산(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 산성 용액 또는 가성소다(농도 1∼50%), 수산화칼륨(농도 1∼50%), 탄산나트륨(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 알칼리 용액 중 1개의 용액을 전해질 용액 1∼50 wt.%로 사용하고, 첨가제인 0.1∼ 1 wt.%의 2차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하고, 10∼70 ℃로 500ms펄스의 정류기를 사용하여, 0.1∼10A/dm2의 전류 밀도로 10∼300초 동안 아노다이징 처리하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계와 상기 (f) 단계에서의, 상기 첨가제인 1차, 2차 실란 커플링제는, (RO)3Si-(CH2)3-NH2, (RO)3Si-(CH2)2-Si(OC2H5)3, (RO)3Si-(CH2)3-SH, (RO)3Si-CH=CH2, (RO)3Si- (CH2)3-OOC(CH3)C=CH2, (RO)3Si-(CH2)3-O-CH2CHCH2O, 및 (RO)3Si-(CH2)15CH3 중 적어도 2개 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계 또는 상기 (f) 단계에서의, 상기 첨가제인 1차 실란 커플링제와 2차 실란 커플링제는 같은 종류로, 서로 다른 혼합 비율로 혼합되는 것을 특징으로 한다.
상기 (d) 단계에서 상기 1차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 두께는 50∼100 nm이며,
상기 (f) 단계에서 상기 2차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 두께는 100∼150 nm인 것을 특징으로 한다.
스테인리스강의 표면에 대한 산성 용액을 이용하여 에칭 처리하고, 스테인리스강의 표면을 거칠게 하고, 초음파로 1차 표면 처리하여 표면에 마이크로 크랙을 생성하고, 산성 용액을 이용한 2차 에칭을 통해서 마이크로 크랙과 함께 표면을 더욱 거칠게 한다. 그 다음, 1, 2차 실란 커플링 처리를 통해, 스테인리스강의 표면에 표면 조도가 증가하고, 미세한 보어가 많이 형성되고, 형성된 보어에 실란 커플링제가 침투하고, 폴리머와의 결합 시에 화학적 반응을 통해서 실란 커플링제와 폴리머와의 결합이 이루어진다. 이러한 표면 조도와 미세한 보어 및 실란 커플링제에 의해 폴리머와 스테인리스강의 사이의 접합력을 극대화하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 스테인리스강의 표면 처리의 각각의 공정에 의한 스테인리스강의 표면의 사진 (a) 스테인리스강의 표면 사진 (b) 산화 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링 처리 단계 후의 스테인리스강의 표면 사진 (c) 산화 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링처리 단계 후의 스테인리스강의 표면 사진.
도 2는 본 발명에 의한 스테인리스강의 표면 처리를 하는 산화 아노다이징 장치 (a) 산화 아노다이징 장치 (b) 산화 아노다이징 장치의 펄스 모드 그래프.
도 3은 종래의 제품과 본원의 발명품과의 비교 테스트를 위하여 스테인리스강 시편과 인장 실험의 방법의 사진 (a) 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각의 스테인리스강 시편 (b) 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각의 폴리머와 결합된 스테인리스강 시편 (c) 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각의 항온항습 테스트 후, 인장 실험의 방법.
도 4는 본 발명에 의한 스테인리스강 시편의 표면 처리를 위한 도구.
도 5는 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각 항온항습 테스트 후, 인장 실험의 결과.
도 6은 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각의 항온항습 테스트 후, 인장 실험에 의한 파단면의 사진.
도 7은 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각의 방치 시간에 따른 인장 실험의 비교 그래프.
도 8은 종래의 제품과 본원의 발명품을 항온항습 기밀 테스트하기 위한 시편과 측정 기계 (a) 항온항습 기밀 테스트용 시편 (b) 항온항습 기밀 테스트용 측정 기계.
도 9는 종래의 제품과 본원의 발명품의 각각의 밀폐 테스트의 비교 그래프.
이하 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 폴리머와 스테인리스강의 접착 결합을 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법을 설명한다.
(a) 스테인리스강의 표면을 산성 용액을 이용하여 에칭하는 에칭 처리 단계,
(b) 에칭 처리한 스테인리스강의 표면을 초음파로 처리하는 표면 처리 단계,
(c) 초음파로 표면 처리한 스테인리스강의 표면을 산성 용액으로 에칭하는 2차 표면 처리 단계,
(d) 2차 에칭 처리한 스테인리스강의 표면을 산화 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링 처리 단계,
(e) 1차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화 의 일부를 산성 용액을 이용하여 에칭하여 제거하는 단계, 및
(f) 표면의 산화막의 일부를 제거한 스테인리스강의 표면을 산화 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링 처리 단계를 포함한다.
(a) 단계에서는, 일반적인 황산, 인산과 미량의 초산을 포함하는 산성 용액에 30∼60℃로 10∼180초 동안 에칭한다. 에칭은 스테인리스강의 표면에 에칭의 자국을 형성하고, 표면을 거칠게 한다.
(b) 단계는, 일반적인 알칼리 세정제에 30∼60℃로 주파수 24∼100 kHz, 출력 400W로 10∼180초 동안 초음파를 아용한 표면 처리룰 실시한다. 표면 처리를 통해서 에칭된 스테인리스강의 표면에 마이크로 크랙을 생성한다.
(c) 단계는, 초음파 처리된 마이크로 크랙을 가지는 스테인리스강의 표면을 일반적인 초산, 인산과 미량의 황산을 포함하는 산성 용액에 30∼60℃로 10∼180초 동안, 2차 에칭 처리한다. 2차 에칭 처리를 통해서 스테인리스강의 표면에 더욱 불규칙한 에칭의 자국을 형성하고, 표면을 더욱 거칠게 한다.
(d) 단계는, 초산(농도 1∼50%), 인산(농도 1∼50%), 황산(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 산성 용액 또는 가성소다(농도 1∼50%), 수산화칼륨(농도 1∼50%), 탄산나트륨(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 알칼리 용액 중 1개의 용액을 전해질 용액 1∼50 wt.%로 사용하고, 첨가제인 0.1∼1wt.%의 1차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하여, 30∼70℃로 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 0.1∼3A/dm2의 전류 밀도로 10∼300초 동안 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링처리를 함으로써 에칭된 스테인리스강의 표면에 수많은 보어(구멍)를 가지는 산화막을 형성하고, 형성된 다공성 보어와 함께 보어에 실란 커플링제를 침투시킨다. 그래서 스테인리스강과 폴리머 사이의 결합력을 증가시켜서 접합성을 향상시킨다. 상기 (d) 단계에서 형성된 1차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 두께는 50∼100 nm로, 표면에 수많은 보어(구멍)를 가진다.
(d) 단계에서, 첨가제인 1차 실란 커플링제는, (RO)3Si-(CH2)3-NH2, (RO)3Si-(CH2)2-Si(OC2H5)3, (RO)3Si-(CH2)3-SH, (RO)3Si-CH=CH2, (RO)3Si- (CH2)3-OOC(CH3)C=CH2, (RO)3Si-(CH2)3-O-CH2CHCH2O, 및 (RO)3Si-(CH2)15CH3 중 적어도 2개 이상을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
(e) 단계에서, 황산, 인산과 미량의 초산을 포함하는 산성 용액에 있어서 30∼70℃의 온도로 10∼300초 동안 침지시켜 실시하여, 표면을 에칭하는 것으로 더욱 거칠게 하는 동시에, 마이크로 크랙에 침투한 실란 커플링제를 포함하는 스테인리스강의 표면의 산화막을 에칭과 함께 약 60%를 제거하면서 다공성의 보어를 일부 남기는 것에 의해, 2차 실란 커플링 처리 단계에서, 남은 보어 내에 아노다이징 처리에 의한 것 외의 보어가 발생하도록 보어의 일부를 제거하는 목적이 있다.
(f) 단계는, 초산(농도 1∼50%), 인산(농도 1∼50%), 황산(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 산성 용액 또는 가성소다(농도 1∼50%), 수산화칼륨(농도 1∼50%), 탄산나트륨(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 알칼리 용액 중 1개의 용액을 전해질 용액 1∼50wt.%로 사용하고, 첨가제인 0.1∼1wt.%의 2차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하고, 30∼70℃로 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 0.1∼10A/dm2의 전류 밀도로 10∼300초 동안 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링 처리를 함으로써 에칭된 스테인리스강의 표면에 수많은 보어(구멍)를 가지는 산화막을 형성하고, 형성된 다공성 보어와 함께 보어에 실란 커플링제를 침투시킨다. 그래서 스테인리스강과 폴리머 사이의 결합력을 증가시켜서 접합성을 향상시킨다. 상기 (f) 단계에서 형성된 1차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 두께는 100∼150nm로, 표면에 수많은 보어(구멍)를 가진다. 이렇게 1, 2차 실란 커플링 처리를 통해서, 스테인리스강의 표면에 대한 1차 실란 커플링 처리 시에 형성된 산화막의 보어 내에 2차 실란 커플링 처리에 의해, 미세한 보어를 다시 형성하고, 도마뱀의 발바닥의 털과 같은 모양의 산화 피막 모양을 형성하여, 접촉 면적을 최대화하고, 폴리머와, 스테인리스강의 접합력을 극대화한다. 특히 2차 실란 커플링제가 스테인리스강의 표면에 더욱 침투하고, 폴리머와 결합 시에 강한 결합력을 소유한다.
(f) 단계에서의, 첨가제인 2차 실란 커플링제는, (RO)3Si-(CH2)3-NH2, (RO)3Si-(CH2)2-Si(OC2H5)3, (RO)3Si-(CH2)3-SH, (RO)3Si-CH=CH2, (RO)3Si- (CH2)3-OOC(CH3)C=CH2, (RO)3Si-(CH2)3-O-CH2CHCH2O, 및 (RO)3Si-(CH2)15CH3 중 적어도 2개 이상을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
(d)와 상기 (f) 단계에서의, 상기 첨가제인 1차 실란 커플링제와 2차 실란 커플링제는, 서로 같은 종류를 사용하고, 서로 다른 혼합 비율로 사용하는 것이 좋다. 서로 다른 혼합 비율이므로, 폴리머와의 결합력에 있어서 더욱 강한 결합력을 소유할 수 있다.
이러한 1, 2차 실란 커플링 처리에 의해, 스테인리스강의 표면에 표면 조도가 증가하고, 미세한 보어가 많이 형성되고, 형성된 보어에 실란 커플링제가 침투하고, 폴리머와의 결합 시에 화학적 반응을 통해서 실란 커플링제와 폴리머와의 결합이 이루어진다. 이러한 표면 조도와 미세한 보어 및 실란 커플링제에 의해 폴리머와 스테인리스강의 사이의 접합력을 극대화하는 효과가 있다.
도1에 본 발명에 의한 스테인리스강의 표면 처리의 각각의 공정에 의한 스테인리스강의 표면의 사진을 개시한다.
(a)는 스테인리스강의 표면 사진이며,
(b) 산화 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링 처리 단계 후의 스테인리스강의 표면 사진이며,
(c) 산화 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링 처리 단계 후의 스테인리스강의 표면 사진이다.
이하, 구체적인 실시예와 도면을 설명한다.
본 발명의 효과를 입증하기 위해서 종래예 및 실시예 1과 2에 대한 시편을 각각의 실험에 대하여 각 10개 만들어서 실험하였다.
사용 가능한 스테인리스강은 SUS2XX, SUS3XX, SUS4XX 및 SUS6XX 계열의 스테인리스강을 사용할 수 있다.
실험에 사용된 시편은 SUS316의 스테인리스강을 사용하였다. 사용된 SUS316의 스테인리스강의 성분표를 하기 표1에 나타낸다.
C Mn Si P S Cr Ni Mo Fe
0.08%이하 2.0%이하 1.0%이하 0.045%이하 0.030%이하 16.0~18.0% 10.0~14.0% 2.0~3.0% 잔량
본 발명에 사용 가능한 폴리머는 복합 수지이며, Polyethylene, Polypropylene、Polyvinyl Chloride, Polyvinyl acetate, Polyacrylic acid ester, Polymethacrylic acid ester, unsaturated Polyester, Polyester, Polyamide, Polyether, Polyurethane elastomer, Polystyrene, Polysulfon, Polyether sulfone, Polyarylate, Polyacetal, Polyethylene terephthalate、Polypropylene, Polyphenylene ether, Polyphenylene oxide, Polyphenylene sulfide, Polybutadiene, Polybutylene terephthalate, Polymethylpentene, Liquid crystal Polymer 등을 사용할 수 있다.
실험에 사용된 시편의 폴리머는 하기 표2의 PPS레진(Polyplastics Co., Ltd.의 30%의 glass fiber를 소유하는 Polypropylene sulfide(PPS))을 사용하였다. 사용된 PPS레진의 물성표를 하기 표2에 나타냈다.
물질(Material) 인장강도(Tensile strength (Mpa) 융점(Melt temperature)(°C) 열변형 온도(Heat distortion temperature)(°C) 밀도(Density) (g/cm3) 파단점 신율(Elongation at rupture)(%)
PPS 170 310 140 1.57 2
〔종래예〕
스테인리스강의 시편을,
(a) 스테인리스강의 표면을 일반적인 황산, 인산과 미량의 초산을 포함하는 산성 용액에 40℃로 90초 동안 에칭하는 에칭 처리 단계,
(b) 스테인리스강의 표면을 일반적인 알칼리 세정제에 40℃로 주파수 50kHz, 출력 400W로 90초 동안 초음파를 이용한 표면 처리를 실시하는 표면 처리 단계,
(c) 스테인리스강의 표면을 일반적인 초산, 인산과 미량의 황산을 포함하는 산성 용액에 40℃로 90초 동안, 2차 에칭 처리하는 2차 에칭 처리 단계를 한 종래의 방법으로 시편을 만들었다.
〔실시예 1〕
(a)∼(c) 단계 후, (d) 스테인리스강의 표면을 가성소다(5%), 탄산나트륨(5%), 질산암모늄(5%)을 3:1:1의 비율로 혼합된 알칼리 용액 25wt.%에 (RO)3Si-(CH2)2-Si(OC2H5)3, (RO)3Si-(CH2)3-SH 를 1:3의 비율로 혼합된 0.5wt.%의 1차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하고, 상기 용액으로 50℃로, 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 1.5A/dm2의 전류 밀도로 150초 동안 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링 처리를 한다.
〔실시예 2〕
(a)∼(d) 단계 후, (e) 스테인리스강의 표면을 인산(농도 20%)과 미량의 황산을 포함하는 산성 용액에 40℃로 90초 동안, 에칭 처리하여 산화막의 일부를 제거하는 단계를 실시한 후, (f) 스테인리스강의 표면을 가성소다(5%), 탄산나트륨(5%), 질산암모늄(5%)을 3:1:1의 비율로 혼합된 알칼리 용액 25wt.%에 (RO)3Si-(CH2)2-Si(OC2H5)3, (RO)3Si-(CH2)3-SH 를 3:1의 비율로 혼합된 0.5wt.%의 2차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하고, 상기 용액으로 50℃로, 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 5A/dm2의 전류 밀도로 150초 동안 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링처리 단계를 실시하여 시편을 만들었다.
이렇게 종래예 및 실시예 1∼2의 3개의 방법으로 만들어진 시편으로, 각각 인장 실험, 방치 시간에 따른 결합력 측정 및 밀폐 실험 등을 실시하였다. 그 결과는 아래와 같다.
〔실험예 1〕
<인장 실험>
상기 종래예 및 실시예 1∼2에 사용된 시편은 도5의 (a)와 같이 SUS316의 스테인리스강으로, 사이즈는 가로 12mm, 세로 40mm, 두께 3mm로 제작하고, 종래예 및 실시예 1∼2의 공정에 의해 제작된 스테인리스강 시편은 도5의 (b)와 같이 가로 12mm, 세로 40mm, 두께 3mm의 폴리머를 세로 방향에서 사출하여 결합시킨다.
접합 강도를 측정하기 위해서 스테인리스강과 폴리머가 결합된 시편을 항온항습 1000HR 전/후에 도5의 (c)와 같이 인장 실험을 실시하고, 그 결과를 도6에 나타냈다.
도5 (a)는 인장 실험을 위하여 제작된 스테인리스강 시편이다.
도5 (b)는 스테인리스강 시편에 폴리머를 결합시킨 것이다.
도5 (c)는 인장 실험 방법과 관련된 사진이다.
도6은 종래의 제품과 본원의 발명품을 각각 항온항습 테스트 후, 인장 실험의 결과를 나타낸다.
도6의 그래프와 같이, 종래예의 시편보다 실시예 1의 시편이 항온항습 시험 전/후의 인장력이 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1의 시편보다 실시예 2의 시편이 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.
도7은 항온항습 시험 후, 인장 실험 완료 후, 각각의 종래예 및 실시예 1∼2에 의한 시편의 분리된 스테인리스강 표면에 남아있는 폴리머의 양과 관련된 사진이다.
종래예의 시편의 분리면 사진으로, 분리되어서 스테인리스강의 표면에 폴리머의 양이 30% 정도 존재한다는 것을 알 수 있다.
실시예 1의 시편의 분리면 사진으로, 분리되어서 스테인리스강의 표면에 폴리머의 양이 60% 정도 존재한다는 것을 알 수 있다.
실시예 2의 시편의 분리면 사진으로, 분리되어서 스테인리스강의 표면에 폴리머의 양이 80% 정도 존재한다는 것을 알 수 있다.
〔실험예 2〕
<방치 시간에 따른 결합력 측정>
도8의 그래프는 종래예 및 실시예 1∼2의 시편을 제작하여, 폴리머 결합 후, 1개월에서 12개월 동안, 시간 경과에 따른 인장력 시험을 실시한 결과다.
실험에 사용된 샘플은 각각의 인장력 테스트에 각 10개를 테스트한 후, 그 평균값을 기재한 것이다.
그 결과, 종래예의 시편보다 실시예 1의 시편이 시간 경과에 따른 인장력 저하가 우수하다는 것을 알 수 있다.
또한, 실시예 1의 시편보다 실시예 2의 시편이 시간 경과에 따른 인장력 저하가 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.
〔실험예 3〕
<밀폐 실험>
상기 종래예 및 실시예 1∼2의 시편을 이용하여 스테인리스강과 폴리머와의 밀폐 상태를 측정하기 위해서 항온항습 1000HR 후에 밀폐 실험을 실시하고, 그 결과를 도10에 나타낸다.
상기 종래예 및 실시예 1∼2에 사용된 시편은 도9의 (a)와 같이 SUS316의 스테인리스강으로, 사이즈는 가로 12mm, 세로 40mm, 두께 3mm로 제작하고, 종래예 및 실시예 1∼2의 공정에 의해 제작된 스테인리스강 시편의 한가운데에 지름 39.6mm, 두께 1mm의 원형 폴리머를 사출하여 결합시킨다.
접합 강도를 측정하기 위해서 스테인리스강과 폴리머가 결합된 시편을 항온항습 1000HR 후에 도9의 (b)와 같이 밀폐 실험을 실시하고, 그 결과를 도10에 나타낸다.
도10의 그래프와 같이, 종래예의 시편보다 실시예 1의 시편이 밀폐성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 1의 시편보다 실시예 2의 시편이 밀폐성이 가장 우수하다는 것을 알 수 있다.
도9 (a)는 항온항습 후, 밀폐 실험용 시편 사진이다.
도9 (b)는 항온항습 후, 밀폐 실험 기기의 사진이다.
본 발명은 폴리머와 스테인리스강의 접합체의 제조 방법으로, 스테인리스강의 표면 처리를 통해서 폴리머와 스테인리스강의 접합력을 강화하여 부품의 밀폐성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 폴리머와 스테인리스강의 접착 결합을 위한 스테인리스강의 표면 처리 방법으로서,
    (a) 스테인리스강의 표면을 산성 용액을 이용하여 에칭하는 1차 에칭 처리 단계,
    (b) 상기 1차 에칭 처리한 스테인리스강의 표면을 초음파로 처리하는 표면 처리 단계,
    (c) 상기 초음파로 표면 처리한 스테인리스강의 표면을 산성 용액으로 에칭하는 2차 에칭 처리 단계,
    (d) 상기 2차 에칭 처리한 스테인리스강의 표면을 산화 아노다이징 처리하는 1차 실란 커플링(Silane Coupling) 처리 단계,
    (e) 상기 1차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 일부를 산성 용액을 이용하여 에칭해서 제거하는 단계, 및
    (f) 표면의 산화막의 일부를 제거한 스테인리스강의 표면을 산화 아노다이징 처리하는 2차 실란 커플링 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법.
  2. 제 1 항에 있어서
    상기 (d) 단계에서,
    초산(농도 1∼50%), 인산(농도 1∼50%), 황산(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 산성 용액 또는 가성소다(농도 1∼50%), 수산화칼륨(농도 1∼50%), 탄산나트륨(농도 1∼50%) 중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 알칼리 용액 중 1개의 용액을 전해질 용액 1∼50wt.%로 사용하고, 첨가제인 0.1∼1wt.%의 1차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하여, 30∼70℃로 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 0.1∼3A/dm2의 전류 밀도로 10∼300초 동안 아노다이징 처리하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e) 단계에서,
    황산, 인산과 미량의 초산을 포함하는 산성 용액에 있어서 30∼70℃의 온도로 10∼300초 동안 실시하는 것에 의해, 스테인리스강의 표면의 산화막을 에칭과 함께 50∼60%를 제거하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (f) 단계에서,
    초산(농도 1∼50%), 인산(농도 1∼50%), 황산(농도 1∼50%)중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 산성 용액 또는 가성소다(농도 1∼50%), 수산화칼륨(농도 1∼50%), 탄산나트륨(농도 1∼50%) 중에서 적어도 2개 이상 배합의 혼합 알칼리 용액 중 1개의 용액을 전해질 용액 1∼50 wt.%로 사용하고, 첨가제인 0.1∼1 wt.%의 2차 실란 커플링제(Silane Coupling agent)를 첨가하여, 10∼70℃로 500ms 펄스의 정류기를 사용하여, 0.1∼10A/dm2의 전류 밀도로 10∼300초 동안 아노다이징 처리하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면처리 방법.
  5. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 또는 상기 (f) 단계에서의, 상기 첨가제인 1, 2차 실란 커플링제는,
    (RO)3Si-(CH2)3-NH2, (RO)3Si-(CH2)2-Si(OC2H5)3, (RO)3Si-(CH2)3-SH, (RO)3Si-CH=CH2, (RO)3Si- (CH2)3-OOC(CH3)C=CH2, (RO)3Si-(CH2)3-O-CH2CHCH2O, R2-Si-Cl2, 및 (RO)3Si-(CH2)15CH3 중 적어도 2개 이상을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 (d) 단계 또는 상기 (f) 단계에서의, 상기 첨가제인 1차 실란 커플링제와 2차 실란 커플링제는 같은 종류로, 서로 다른 혼합 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서 상기 1차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 두께는 50∼100 nm이며,
    상기 (f) 단계에서 상기 2차 실란 커플링 처리한 스테인리스강의 표면의 산화막의 두께는 100∼150 nm인 것을 특징으로 하는 스테인리스강의 표면 처리 방법.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2544974B2 (ja) * 1989-05-17 1996-10-16 高砂鐵工株式会社 塗料密着性に優れたステンレス鋼の表面処理方法
JP3068690B2 (ja) * 1991-12-02 2000-07-24 高砂鐵工株式会社 塗料密着性に優れた金属材料の表面処理方法
JP5139426B2 (ja) * 2007-05-28 2013-02-06 大成プラス株式会社 鋼材複合体及びその製造方法
WO2009093668A1 (ja) * 2008-01-22 2009-07-30 Taisei Plas Co., Ltd. 金属合金と被着材の接合体とその製造方法
CN102713021A (zh) * 2009-06-30 2012-10-03 关西涂料株式会社 具有被膜的不锈钢构件的制造方法
KR102327770B1 (ko) * 2021-05-06 2021-11-18 지오네이션 주식회사 금속-수지 접합체 및 그 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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