Cr-free 코팅액에 의한 아연도금강판의 열처리 온도에 따른 내식특성 Evaluation of the Corrosion Resistance of Zn-Coated Steel as a Function of the Temperature of the Cr-free Solution Used to Coat the Steel원문보기
Zinc has a number of characteristics that make it well suited for use as a coating to protecting iron and steel products from corrosion. Its excellent corrosion resistance in most environments accounts for its successful use as a protective coating on a variety of products and in many exposure condi...
Zinc has a number of characteristics that make it well suited for use as a coating to protecting iron and steel products from corrosion. Its excellent corrosion resistance in most environments accounts for its successful use as a protective coating on a variety of products and in many exposure conditions. The excellent field performance of zinc coatings results from their ability to form dense, adherent films that corrode at a rate that ranges from 1% to 10% of the corrosion rate of ferrous materials, depending on the environment. Recently, EU RoHS and EU ELV prohibited the use of materials that adversely affect the environment, such as Pb, Hg, Cd, and $Cr^{+6}$. In this study, environmentally-friendly, Cr-free solutions (epoxy solution, acrylic solution, and urethane solution S-700) and organic/inorganic solution with Si; LRO-317) were used to evaluate the corrosion resistance of zinc-coated steel subjected to a saltwater spray for 72 hours. The coating of urethane solution (S-700) was best among the three kinds of solution with heat treatment during five minutes at $190^{\circ}F$. Test specimens with S-700 and LRO-317 coating were heat treated in a drying oven at 170, 180, 190, 200, and $210^{\circ}C$ for five minutes. The results show that the optimum corrosion resistance was $190^{\circ}C$ in EGI and $170^{\circ}C$ in HDGI, respectively.
Zinc has a number of characteristics that make it well suited for use as a coating to protecting iron and steel products from corrosion. Its excellent corrosion resistance in most environments accounts for its successful use as a protective coating on a variety of products and in many exposure conditions. The excellent field performance of zinc coatings results from their ability to form dense, adherent films that corrode at a rate that ranges from 1% to 10% of the corrosion rate of ferrous materials, depending on the environment. Recently, EU RoHS and EU ELV prohibited the use of materials that adversely affect the environment, such as Pb, Hg, Cd, and $Cr^{+6}$. In this study, environmentally-friendly, Cr-free solutions (epoxy solution, acrylic solution, and urethane solution S-700) and organic/inorganic solution with Si; LRO-317) were used to evaluate the corrosion resistance of zinc-coated steel subjected to a saltwater spray for 72 hours. The coating of urethane solution (S-700) was best among the three kinds of solution with heat treatment during five minutes at $190^{\circ}F$. Test specimens with S-700 and LRO-317 coating were heat treated in a drying oven at 170, 180, 190, 200, and $210^{\circ}C$ for five minutes. The results show that the optimum corrosion resistance was $190^{\circ}C$ in EGI and $170^{\circ}C$ in HDGI, respectively.
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문제 정의
본 연구에서는 크로메이트 처리 대체를 위하여 아크릴, 에폭시, 우레탄(S-700) 용액과 Si기가 함유된 유/무기 하이브리드 용액으로 EGI와 HDGI에 코팅하여, 열처리 온도에 따르는 내식성을 평가한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
Cr-free 용액 코팅층의 안전성을 평가하기 위하여 시험편을 50℃에서 4일간 열처리를 실시하였다. Fig.
S-700 용액으로 코팅한 아연도금강판의 내식특성이 열처리 온도에 따른 변화를 알아보기 위하여 170, 180, 190, 200 및 210℃의 온도에서 5분간 열처리를 하였다. Fig.
고분자 용액에서 최적의 내식성을 가지는 우레탄 용액(S-700)과 유/무기하이브리드인 Si 변성 우레탄 용액(LRO-317)을 사용하여, 코팅 시 최적 열처리 온도를 알아보기 위하여 170, 180, 190, 200및 210℃에서 5분간 열처리한 시험편을 사용하여 염수분무시험을 실시하였다. Fig.
1과 같이 코팅한 시편위에 5 × 5mm 면적에 1mm 간격으로 크로스 컷을 한 후, 3M 테이프를 붙여서 떼어내었을 때 코팅층의 박리여부로서 부착성을 평가하였다(ASTM D3359-09). 또 50℃에서 4일간 코팅증의 안정성을 평가한 시험편을 사용하여 부착성에 변화가 있는지를 조사하였다.
)를 사용하였다. 먼저 아크릴, 에폭시, 우레탄 용액 중 아연도금강판에 최적의 내식성을 가지는 용액을 선정하기 위하여 190℃에서 5분간 열처리한 시험편을 사용하였다. 시험편은 연직선에 대하여 20o로 기울어지게 하였으며, 분무실내의 온도는 35 ± 2℃로 유지하면서 중성 염수를 분무하여 시험을 실시하였다.
시험은 Fig. 1과 같이 코팅한 시편위에 5 × 5mm 면적에 1mm 간격으로 크로스 컷을 한 후, 3M 테이프를 붙여서 떼어내었을 때 코팅층의 박리여부로서 부착성을 평가하였다(ASTM D3359-09).
시험편은 연직선에 대하여 20o로 기울어지게 하였으며, 분무실내의 온도는 35 ± 2℃로 유지하면서 중성 염수를 분무하여 시험을 실시하였다. 시험편은 3시간 간격으로 관찰하였으며, 72시간 동안 실시하였다. 시험편의 내식성 평가는 촬영한 사진으로 초기 백청의 발생시간과 백청의 넓이로 판단하였다.
시험편은 연직선에 대하여 20o로 기울어지게 하였으며, 분무실내의 온도는 35 ± 2℃로 유지하면서 중성 염수를 분무하여 시험을 실시하였다.
시험편은 3시간 간격으로 관찰하였으며, 72시간 동안 실시하였다. 시험편의 내식성 평가는 촬영한 사진으로 초기 백청의 발생시간과 백청의 넓이로 판단하였다.
열처리를 마친 시험편을 수냉한 후, 물기를 제거하여 시험편 가장자리 부분에서 부식이 시작되는 것을 방지하기 위한 테이핑 처리를 하기 위해 Fig. 1과 같이 KS D 9502(150 × 70 × 1mm)의 시험편 크기보다 약간 더 크게 만들었다.
유/무기 하이브리드 용액인 LRO-317로 코팅한 아연도금강판의 내식특성을 관찰하기 위하여 S-700 우레탄 용액과 동일한 온도인 170, 180, 190, 200 및 210℃의 온도에서 5분간 열처리를 하여 염수분무시험을 실시하였다. Fig.
그리고 최적의 고분자 용액에 Si기가 함유된 유/무기 하이브리드 용액을 제조하여 코팅액으로 사용하였다. 코팅된 아연도금강판은 최적의 열처리온도를 선정하기 위하여 염수분무실험(KS D 9502)으로 내식성을 평가하였다. 코팅액과 아연도금강판의 부착성 평가는 Cross-cut 방법(ASTM D3359-09)을 사용하였다.
사용한 고분자 수지는 아크릴수지(조광페인트), 에폭시수지(국도화학) 및 우레탄수지(엔지텍)를 사용하였다. 코팅액으로 사용하기 위하여 신너(Thinner)와 증류수를 이용하여 고형분의 비율이 20%가 되도록 희석시켜 제조하였다. Table 1에는 Si기가 함유된 유/무기 하이브리드 용액(LRO-317)도 같이 나타내었다.
코팅액의 부착성을 확인하기 위하여 코팅한 EGI와 HDGI 시험편을 90o로 굽혀서 코팅표면의 크랙이나 박리 등의 발생 유무를 관찰하였다.
코팅은 바코터 3호(습도막 두께: 6.86µm)를 사용하였으며, 시험편을 170, 180, 190, 200 및 210℃에서 5분 동안 열처리 하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 친환경적인 고내식 Cr-free 용 코팅제 개발을 위하여 아크릴, 에폭시, 우레탄 등의 Cr-free 용액을 사용하여 최적 내식성을 가지는 고분자 용액을 선정하였다. 그리고 최적의 고분자 용액에 Si기가 함유된 유/무기 하이브리드 용액을 제조하여 코팅액으로 사용하였다. 코팅된 아연도금강판은 최적의 열처리온도를 선정하기 위하여 염수분무실험(KS D 9502)으로 내식성을 평가하였다.
본 실험에서는 도료나 접착제로 널리 사용되고 있는 고분자 합성수지를 이용하여 코팅용액을 제조하였다. 사용한 고분자 수지는 아크릴수지(조광페인트), 에폭시수지(국도화학) 및 우레탄수지(엔지텍)를 사용하였다.
본 연구에서는 친환경적인 고내식 Cr-free 용 코팅제 개발을 위하여 아크릴, 에폭시, 우레탄 등의 Cr-free 용액을 사용하여 최적 내식성을 가지는 고분자 용액을 선정하였다. 그리고 최적의 고분자 용액에 Si기가 함유된 유/무기 하이브리드 용액을 제조하여 코팅액으로 사용하였다.
사용된 시험편은 연합철강에서 생산된 전기아연도금강판(EGI, Electrolytic galvanized steel)과 용융아연도금강판(HDGI, Hot dip galvanized steel)이며, 도금강판에 부착된 아연의 양과 두께는 Table 2에 나타내었다.
본 실험에서는 도료나 접착제로 널리 사용되고 있는 고분자 합성수지를 이용하여 코팅용액을 제조하였다. 사용한 고분자 수지는 아크릴수지(조광페인트), 에폭시수지(국도화학) 및 우레탄수지(엔지텍)를 사용하였다. 코팅액으로 사용하기 위하여 신너(Thinner)와 증류수를 이용하여 고형분의 비율이 20%가 되도록 희석시켜 제조하였다.
시험편은 아크릴, 에폭시, 우레탄(S-700) 등 Cr-free 용액과 Si 기가 함유된 유/무기 하이브리드 용액(LRO-317)으로 코팅한 아연도금강판(EGI, HDGI)을 구분하여 총 8종류이다.
이론/모형
아연도금강판 표면 위에 피복된 코팅층의 부착성을 조사하기 위하여 널리 사용되고 있는 테이프법을 사용하였다. 시험은 Fig.
코팅된 아연도금강판은 최적의 열처리온도를 선정하기 위하여 염수분무실험(KS D 9502)으로 내식성을 평가하였다. 코팅액과 아연도금강판의 부착성 평가는 Cross-cut 방법(ASTM D3359-09)을 사용하였다.
성능/효과
(1) 아크릴, 에폭시, 우레탄(S-700) 용액으로 EGI와 HDGI에 코팅하여 염수분무시험으로 내식성을 평가한 결과, 우레탄 용액이 가장 우수한 내식성을 나타내었다.
(2) 우레탄 용액(S-700)으로 코팅한 아연도금강판의 염수분무시험 결과, 열처리 온도는 190℃에서 5분 열처리한 시험편의 내식성이 가장 우수했다.
(3) 유/무기 하이브리드 용액(LRO-317)으로 코팅한 최적 열처리 온도는 EGI는 190℃였으며, HDGI 경우는 170~210℃의 모든 열처리 온도에서 부식이 발생하지 않았기에 최적 온도는 170℃로 판단된다.
(4) S-700 및 LRO-317 코팅층의 부착성은 열처리 온도에 관계 없이 우수하였으며, 안전성은 50℃에서 4일간 건조 후에도 우수하게 나타났다. 그리고 굽힘 시험에서 코팅층의 박리나 균열은 나타나지 않았다.
170℃와 180℃에서 열처리 한 시험편의 백청 생성 시간은 비슷하였으나, 다른 시험편들에 비하여 비교적 빨리 나타남을 알 수 있었다. 200℃와 210℃에서 열처리 한 시험편들의 경우도 마찬가지로 백청 생성 시간이 비슷하였으며, 170℃와 180℃에서 열처리를 한 시험편 보다 다소 늦게 백청이 발생하였다.
5는 72시간의 염수분무시험 동안 형성된 백청 생성시간(h)과 백청 면적률(%)을 나타낸다. EGI 시험편 중에서 170℃와 210℃에서 열처리한 시험편의 백청 생성 면적률은 비슷하게 나타났으며, 180℃에서 열처리한 시험편의 경우 백청 생성 면적률이 가장 높았다. 그러나 190℃에서 열처리한 시험편에서 가장 낮게 나타난 것은 Table 4의 백청 생성 시간의 결과와 좋은 일치를 보인다.
Table 6에서 알 수 있듯이 170~210℃의 온도에서 5분 열처리한 결과, 열처리 온도 변화에 관계없이 S-700과 LRO-317 코팅 용액으로 코팅된 모든 시험편에서 박리가 전혀 발생하지 않는 아주 우수한 부착성을 나타내었다. 그리고 50℃에서 4일간 코팅층의 안정성을 평가한 모든 시험편도 아주 우수한 부착성을 나타내었다.
그리고 210℃에서 열처리한 EGI 시험편 역시 190℃와 마찬가지로 시험편 표면에 부식이 전혀 발생하지 않았다. 그러나 에너지 소비 등의 관점에서 열처리 온도가 190℃보다 높기 때문에 LRO-317 코팅용액의 최적 열처리 온도는 190℃라 할 수 있으며, S-700 우레탄 코팅용액과 동일하게 나타남을 알 수 있었다.
Table 6에서 알 수 있듯이 170~210℃의 온도에서 5분 열처리한 결과, 열처리 온도 변화에 관계없이 S-700과 LRO-317 코팅 용액으로 코팅된 모든 시험편에서 박리가 전혀 발생하지 않는 아주 우수한 부착성을 나타내었다. 그리고 50℃에서 4일간 코팅층의 안정성을 평가한 모든 시험편도 아주 우수한 부착성을 나타내었다.
이와 같은 원인은 아크릴과 에폭시 용액은 HDGI 시험편의 표면과 잘 부착되지 않았기 때문으로 판단된다. 이 결과로부터 EGI와 HDGI에 모두 적합한 코팅액은 우레탄 용액(S-700)이라 판단된다.
이것은 열처리 온도조건 중에서 190℃에서 열처리한 시험편에서 백청이 나타나지 않는 것은 다른 조건의 시험편보다 내식성이 좋다는 것을 의미한다. 이 결과로부터 LRO-317 코팅용액에 대해서도 190℃에서 열처리를 하는 것이 내식성에 가장 적합하다는 것을 알 수 있었다. 또한 EGI에 비하여 HDGI 시험편의 경우, 백청이 발생하지 않은 것은 아연도금층의 두께가 EGI보다 두껍기 때문이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아연계 도금 강판는 어디에 사용되는가?
아연계 도금 강판은 아연의 희생방식기구에 의하여 철의 부식을 억제하고(문경만 등, 2008), 또한 가격이 싸므로, 선박뿐만아니라, 건축 분야 및 가전⋅자동차분야 등 구조물에 폭넓게 사용되고 있다(The Japan Iron and Steel Federation, 2005). 구조물의 장수명화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 박판 소재는 더욱더 내구성 향상이 요구되고 있다.
구조물의 가공된 부분에 생길 수 있는 문제점은?
구조물의 장수명화에 대한 요구가 높아지고 있으며, 박판 소재는 더욱더 내구성 향상이 요구되고 있다. 특히 가공된 부분은 도금이나 화학적 처리 피막의 손상에 의하여 내식성의 저하가 문제가 된다.
EU RoHS, EU ELV에 따라서 세계 각국은 어떤 물질의 사용을 금지하고 있는가?
또 최근에 특정 유해물질의 사용제한에 관한 EU RoHS, EU ELV에 따라서 세계 각국은 Pb, Hg, Cd 및 Cr+6 등 환경 부하물질을 가지는 재료의 사용을 금지하고 있다. 이러한 환경 대응 경향은 모든 구조물 분야에 확대되고 있으며, 아연 도금 강판의 화학적 처리는 크로메이트 처리(Maeda and Yamamoto, 1998)에서 크로메이트 프리화(Buchheit et al.
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