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(주)동진금속

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철강상의 인산염피막 화성처리 (PHOSPHATED COATING)

2017-06-13 07:12:46 4695

1.1 목 적

     인산염피막처리는 금속(주로 철강)을 묽은 인산과 화학적으로 반응시켜 금속의 표면을 난용성의

     결정질 인산염으로 만들어 금속의 고유성질을 바꾸는 것이다.

 

1.2 특 성

 1.2.1 종류별 특성

  1.2.1.1 인산아연계(Z형)

      ① 색상 : 연회색 - 진한회색(처리할 금속의 탄소량이 증가할수록 입자크기가 작아져 색상이 짙어짐)

      ② 처리방법

          - 분무식 : 1~10 g/㎡ 피막중량 가능

          - 침적식 : 1.5~40 g/㎡ 피막중량 가능

      ③ 용도 : 도장하지용, 냉간성형, 내마멸성, 내식성

  1.2.1.2 인산망간계(M형)

      ① 색상 : 검은색을 띤 흑갈색, 미막내의 MnO 량에 따라 갈색이 짙어짐.

                  보통은 OIL을 흡착시켜 사용하므로 OIL이 검은색을 강화시켜 검은색을 띠게 된다.

      ② 처리방법

          - 침적식만 가능

            피막중량은 5~30 g/㎡

      ③ 특성

          - 치밀한 미립자로된 피막이 요구된다.

          - Mn계 피막은 Zn계에 비해 처리 비용이 많이드나 두꺼운 피막이 가능

      ③ 용도 : 내마멸성 개선

* 이 외의 종류로 인산철계, 인산납계, 인산주석계, 인산아연칼슘계 피막처리가 있다.

 1.2.2 응용범위

      ① 도장 하지용

          인산염피막을 도장하지용으로 사용하는 경우 습기와 수분에 대한 내식성 증가 및 부식의

          퍼짐을 방지 할 수 있다.

      ② 내식성

          인산염피막은 수분이 금속표면과 직접 접촉하는 것을 막아서 금속의 부식을 억제시킴.

          내식성을 증가시키기 위해 방청유나 WAX등의 후막을 덧붙여 사용하기도 한다.

      ③ 냉간가공용

          강을 인발(DRAWING)시 강의 표면과 DIE사이에는 매우 큰 마찰이 생기며 이것을 줄이기 위해

          사용하기도 한다.

      ④ 내마멸성

          강표면에 피막처리를 하여 내마멸성을 증가시킬수 있다.

 

1.3 생성 기구

    

     ⓐ의 망간형(또는 아연형) 인산피막계(인산과 망간과의 화합물)를 수용액상태로 하면 해리반응에 의해

     ⓑ의 MnHPO와 ⓒ의 인산(H₃PO₄)이 해리된다.

     이 상태중에 철강(Fe)제품을 침적시(i) 및 (ii)반응이 일어난다.

     이때 철강표면에서 수소기포가 발생하면서 철강이 용해되어 녹아나온 Fe이온은액의 평형상태에 영향을 주는데,

     용액과 금속의 계면에서 얇은 막 범위의 액이 중화상태가 되고 이 철강면에 접한 액에서의 인산염용해도(유리인

     산망간)가 감소되며 pH도 상승하여 무정형의 인산염(불용성의 제 3인산아연)이 석출된다.

     ①반응중에 생성된 인산ⓒ에 의해 다시 철강이 용해되고 반응이 되풀이 한다.

     반응중에는 제품면은 양극과 음극으로 나눠지고 양극에만 인산염이 석출되고 반ㅇ능이 지속됨에 따라 양극이 확

     산되고 음극이 감소되므로서 전체가 피막처리되는데, 이때 피막이 결정화 및 결정성장의 과정을 통해 피막성장이

     일어난다. (특히 석출된 무정형 인산염은 금속내의 정전퍼텐셜에 의해 금속표면에 이끌리어 결정화 및 성장이 이

     뤄진다). 

     결정성장이 일어난 후에는 재 결정이 일어나며 인산염의 용해와 재석출이 일어나 결정이 재배열되어 피막의 기공

     도가 감소하게 되면 욕의 전산도와 pH가 이시기에 급격히 변화하여 용해와 재석출은 매우 빠르게 일어나 기공도 

     가 크게 감소한다.

     * 피막제내의 "산화제"역할 : 인산염용액은 산성이어서 금속을 녹일때 수소가스가 발행하여 수소취성이 일어날 수

     있으나, 인산염처리액에는 강한 산화제(OXIDIZER)가 첨가되어 있어서 수소의 발생과 동시에 산화(2H₂+0₂ →

     2H₂0)시켜 금속에 대한 영향을 감소 시켜준다.

     ο 피막의 제조방법별 적용

 구분

침적식(DIPPING)

분무식 

 * 망간계

 O

 X

 * 아연계

 O

 O

   철 계

 O

 O

 

                                                       * : 주로사용 O : 적용  X : 적용불가

                                   * 침적식 : 두꺼운 피막, 모양이 복잡한 부품, 시설비 저렴하나 넓은

                                                  작업장 필요, 열발산 적음.
                                   * 분무식 : 피막형성속도 빠름 경제적이나 시설투자비가 침적식보다

                                                  5~10배 소요 (철계 : 액 조절용이, 질좋은 피막가능. 주로

                                                  부피가 커서 침적이 곤란한 곳에 사용

 

1.4 제조설비 및 재료
 1.4.1 재료
      ① 인산염 처리제(인산H₃PO₄)을 주성분으로하여 각종 첨가제가 첨가되며, 상품화된것 사용가능
          (예)파카라이징(파코파우더 NO 8020/9030)
      ② 표면청정 : 각종 연마제, 탈지제, 산세약, 표면조정제(표면조도 개선용)
      ③ 특수첨가제 : "가)"에 함유
         - 산화제 : 수소취성방지용으로 발생기 수소개스의 중화목적
         - 촉진제 : 피막액의 성능 및 노화방지용
      ④ 방청유 : 후처리용 (☞검사기준서의 국방규격 참고)

 1.4.2 사용설비
      ① 전처리 : 탈지조, 수세조, 산세조, 블라스팅기(SAND, GRID)
      ② 피막시설 : 피막처리조(가열기 부착 : 자동온도 조절장치 포함)
      ③ 후처리 : 수세조, 크롬산처리조, 방청유 도포용침지조
      ④ 열처리조 : 수소취성제거용, 200℃정도의 온도를 유지하기 적합한 시설
      ⑤ 액분석 지시약(브롬페놀블루(B.P.B), 페놀프탈레인, 메틸 오렌지 등) 피펫, 비이커, 뷰렛 등
      ⑥ 시험 : 염수분무시험기, 천칭(피막중량 시험용)


1.5 기타
 1.5.1 인산염피막의 피막형태와 두께와의 관계
  1.5.1.1 피막구성상태와 두께
      피막의 두께는 전처리방법, 인산염피막의 조성, 가공방법의 차이에 따라 두껍고 얇은것의 여러가지가 있다.
      대략적으로 1~30㎛ 정도임. 이때 제품의 전표면이 완전히 균일한 피막의 두께로 된다고는 할 수 없음. 예로 굽은

      곳, 원통같은 곳은 외면보다는 내면이 어느정도 두껍다.
      또한 강재 종류별로 달라지기도 하고, 부분적으로 열처리된 것에 의해서도 그 두께가 달라지기도 한다.

  1.5.1.2 피막중량
      피막면은 凹凸이 많고 피막과 소지면과의 경계도 같으므로 두께를 정확히 재는 것은 곤란하다. 따라서 단위면적

      당의 피막중량을 계산해 두께를 나타내는 방법을 사용한다.

 1.5.2 인산염피막처리된 제품의 치수 (☞"국방 0115-0027의 3.7항, 8.3항" 내용)
      ① (3.7항) 제품은 인산염처리전의 도면의 필요조건에 일치해야하며, 피막처리에 의한 치수 변화량은 도면공차내

          에 들어야 한다.
      ② (6.3항) 부품간의 정밀결합시의 간섭관련 문제 : 관련 국방규격의 표V는 인산염피막의 예상두께를 나타낸다.

          정밀결합이 규정된 경우 인산염피막에 의한 두께증가는 결합시 간섭을 초래함.
          그러나 피막은 부서지기 쉬우므로 강제결합, 문질러냄(WIPING) 혹은 기타방법으로 여분의 피막을 제거하여

          결합할 수 있으나 비철금속 와이어브러쉬를 사용해서는 안된다.
          염수분무 혹은 침지시험 필요조건은 결합 작업시의 피막제거 전에 적용한다.