KR101377627B1 - Coating composition with ceramic for eliminating surface exfoliation formation of metallic material by high temperature oxidation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고온에서 발생되는 산화에 의한 금속모재의 박리를 방지하는 세라믹 코팅 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속모재의 표면에 도포됨에 따라 외부로부터 고온이 작용하여도 산화 및 신율변화에 의한 금속모재의 박리를 방지하는 하는 세라믹 코팅 조성물에 관한 것이다.
The present invention relates to a ceramic coating composition that prevents the peeling of the metal base material due to oxidation generated at a high temperature, and more particularly, it is applied to the surface of the metal base material, even if a high temperature from the outside acts on the metal by oxidation and elongation change The present invention relates to a ceramic coating composition for preventing peeling of a base material.
일반적으로 자동차 산업에서 차체와 같은 내력강 부품은 종종 고강도로 열처리된 강철을 사용한다. 이러한 강철은 800 내지 900℃보다 높은 온도에서 어닐링(annealing)하고, 고온성형(hot forming)한 후, 고강도의 마텐자이트 미세조직(martensitic microstructure)이 생산되도록 충분히 높은 냉각 속도로 이를 다시 냉각함으로써, 강철을 오스테나이트형(austenitic form)으로 전환하는 과정을 통해 생산된다. In general, bearing steel parts, such as bodywork, in the automotive industry often use steel that has been heat treated with high strength. Such steels are annealed at temperatures higher than 800 to 900 ° C., hot formed, and then cooled again at a sufficiently high cooling rate to produce high strength martensitic microstructures, Produced through the conversion of steel to austenitic form.
이와 같이, 냉각과 이에 따른 경화가 성형 툴(forming tool)에서 발생하는 경우, 프레스 경화(press hardening)를 사용할 수 있다. 이 방법은 고강도 성분의 제조를 가능케 한다. 또한, 더 큰 성분과 복잡한 형태의 성분을 제조하기 위해서, 예비 인발된(pre-drawn) 부분을 실온에서의 예비성형(cold forming)을 시행한 후 고온 성형하는 것을 포함하는 2단계 성형 과정의 이용이 증가하고 있다. 그러나, 고온성형 시 접하게 되는 일반적인 문제점은 강철 표면의 스케일링이다.As such, press hardening may be used when cooling and consequent curing occur in a forming tool. This method allows for the preparation of high strength components. In addition, the use of a two-step molding process that involves hot forming the pre-drawn portion at room temperature followed by cold forming to produce larger and more complex components. This is increasing. However, a common problem encountered in hot forming is the scaling of the steel surface.
여기서, 스케일링이라는 용어는 고온에서 대기 산소와의 직접적인 반응에 의한 금속 산화를 나타낸다. 강철 표면상에 형성되는 스케일 층은 단단하며 부서지기 쉬우며, 특히 냉각 동안 원래 물질은 덩어리 같은 조각으로 박편 된다.Here, the term scaling refers to metal oxidation by direct reaction with atmospheric oxygen at high temperatures. The scale layer formed on the steel surface is hard and brittle, especially during cooling the original material is flaked into chunks.
이러한 스케일 층은 성분과 성형 툴 모두에 손상을 주므로, 각각의 성형 단계 이후 스케일 박편을 제거하기 위해 세척되어야 한다. 이로써 일련의 제조에 요구되는 여러 성분들의 프레스 경화는, 사용되는 시이트 금속이 보호되지 않는 경우 극도로 어렵다. 더욱이, 만족할만한 부식 보호가 달성되는 경우, 스케일은 침린(phosphatizing) 및 전기이동(cataphoretic) 딥 코팅과 같은 후속 공정에 적합하지 않기 때문에, 추가 공정을 거치기 이전에 스케일은 성분들로부터 샌드블라스트(sand-blast)해야만 한다.This scale layer damages both the component and the molding tool and must be cleaned after each forming step to remove the scale flakes. This makes press hardening of the various components required for a series of manufacture extremely difficult if the sheet metal used is not protected. Moreover, if satisfactory corrosion protection is achieved, the scale will not be suitable for subsequent processes such as phosphatizing and cataphoretic dip coating, so before further processing the scale will be sandblasted from the components. must be blasted.
또한, 강철의 방식성 코팅은 본 기술분야에 공지되어 있다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 또는 아연 또는 아연 합금으로의 금속 코팅은 고온 딥(hot-dip) 또는 전기 도금 과정으로 강철 상에 침착될 수 있다.In addition, anticorrosive coatings of steel are known in the art. Metallic coatings with aluminum or aluminum alloys, or zinc or zinc alloys, can be deposited on steel by hot-dip or electroplating processes.
종래 기술로서 EP 1,013,785 A1 출원에서는 열연판을 금속 또는 금속 합금으로 코팅하는 기술이 개시되어 있다. 이 경우 코팅은 알루미늄으로 된 층 또는 알루미늄, 철 및 규소의 합금으로 된 층이며, 이러한 층은 고온 딥 코팅(고온 딥 알루미늄처리)에 의해 도포된다. 이러한 종류의 보호층은 오스테나이트화 온도(austenitizing temperature)로 가열하는 과정 동안 스케일에 대해 효과적인 보호 작용을 확실히 제공한다. The prior art EP 1,013,785 A1 application discloses a technique for coating a hot rolled sheet with a metal or metal alloy. In this case the coating is a layer of aluminum or an alloy of aluminum, iron and silicon, which layer is applied by hot dip coating (hot dip aluminum treatment). This kind of protective layer reliably provides an effective protection against the scale during the heating to austenitizing temperature.
그러나, 프레스 경화조작 수행 시 사용하는 경우에는 한계를 갖는다. 이는 특히 복잡한 형태를 갖는 부품을 성형하는 동안에 두드러진다. However, there is a limit when used in performing the press hardening operation. This is especially noticeable during the molding of parts with complex shapes.
다른 종래기술로서 대한민국 공개특허 제2003-0050637호에서는 모재 표면 위에 바나듐 카바이드의 세라믹 분말 및 칼슘플로라이드 용제를 도포하고 압력을 가한 후, 고에너지 가속전자빔을 조사하는 코팅방법이 기재되어 있으며, 물리적 증착법 및 열화학적 표면처리법으로 코팅을 할 경우 계면분리가 일어나는 등의 불안정한 단점을 극복하고자 하였다.As another conventional technology, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2003-0050637 discloses a coating method for irradiating a high energy accelerated electron beam after applying and applying a ceramic powder of vanadium carbide and a calcium fluoride solvent on a surface of a base material and applying pressure thereto. And in order to overcome the unstable disadvantages such as interfacial separation occurs when the coating by the thermochemical surface treatment method.
그러나, 이러한 방법에 의해서도 여전히 금속모재에 세라믹 코팅층을 코팅한 후 발생되는 계면간 박리 문제를 완전히 해결하지 못하였다.However, this method still did not completely solve the interfacial peeling problem after coating the ceramic coating layer on the metal base material.
이에 따라, 본 발명자는 코팅재료인 세라믹 박막과 금속모재간의 열팽창계수 차이에 따른 박리현상을 해결하기 위한 연구를 수행하던 중, 고온에서 발생되는 박리현상이 세라믹 박막과 금속모재의 열팽창계수 차이가 원인이 아니라 금속모재의 산화가 금속모재에 대한 세라믹 박막의 박리현상을 유발하는 것을 알아내고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, while the present inventors are conducting research to solve the peeling phenomenon due to the difference in thermal expansion coefficient between the ceramic thin film and the metal base material as the coating material, the peeling phenomenon generated at high temperature is caused by the difference in the thermal expansion coefficient of the ceramic thin film and the metal base material. Rather, it was found that the oxidation of the metal base material causes the delamination of the ceramic thin film to the metal base material and completed the present invention.
따라서, 본 발명의 목적은 외부로부터 약 1,000℃의 고온이 작용하여도 금속모재의 급속한 산화를 방지하여 박리의 발생을 억지하는 세라믹 코팅용 조성물을 제공하는데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a composition for ceramic coating which prevents the occurrence of peeling by preventing the rapid oxidation of the metal base material even when a high temperature of about 1,000 ℃ from the outside.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 실리카 졸과 물 및 수산화칼륨을 포함하는 바인더 조성물 100 중량부와, 이산화규소와 산화알루미늄 및 산화마그네슘의 혼합물 10 내지 20 중량부와, 메타규산칼슘 7 내지 13 중량부, 및 산화방지제 17 내지 33 중량부를 포함하는 세라믹 코팅 조성물을 제공한다.In order to achieve the above object of the present invention, in one embodiment of the present invention, 100 parts by weight of a binder composition comprising silica sol, water, and potassium hydroxide, and 10 to 20 parts by weight of a mixture of silicon dioxide, aluminum oxide, and magnesium oxide And it provides a ceramic coating composition comprising 7 to 13 parts by weight of calcium metasilicate, and 17 to 33 parts by weight of antioxidant.
본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물이 소각장, 제철소 등 고온의 환경에 노출된 금속모재에 사용되면, 금속모재의 급속한 산화를 방지함으로써 금속모재의 박리 발생을 최소화시킨다.
When the ceramic coating composition according to the present invention is used in a metal base material exposed to a high temperature environment such as an incinerator, a steel mill, the occurrence of peeling of the metal base material is minimized by preventing rapid oxidation of the metal base material.
도 1 및 도 2는 본 발명의 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 철판의 시험결과를 나타내는 실험리포트이다.
도 3은 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물이 부분 코팅된 철판을 나타내는 사진이다.
도 4는 도 3의 철판을 가열하는 전기로를 나타내는 사진이다.
도 5는 도 4의 전기로로 가열이 완료된 철판을 나타내는 사진이다. 1 and 2 are experimental reports showing the test results of the iron plate coated with the ceramic coating composition of the present invention.
3 is a photograph showing an iron plate partially coated with a ceramic coating composition according to the present invention.
4 is a photograph showing an electric furnace for heating the iron plate of FIG.
FIG. 5 is a photograph showing an iron plate in which heating is completed in the electric furnace of FIG. 4.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의한 고온에서 발생되는 산화에 의한 금속모재의 박리를 방지하는 세라믹 코팅 조성물(이하, '세라믹 코팅 조성물'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a ceramic coating composition (hereinafter, referred to as "ceramic coating composition") to prevent the peeling of the metal base material due to oxidation generated at high temperatures according to preferred embodiments of the present invention.
본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 실리카 졸과 물 및 수산화칼륨으로 구성된 바인더 조성물과, 이산화규소(SiO2)와 산화알루미늄(Al2O3) 및 산화마그네슘(MgO)의 혼합물과, 메타규산칼슘(CaSiO3)과, 산화방지제를 포함한다. 이때, 바인더 조성물은 금속모재의 표면에 부착되어 코팅막을 형성하는 바인더의 역할을 수행한다.
The ceramic coating composition according to the present invention comprises a binder composition composed of silica sol, water and potassium hydroxide, a mixture of silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and magnesium oxide (MgO), and calcium metasilicate ( CaSiO 3 ) and an antioxidant. At this time, the binder composition is attached to the surface of the metal base material serves as a binder to form a coating film.
먼저 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 실리카 졸을 포함한다.First the ceramic coating composition according to the invention comprises a silica sol.
상기 실리카 졸은 바인더 조성물을 생성하기 위해 첨가되는 것으로, 물과 반응하여 입자표면에 Si-OH기를 형성하여 나노크기의 입자로 수분산 된다. The silica sol is added to produce a binder composition, and reacts with water to form Si-OH groups on the surface of the particles to be dispersed into nano-sized particles.
이러한 실리카 졸은 세라믹 코팅 조성물에 포함된 금속 산화물 입자 사이에 존재하여 입자간의 결합력을 강하게 하는 결합재의 역할을 수행한다. 또한, 실리카 졸은 세라믹 코팅 조성물의 부착력을 증가시키는 동시에 건조속도도 향상시키는 기능을 제공한다. Such silica sol is present between the metal oxide particles contained in the ceramic coating composition to act as a binder to strengthen the binding force between the particles. In addition, the silica sol provides the function of increasing the adhesion of the ceramic coating composition and at the same time increasing the drying rate.
필요에 따라, 상기 실리카 나노입자는 졸은 실리카 나노입자 혼합물을 사용할 수 있다. If necessary, the silica nanoparticles may be sol a mixture of silica nanoparticles.
보다 구체적으로, 상기 실리카 졸은 서로 다른 나노미터 크기를 가지는 2종의 실리카 나노입자를 포함하며, 수성 또는 기타 용매 매질이 포함된 콜로이드 상태로 혼합될 수 있다.More specifically, the silica sol includes two kinds of silica nanoparticles having different nanometer sizes, and may be mixed in a colloidal state containing an aqueous or other solvent medium.
여기서, 2종의 실리카 나노입자는 코팅 보호막의 내식성과 내마모성 및 내스크래치성 향상을 위하여 첨가되는 것이며, 직경이 4 내지 18㎚인 제 1 실리카 나노입자와 직경이 45 내지 55㎚인 제 2 실리카 나노입자가 사용된다. 다시 말해, 2종의 실리카 나노입자로는 서로 다른 직경을 가지는 구형 실리카 나노입자를 사용한다. Here, two kinds of silica nanoparticles are added to improve the corrosion resistance, abrasion resistance, and scratch resistance of the coating protective film, the first silica nanoparticles having a diameter of 4 to 18 nm and the second silica nanoparticles having a diameter of 45 to 55 nm. Particles are used. In other words, spherical silica nanoparticles having different diameters are used as the two kinds of silica nanoparticles.
이때, 제 1 실리카 나노입자의 크기가 4㎚ 미만이면 실리카 나노입자의 첨가에 따른 경도향상의 이점이 없어지며, 제 1 실리카 나노입자의 크기가 18㎚를 초과하면 제 2 실리카 나노입자들 사이의 여유 공간으로 들어가 채우는 효과를 볼 수 없게 된다.In this case, when the size of the first silica nanoparticles is less than 4nm, the advantage of hardness improvement due to the addition of the silica nanoparticles is lost, and when the size of the first silica nanoparticles exceeds 18nm, the gap between the second silica nanoparticles is increased. You will not see the effect of entering and filling the free space.
또한, 제 2 실리카 나노입자의 크기가 45㎚ 미만이면 제 2 실리카 나노입자들 사이의 빈 공간이 좁아져 제 1 실리카 나노입자가 상기 빈 공간을 채우기 어려워지며, 제 2 실리카 나노입자의 크기가 55㎚를 초과하면 입자의 비표면적이 작아지게 되어 실리카 전구체로 이루어지는 네트워크 형성이 저하되어 견고한 구조를 이룰 수 없게 된다.In addition, when the size of the second silica nanoparticles is less than 45nm, the void space between the second silica nanoparticles becomes narrow, making it difficult for the first silica nanoparticles to fill the void space, and the size of the second silica nanoparticles is 55 When the thickness exceeds nm, the specific surface area of the particles is reduced, and the formation of the network made of the silica precursor is lowered, so that a rigid structure cannot be achieved.
아울러, 실리카 나노입자 혼합물에 사용된 제 1 실리카 나노입자와 제 2 실리카 나노입자의 혼합비율은 4 : 6 내지 6 : 4인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5 : 5의 비율로 혼합되는 것이 좋다. 다시 말해, 실리카 나노입자 혼합물 100 중량%를 기준으로, 제 1 실리카 나노입자는 40 내지 60 중량%가 사용되며, 제 2 실리카 나노입자도 40 내지 60 중량%가 사용된다. 이는, 정육면체 안에 사용된 구형의 입자와 여유 공간은 부피비로 약 1:1이 되기 때문이다. In addition, the mixing ratio of the first silica nanoparticles and the second silica nanoparticles used in the silica nanoparticle mixture is preferably 4: 6 to 6: 4, more preferably in a ratio of 5: 5. . In other words, 40 to 60 wt% of the first silica nanoparticles are used, and 40 to 60 wt% of the second silica nanoparticles, based on 100 wt% of the silica nanoparticle mixture. This is because the spherical particles and free space used in the cube become about 1: 1 by volume ratio.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 실리카 졸은 제 1 실리카 나노입자가 첨가된 실리카 나노입자 콜로이드와 제 2 실리카 나노입자가 첨가된 실리카 나노입자 콜로이드를 약 1 : 1의 비율로 혼합하여 제조한 실리카 나노입자 콜로이드를 사용할 수 있다. In a particular embodiment, the silica sol according to the present invention is prepared by mixing silica nanoparticle colloid to which the first silica nanoparticles are added and silica nanoparticle colloid to which the second silica nanoparticles are added in a ratio of about 1: 1. Particle colloids can be used.
한편, 본 발명에 따른 실리카 졸에는 초기 막-형성 특성을 향상시키기 위해 알칼리금속 실리케이트, 예를 들어 리튬 실리케이트, 나트륨-리튬 실리케이트 또는 칼륨 실리케이트와, 암모늄 실리케이트 또는 사차 암모늄 실리케이트가 혼합될 수 있다.
On the other hand, the silica sol according to the present invention may be mixed with an alkali metal silicate such as lithium silicate, sodium-lithium silicate or potassium silicate, and ammonium silicate or quaternary ammonium silicate to improve initial film-forming properties.
그리고 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 물(H2O)을 포함한다.And the ceramic coating composition according to the present invention comprises water (H 2 O).
상기 물(H2O)은 바인더 조성물을 생성하기 위해 첨가되는 것으로, 바인더 조성물 및 세라믹 코팅 조성물의 용매로 사용되며, 세라믹 코팅 조성물의 사용 시 용액의 안정성을 확보하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 물은 세라믹 코팅 조성물에 함유된 구성성분들을 안정적으로 분산시키는 역할을 한다. The water (H 2 O) is added to produce a binder composition, is used as a solvent of the binder composition and the ceramic coating composition, serves to ensure the stability of the solution when using the ceramic coating composition. In addition, the water serves to stably disperse the components contained in the ceramic coating composition.
이러한 물로는 어떠한 물질도 포함하지 않는 연수, 증류수, 탈이온수 또는 여과된 수돗물을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 증류수를 사용하는 것이 좋다. As such water, soft water, distilled water, deionized water, or filtered tap water containing no substance may be used, and preferably distilled water is used.
또한, 바인더 조성물을 구성하는 물은 실리카 졸 100 중량부를 기준으로 50 내지 70 중량부가 사용될 수 있다. In addition, the water constituting the binder composition may be used 50 to 70 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica sol.
이때, 상기 물이 50 중량부 미만으로 사용되면 실리카 코팅 조성물의 점도가 높아져서 금속모재의 표면에 균일한 두께로 도포하는 것이 어려워질 뿐만 아니라, 일정한 분산효과를 기대하기 어렵게 된다. 그리고 상기 물이 70 중량부를 초과하여 사용되면, 분산효과나 도포의 균일성은 향상되지 않고 건조 시간이 증가되는 문제가 발생될 수 있다.
In this case, when the water is used in less than 50 parts by weight, the viscosity of the silica coating composition is increased, making it difficult to apply a uniform thickness to the surface of the metal base material, it is difficult to expect a constant dispersion effect. And when the water is used in excess of 70 parts by weight, a problem may occur that the drying time is increased without improving the dispersion effect or uniformity of the coating.
또한, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 수산화칼륨(KOH)을 포함한다.In addition, the ceramic coating composition according to the present invention comprises potassium hydroxide (KOH).
상기 수산화칼륨(KOH)은 세라믹 코팅 조성물의 농도 및 점도를 조절하여 세라믹 코팅 조성물이 겔화되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 수산화칼륨(KOH)은 실리카 졸에 녹아 있는 실리카와 반응하여 상기 실리카를 화학적으로 녹여준다. The potassium hydroxide (KOH) serves to prevent the ceramic coating composition from gelling by adjusting the concentration and viscosity of the ceramic coating composition. In addition, potassium hydroxide (KOH) reacts with the silica dissolved in the silica sol to chemically dissolve the silica.
이러한 수산화칼륨의 함량은 실리카 졸의 실리카 함량에 따라 첨가량이 달라지므로, 실리카 졸의 함량을 제한하지 않는 한 크게 제한되지 않지만, 실리카 졸 100 중량부 당 20 내지 40 중량부의 범위로 첨가되는 것이 바람직하다. Since the amount of the potassium hydroxide varies depending on the silica content of the silica sol, the content of potassium sol is not limited as long as it does not limit the content of the silica sol, but it is preferably added in the range of 20 to 40 parts by weight per 100 parts by weight of the silica sol. .
이때, 상기 수산화칼륨이 실리카 졸 100 중량부를 기준으로 20 중량부 미만으로 사용되면 실리카 코팅 조성물을 장시간 보관할 경우 실리카 코팅 조성물이 겔화되는 문제가 발생될 수 있으며, 세라믹 코팅 조성물이 금속모재의 표면에 도포되어도 막 형성이 이루어지지 않는다. 그리고 수산화칼륨이 실리카 코팅 조성물의 점도가 높아져서 금속모재의 표면에 균일한 두께로 도포하는 것이 어려워질 뿐만 아니라, 일정한 분산효과를 기대하기 어렵게 된다. In this case, when the potassium hydroxide is used in less than 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica sol, a problem may occur that the silica coating composition gels when the silica coating composition is stored for a long time, and the ceramic coating composition is applied to the surface of the metal base material. Even if the film is formed, no film is formed. In addition, since potassium hydroxide has a high viscosity of the silica coating composition, it is difficult to apply a uniform thickness to the surface of the metal base material, and it is difficult to expect a constant dispersion effect.
한편, 상기 수산화칼륨이 40 중량부를 초과하여 사용되면, 네트워크 구조가 느슨하게 변형되어 경화된 코팅 보호막의 경도가 저하되며, 실리카 코팅 조성물의 점도가 높아져 금속모재의 표면에 대한 접착력이 저하된다.
On the other hand, when the potassium hydroxide is used in excess of 40 parts by weight, the network structure is loosely deformed, the hardness of the cured coating protective film is lowered, the viscosity of the silica coating composition is increased and the adhesion to the surface of the metal base material is lowered.
아울러, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 이산화규소(SiO2), 산화알루미늄(Al2O3), 산화마그네슘(MgO)의 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 구성된 혼합물(이하, '필름형성용 혼합물'이라 약칭함)과 메타규산칼슘(CaSiO3)을 포함한다. In addition, the ceramic coating composition according to the present invention is a mixture consisting of any one or mixtures of silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO) (hereinafter 'mixture for film formation' Abbreviated herein) and calcium metasilicate (CaSiO 3 ).
상기 필름형성용 혼합물과 메타규산칼슘(CaSiO3)은 고온 환경에 노출되는 금속모재가 신율 변화에 의해 그 표면에 박리가 발생되는 것을 방지하기 위해 첨가되는 것이다.The film-forming mixture and calcium metasilicate (CaSiO 3 ) are added to prevent peeling from occurring on the surface of the metal base material exposed to a high temperature environment due to elongation change.
보다 구체적으로, 상기 필름형성용 혼합물은 메타규산칼슘에 비해 상대적으로 작은 입자로 구성되어 있고, 메타규산칼슘은 필름형성용 혼합물에 비해 상대적으로 큰 입자로 구성되어 있다. 이때, 필름형성용 혼합물은 이산화규소 63 내지 80 중량%와, 산화알루미늄 10 내지 19 중량%와 산화마그네슘 9 내지 18 중량%로 구성될 수 있다.More specifically, the film forming mixture is composed of particles relatively smaller than calcium metasilicate, and calcium metasilicate is composed of relatively large particles compared to the film forming mixture. In this case, the film forming mixture may be composed of 63 to 80% by weight of silicon dioxide, 10 to 19% by weight of aluminum oxide and 9 to 18% by weight of magnesium oxide.
이러한 필름형성용 혼합물과 메타규산칼슘이 서로 혼합되면, 세라믹 코팅 조성물의 입자간 공극이 채워지게 되어 조직이 조밀해져 고온 환경으로부터 제공되는 열원이 금속모재의 표면으로 직접 전달되는 것을 차단할 수 있게 된다. 다시 말해, 고온 환경으로부터 제공되는 열원은 필름형성용 혼합물과 메타규산칼슘를 거쳐 간접적으로 금속모재의 표면에 전달되므로, 필름형성용 혼합물 및 메타규산칼슘은 금속모재에 부분적인 단열기능을 제공한다.When the film-forming mixture and calcium metasilicate are mixed with each other, the intergranular pores of the ceramic coating composition may be filled to prevent the heat source provided from the high temperature environment from being directly transferred to the surface of the metal base material. In other words, since the heat source provided from the high temperature environment is transferred indirectly to the surface of the metal base material through the film forming mixture and calcium metasilicate, the film forming mixture and calcium metasilicate provide partial thermal insulation to the metal base material.
또한, 필름형성용 혼합물 및 메타규산칼슘은 금속모재가 외부로부터 제공된 열원에 의해 신율이 변화되어도 금속모재의 표면에 부착되어 금속모재의 표면에서 박리가 발생되는 것을 억지한다.In addition, the film-forming mixture and calcium metasilicate inhibit the adhesion of the metal base material to the surface of the metal base material even if the elongation is changed by a heat source provided from the outside to cause peeling on the surface of the metal base material.
한편, 상기 필름형성용 혼합물은 전술한 바인더 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 20 중량부가 첨가될 수 있다. On the other hand, the film forming mixture may be added 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder composition described above.
이때, 상기 필름형성용 혼합물이 10 중량부 미만으로 사용되면 세라믹 코팅 조성물의 점도가 높아져서 도장작업이 어려워진다. 그리고 필름형성용 혼합물이 20 중량부를 초과하여 사용되면, 필름형성용 혼합물의 공극을 메워주지 못하게 되어 금소모재의 표면으로 직접 열이 전달되는 문제가 발생될 수 있다. In this case, when the film-forming mixture is used in less than 10 parts by weight, the viscosity of the ceramic coating composition becomes high, which makes painting difficult. And when the film-forming mixture is used in excess of 20 parts by weight, it can not fill the pores of the film-forming mixture may cause a problem that heat is transferred directly to the surface of the gold base material.
또한, 메타규산칼슘은 전술한 바인더 조성물 100 중량부를 기준으로 7 내지 13 중량부가 첨가될 수 있다. In addition, calcium metasilicate may be added 7 to 13 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder composition described above.
이때, 상기 메타규산칼슘이 7 중량부 미만으로 사용되면 세라믹 코팅 조성물의 평균 입자 크기가 커지기 때문에 스프레이 코팅법을 이용하여 코팅작업을 수행하기 어려워지며, 고온에서 색상이 변하면서 탄화되는 문제가 발생될 수도 있다. In this case, when the calcium metasilicate is used in less than 7 parts by weight, the average particle size of the ceramic coating composition becomes large, so that it is difficult to perform the coating operation using the spray coating method, and the problem of carbonization occurs while the color changes at a high temperature. It may be.
그리고 메타규산칼슘이 13 중량부를 초과하여 사용되면, 입자간의 공극 발생이 증가되어 금소모재의 표면으로 직접 전달되는 열에 의해 금속모재의 표면이 박리되는 문제가 발생될 수 있다. When calcium metasilicate is used in excess of 13 parts by weight, the generation of voids between particles may be increased, thereby causing a problem in that the surface of the metal base material is peeled off by heat transferred directly to the surface of the gold base material.
더불어, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물은 산화방지제를 포함한다.In addition, the ceramic coating composition according to the present invention comprises an antioxidant.
상기 산화빙지제는 고온에 의한 산화 환경 노출 시에 산화 방지 특성을 강화하는 기능을 수행하는 것으로, 전술한 바인더 조성물 100 중량부를 기준으로 17 내지 33 중량부가 첨가된다. The oxidizing ice-blocking agent performs a function of reinforcing anti-oxidation characteristics when exposed to an oxidizing environment due to high temperature, and 17 to 33 parts by weight is added based on 100 parts by weight of the binder composition described above.
이러한 산화방지제로는 방열입자 및 산화아연(ZnO)을 포함하는 산화방지제를 사용하는 것이 바람직하다. As the antioxidant, it is preferable to use an antioxidant including heat dissipating particles and zinc oxide (ZnO).
상기 방열입자는 고온 환경에서 금속모재의 산화를 억지하는 필러로, 실리콘 카바이드(Silicon Carbide : SiC)나 알루미나, 또는 이들 모두를 사용할 수 있다.The heat-dissipating particles are fillers for inhibiting oxidation of the metal base material in a high temperature environment, and may include silicon carbide (SiC), alumina, or both.
이러한 방열입자는 전술한 바인더 조성물 100 중량부를 기준으로 7 내지 13 중량% 포함된다.These heat dissipating particles are included 7 to 13% by weight based on 100 parts by weight of the above-described binder composition.
상기 방열입자가 8 중량% 미만으로 포함되면 바인더 조성물과 혼합되는 과정에서 바이더 조성물이 굳어지는 문제가 발생될 수 있으며, 12 중량%를 초과하여 포함되면 고온 환경에서 금속모재의 산화를 억지하기 어려워져 금속모재의 표면이 탈리된다.When the heat dissipation particles are included in less than 8% by weight may cause a problem that the provider composition is hardened in the process of mixing with the binder composition, when contained in more than 12% by weight it is difficult to inhibit the oxidation of the metal base material in a high temperature environment The surface of the metal base material is detached.
한편, 상기 산화아연(ZnO)은 금속모재의 산화를 억지하는 보조필러로, 상기 방열입자를 보조하는 역할을 수행한다. On the other hand, the zinc oxide (ZnO) is an auxiliary filler for inhibiting the oxidation of the metal base material, serves to assist the heat radiation particles.
또한, 산화아연은 세라믹 코팅 조성물이 금속모재의 표면에 소정의 코팅막을 형성할 때, 금속모재의 윤활성을 향상시켜 크랙을 방지하는 역할도 수행한다. In addition, zinc oxide also serves to prevent cracks by improving the lubricity of the metal base material when the ceramic coating composition forms a predetermined coating film on the surface of the metal base material.
이러한 산화아연은 바인더 조성물 100 중량부를 기준으로 10 내지 20 중량부가 첨가된다. 이때, 산화아연의 첨가량이 10 중량% 미만인 경우에는 고온 환경에서 금속모재의 산화를 억지하기 어렵게 되고 윤활특성이 부족해지는 문제가 발생되며, 산화아연의 첨가량이 20 중량%를 초과하는 경우에는 금속모재에 코팅막을 형성한 이후 외관이 불량해지는 문제가 발생할 수 있다
The zinc oxide is added 10 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the binder composition. At this time, when the amount of zinc oxide added is less than 10% by weight, it is difficult to inhibit oxidation of the metal base material in a high temperature environment and the problem of insufficient lubrication characteristics occurs. When the amount of zinc oxide added exceeds 20% by weight, the metal base material After the coating film is formed on the appearance may be a problem that is poor
또한, 본 발명은 전술한 세라믹 코팅 조성물을 금속모재의 표면에 코팅하는 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for coating the above-described ceramic coating composition on the surface of the metal base material.
상기 금속모재의 표면 코팅방법은 전술한 조성을 갖는 세라믹 코팅 조성물을 금속모재에 건조도막 부착량이 0.5~20 mg/m2가 되도록 코팅하는 단계와, 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 금속모재를 표면온도가 40 내지 200℃가 되도록 건조하는 단계를 포함한다. 그리고 건조 후에는 공냉 또는 수냉하는 단계가 더 포함될 수도 있다.The surface coating method of the metal base material is a step of coating the ceramic coating composition having the composition described above to a dry coating film adhesion amount of 0.5 ~ 20 mg / m 2 to the metal base material, the surface temperature of the metal base material coated with the ceramic coating composition 40 And drying to 200 ° C. And after drying may further comprise the step of air cooling or water cooling.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물을 금속모재의 표면에 코팅하는 방법은 샤워링에 의해 샤워시킨 후에 롤에서 처리제를 짜내는 방법, 세라믹 코팅 조성물에 침지시키는 방법, 전해처리법 또는 세라믹 코팅 조성물을 스프레이하는 방법 등이 사용될 수 있다.More specifically, the method of coating the ceramic coating composition on the surface of the metal base material according to the present invention is a method of squeezing the treatment agent in a roll after showering by showering, immersing in the ceramic coating composition, electrolytic treatment or ceramic coating composition Spraying method may be used.
그리고 코팅하는 단계에서 세라믹 코팅 조성물의 온도는 30 내지 80℃, 바람직하게는 40 내지 70℃의 범위로 한다. 이는 세라믹 코팅 조성물의 주 용매가 물이므로 부착성을 향상시키기 위함이다. And the temperature of the ceramic coating composition in the coating step is in the range of 30 to 80 ℃, preferably 40 to 70 ℃. This is to improve adhesion since the main solvent of the ceramic coating composition is water.
이때, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물의 온도가 30℃ 미만이면 부착성이 낮아지고, 80℃를 초과하면 과도한 에칭 반응을 유발하므로 형성된 피막이 불균일할 수 있다.At this time, if the temperature of the ceramic coating composition according to the present invention is less than 30 ℃ adhesion is lowered, if it exceeds 80 ℃ it causes an excessive etching reaction may be a non-uniform film formed.
또한, 건조도막 부착량이 0.5 mg/m2 미만이면 내식성이 불충분해 진다. 그리고 건조도막 부착량이 20 mg/m2를 초과하면 과도한 부착량에 의해 도막이 지나치게 두꺼워져 도막 자체의 밀착성이 열화되며, 금속모재 표면 광택이 저하되어 외관이 나빠진다. 그리고 후 공정에서 도장을 행할 경우 도장 밀착성이 저하되며, 경화 시에 박리가 발생할 수 있다.In addition, when the dry coating amount is less than 0.5 mg / m 2, the corrosion resistance is insufficient. When the dry coating film amount exceeds 20 mg / m 2 , the coating film becomes excessively thick due to excessive adhesion amount, thereby deteriorating the adhesiveness of the coating film itself, and the gloss of the surface of the metal base material deteriorates and the appearance deteriorates. Then, when the coating is carried out in a later step, the coating adhesiveness is lowered, and peeling may occur during curing.
한편, 건조온도가 40℃ 미만이면 건조가 충분하지 않아 도막(코팅막) 형성에 의한 충분한 효과를 기대하기 어렵다. 그리고 건조온도가 200℃를 초과하면 건조 후 금속모재의 냉각이 용이하지 않고, 도막의 탄화 발생 등 도막성분 결합의 변형으로 인해 전반적인 성능이 감소될 수 있으며, 도막 형성 시 기포가 발생할 수 있다.
On the other hand, when drying temperature is less than 40 degreeC, drying is not enough and it is hard to expect sufficient effect by a coating film (coating film) formation. When the drying temperature exceeds 200 ° C., cooling of the metal base material is not easy after drying, and overall performance may be reduced due to deformation of the coating component bonding such as carbonization of the coating film, and bubbles may occur when the coating film is formed.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[실시예 1] Example 1
세라믹 코팅 조성물의 제조Preparation of Ceramic Coating Composition
교반기에 실리카 졸 1,000g과 물 150g을 투입하고 60℃까지 가열하여 제 1 혼합물을 제조하였다.1,000 g of silica sol and 150 g of water were added to a stirrer and heated to 60 ° C. to prepare a first mixture.
그리고 물 450g에 수산화칼륨 150g을 투입한 후 희석하여 맑은 상태로 변형된 제 2 혼합물을 제조하였다.Then, 150 g of potassium hydroxide was added to 450 g of water, and then diluted to prepare a second mixture modified in a clear state.
상기 제 2 혼합물에 제 1 혼합물을 혼합한 다음 80℃까지 가열하여 맑은 상태로 변화시킨 후, 가열을 중지하고 60분간 제 1 혼합물과 제 2 혼합물을 반응시켜 바인더 조성물을 생성하였다. After mixing the first mixture to the second mixture and then heated to 80 ℃ to change to a clear state, the heating is stopped and the first mixture and the second mixture for 60 minutes to react The binder composition was produced.
이어서, 상기 바인더 조성물 1,000g에 필름형성용 혼합물 150g, 메타규산칼슘 100g, 산화아연 150g, 및 알루미나 100g을 투입하고, 이를 교반시켜 세라믹 코팅 조성물을 생성하였다. 이때, 필름형성용 혼합물은 이산화규소 114g과 산화알루미늄 18.45g과 산화마그네슘 17.55g으로 구성되었다.
Subsequently, 150 g of the film-forming mixture, 100 g of calcium metasilicate, 150 g of zinc oxide, and 100 g of alumina were added to 1,000 g of the binder composition, followed by stirring to produce a ceramic coating composition. At this time, the film-forming mixture was composed of 114g of silicon dioxide, 18.45g of aluminum oxide, and 17.55g of magnesium oxide.
[실험예 1][Experimental Example 1]
1. 실시예 1을 통해 생성한 세라믹 코팅 조성물을 제 1 철판과 제 2 철판에 코팅처리 하였다.1. The ceramic coating composition produced in Example 1 was coated on the first iron plate and the second iron plate.
2. 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 제 1 철판을 전기로에서 약 900(900ㅁ 10)℃로 1시간 동안 가열한 후 제 1 철판의 변화를 관찰하였다.2. The first iron plate coated with the ceramic coating composition was heated in an electric furnace at about 900 (900 W 10) ° C. for 1 hour, and then the change of the first iron plate was observed.
3. 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 제 2 철판을 전기로에서 약 1,000(1,000ㅁ 10)℃로 1시간 동안 가열한 후 제 2 철판의 변화를 관찰하였다.3. The second iron plate coated with the ceramic coating composition was heated in an electric furnace at about 1,000 (1,000 10 10) ° C. for 1 hour, and then the change of the second iron plate was observed.
이러한 실험은 한국화학융합시험연구원에 의뢰하여 KS M 500의 시험방법을 통해 진행하였으며, 그 결과 도 1 및 도 2의 실험리포트로 도시된 바와 같이 제 1 철판과 제 2 철판은 그 표면에서 박리의 발생이 최소화되었음을 확인할 수 있었다.
These experiments were carried out through the test method of KS M 500 by the Korea Institute of Chemical Convergence Testing, and as a result, as shown in the experimental report of Figs. It was confirmed that the occurrence was minimized.
[실험예 2][Experimental Example 2]
1. 실시예 1을 통해 생성한 세라믹 코팅 조성물을 사용하여 도 3에 도시된 바와 같이 철판의 일부(우측)를 코팅처리 하였다.1. Using the ceramic coating composition produced in Example 1 was coated a portion (right) of the iron plate as shown in FIG.
2. 상기 철판을 도 2에 도시된 바와 같이 전기로에서 1,000℃로 30분 동안 가열한 후 철판의 변화를 관찰하였다.2. The iron plate was heated at 1,000 ° C. for 30 minutes in an electric furnace as shown in FIG. 2, and then the change of the iron plate was observed.
3. 1,000℃의 고온 환경에서 산화된 철판을 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물이 코팅되지 않은 부분(오른쪽)은 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물이 코팅된 부분에 비해 박리가 원활히 진행되었음을 확인할 수 있었다.3. Looking at the iron plate oxidized in a high temperature environment of 1,000 ℃, as shown in Figure 4, the portion (right) is not coated with the ceramic coating composition according to the present invention compared to the portion coated with the ceramic coating composition according to the present invention It could be confirmed that the peeling proceeded smoothly.
또한, 본 발명에 따른 세라믹 코팅 조성물이 코팅되지 않은 부분의 철판은 고온에 의해 탄화되어 변색되었음을 확인할 수 있었다.
In addition, it was confirmed that the iron plate of the portion not coated with the ceramic coating composition according to the present invention was carbonized and discolored by high temperature.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.
Claims (8)
이산화규소, 산화알루미늄, 산화마그네슘, 또는 이들 중에서 2이상 선택되는 혼합물 10 내지 20 중량부;
메타규산칼슘 7 내지 13 중량부; 및
산화방지제 17 내지 33 중량부를 포함하는 세라믹 코팅 조성물. 100 parts by weight of a binder composition comprising silica sol, water, and potassium hydroxide;
10 to 20 parts by weight of silicon dioxide, aluminum oxide, magnesium oxide, or a mixture selected from two or more thereof;
7 to 13 parts by weight of calcium metasilicate; And
Ceramic coating composition comprising 17 to 33 parts by weight of antioxidant.
상기 실리카 졸과 물 및 수산화칼륨이 100 : 50~70 : 10~20의 비율로 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 1, wherein the binder composition
Ceramic silica coating composition comprising the silica sol and water and potassium hydroxide in a ratio of 100: 50 ~ 70: 10 ~ 20.
산화아연 및 방열입자로 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 1, wherein the antioxidant
Ceramic coating composition, characterized in that consisting of zinc oxide and heat radiation particles.
상기 바인더 조성물 100 중량부를 기준으로 상기 산화방지제는 상기 산화아연 10 내지 20 중량부와 상기 방열입자 7 내지 13 중량부로 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 3, wherein
Based on 100 parts by weight of the binder composition, the antioxidant is a ceramic coating composition comprising 10 to 20 parts by weight of the zinc oxide and 7 to 13 parts by weight of the heat dissipating particles.
실리콘 카바이드 또는 알루미나인 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 3, wherein the heat radiation particles
Ceramic coating composition, characterized in that the silicon carbide or alumina.
직경이 4 내지 18㎚인 제 1 실리카 나노입자와 직경이 45 내지 55㎚인 제 2 실리카 나노입자가 포함되는 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 1, wherein the silica sol is
A ceramic coating composition comprising first silica nanoparticles having a diameter of 4 to 18 nm and second silica nanoparticles having a diameter of 45 to 55 nm.
알칼리금속 실리케이트, 암모늄 실리케이트, 또는 사차 암모늄 실리케이트가 첨가되는 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 1, wherein the silica sol
An alkali metal silicate, ammonium silicate, or quaternary ammonium silicate is added to the ceramic coating composition.
상기 이산화규소와 산화알루미늄 및 산화마그네슘의 혼합물은 이산화규소 63 내지 80 중량%와, 산화알루미늄 10 내지 19 중량%와 산화마그네슘 9 내지 18 중량%로 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 코팅 조성물.The method of claim 1,
The mixture of silicon dioxide, aluminum oxide and magnesium oxide is 63 to 80 wt% of silicon dioxide, 10 to 19 wt% of aluminum oxide and 9 to 18 wt% of magnesium oxide, the ceramic coating composition.
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