아연 도금 (Zinc Plating)

아연 도금 (Zinc Plating, Galvanization)

아연 도금은 아연(Zn)과 주로 철강의 부식을 방지할 목적으로 발달하였다. 아연 도금 자체의 내식성을 향상시킬 목적으로 도금 후에 크로메이트(Chromate) 처리를 추가로 하는데 아연 자체의 내식성은 더욱 증가되고 아울러 외관의 아름다움(광택)을 향상시켜 장식용이나 도장 하지용으로 사용된다. 아연 도금 방법에는 전기도금, 확산침투, 용융도금 (hot-dip galvanizing), 용사 등이 있다. 그렇다면 왜 부식이 안일어나는 스테인레스강을 쓰지않고 철에 도금을 할까? 주된 이유는 싸니까.

도금안되서 녹슨 강판 아연 도금된 못

특성

철이 부식환경에서 표면에 아연이 있으면 아연이 철대신 산화하면서 철이 부식되는 것을 방지해준다. 아연은 철대신 녹이 슬며 아연 도금중에 핀홀 (Pin Hole)이 있어도 철을 보호해주며 (크롬도금의 경우와 반대) 아연은 산화아연, 탄산아연, 염기성아연의 흰가루가 되어 소모된다.

고장력강에 아연도금을 실시할 경우 도금시 발생하는 수소에 의한 취성이 발생될 수 있으며 HRC 40이상의 고경도강에 도금하는 경우 아연도금에서 특히 심하다. 같은 아연도금에서도 산성욕이 알카리성욕보다 취성이 적다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 아연도금후 4시간 이내에 대략 200℃ 온도에서 수시간 가열하여 수소를 방출시키는 방법을 채택하여야 한다. 아연도금은 용도에 따른 도금욕의 종류가 많고 금속에 직접도금이 가능하며 박리도 산으로 간단하게 할 수 있다. 욕 (Bath)의 작업조건 범위가 넓고 도금속도가 빠르며 크로메이트처리가 간단하여 대단히 유효하다. 

두께

나사등과 같이 치수허용치가 작은 부품 : 약 5㎛ 도금 

환경이 양호한 내장부품 : 약 5㎛ 도금+크로메이트 

외장부품 : 약 25㎛ 도금+유색크로메이트 

사용범위

아연도금은 아연의 융점 (419.5℃) 이상에서 사용되는 것은 무리이며 실제로 기능상 300℃ 정도까지는 견딘다. 아연도금상에 크로메이트피막은 열에 따른 내식성이 약하기 때문에 130℃ 이상에서의 사용은 어렵다. 크로메이트피막은 연해서 내마모성은 대단히 약하므로 마모를 일으킬 부위에는 사용을 피하도록 해야한다. 아연도금은 강판의 도장하지로서는 우수하며 인산염으로 처리할 경우 도장의 밀착성 및 내식성이 더욱 양호해진다.

크로메이트 처리

아연도금은 도금한 상태로는 변색이 되기 쉽고 또한 지문이 묻기 쉬우며 특히 습기가 있는 공기 중에서는 백색반점이 생기기 쉽다. 보조처리로써 크로메이트처리를 하면 내식성이 수배 증가하며, 광택있는 도금면을 얻을 수 있다. 일명 유니크롬(UNICHROME) 이라고도 하는데 처음에는 아연도금의 내식성을 향상시키기 위해 카드뮴도금 대신 사용되었다. 크로메이트에는 광택용과 피막용의 두가지가 있는데 광택용 크로메이트에도 유색과 무색이 있으며 유색의 것은 오렌지색, 녹청색, 황색등이 있고 무색인 것은 청색과 백색(반투명)이 있다. 어느것이나 이처리를 행하면 아연도금만을 행한 것 보다 내식성이 증대하며 일반적으로 수배에서 수십배로 된다. 

크로메이트처리후의 건조온도는 내식성에 크게 영향을 미치며 60℃ 부근에서 건조하는 것이 안전하다. 70℃이상에서는 내식성이 감소하며, 80℃에서는 내식성이 심하게 나빠지고 크로메이트의 효과가 상당히 적어진다. 이 원인은 건조온도가 70℃이상이 되면은 크로메이트 피막에 금이 가는데, 금간것이 많게되면 내식성이 떨어지기 떄문이다. 또한 금이가는 이유는 크로메이트피막에 수분이 들어 있는데 이것이 피막으로부터 방출될떄 일어나기 때문이다. 일반적으로 저온(약60℃정도)에서 장시간(약30분정도) 건조 하는 것이 가장 내식성이 양호하다고 한다.

내식성은 피막의 강도와 피막중의 6가크롬함유량에 따라 결정된다. 피막의 두께는 건조하기 전에는 수㎛이지만 건조후에는 0.5㎛이하(주로 0.03-0.07㎛)이다. 또 열탕에 침적하거나 오랫동안 물에 담그면 피막이 팽창되어 6가크롬이 추출되어 내식성을 잃게 된다. 

종류

전가아연도금 

전기아연도금은 아연을 함유한 도금액에 양극과 도금하고자 하는 시편을 넣고 전기를 가하여 음극시편 표면에 아연이 환원되게 하는 것이다. 전기분해로 도금을 하기 때문에 도금의 두께가 얇게 되며 외관은 미려하고 변형이 없이 깨끗하다. 그러나 내구성은 떨어지고 외관 변형이 없어야 하는 각종 기계 부속품의 도금에 적합하다.

아연용융도금 

아연 용융도금은 아연을 고온(460℃) 부근)에서 가열하여 녹인 용탕에 도금하고자 하는 시편을 넣은 후 냉각시키는 것으로 기본적인 원리가 전기도금과는 완전히 다르다. 아연물을 높은 온도로 녹여서 입히기 때문에 두께가 두껍게 입혀져서 외관이 투박하고 정밀을 요하는 부속품같은 것에는 적합하지 않고 가로등, 철탑등 두께 정밀도가 별로 중요하지 않은 곳에 사용된다. 내구성이 뛰어나서 주로 옥외에서 사용되는 대형 제품에 적합하다. 게다가 용융도금을 하면 모재와의 결합력이 매우 증가한다.

아연 용융 도금이 적용된 가로등

아연 도금 강판

아연도금강판 (Galvanized Steel Sheet, Zinc Coated Steel Sheet)은 아연을 도금한 강판으로 그 제조방법에 따라 용융아연도금강판(Hot Dipped Galvanized -Iron, HDGI, CGI, GI)과 전기도금아연강판(Electrolytic GalvanizedIron, EGI)이 있다. 아연 도금 강판은 수요가 많아서 포스코와 같은 대형 제철소에서도 용융도금, 전기도금 강판 등을 직접 제조하기도 한다. 용융아연도금강판은 순아연도금 이외에 합금화용융아연도금강판(Galvannealed Steel Sheets, GA), 갈바륨강판 및 갈판 등의 용융아연알루미늄합금도금강판 등이 있으며 전기아연도금강판은 순아연도금 이외에 아연철, 아연-니켈 등 전기아연합금도금강판이 있다. 철의 최대 단점인 녹을 방지하고 철의 장점인 강성과 경제성을 최대한 살릴 수 있는 표면처리강판의 수요가 크게 늘어나고 있다. 그 중 아연도강판은 경제성 있는 도금성과 뛰어난 희생방식성을 갖고 있는 강판으로 각광받고 있다. 

특징 (내식성, 용접성)

용융아연도금강판의 도막 밀착성 및 도장후 내식성은 도장전처리 공정에 따라 많은 영향을 받는다. 용접시에 피복용접봉 아크용접에서는 용접금속의 유동성이 양호하고 양질의 금속이 얻어질 수 있는 용접봉으로서 염기도가 높은 피복제를 가진 것이 적당하다. KSD 7004의 E 4303(라임티타니아계), E 4313(고산화 티탄계), E 4316(저수소계)가 양호하다. 용융아연도금강판의 납땜작업은 적당한 용제를 사용하면 도금피막을 사포로 벗겨낼 필요없이 간단히 납땜을 할 수 있다. 특히 크롬산염 처리재는 납땜성이 우수하다. 용제로서는 비부식성 용제 또는 염화아연(15~20%)과 염화암모니아(3.3~5%)의 혼합용액을 사용하는 것이 좋으며 용제 사용후에는 충분히 세척하여 건조시켜야 한다.

용융아연도금강판

용융아연도금강판 특징

용융아연도금강판의 특징은 우선 아연 특유의 희생방식 효과가 뛰어나 높은 내식성을 갖고 있으며 오랜 기간동안 사용해도 부식방지 효과가 그대로 지속됨으로써 최고의 경제성을 지니고 있다. 또한 각 용도에 따른 수요가들의 요구에 대응할 수 있는 다양한 종류의 제품개발이 가능한 특징도 갖고 있다.

용융아연도금강판 종류 및 용도

용융아연도금강판은 표면형태에 따라 레귤러 스팽글(Regular Spangle), 미니마이즈드 스팽글(Minimized Spangle), 제로 스팽글(Zero Spangle), 고급표면아연도강판(Extra Smooth), 초고급표면아연도강판(Ultra Smooth), 합금화용융아연도강판(Galvannealed), 고급합금화아연도강판(Super Galva), EGI대용 아연도 강판(Light GI) 등으로 구분된다. 용도에 따라 구분하면 일반용 용융아연도금강판, 가공용 용융아연도금강판, 구조용 용융아연도금강판, 용융알루미늄도금강판, 용융아연도금후판, 합금화용융아연도금강판, 하이코팅용융아연도금강판, UL용융아연도금강판 등이 있으며 형상으로 구분하면 Slited, Corrogated,Sheet, Coil 등이며 아연도금강판은 주로 자동차용, 가전용, 건재용 등 범용성이 가장 크다.

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참고 사이트

http://blog.daum.net/dhejsuni/189

https://en.wikipedia.org/wiki/Galvanization

http://www.poscopns.com/pns_korea/steel/posco_07_1.htm

https://www.posco.co.kr/homepage/docs/kor5/dn/product/info/galvanizedsteel.pdf

www.kemco.or.kr/up_load/blog/용융아연도금강판.hwp