전기아연도금방식은 철강소재의 내식성 강화용 표면처리 분야 중에서 가장 효과적인 방법 중의 하나이다. 따라서 자동차를 포함한 주요한 산업 분야에서 다양하게 적용이 되고 있다.
그러나 철강소재의 표면에 순수한 아연도금 처리만 한다면 공기 중에 노출된 아연도금층이 산화되어 백색 분말이 생기고, 내식성이 약화 될 수 있다. 이와 같은 취약점을 보완하는 방안으로 아연도금처리 후에 거의 대부분 후처리 공정을 병행하여 처리하는 것이 보편적인 방법이다.
후처리 방법에는 여러 종류의 처리 방법이 있지만 크로메이트 처리가 가장 일반적으로 적용되고 있으며, 제품의 용도 및 특성에 따라 부가적으로 마무리 공정 및 탑코팅 공정을 선택적으로 적용하기도 한다.
크로메이트 공정은 아연도금층에 화학적으로 반응하여 부동태화 하는 처리이며 이렇게 형성된 피막은 약 0.02~0.3㎛ 정도의 두께가 형성되는데 내식성을 향상시키고 아연도금의 색상을 결정해주는 중요한 공정이다.
그런데 크로메이트 공정에서 형성된 얇은 피막은 완전히 건조되어 경화되기 전에는 겔 상태로 존재하기 때문에 외부의 충격에 손상되기 쉽다. 따라서 작업 공정 중에 제품끼리 부딪치거나 또는 설비에 부딪치면서 피막에 스크래치가 발생하게 되는데 이것은 내식성이 약화의 원인이 된다. 이것을 보완하기 위해서는 추가적인 후처리 공정이 필요하다.
추가로 적용할 수 있는 후처리 방법으로는 마무리제 처리와 탑코팅 처리 방식이 있으며 두 방식을 병행하여 처리할 수도 있다. 특히 최근에는 아연도금제품에 정해진 마찰계수 기준을 충족할 것을 요구하는 도금 사양이 증가하고 있는데 이 경우에는 토르크 안정제가 함유된 탑코팅제의 처리가 필수적으로 요구된다.
상기와 같이 철강 제품의 내식성 강화를 위하여 아연도금을 적용하고자 한다면 도금공정뿐만 아니라 후처리 공정이 무엇보다도 중요하게 수행되어야 한다는 것을 알 수 있다. 이에 후처리 공정인 크로메이트, 마무리 및 탑코팅 공정에서 효율을 극대화 할 수 있는 최적의 작업 조건에 관한 연구가 필요하며 또한 후처리 공정을 수행하면서 파생적으로 발생 되는 다른 문제점은 없는지 검토해볼 필요성이 있다.
크로메이트 공정에서의 주요 조건관리항목은 약품의 농도, 온도, pH 및 처리시간 등이 있는데 이와 같은 주요관리항목의 작업 조건 차이로 크로메이트 색상에 미세한 차이가 나타나며 내식성에도 영향을 미칠 수 있다. 또한 마무리제 및 탑코팅 공정에서도 액의 농도, 온도 및 pH 조건에 따라 내식성은 물론 도금표면의 마찰계수에도 영향을 줄 수 있다.
이번 연구에서는 첫째로 크로메이트 공정의 여러 관리 항목 중에서 처리시간의 차이에 따른 도금두께의 변화 및 내식성에 미치는 영향을 분석하였다. 시험한 결과에 의하면 크로메이트 처리시간에 따라서 아연도금층이 0.5~2.0㎛ 정도 떨어져 나가는 것을 알 수 있었고, 염수 분무시험을 실시한 결과에서는 크로메이트 처리시간별로 각기 다른 내식성 결과가 나왔는데, 처리시간이 40초인 시료에서 가장 우수한 내식성 결과를 얻을 수 있었다.
두 번째 시험에서는 마무리제의 pH 조건이 내식성에 어떻게 영향을 주는지 연구하였는데 pH 4.0 조건에서 작업한 시료의 내식성 결과가 가장 좋게 나왔다.
마지막으로 아연도금제품에 탑코팅 처리를 하여 내식성에 미치는 영향 및 마찰계수 값의 변화를 알아보았다. 내식성 결과는 탑코팅 처리를 한 시료들이 탑코팅액을 도포 하지 일반제품과 비교하여 월등하게 향상되었다. 마찰계수 측정 결과에서, 탑코팅 처리한 제품들은 시료별 마찰계수 편차가 적어서 아주 안정적이며, 평균값도 약품의 종류 및 농도에 따라서 차이는 있었지만, 탑코팅 미도포 제품과 비교하여 크게 낮아지는 것을 알 수 있었다.