본 발명은 투자율과 열팽창 특성이 우수한 새도우 마스크 및 이너 실드용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, ｛111｝＜uvw＞집합조직을 갖는 다결정 냉연강판(Al-killed) 위에 10 - 40 중량 % 의 Ni-Fe 합금층을 1 - 3 ㎛ 코팅 처리하여 새도우 마스크 및 이너실드용 강판을 제조한다. 이 제조에 사용되는 도금욕은 250 - 450 g/ℓ 의 NiSO4, 250 - 350 g/ℓ의 FeSO4, 30 - 50g/ℓ의 붕산, 그리고 20 - 50mℓ의 H2SO4의 성분으로 조성하고, 도금욕을 섭씨 30 - 60 도, PH 1 - 3, 전류 밀도 2 - 6 A/dm2 의 조건으로 하여 전기 도금법으로 제조하는 것을 특징으로 한다.

도 1

 

새도우 마스크 및 이너 실드용 강판과 그의 제조 방법

도 1 은 본 발명에 따른 이너 실드의 자기장 차폐원리도.

도 2 는 AK강판, 인바강판, 그리고 본 발명에 따른 Ni-Fe 코팅처리 강판의 열 팽창 측정 결과를 비교하여 나타낸 도표.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 냉연강판

2 : 합금코팅층

 

본 발명은 ｛111｝＜uvw＞ 집합 조직을 갖는 다결정 냉연강판 (Al-killed) 위에 Ni-Fe 합금층을 도금 코팅처리하여 투자율과 열팽창 특성이 우수한 새도우 마스크 및 이너 실드용 강판과 그 제조방법에 관한 것이다.

통상의 CRT 등의 내부에 장착되는 새도우 마스크는 전자빔을 정확하게 형광판의 형광체에 유도하는 역할을 한다. 전자총에서 투사된 전자빔은 약 1/3 정도만 이 형광체에 도달하고 나머지는
새도우 마스크에 충돌하여 열에너지로 바뀌어 새도 우 마스크의 온도를 상승시키는 원인이 된다. 이때 발생되는 열은 새도우 마스크를 열팽창시키기 때문에 전자빔이 통과하는 홀(hole)의 형상이 변하여 전자빔이 정확히 형광체에 도달하지 못함으로써 야기되는 도밍효과(doming effect)라는 색번짐이 발생한다. 이로 인해 칼라 모니터의 해상력이 떨어지기 때문에 새도우 마스크용의 재료는 열팽창 계수가 낮아야 한다.

일반적으로 새도우 마스크용 재료는 열팽창 계수에 따라 저급용과 고급용으로 구분하는데, 저급용은 AK강(Al-killed steel)을 사용하고, 고급용은 36.5% Ni - 63.5% Fe 합금인, 인바(invar)합금을 주로 사용한다. 인바 합금은 열팽창 계수가 0 - 100 ℃ 사이에서 약 0.6 x 10-6 정도로, AK 강에 비해 열팽창 계수가 1/10 정도의 수준이기 때문에 고화질 또는 대형 모니터용 CRT 에 주로 채택하여 사용되고 오고 있다.

한편, 이너 실드는 텔레비젼 브라운관이나 PC 모니터에 장착되어 지자계 및 인공자계등의 외부자계를 차폐하는 기능을 하며, 전자총에서 발사된 3 본의 전자 빔이 형광체 스트라이프(stripe)에 정확히 도달하도록 하여 고화질의 선명한 화상을 얻도록 도와준다. 따라서 이너 실드는 자계를 차폐할수 있는 자기적 성질이 가장 중요하며, 가능한 한 고투자율, 저보자력의 특성을 지녀야 한다.

종래의 이너 실드 소재 역시, 보자력의 수준에 따라 저급용과 고급용으로 구분하는데 저급용은 2.5 Oe 정도, 고급용은 1.15 Oe 이하의 보자력을 갖는다.

현 추세로는 TV 및 PC 용 모니터가 대형화 됨에 따라 고화질의 브라운관이 요구되는바, 상기한 새도우 마스크와 이너 실드는 모니터 화면의 선명도에 영향을 미치는 중요한 부품이라 할 수 있다.

현재 국내에서 일반적으로 사용하고 있는 TV 및 PC 모니터용 새도우 마스크 및 이너 실드는 인바(invar) 재료를 사용하고 있지만, 이는 주로 독일, 일본등의 외국에서 거의 수입에 의존하고 있어 재료의 공급이 원활하지 못하고 구입비가 고가이어서, 제품 비용 상승의 원인이 되고 또한 매년 엄청난 외화를 낭비하고 있는 실정이다.

한편, 국내 제강 공장에서 공급되는 AK 강은, 근본적으로 그 소재 자체가 새도우 마스크에 적합한 저열팽창 특성을 지니고 있지 않기 때문에, 고품위 마스크 용으로는 적합치 않다. 또 이너 실드의 경우는 일부 공장에서 Ti 첨가 탄소강을 이용하여 공급하고 있지만, 근본적으로 이너 실드에 적합한 자기적 특성을 지니고 있지 않기 때문에 그 품질 수준이 고품위용으로는 부적합하다.

따라서 이들 소재를 대체할 수 있는 투자율 및 열팽창 특성이 우수한 새도우 마스크와 이너실드용 재료의 개발은 중요하고도 시급한 과제라 할수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명은, ｛111｝＜uvw＞ 집합조직을 갖는 다결정 냉연강판(Al-killed) 위에 10 - 40 중량 % 의 Ni-Fe 합금층을 코팅 처리하여 새도우 마스크 및 이너실드용 강판을 제조하였다. 상기한 합금층 두께는 1-3 ㎛ 로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 강판을 제조하기 위한 도금욕은 250 - 450 g/ℓ 의 NiSO4, 250 - 350 g/ℓ의 FeSO4, 30 - 50g/ℓ의 붕산, 그리고 20 - 50mℓ의 H2SO4의 성분으로 조성하고, 도금욕을 섭씨 30 - 60 도, pH 1 - 3, 전류 밀도 2 - 6 A/dm2 의 조건으로 하여 전기 도금법으로 제조하였다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면 및 표와 함께 발명의 배경부터 상세히 설명한 다.

자기 특성은 판재의 경우, 표면층의 자기 특성이 전체 재료의 자기특성을 거의 지배하기 때문에 표면층을 고투자율과 저보자력을 갖는 연자성 (소프트 마그네틱) 재료로 코팅처리하면, 자기 차폐효과와, 인바 재료로 이루어진 새도우 마스크와 같은 저열팽창 특성을 얻을수 있다. 연자성 재료 중에서 성형성 및 냉연강판과의 밀착성을 고려할 때, 세라믹계 재료는 적합치 않으며, 퍼말로이(permalloy) 또는 인바 로 알려진 Fe-Ni 합금 조성이 가장 적절한 것으로 판단된다.

도 1 은 본 발명에 의하여 제조한 이너 실드 강판의 자기장 차폐원리를 도식적으로 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이, ｛111｝＜uvw＞ 집합 구조의 냉연강판 (1) 에 Ni-Fe 합금 코팅층(2)이 형성되어 있어 투자율이 우수함을 나타내고 있다.

Ni-Fe 합금은 면심입방구조(FCC)이며, 자기용이방향 (magnetic easy axis)은 ＜100＞ 이므로 이 방향이 판재면에 평행하게 놓이도록 코팅층을 제조하여야 하기 때문에, 코팅층의 모재인 냉연강판이 다결정의 ｛111｝＜uvw＞ 집합 구조라 할지라도 코팅층은 ｛100｝＜100＞ 집합구조를 형성해야 하고 불변특성을 가져야 한다.

본 발명에서 가장 중요한 것은 집합조직을 갖는 모재 위에 코팅처리되는 물질 역시 방향성을 갖도록 즉, 집합 조직을 나타내도록 조직을 제어해야 한다. 이미 널리 알려진 여러 가지 코팅 공정 중에서, Ni - Fe 합금 코팅층을 제조하기 위한 방법으로 사용할 수 있는 것으로는 진공증착, 전기도금, 화학기상증착 (chemical vapor deposition ; CVD)등을 들 수 있다.

본 발명에서는 경제성, 작업의 안정성, 생산성 및 연속 공정성 등을 고려하여, 형상이 우수하고 ｛111｝＜uvw＞ 집합 조직을 갖는 다결정 냉연강판 (Al-Killed 강) 위에 전기 도금법으로 10 - 40 중량 % Ni-Fe 코팅층을 1-3 ㎛ 형성 시켜, 고투자율과 열팽창 특성이 우수한 새도우 마스크 및 이너 실드용 강판을 제 조하였다.

도금욕의 조건은 250 - 450 g/ℓ의 NiSO4, 250 - 350 g/ℓ의 FeSO4, 30 - 60g/ℓ의 붕산, 20 - 50 mℓ 의 황산 조성과, 도금욕 온도 섭씨 30 - 60 도, pH 1 - 3, 전류밀도 2-6 A/dm2 로 하여, AK 강판을 전기 도금법으로 10 - 40 중량 % 의 Ni-Fe 코팅층을 1-3 ㎛ 형성시켜 도금강판을 제조한후, 물로 세척하고 건조하였다.

표 1 은 섭씨 약 200 도에서, AK 냉연강판 위에 코팅한 Ni-Fe 코팅층의 성분 조성에 따른 열팽창 측정 결과를 나타내었다.

표 1 에서 보는 것처럼 30 - 35 중량 % 의 Ni-Fe 조성에서 가장 뛰어난 열팽 창 특성을 나타냄을 알 수 있다. 본 발명에 따른 강판과, 상용되고 있는 종래 제품과의 열팽창 특성을 비교하고 CRT 내 장착시 열적 안정성을 평가하기 위하여, 도 2 에서는, 본 발명에 따라 30 - 35 중량 % 의 Ni-Fe 조성을 갖는 코팅층을 1-3 ㎛ 두께로 처리한 강판과, AK 강판과, 그리고 인바 새도우 마스크 강판의 열팽창을 섭씨 0 - 200 도 까지 각각 3 회 반복 시험 측정한 결과를 나타내어 보았다.

도 2 에서 보는 바와 같이, 인바의 경우는 섭씨 0 - 200 도 사이에서 열팽창이 전혀 일어나지 않았으며, AK 강판은 온도가 증가함에 따라 열팽창이 직선적으로 증가하여 섭씨 200 도에서 최고 14.28 x 103 ㎛ 의 열팽창이 일어났다.

한편, 본 발명에 따른 Ni-Fe 코팅처리 강판의 열팽창은 온도 증가에 따라 약간 증가하다가 섭씨 150 - 200 도에서 일정한 값을 나타내는바, 이는 종래의 AK 강판의 약 1/7 수준인 2.04 x 103 ㎛ 정도로 우수한 열팽창 특성을 나타냄을 확인할수 있었다.

따라서, 본 발명에 따른 Ni-Fe 코팅처리 강판은 실제 CRT 내 장착시, 새도우 마스크의 열팽창에 의한 AK 강판에서 발생되는 색번짐(dooming effect)과 같은 현상은 발생되지 않으므로 종래의 인바 새도우 마스크 강판을 충분히 대체할 수 있 다.

한편, 새도우 마스크 및 이너 실드는, 전자빔을 흡수하고 CRT 공정 중의 부식 및 2 차 전자상의 발산을 억제토록 하기 위하여 산화 또는 흑화처리된다. 흑화 처리로 생성된 피막은 새도우 마스크가 CRT 제조 공정 중 충격을 받거나 진동이 발생되는 경우, 박리가 생긴다. 일반적으로 흑화 피막은 60 - 80 중량 % Fe2O3, 20 - 40 중량 % Fe3O4 로 이루어져 있고 산화가 계속 일어나면 모재와 산화 피막 사이의 계면에 많은 기공이 생성되어 기계적으로 취약한 다공질의 Fe 층이 형성된다. 만약 H2O 와 Cl 이온과 같은 제 3 의 물질이 흑화 피막층에 생성되면, 안정화 공정과 같은 가열 공정 중 결합력이 약한 적청이, 기계적으로 취약한 다공질의 Fe 층에 생성되므로 흑화 피막은 쉽게 박리되어 파손된다. 이때 파손된 조각은 마스크의 구멍을 막아, CRT의 칼라 이미지의 질을 떨어뜨리는 원인을 제공한다.

그러나, 본 발명에 의하여 제조되는 새도우 마스크와 이너 실드용 강판은 새도우 마스크와 이너 실드가 충격이나 진동을 받을 때 흑화 피막의 박리가 잘 일 어나지 않는 장점이 있다.

이하, 본 발명에 따른 새도우 마스크와 이너 실드용 강판을 제조하는 방법을 설명한다.

본 발명에 따른 강판을 섭씨 550-600 도의 흑화 분위기에서 5 - 30 분 동안 가열 흑화 처리하면, 모재의 Fe 와 도금층의 Fe, Ni 는 상호 확산하여 Fe-Ni 확산 층이 생성된다. 철 성분은 흑화로의 분위기 가스와 반응하여 흑화 산화 피막을 형성하고 Ni 성분도 역시 산화된다. 따라서 흑화 피막은 Fe와 Ni 산화물로 이루어 지고 흑화가 계속 진행되면 Fe로 점유되었던 기공이 Ni 성분에 의해 충진된다. 따라서 본 발명에 의하여 형성된 흑화 피막에는 기존의 AK 강판의 흑화피막에 존재했던 기공이 존재하지 않는다. 2O 나 Cl 이온이 흑화 피막에 고착되고 연속한 가열 공정에서 계속 산화가 일어나도 최상층에 생성된 흑화 피막은 Fe-Ni 확산층에 의해 박리가 일어나지 않는 다.

표 2 는 본 발명에 따라 형성한 코팅층의 자기적 성질을 나타낸다.

나타낸 바와 같이, 30 - 35중량 % 의 Ni-Fe 조성으로 코팅하였을 경우, 가장 우수한 자기적 특성을 나타내고 있으며, 그 1 - 3 ㎛ 의 Ni-Fe 코팅층 생성에 의해, 종래 AK 강의 보자력 (Hc)이 2.17 Oe에서 1.68 Oe 로 감소하고 투자율은 μi = 772, μmax = 3,104 로, 최대 투자율이 1,820 에서 3,104 로 증가하는 우수한 자기적 특성을 나타내었다.

상기와 같은 본 발명에 의하면, 종래의 다결정 냉연 강판에 소정 비율의 Ni-Fe 합금을 코팅하는 것에 의하여, 고투과율,저보자력의 우수한 자기적 특성을 가지며, 또 열팽창 특성도 우수한 새도우 마스크 및 이너 실드용 강판을 제조할 수 있는 효과가 있어 기존 재료의 대체 효과로 저렴한 가격으로 새도우 마스크 및 이너 실드용 강판을 제조할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의해 제조되는 새도우 마스크 및 이너 실드용 강판은 충격 이나 진동을 받아도 흑화 피막의 박리가 일어나지 않는 뛰어난 효과도 있다.

본 발명에 의하여 제조되는 강판은 특히 새도우 마스크 및 이너 실드의 용도 에 적합한 것으로 특히 한정하여 설명하였지만 본 발명은 이 물품의 용도에 한정 되는 것이 결코 아니라, 다른 어떠한 용도로도 적합하게 쓸수 있음은 물론이다.

｛111｝＜uvw＞ 집합조직을 갖는 다결정 냉연강판(Al-killed) 위에 10 - 40 중량 % 의 Ni-Fe 합금층을 코팅 처리하여 이루어 지는 것을 특징으로 하는 새도우 마스크 및 이너실드용 강판.

제1항에 있어서, 상기한 합금층은 1-3 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 새도우 마스크 및 이너실드용 강판.

도금욕을 250 - 450 g/ℓ 의 NiSO4, 250 - 350 g/ℓ의 FeSO4, 30 - 60 g/ℓ의 붕산, 그리고 20 - 50mℓ의 H2SO4의 성분으로 조성하고, 도금욕을 섭씨 30 - 60 도, pH 1 - 3, 전류 밀도 2 - 6 A/dm2 의 조건으로 하여 AK 강판을 전기 도금법으로 제조하는 것을 특징으로 하는 새도우 마스크 및 이너실드용 강판의 제조 방법.

제3항에 있어서, 섭씨 550 - 600 의 흑화 분위기에서 5 - 30 분 동안 가열 흑화처리하는 공정을 더 포함하는 것을 하는 새도우 마스크 및 이너실드용 강판의 제조 방법.