KR100293224B1 - 부동태화가억제되는아연양극의제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 부동태화가 억제되는 아연양극의 제조방법에 관한 것으로, 팩 분말법을 이용하여 아연양극에 아연-알루미늄 합금을 형성시킴으로써 Zn-Ni 합금 전기도금시 부동태 피막의 생성이 억제되는 아연양극의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, Zn-Ni 합금 전기도금용 아연양극을 제조하는 방법에 있어서, 평균입자크기가 10-100㎛인 알루미늄:10-30wt%, 염화암모늄:5-15wt% 및 알루미나:55-85wt%로 이루어진 팩분말속에 아연소재를 넣은 후, 온도가 350-420℃ 범위인 불활성 또는 환원성분위기 중에서 유지시켜 알루미늄이 아연소재대비 3-10wt%가 포함되도록 아연-알루미늄 합금을 형성시키는 부동태화가 억제되는 아연양극의 제조방법에 관한 것을 그 요지로 한다.
Description
본 발명은 아연-니켈 전기도금시 사용되는 아연양극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금시 발생되는 아연양극의 부동태화를 방지할 수 있는 아연 양극의 제조방법에 관한 것이다.
최근, Zn-Ni 합금전기도금강판은 내식성 및 도장성이 우수하여 Zn-Fe 합금전기도금 강판과 함께 자동차용 강판으로서 수요가 증대되고 있다. 그러나, 상기 Zn-Ni 합금전기도금강판은, 제조시 몇가지 문제점을 안고 있어 생산이 원활치 못한 경우가 있는데, 그 문제점중의 하나는 가용성 양극인 아연양극의 부동태화에 기인한 것이다. 이러한 부동태 피막은, 도금액중의 니켈이온과 아연 양극간에 치환반응이 일어나 생성된다. 이와 같은 비전도성 부동태 피막이 양극상에 국부적으로 두껍게 성장하여 강판과 접촉하게 되면, "양극 줄무늬"라는 선형결함을 발생시킨다. 또한, 부동태 피막의 형성으로 인하여 도금전압이 상승되며, 박리된 피막이 도금액중에 부유하게 되는데, 이 부유물이 강판에 부착되어 롤과 강판사이에서 압착되므로서 롤 및 제품에 결함을 발생시켜 제조원가 상승 및 제품 실수율 하락의 주요 요인으로 작용한다.
이러한 현상을 일으키는 부동태를 억제하기 위한 방법으로, 양극이 용액내에서 비통전상태로 용액과 접촉되지 않도록 하거나, 용액과 접촉하기 전에 미리 초기전압을 부가하여 니켈이온이 양극에서 반발되도록 하는 것이 알려져 있다.(U.S. Steel Technical Report, No. 35-C-501, 1981)
하지만, 상기 비통전상태의 접촉방지 및 초기전압의 부가에 의한 방법은, 실험결과 부동태 피막의 생성을 억제할 수 없음을 알 수 있었다. 따라서, 부동태 피막은 전해반응 중에도 발생되는 것으로 판단된다.
이에 본 발명자는 Zn-Ni 합금 전기도금강판 제조시 아연양극상에 발생하는 부동태 피막의 생성을 효과적으로 억제하고자 연구와 실험을 거듭하고, 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 팩분말법을 이용하여 아연양극에 아연-알루미늄합금을 형성시킴으로써, Zn-Ni 합금 전기도금시 부동태 피막의 생성이 억제되는 아연양극의 제조방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
제1도는 본 발명에 의해 아연양극을 제조하는 공정의 일례를 보이는 모식도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 가열로 2 : 알루미나용기
3 : 아연양극 4 : 팩
5 : 열전쌍 6 : 가스유입구
7 : 가스배출구
본 발명은 Zn-Ni 합금전기도금용 아연양극을 제조하는 방법에 있어서, 평균입자크기가 10-100㎛인 알루미늄:10-30wt%, 염화암모늄:5-15wt% 및 알루미나:55-85wt%로 이루어진 팩분말속에 아연소재를 넣은 후, 온도가 350-420℃ 범위인 불활성 또는 환원성분위기 중에서 유지시켜 알루미늄이 아연소재대비 3-10wt%가 포함되도록 아연-알루미늄 합금을 형성시키는 부동태화가 억제되는 아연양극의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명에서는 아연양극을 제조하기 위해 팩분말법을 이용하는데, 상기 팩 분말은 알루미늄, 염화암모늄 및 알루미나로 이루어져 있다. 즉, 고용 또는 합금화시키고자 하는 알루미늄 분말, 알루미늄 분말의 운반자 역할을 하는 활성제인 염화암모늄, 및 소결방지제 분말인 알루미나를 함께 볼밀에 넣어 충분히 혼합시켜 팩분말을 제조하는 것이다. 이러한 팩분말에 아연소재를 넣어 분위기로에 설치한 후, 합금화 온도까지 가열하여 아연과 알루미늄 사이의 확산에 의해 금속간 화합물이나 고용체와 같은 합금을 형성함으로써, 도금시 아연 양극의 부동태 피막 형성을 억제시켜 양극효율을 향상시키는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에서는, 목적하는 정도의 아연-알루미늄 합금을 형성시키기 위해 다음과 같은 요건들이 필요하다.
먼저 팩분말은, 평균입자크기가 10-100㎛인 알루미늄 10-30wt%, 염화암모늄:5-15wt% 그리고 알루미나:55-85wt%로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 알루미늄과 염화암모늄은 알루미늄 할라이드 형태를 이루어 아연에 결합되는데, 알루미늄은 그 함량이 10-30wt%인 것이 바람직하고, 또한, 이러한 알루미늄 함량에 대한 염화암모늄의 함량은 5-15wt%가 바람직하다. 그 이유는, 상기 알루미늄의 함량이 10% 미만이거나 상기 염화암모늄의 함량이 5% 미만이면 부동태 피막이 형성하게 되고, 알루미늄의 함량이 30% 보다 많거나 염화암모늄의 함량이 15% 보다 많으면 부동태 피막 형성량은 적으나 침전물중 알루미늄의 양이 많아지기 때문이다.
상기 알루미나는, 불활성인 소결방지제로서 사용하기 위해서, 그 함량을 55-85wt%로 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 알루미늄은 평균입자의 크기가 10-100㎛인 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 평균입자크기가 10㎛ 미만으로 극미분인 경우는, 팩 내에 함유된 활성제인 염화암모늄이 알루미늄을 아연소재로 운반하기가 쉽지만, 가격이 비싸서 경제적이지 못할 뿐만 아니라 취급이 어렵기 때문이다. 또한, 평균입자크기가 100㎛를 초과하는 경우는, 팩 내에 함유된 염화암모늄으로부터 형성된 염소기체가 알루미늄을 아연소재로 운반하기가 쉽지 않아서, 아연-알루미늄 금속간 화합물을 형성하기 어렵기 때문이다.
다음으로, 상기 팩 분말은, 균일하게 아연-알루미늄 금속간 화합물을 형성시키기 위해서, 가능한 균일하게 섞는 것이 바람직하다.
한편, 팩 분말 제조시 알루미늄, 활성제, 소결방지제를 볼밀과 함께 20-30rpm의 일정속도로 유지시켜 장시간 섞는 것이 바람직하다. 그 이유는, 30rpm 이상의 속도로 섞었을 때는 원심력에 의해 알루미늄 분말이 팩의 바깥 부위에 있게 되어 균일한 니켈-금속간 화합물을 형성하기가 힘들기 때문이다. 또한, 20rpm 미만의 속도로 느리게 회전시키면, 상기 분말들을 균일하게 섞지 못하는 문제가 있다.
다음으로, 상기와 같이 준비된 팩분말 속에 아연소재를 넣은 후, 350-420℃ 온도범위의 불활성 또는 환원성 분위기 중에서 유지시키면, 염화암모늄의 염소는 기상화되어 알루미늄 분말을 아연소재쪽으로 운반시키고, 운반된 알루미늄 분말을 아연소재 내부의 일정 깊이에 균일하게 확산되어 아연-알루미늄 금속간 화합물 혹은 고용체가 형성된다. 이 때, 상기와 같이 아연-알루미늄 금속간 화합물 또는 고용체를 형성시키기 위한 불활성 또는 환원 분위기 가스로는, 아르곤 가스 단독 혹은 질소와 수소의 혼합가스를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 분위기 가스의 온도는 350-420℃ 온도범위로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는, 분위기가스 온도가 350℃ 미만인 경우는 가열온도가 낮아 고용되는 알루미늄 양이 너무 적고, 그 온도가 420 ℃를 초과하는 경우에는 아연이 녹아 아연양극 표면이 불량해지기 때문이다. 또한, 상기 아연소재를 불활성 또는 환원성 분위기 중에서 2-3시간 유지시키는 것이 바람직하다. 즉, 상기 유지시간이 2시간 미만이면 고용 또는 합금화되는 알루미늄 양이 너무 적어 아연소재대비 3wt% 이상의 알루미늄이 함유되지 못하고, 3시간을 초과하면 고용 또는 합금화되는 알루미늄 양이 너무 많아 아연소재대비 10wt% 이상의 알루미늄이 함유되기 때문이다. 상기 알루미늄이, 아연-알루미늄합금 중에 아연소재대비 3wt% 미만으로 함유되면 부동태 피막의 억제효과가 적으며, 10wt%를 초과하면 도금시 많은 침전물이 형성되기 때문에 바람직하지 않다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
[실시예]
하기 표1과 같은 함량으로 금속 알루미늄, 활성제인 염화암모늄을 첨가하고, 나머지는 불활성 충진물인 알루미나 분말로 각각 섞고 균일하게 혼합하여 반응기로 사용한 알루미나 도가니에 넣어 팩을 만들었다. 이 팩들 속에 아연소재(두께 0.8mm, 크기 3cmx3cm)를 중간부위에 넣고 뚜껑을 덮은 다음 알루미나 관형로 입구 부분에 놓여 있게 한 다음 반응시키고자 하는 온도에 도달하면 도가니를 중심부로 이동시켜 해당 반응시간을 산출한 뒤 온도를 낮추고 공정을 끝마친다. 제1도는 이러한 공정을 설명하기 위한 모식도이다. 팩에서 아연 양극을 꺼내어 아연양극을 에탄올과 증류수로 세척한 후 무게를 측정하여 증착된 금속의 무게를 계산하였다. 그 계산결과를 하기 표 1에 나타내었다.
상기와 같이 팩 분말법을 이용해서 만든 전극을 하기 표 2와 같은 조건인 도금액내에서 회전시키면서 음극에 대해 양극 반응이 일어나도록 시뮬레이션 실험을 하였다. 전류밀도는 40A/dm2이고, 반응시간은 1시간으로 하였으며, 실험이 끝난 시편은 상온에서 완전 건조후 부동태 피막을 박리시켜 X-ray 회절에 의한 정성분석 및 원자 흡착법(atomic adsorption)에 의한 정량분석을 실시하였다. 또한, 도금액 내에 양극에서 용해되어 침전된 침전물중의 알루미늄의 양을 정량분석하여 그 측정결과를 하기 표1에 나타내었다.
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예(1)은 알루미늄의 분말의 크기가 큰 경우로서, 고용되는 알루미늄의 양이 적어 부동태 피막이 많이 형성되었다. 비교예(2)는 활성제의 양이 많은 경우로 부동태 피막 형성량은 적으나 침전물중의 알루미늄의 양이 많음을 알 수 있다. 비교예(3)은 알루미늄 분말의 크기가 1㎛로 작은 경우로 알루미늄의 활성을 높이는 염화 암모늄이 알루미늄 할라이드 형태를 이루어 아연 양극에 증착하기 쉽지만, 실험시 취급하기가 어렵고 침전물중의 알루미늄양이 역시 많았다. 비교예(4)는 팩의 구성 성분 중 알루미늄과 할라이드 형태를 만드는 염화암모늄이 상대적으로 적어 증착된 알루미늄 양이 적어 부동태 피막이 많이 형성되었다. 비교예(5)는 알루미늄 할라이드 형태가 아연 양극에 고용되는데 충분한 반응시간을 갖지 못하여 고용되는 알루미늄 양이 적어 많은 부동태 피막이 형성되었다. 비교예(6)은 반응시간이 4시간으로 고용된 알루미늄 양이 많아 부동태 피막 형성량은 아주 적으나 도금액 내에 침전된 침전물중의 알루미늄이 아주 많음을 알수 있었다. 비교예(7)은 로내의 가열온도가 낮아 피복되는 알루미늄 양이 거의 없음을 알 수 있고, 비교예(8)은 로내의 분위기 온도가 430℃로 아연이 녹은 후에 다시 재결정을 이루는 과정에 알루미늄이 고용되어 아연 양극 표면의 균일성이 매우 불량하였다.
이에 반하여, 본 발명에서 제한하는 범위내의 조건으로 제조된 발명예(1-7)은 부동태 피막 형성량이 훨씬 적고, 침전물중의 알루미늄양이 적어 아연-니켈 전기 도금시 발생되는 부동태화를 방지하여 양극효율을 향상시킬 수 있었다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 환원성 혹은 불활성 분위기에서 아연양극에 3-10wt% 알루미늄을 고용시켜 기존의 아연-니켈 전기 도금시 발생되는 가용성 양극인 아연 양극의 부동태화를 억제하여 양극효율을 증대시키는 것으로서, 높은 생산성을 얻을 수 있는 효과가 제공된다.
Claims (3)
- Zn-Ni 합금전기도금용 아연양극을 제조하는 방법에 있어서, 평균입자크기가 10-100㎛인 알루미늄:10-30wt%, 염화암모늄:5-15wt% 및 알루미나:55-85wt%로 이루어진 팩분말속에 아연소재를 넣은 후, 온도가 350-420℃ 범위인 불활성 또는 환원성분위기 중에서 유지시켜 알루미늄이 아연소재대비 3-10wt%가 포함되도록 아연-알루미늄 합금을 형성시키는 것을 특징으로 하는 부동태화가 억제되는 아연양극의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 아연소재를 불활성 또는 환원성분위기 중에서 2-3시간 유지시키는 것을 특징으로 하는 부동태화가 억제되는 아연양극의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 팩분말은 알루미늄, 염화암모늄 및 알루미나를 볼밀로 20-30rpm의 일정속도로 섞어 형성시키는 분말인 것을 특징으로 하는 부동태화가 억제되는 아연양극의 제조방법.
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