KR100368444B1 - 크롬도금층의 내식성 및 내마모성 향상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 크롬도금층의 내식, 내마모성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로, 크롬도금된 처리물을 반응용기에 넣고 10^-2torr 이하로 진공배기시키고, 10∼50 vol.%의 수소, 나머지 가스로 알곤을 공급하여 진공도를 1∼5 torr로 유지시키킨 다음, 처리물을 음극으로하고, 반응용기를 양극으로하여 300∼1000V의 직류 또는 펄스직류전원을 인가하여 발생시킨 플라즈마 분위기중에서 약 10∼60분간 스퍼터 세정하는 제1단계와; 상기 제1단계 후 3∼7 vol.%의 탄소함유가스 + 50∼70 vol.%의 질소 + 나머지 수소 분위기로 하여 압력을 2∼7 torr로 유지시키고 300∼1000V의 직류 또는 펄스직류전압을 인가하여 발생시킨 플라즈마, 또는 그 플라즈마외에 별도의 보조가열장치를 사용하여 처리물을 400∼900℃의 온도범위로 가열하고 그 온도에서 2∼100시간 동안 탄소, 질소 또는 질소 및 탄소를 크롬도금층 표면에 확산침투시켜 크롬질화물, 또는 크롬탄화물, 또는 크롬탄질화물을 형성하고 크랙을 제거하는 제2단계를 포함하여 구성된다.

이러한 본 발명은 월등히 향상된 내식성 및 내마모성을 갖는 고품위의 크롬도금제를 제공하는 효과가 있다.

Description

크롬도금층의 내식성 및 내마모성 향상방법{METHOD FOR IMPROVING THE WEAR RESISTANCE AND CORROSION RESISTANCE OF CHROME PLATING LAYER}

본 발명은 크롬도금층의 내식, 내마모성을 향상시키기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 크롬도금층에 존재하는 크랙을 특수한 진공분위기 하에서 제거함으로서 도금층의 두께는 얇으면서도 내식성 및 내마모성은 현저히 향상될 수 있도록 한 크롬도금층의 내식성 및 내마모성 향상방법에 관한 것이다.

일반적으로, 크롬도금은 내식, 내마모, 내열성이 우수하여 장식용 및 공업용 도금제품의 최종도금으로 널리 사용되어지고 있다.

공업용 크롬도금은 내식 및 내마모성이 특히 우수하여 현재에도 널리 이용되고 있으며, 장식용으로 사용되는 크롬도금은 다른 도금에 비교하여 탁월한 내식성을 나타내고 있으나, 크롬도금의 특성상 도금층 자체에 미세한 크랙이 존재하여 그 크랙을 통해 소지금속이 발청되어 부식이 진행되는 현상을 가진다.

이러한 부식현상을 방지하기 위해 매우 두꺼운 크롬도금층을 형성(일반적으로 100㎛이상)하여 제품에 활용하고 있으나, 크롬도금은 전류효율이 매우 낮아(통상 10-20%) 작업시간이 많이 소요되어 인건비 부담이 증가하며, 도금피복력이 나빠도금층 두께의 불균일성이 매우 크므로 제품의 가장자리는 매우 두꺼운 도금층이 형성되는 반면에 중앙부는 상대적으로 도금층이 얇아 부분적으로 발청하는 형상도 나타나고, 정밀도를 요구하는 제품에는 무한정 두꺼운 도금층을 형성시킬수도 없다는 단점이 있다.

비록 두꺼운 도금층을 형성하더라도 수명은 어느 정도 연장할 수 있으나 기본적으로 크랙이 존재하므로 그 수명에는 한계가 있다. 특히 해안이나 공업지대와 같이 염수분위기나 아황산가스와 염수가 혼합된 지역에서도 다른 어느 도금층보다 우수한 내식성을 나타내고 있음에도 불구하고 도금층 자체의 미세한 크랙으로 인하여 그 수명이 한정되어 초내식성을 요구하는 제품의 경우에는 그 대체기술 개발이 시급하게 요구되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 크롬도금층 자체는 내식성이 매우 우수하지만 도금층에 크랙이 존재하여 크랙을 통하여 소지금속이 발청하여 부식이 진행되므로 크롬도금에 존재하는 크랙을 특수한 진공분위기 하에서 제거함으로써 소지에서 크랙을 통하여 발청되어 부식이 진행되는 것을 방지하여 두께는 얇되 내식성은 월등하게 향상되도록 함은 물론 도금층 표면에 크롬질화물, 크롬탄화물, 크롬탄질화물 중에서 선택된 어느 하나를 확산침투시킴으로서 내마모성도 현저히 향상시킬 수 있도록 한 크롬도금층의 내식성 및 내마모성 향상방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 상술한 목적은 크롬도금된 처리물을 반응용기에 넣고 10^-2torr 이하로 진공배기시키고, 10∼70 vol.%의 수소, 나머지 가스로 알곤을 공급하여 진공도를 1∼5 torr로 유지시키킨 다음, 처리물을 음극으로하고, 반응용기를 양극으로하여 300∼2000V의 직류 또는 펄스직류전원을 인가하여 발생시킨 플라즈마 분위기중에서 약 10∼60분간 스퍼터 세정하는 제1단계와; 상기 제1단계 후 10∼70 vol.% 질소 + 나머지 수소, 1∼10 vol.% 탄소함유가스 + 10∼70 vol.% 질소 + 나머지 수소, 1∼10 vol.% 탄소함유가스 + 10∼50 vol.% 수소 + 나머지 알곤 중에서 선택된 어느 하나의 조건으로 바꾸어 압력을 1∼10 torr로 유지시키고 300∼2000V의 직류 또는 펄스직류전압을 인가하여 발생시킨플라즈마, 또는 그 플라즈마외에 별도의 보조가열장치를 사용하여 처리물을 150∼900℃의 온도범위로 가열하고 30분∼200시간 동안 탄소, 질소 또는 질소 및 탄소를 크롬도금층 표면에 확산침투시켜 크롬질화물, 또는 크롬탄화물, 또는 크롬탄질화물을 형성하고 크랙을 제거하는 제2단계를 포함하여 수행함으로써 달성된다.

도 1은 크롬도금의 크랙과 크랙 방지 처리후 도금층 단면 비교 사진,

도 2는 일반 크롬도금층과 본 발명 크랙 방지후 크롬도금층의 염수분무시험 표면상태 비교 사진.

이하에서는, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부도면에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 기존 크롬도금층을 그대로 활용하면서 크랙을 제거하여 내식성을 월등하게 향상시킨 것으로, 크롬도금의 액조성 및 작업조건에 따라 크롬도금에 존재하는 크랙이 커지거나 작아지거나 또는 크랙밀도가 증가하거나 감소하지만 기본적으로 크랙은 도금층에 존재하므로 공업용으로 활용되는 크롬도금한 제품을 특수한 진공분위기에서 처리함으로써 기존 공정을 바꾸지 않고도 내식성 및 내마모성이 현저히 향상된 크롬도금된 제품을 생산할 수 있어 생산원가 절감과 생산성을 극대화시킬 수 있도록 한 것이다.

도 1은 일반적인 크롬도금층에 존재하는 크랙의 단면사진과 본 발명에 의하여 크랙을 제거한 후 단면사진을 비교한 것이다.

도 1(a)에서와 같이, 크롬도금층에 존재하는 크랙은 소지부분에서 도금층의 표면에 이르기까지 불연속적으로 존재하고 있으며 크랙을 통하여 염수가 침투하면 크랙을 따라 소지까지 침투하여 소지금속이 발청하게 된다.

발청된 소지금속은 다시 크랙을 통하여 표면에 노출되게 되므로 크롬도금한 표면이 부식되게 되며, 크롬도금한 도금층이 두껍거나 크랙밀도를 조절하여 어느정도 부식시간을 연장할 수는 있으나 크랙이 연결된 부분이 존재하는 경우 발청하게 된다.

그러나 도 1(b)에서와 같이, 크롬도금한 부분의 일정두께까지 크랙을 제거하여 염수가 크랙을 통하여 소지금속에 이르는 경로를 원천적으로 차단함으로써 내식성을 월등하게 향상시킬 수 있다.

즉, 비록 크롬도금층 아래부분에는 크랙이 존재하더라도 윗부분에 있는 크랙을 전부 차단함으로써 부식분위기를 차단함과 동시에 소지에서 발청되어 나오는 부식생성물도 차단할 수 있는 것이다.

크롬도금층의 크랙을 차단하는 두께는 약10~25㎛정도로도 기존 크롬도금층의3~4배 부식시간을 연장할 수 있다.

이러한 크랙제거와 함께 크롬도금층에 질소, 또는 탄소, 또는 탄소 및 질소를 침투시켜 화학적으로 매우 안정하고, Hv1600∼2400의 매우 높은 경도값을 갖는 CrN, Cr₂N, Cr(C,N), Cr₇C₃, Cr₂₃C₆등의 크롬질화물, 크롬탄화물 또는 크롬 탄질화물이 형성되는 경우 수많은 크랙을 함유하지만 Hv400∼800의 낮은 경도값을 갖는 크롬도금층에 비해 아주 우수한 내식성 및 내마모성을 가질 수 있게 된다.

그 방법은 탄소, 질소, 또는 질소 및 탄소를 이온화하여 크롬도금층에 침투시켜 크롬도금층을 크롬질화물, 크롬탄화물, 또는 크롬탄질화물을 형성하고 도금층과 플라즈마의 반응간에 예상되는 이온충격, 증착, 확산 등의 과정을 거쳐 크랙을 제거함으로써 달성될 수 있으며 상세내용은 다음과 같다.

먼저, 크롬도금된 처리물을 반응용기에 넣고 크롬도금층의 산화를 방지하고 오염물을 제거하기 위해 10^-2torr 이하로 진공배기시킨다.

이어, 크롬도금층 표면에 부착된 산화물 등의 오염물을 제거하기 위해 10∼70 vol.%의 수소 그리고 나머지 가스로 알곤을 공급하여 진공도를 1∼5 torr로 유지시킨다.

그런 후에, 처리물을 음극으로하고, 반응용기를 양극으로하여 300∼1000V의 직류 또는 펄스직류전원을 인가하고 방전시켜 플라즈마를 발생시키고, 그 플라즈마 분위기 중에서 약 10∼60분간 스퍼터 세정한다.이는, 상기 인가전압의 조건과 플라즈마 처리시간대에서 플라즈마의 형성이 용이하고 세정효과가 탁월하기 때문이다.

스퍼터 세정이 완료되면 3∼7 vol.%의 탄소함유가스 + 50∼70 vol.%의 질소 + 나머지 수소로 구성된 분위기하에서 압력을 2∼7 torr로 유지시키고 300∼1000V의 직류 또는 펄스직류전압을 인가하여 플라즈마를 발생시킨다.이와 같이, 분위기가스의 조성, 처리압력 및 방전전압의 범위를 제한하는 것은 필요로 하는 탄소 및 질소의 농도를 얻고 일정한 플라즈마를 발생시키기 위해 가장 적당한 범위이기 때문이다.

여기에서, 탄소함유가스는 CH₄, C₃H₈, C₂H₂, CO 중에서 선택된 어느 하나 혹은 이들의 혼합가스를 사용함이 바람직하다.

이어, 플라즈마 또는 보조가열장치를 사용하여 400∼900℃의 온도범위로 처리물을 가열하고 2∼200시간 동안 탄소, 질소 또는 질소 및 탄소중에서 선택된 어느 하나를 크롬도금층 표면에 확산침투시켜 크롬질화물, 크롬탄화물 또는 크롬탄질화물을 형성시킨다.여기에서, 처리온도가 400℃ 보다 낮을 경우에는 필요로 하는 크롬질탄화물을 얻기 어렵고, 900℃를 초과하는 경우에는 크롬층이 기체상으로 변하여 처리가 어렵기 때문이다.아울러, 처리온도가 900℃에 가까운 경우에는 2시간 정도의 처리시간만으로도 충분히 필요로 하는 두께를 얻을 수 있으나, 400℃ 부근으로 낮을 경우에는 100시간에 가까운 처리시간을 가져야만 원하는 두께를 얻을 수 있으므로 상기와 같은 처리온도에 따른 처리시간의 조건이 부합되어야만 한다.

[실시예 1]

본 실시예는 30 vol.% H₂+ 70 vol.% Ar으로 이루어진 플라즈마 분위기중에서 약 30분간 스퍼터세정하고, 70 vol.% N₂+ 30 vol.% H₂분위기가스에 1000V의 전압을 인가하여 발생시킨 플라즈마중에서 약 450℃로 가열하여 60시간 동안 처리한 것으로 도금상층부의 크랙이 제거되고 크롬층이 CrN, Cr₂N이 형성되었다.

그리고, 크롬도금후 크랙제거처리 전후의 염수분무시험한 결과를 표1에 요약하였고, 도 2에 사진으로 나타내었다.

크롬도금층 크랙제거 전후의 염수분무시험 결과
	크롬도금층 크랙제거 전	크롬도금층 크랙제거 후
발청시간	72시간	300시간

상기 표 1에서와 같이, 본 발명의 방법에 따라 크랙을 제거한 후 발청시간을 측정한 결과 크랙제거전에 비해 발청시간이 현저히 길어짐을 알 수 있었다.

이는, 도금층에서 부식 발생시간이 현저하게 연장됨으로서 부식발생이 단시간이 진행되지 못하므로 내식성이 급격히 향상됨을 의미하는 것이며, 특히 크랙제거시 도금층 표면에 본 발명의 특수한 조건하에서 화학적으로 안정하고 높은 경도값을 갖는 크롬질화물, 크롬탄화물 또는 크롬탄질화물을 확산 침투시킴으로써 고경도의 크롬도금제를 생산할 수 있음을 확인시켜 준다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 크롬도금층의 내식성 및 내마모성 향상방법은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 특수한 진공분위기 하에서 도금층 내에 존재하는 크랙을 제거함으로써 월등히 향상된 내식성을 갖는 고품위의 크롬도금제를 제공할 수 있는 장점이 있다.

둘째, 크랙제거와 동시에 화학적으로 안정되고 높은 경도값의 내마모성이 우수한 크롬질화물, 크롬탄화물 또는 크롬탄질화물 크롬도금제를 생산/제공할 수 있는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 크롬도금된 처리물을 반응용기에 넣고 10^-2torr 이하로 진공배기시키고, 10∼50 vol.%의 수소, 나머지 가스로 알곤을 공급하여 진공도를 1∼5 torr로 유지시키킨 다음, 처리물을 음극으로하고, 반응용기를 양극으로하여 300∼1000V의 직류 또는 펄스직류전원을 인가하여 발생시킨 플라즈마 분위기중에서 10∼60분간 스퍼터 세정하는 제1단계와;

   상기 제1단계 후 3∼7 vol.%의 CH₄, C₃H₈, C₂H₂, CO 중에서 선택된 어느 하나 + 50∼70 vol.%의 질소 + 나머지 수소로된 분위기하에서 압력을 2∼7 torr로 유지시키고 300∼1000V의 직류 또는 펄스직류전압을 인가하여 발생시킨 플라즈마, 또는 그 플라즈마외에 별도의 보조가열장치를 사용하여 처리물을 400∼900℃의 온도범위로 가열하고 그 온도에서 2∼100시간 동안 탄소, 또는 질소, 또는 질소와 탄소를 동시에 크롬도금층 표면에 확산 침투시켜 크롬질화물, 또는 크롬탄화물, 또는 크롬탄질화물을 형성하고 크랙을 제거하는 제2단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 크롬도금층의 내식성 및 내마모성 향상방법.
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