KR100440677B1 - 내식성이 우수한 주석다층 도금 Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ계 자석 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내식성을 개선하기 위해 주석(Sn)을 도금하는 Nd-Fe-B계 자석에 관한 것으로, 그 목적은 다층의 주석을 도금하여 자기특성에는 영향을 미치지 않으면서 밀착성이 우수하고 균일 전착성 및 내식성이 좋은 다층 도금 Nd-Fe-B계 자석을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 표면에 도금층을 갖는 Nd-Fe-B계 자석에 있어서,

표면에 5∼15㎛ 두께의 하지 반광택주석 도금층과,

이 하지도금층위에 4~18㎛ 두께의 무전해주석 도금층 및

상기 무전해주석 도금층위에 4∼12㎛ 두께의 상부 광택주석 도금층을 갖는 것을 포함하여 이루어지는 내식성이 우수한 주석다층 도금 Nd-Fe-B계 자석에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

내식성이 우수한 주석다층 도금 Ｎｄ-Ｆｅ-Ｂ계 자석{Sn multilayer plated Nd-Fe-B magnet having superior corrosion resistance}

본 발명은 내식성을 개선하기 위해 Sn을 도금하는 Nd-Fe-B계 자석에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다층의 주석을 도금하여 자기특성에는 영향을 미치지 아니하면서밀착성이 우수하고 균일 전착성 및 내식성이 좋은 다층 도금 Nd-Fe-B계 자석에 관한 것이다.

Nd-Fe-B계 자석은 기존의 고성능 희토류 자석인 SmCo계 자석에 비하여 저가이면서 자원 제약도 적고, 최대 자기 에너지적이 매우 큰 자석으로 급속히 수요가 확대되고 있으며, 그 제조방법에 관한 많은 특허가 나와 있다(일본 공개특허공보 소 59-46008, 59-89401).

Nd-Fe-B계 자석은 상기와 같이 많은 장점이 있으나, 공기중에서 산화하기 쉬운 희토류 원소인 네오듐과 철을 함유하고 있으므로 자석의 표면에 산화물이 생기기 쉬워 자기회로 등에 사용할 때 특성의 저하 및 산화물의 탈락에 의한 주변기기의 오염이 문제가 된다. 특히, Nd-Fe-B 계 자석의 경우에는 철의 산화층이 도금시 밀착력을 저하시키는 주된 요인으로 생각되어지고 있다. 철산화물과 밀착력이 우수하다고 생각되어지는 주석의 경우에는 밀착력에서는 우수하지만 도금 두께가 두꺼워지면 피막의 응력이 증가하여 크랙이 발생하여 내식성을 해치게 되는 문제점이 있다. 또한 전기주석도금의 경우에는 자석이 복잡한 형상일 경우 구멍 안쪽에 도금이 잘 안되는 등 균일 전착성에도 문제가 있다.

상기와 같은 문제를 야기하는 내식성을 향상시키기 위하여 내식성 금속을 자석표면에 전해도금 또는 무전해도금을 하는 방법이 있으나(일본 공개특허공보 소 58-162350), 이 방법은 자석의 표면이 소결체로 기공이 있으므로 도금 전처리시 약품에 의한 산성 혹은 알칼리성 용액이 잔류하여 시간이 지남에 따라 부식이 일어날 수 있다. 또 전해시에도 표면이 부식되어 밀착성이 떨어져 내식성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 자석의 표면을 이온 플레이팅, 이온 스퍼터링 방법도 사용하지만, 이들 공정 조건이 복잡하고 장치 가격이 높아 문제점이 있었다.(일본특허 소 63-9919, 미국특허 4837114)

본 발명에서는 주석을 다층으로 도금하여 자기특성에는 별다른 영향을 미치지 아니하면서 밀착성이 우수하고 내식성이 좋은 다층 도금 Nd-Fe-B 계 자석을 제공하는데, 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다층 도금 Nd-Fe-B 계 자석의 단면도,

도 2는 본 발명에 따라 다층 도금 Nd-Fe-B계 자석의 제조 방법을 설명하기 위한 블록도,

도 3은 본 발명에 적용될 수 있는 전기 도금장치의 개략도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 시료 2 : 바렐

3 : 전극 4 : 히터

5 : 온도계 6 : 모터

7 : 전기 도금조 8 : 정류기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주석다층 도금 Nd-Fe-B계 자석은,

표면에 5∼15㎛ 두께의 하지 반광택주석 도금층과,

이 하지도금층위에 4∼18㎛ 두께의 무전해주석 도금층 및

상기 무전해주석 도금층위에 4∼12㎛ 두께의 상부 광택주석 도금층을 갖는다.

이하 본 발명에 대하여 설명한다.

일반적으로 금속 표면에는 산화층이 자연적으로 생성되는데, 이러한 산화층은 도금층과의 결합력이 좋지 않아 밀착력을 떨어뜨리는 주요인이 된다. Nd-Fe-B계 자석의 경우에도 주로 철에 의한 산화층 때문에 도금밀착력이 떨어진다.

본 발명자들은 Nd-Fe-B계 자석의 산화층과 견고한 밀착력을 형성할 수 있는 도금층에 대해 다각도로 조사하던 중에, 반광택주석 도금층은 자석의 산화층과 밀착력이 우수하다는 점 그리고, 반광택주석 도금층에는 S를 함유하고 있지 않아 그 위에 도금되는 무전해 주석이나 광택 주석층이 희생 방식 기능을 가져 Nd-Fe-B 계 자석은 전체적으로 내식성이 향상되는 결론을 얻었다.

따라서, 본 발명에서는 Nd-Fe-B계 자석의 표면에 산화층과의 밀착력이 좋은 반광택주석 도금층을 형성하고, 이 위에 균일전착성이 우수하여 복잡한 형상에도 도금이 잘되는 무전해 주석도금을 한 다음에 표면외관을 좋게 하는 광택주석도금층을 형성하는데, 특징이 있다. 광택주석도금과 반광택주석도금은 도금액조성과 도금조건에 차이가 있으며 특히, 도금액에 광택제가 들어가느냐 반광택제가 들어가느냐에 큰 차이가 있다. 서로 다른 도금액에 의해 도금되기 때문에 광택주석도금과 반광택주석도금은 육안으로 식별 가능하다.

본 발명에 따라 Nd-Fe-B계 자석의 표면에 반광택주석 도금층을 입히는데, 이때 중요한 것은 도금층의 두께를 5-15㎛로 하는 것이다. 반광택주석 도금층의 두께가 5㎛ 이상은 되어야 충분한 밀착력을 형성할 수 있다. 따라서, 도금층을 5㎛이상으로 하면서 소정의 두께로 하는데, 전체도금 두께가 너무 두껍지 않게 하기 위하여서는 15 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.

상기 반광택주석 도금층위에는 균일 전착성이 우수한 도금으로 복잡한 모양이나 구멍 부위에 도금이 잘되는 무전해주석 도금층을 입힌다. 무전해 주석도금층의 두께는 4∼12 ㎛ 의 두께로 도금하는 것이 바람직한데, 이는 무전해 도금의 두께가 4 ㎛ 이상은 되어야 균일한 도금을 할 수 있으나 도금두께가 12 ㎛ 이상 커지면 도금 시간이 증가하고, 이후의 광택 도금을 할 경우 전체 도금 두께가 커지기 때문이다.

상기와 무전해주석 도금층위에는 광택주석 도금층을 형성한다. 광택주석도금은 표면의 외관을 좋게 할 뿐만 아니라 반광택 하지 도금과의 전위차로 인한 부가적인 내식성 향상에 도움이 된다. 이때에도 주석 고유의 광택이 나타나기 위하여서는 도금 두께가 4 ㎛ 이상이 되어야 하지만 도금 두께가 12 ㎛ 이상이 되면 도금층의 응력이 증가하여 크랙이 생길 염려가 있으므로 12 ㎛ 이하로 함이 바람직하다.

본 발명에 따라 Nd-Fe-B계 자석에 주석다층도금한 자석의 일례가 도 1에 제시되어 있으며, 그 도금방법은 도 2에 제시되어 있다. 이하에서는 이러한 도금방법을 설명한다. 이를 위해서는 먼저, 도 3의 전기도금장치에서 반광택주석 도금을 한다.

도 3에서 보듯이, 전기 도금장치의 시료들(1)은 전기 도금 용액내에서 회전하는 바렐(2)의 내부에 장착되며 시료(1) 에는 전극(3)이 연결되어 접촉하고 있다. 이때, 전극(3)은 직류 전원장치에 연결되어 있고, 음극에는 시료(1), 양극에는 도금하려는 물질에 접촉되어 있다. 그리고, 전기 도금 용액내에는 히터(4)와 온도계(5)가 장착되어 원하는 온도에서 도금을 할 수 있도록 되어 있다.

도 3에서 미설명된 부호 6은 모터, 7은 도금조, 8은 정류기를 각각 나타낸다.

전기도금 장치에서 Nd-Fe-B 계 자석을 제조하기 위하여서는 먼저 대기중에서 Nd-Fe-B 계 자석을 통상의 탈지 공정을 거쳐 전기 도금장치내에 장입시킨다. 이때 시료(1)는 바렐(2)에 담아 전기 도금 도금중에는 이를 회전시켜 Nd-Fe-B 계 자석에 도금층이 도금되도록 함이 바람직하다.

도금전에 시료는 표면에 산화층을 제거하고 활성화시킨 후에 도금하는 것이 밀착성향상에 도움이 된다. 산화층은 약한 염산용액이나 황산용액에 침적하여 제거할 수 있다. 이렇게 전처리된 시료는 도금장치내에서 먼저 전기 도금 방식으로 반광택 주석을 도금한다. 반광택 주석 도금용액은 S이 들어 있지 않은 상용의 반광택 주석용 첨가제를 도금용액에 적당량 첨가하여 제조한다.

이렇게 반광택 주석이 도금된 Nd-Fe-B 계 자석은 즉시 수세와 산처리를 거쳐 무전해주석 도금을 행한다. 무전해 주석도금은 전기 주석 도금에 비하여 균일 전착성이좋아 전기 주석 도금으로는 도금이 어려운 복잡한 시료의 안쪽 부위나 구멍 부위에 도금을 잘 할 수 있다.

이후, 무전해 주석 도금된 Nd-Fe-B 계 자석에 광택주석도금한다. 이런 과정을 통하여 도금이 완료된 Nd-Fe-B 계 자석은 수세와 건조를 거쳐 회수되는데, 그러면 도 1 에 도시된 바와 같이 도금층이 형성된다.

다층 도금 Nd-Fe-B 계 자석 및 그 제조 방법에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명에 한정하는 것은 아니다. 또한 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예]

아래 표 1에 나타난 조건으로 반광택주석도금과 광택주석도금을 하고, 본 발명의 방법을 사용하여 상용의 Nd-Fe-B계 자석에 다층 주석도금을 행하였다. 전기도금은 바렐을 이용하여 하였다.

구분	광택주석도금	반광택주석도금
	범위	표준	범위	표준
도금액	황산제일주석황산	15 ∼ 40g/ℓ130 ∼ 250g/ℓ	30g/ℓ170g/ℓ	25 ∼ 60g/ℓ80 ∼ 150g/ℓ	40g/ℓ100g/ℓ
	광택제(스타노호프T-1스타노호프T-2)	10 ∼ 20㎖/ℓ2 ∼ 10㎖/ℓ	15㎖/ℓ5㎖/ℓ
	반광택제(스타노호프 Dr)	-	-	3 ∼ 8 ㎖/ℓ	5㎖/ℓ
	첨가제(호루마링)	2 ∼ 10㎖/ℓ	5㎖/ℓ
도금조건	온도음극전류밀도양극	15 ∼ 25℃0.5 ∼ 4 A/m2주석 99.9% 이상	10 ∼ 30℃0.1 ∼ 2 A/m2주석 99.9% 이상

상기와 같은 조건으로 도금한 다음에 내식성과 밀착성 및 균일 전착성을 평가하고 그 결과를 표 2에 나타내었다. 이때 밀착성은 테이프를 붙인후 떨어져 나오는 도금층의 양으로 판단하였으며, 염수 분무 실험은 온도 36도, 5% NaCl 용액을 사용하여 시편의 붉은색 녹의 면적이 전체 시료 면적의 20% 정도 될 때까지의 시간을 기준으로 하였다.

시료번호	하지 반광택 주석 도금층 두께(㎛)	무전해주석 도금층 두께(㎛)	상부 광택주석 도금층 두께(㎛)	밀착성	균일전착성	내식성	비고
1	0	0	18	x	x	x	비교예
2	0	6	12	x	o	x	비교예
3	0	11	12	x	o	x	비교예
4	3	0	12	△	x	x	비교예
5	3	6	12	△	o	△	비교예
6	3	12	6	△	o	△	비교예
7	3	18	6	△	o	△	비교예
8	6	0	12	o	x	x	비교예
9	6	6	12	o	o	o	발명예
10	6	12	6	o	o	△	발명예
11	6	18	6	o	o	△	발명예
12	12	0	12	o	x	△	비교예
13	12	6	6	o	o	△	발명예
14	12	12	6	o	o	△	발명예
"o : 좋음, △ : 중간, x : 나쁨"

표 2에서 알 수 있듯이, 반광택주석도금-무전해주석도금-광택주석도금으로 다층도금하면서 도금층을 적정 두께로 관리할 때 밀착성, 균일전착성, 내식성 모두가 개선됨을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 밀착성 뿐만 아니라 균일 전착성과 내식성이 우수한 Nd-Fe-B 계 자석을 제공할 수 있는 유용한 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

1. 표면에 도금층을 갖는 Nd-Fe-B계 자석에 있어서,

   표면에 5∼15㎛ 두께의 하지 반광택주석 도금층과,

   이 하지도금층위에 4-18㎛ 두께의 무전해주석 도금층 및

   상기 무전해주석 도금층위에 4∼12㎛ 두께의 상부 광택주석 도금층을 갖는 것을 포함하여 이루어지는 내식성이 우수한 주석다층 도금 Nd-Fe-B계 자석.
2. 제 1항에 있어서, 상기 반광택주석 도금층에는 S이 함유되지 않는 것을 특징으로 하는 내식성이 우수한 주석다층 도금 Nd-Fe-B계 자석.