KR100528638B1

KR100528638B1 - 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법

Info

Publication number: KR100528638B1
Application number: KR10-2003-0052687A
Authority: KR
Inventors: 한성호; 김영석; 김형찬
Original assignee: 한국생산기술연구원
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-11-15
Also published as: KR20050014186A

Abstract

본 발명은 내식성이 취약한 마그네슘 합금의 표면에 아연(Zn)-전해동(Cu)-전해니켈(Ni) 또는 아연(Zn)-무전해니켈(Ni)-전해니켈(Ni)의 도금층을 형성함으로써 마그네슘의 표면에 강한 내식성을 부여할 수 있는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법에 관한 것이다.

본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금 위에 강한 내식성을 지닌 전해 니켈 도금층을 형성하는 방법에 있어서, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면을 탈지 처리한 후 수세 처리하는 단계; 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 산화 피막을 제거한 후 수세 처리하는 단계; 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 표면에 아연을 도금한 후 수세 처리하는 단계; 소지 금속 밀착을 위한 청화 구리 도금과 무전해 니켈 도금 중 선택된 어느 한 도금을 처리한 후 수세 처리하는 단계; 경도 및 내마모성 향상을 위하여 전해 니켈 도금 처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법을 제공한다.

Description

마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법{Plating Process of Nickel on Magnesium Alloy}

본 발명은 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 내식성이 취약한 마그네슘 합금의 표면에 아연(Zn)-전해동(Cu)-전해니켈(Ni) 또는 아연(Zn)-무전해니켈(Ni)-전해니켈(Ni)의 도금층을 형성함으로써 마그네슘의 표면에 강한 내식성을 부여할 수 있는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 마그네슘은 자원이 풍부할 뿐만 아니라, 밀도가 약 1.74g/cm³으로써 구조용 금속재료 중 가장 경량이기 때문에 항공기 및 자동차, 휴대용 기계류 및 일상용품 등에 쓰이고 있으며, 사용량 및 적용범위가 매년 급격히 확대되고 있는 추세에 있다.

그러나, 마그네슘 합금은 그 재질상 알칼리와 산에 모두 취약한 단점이 있다.

한편, 일반적인 도금 방법으로 건식 도금 방법과 습식 도금 방법이 있다.

그런데, 마그네슘은 증기압이 높아 진공 중에서 증착 도금하는 건식 도금을 할 수 없는 실정이고, 마그네슘 합금은 상기한 바와 같이 알칼리 및 산에 모두 부식되며, 특히 산에는 매우 취약하다.

또한 상온에서 미량의 소금(NaCl)이 포함된 물과 접하면 발열하면서 매우 격렬히 부식된다.

습식도금 역시 마그네슘 합금의 표면처리에는 도금이 까다로운 난점이 있어 그 사용방법이 매우 적은 형편이다.

이에 따라, 마그네슘 합금의 처리방법으로는 피막처리와 도금이 주로 이루어지고 있는데, 하기에서 좀 더 구체적으로 살펴보겠다.

상기 피막 처리 방법으로는 대표적으로 크롬산염(Chromate) 및 화성 처리 방법을 사용하고 있다.

상기 피막 처리 방법은 내식성이 그다지 강하지 못해 외부와 차단되는 내부 부품 용도로 사용되거나 도장 전처리용으로 사용되고 있다. 이 피막 형성에는 공해문제로 그 규제가 강화되고 있는 크롬(Cr)이 사용되고 있어 향후 생산에 규제가 따를 것으로 예상된다.

상기한 바와 같이 종래의 도금방법은 마그네슘 합금의 케이스 부품의 외관의 미려함이나 내식성, 내마모성을 향상시키기에는 한계가 있는 것이었다.

또한, 산과 알칼리에 모두 취약하여 습식도금이 난이한 마그네슘합금 표면에 동도금을 하지 못하는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 도금이 난이하고 취약한 내식성을 가진 마그네슘 합금에 아연도금을 하고 그 위에 구리-전해니켈 또는 무전해니켈-전해니켈을 도금함으로써 마그네슘 합금 위에 강한 내식성을 지닌 니켈 도금층을 형성할 수 있는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금 위에 강한 내식성을 지닌 전해 니켈 도금층을 형성하는 방법에 있어서, (a) 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면을 탈지 처리한 후 수세 처리하는 단계; (b) 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 산화 피막을 제거한 후 수세 처리하는 단계; (c) 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 표면에 아연을 도금한 후 수세 처리하는 단계; (d) 소지 금속 밀착을 위한 청화 구리 도금과 무전해 니켈 도금 중 선택된 어느 한 도금을 처리한 후 수세 처리하는 단계; (e) 경도 및 내마모성 향상을 위하여 전해 니켈 도금 처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법을 제공한다.

상기 (b) 단계의 산화 피막 제거는 CrO₃ : 100g/L∼150g/L, HNO₃ : 100g/L∼150g/L, H₃PO₄ : 5g/L∼10g/L, 침윤제(Wetting agent)로 조성된 수용액에 의하여 처리된다.

상기 각 성분별 함량이 각 조성비보다 낮거나 높은 범위에서는 산화막이 제거되는 속도가 늦거나 소재의 변색 우려가 있으므로, 상기 조성비 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 (c) 단계의 아연 도금은 ZnSO_4·7H₂O : 40g/L∼60g/L, Na₄P ₂O₇ : 50g/L∼80g/L, NaF : 2g/L∼7g/L, 평활제로 조성된 수용액을 이용하여 상온에서 침지 처리된다.

상기 각 성분별 함량이 각 조성비보다 낮은 경우 소재에 아연도금의 부분적으로 도금되고, 높은 경우에는 평활하게 도금이 되지 않고 덩어리가 생기므로, 상기 조성비 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 (d) 단계의 청화 구리 도금은 CuCN : 20g/L∼40g/L, NaCN : 30g/L∼60g/L, KOH : 5g/L∼10g/L, 평활제로 조성되어 45∼50℃로 유지된 수용액을 이용하여 1∼3V의 전압 및 0.8∼2.0A/dm²의 전류를 통전시켜서 9∼10pH로 유지시켜 처리된다.

상기 각 성분별 함량이 각 조성비보다 낮거나 높으면 도금 중 부풀음 현상이나 부분적으로 도금되는 현상이 발생하므로 상기 조성비 내에서 이루어지는 것이 바람직하며, 온도가 상기 온도보다 낮거나 높으면 도금 속도가 너무 느려지거나 수용액의 활성 상태가 과도해 지므로 상기 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하고, 도금을 위한 전압 및 전류가 상기 범위보다 낮거나 높으면 도금 속도가 느려지거나 치밀해지지 않고, 너무 빠르게 진행되는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 (d) 단계의 무전해 니켈 도금은 NiSO₄·6H₂O : 50g/L∼80g/L, Na₄P₂O₇ : 120g/L∼200g/L, NaH₂PO₂·H₂O : 60g/L∼100g/L, 평활제, 안정제, pH 버퍼(buffer)로 조성되어 80∼90℃로 유지된 수용액에 침지시켜서 처리된다.

상기 각 성분별 함량이 각 조성비보다 낮거나 높으면 균일하게 도금되지 않거나 도금 속도가 빨라 도금액의 환원되는 니켈 성분이 많아 액을 더 이상 사용할 수 없으므로 상기 조성비 내에서 이루어지는 것이 바람직하고, 상기 온도보다 낮거나 높으면 수용액의 활성도가 낮거나 지나치므로 상기 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 (e) 단계의 전해 니켈 도금은 NiSO₄·6H₂O : 240∼300g/L, NiCl₂·6H₂O : 40∼50g/L, H₃BO₃ : 30∼40g/L, 평활제, 광택제로 조성되어 45∼50℃로 유지된 수용액을 이용하여 2.5∼4.0V의 전압 및 0.2∼1.5A/dm²의 전류로 20∼30분간 통전시켜서 5∼6pH로 처리된다.

상기 각 성분별 함량이 각 조성비에 대하여 각 하한치에서는 광택이 나지 않고 표면이 매끄럽지 않는 문제점이 있고, 상한치에서는 도금표면이 터지거나, 부풀음, 가장자리 부분과 가운데 부분의 두께 차이가 나고, 표면이 광택이 나지 않고 상당히 거칠어지는 문제점이 발생하기 때문에 상기 조성비 내에서 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 온도가 상기 온도보다 낮거나 높으면 수용액의 활성도가 너무 낮아지거나 높아지므로 상기 온도 범위에서 이루어지는 것이 바람직하고, 전해 도금을 위한 전압 및 전류가 상기 범위보다 낮거나 높으면 도금 속도가 느려지거나 치밀해지지 않고 너무 빠르게 진행되는 문제점이 있으므로 상기 범위 내에서 이루어지는 것이 바람직하며, 최적의 도금 두께를 고려하여 상기 시간 범위 내에서 도금 시간을 조정하는 것이 바람직하고, 수용액의 pH도를 상기 범위 내로 pH도를 유지하는 것이 상기 수용액에 따른 최적의 니켈 전해 도금을 꾀할 수 있다.

(실시예)

본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금 위에 강한 내식성을 지닌 전해 니켈 도금층을 형성하기 위하여 아래와 같은 과정으로 처리된다.

1. 탈지 처리, 2. 수세, 3. 피클링 처리(산화피막 제거), 4. 수세, 5. 아연 도금, 6. 수세, 7. 청화구리 도금 또는 무전해 니켈 도금, 8. 수세, 9. 전해 도금

이하, 상기 과정을 상세하게 설명한다.

마그네슘 또는 마그네슘 합금은 산에 매우 강하게 부식되어 도금이 거의 불가능에 가까웠으며, 마그네슘 합금의 구리도금은 공정뿐만 아니라 전처리(탈지, 산세, 활성)도 매우 민감하게 적용된다.

이 전처리 중 특히 아연 도금은 구리 도금의 밀착성 및 균일성에 큰 영향을 준다.

전 공정의 용액이 다음 공정 용액에 섞이게 되면 전기 화학적인 방해함으로 인해 치명적인 도금 불량의 원인이 된다.

1. 탈지 처리

마그네슘 합금은 다이캐스팅 제조 후, 상온에서 탈지액(TCE)에 넣고 초음파 탈지로 약 1분간 진행시켜 표면의 유지 성분을 모두 제거한다.

2. 수세

수세 처리를 하여 상기 탈지 처리 후의 탈지액 성분을 완전히 제거한다.

이때, 탈지액의 성분이 약간이라도 남아 있게 되면, 도금 시 전기화학적인 반응을 저하시키며, 이 것은 부풀음 및 핀홀 등이 발생하여 기지 금속과 도금층 사이의 밀착성을 떨어뜨리는 요인으로 작용하므로 철저한 수세가 필요하다.

3. 피클링 처리

탈지 후 마그네슘 산화피막 제거를 위해 표 1에서와 같이 수용액을 제조하고, 수용액 온도와 침지시간에 따라 상온에서 약 1분간 피클링 처리를 한다.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	침지 시간(분)
CrO₃+HNO₃+H₃PO₄+첨가제	상온	1분

상기 첨가제는 침윤제(Wetting agent)이다.

4. 수세

상기와 같이 피클링 처리를 한 후에, 다시 깨끗이 수세 처리한다.

5. 아연 도금

표 2와 같은 성분 및 조건으로 아연 도금액에 침지시켜 아연 도금을 한다.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	침지시간(분)	pH
ZnSO₄·7H₂O+Na₄P₂O₇+NaF+첨가제	50∼55	10	10∼11

상기 첨가제는 평활제이다.

6. 수세

상기와 같이 아연 도금 처리를 한 후에 깨끗하게 수세 처리한다.

7-1. 청화구리 도금

소지 금속의 밀착성 향상을 위해 청화 구리 도금을 표 3과 같은 조건으로 하여, 청화 구리도금층을 형성한다.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	전압(V)	전류(A/dm²)	통전시간(분)	pH
CuCN+NaCN+첨가제	45∼50	1∼3	0.8∼2.0	10	9∼10

상기 첨가제는 5g/L∼10g/L의 KOH 및 평활제이다.

7-2. 무전해 니켈 도금

또는 표 4와 같은 조건으로 무전해 니켈 도금층을 형성한다.

수용액 조성	수용액 온도(℃)	침지시간(분)
NiSO₄·6H₂O+Na₄P₂O₇+NaH₂PO₂·H₂O+첨가제	80~90	20분

상기 첨가제는 평활제와 안정제 및 pH 버퍼(buffer)이다.

8. 수세

상기와 같이 청화 구리도금 또는 무전해 니켈 도금 후에 수세 처리한다.

9. 전해 니켈 도금

상기와 같이 청화 구리도금층 또는 무전해 니켈층에 경도 및 내마모성 향상을 위해 표 5와 같은 조건으로 전해 니켈 도금을 한다.

수용액 조성	수용액온도(℃)	전압(V)	전류(A/dm²)	통전시간(분)	pH
NiSO₄·6H₂O+NiCl₂·6H₂O+H₃BO₃+첨가제	45~50	2.5∼4.0	0.2∼1.5	20∼30	5∼6

상기 첨가제는 평활제 및 광택제이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명은 내식성이 취약하고, 그로 인하여 도금이 어려운 마그네슘 또는 마그네슘 합금에 니켈 도금을 가능하게 하여 경도의 향상과 내식성을 강화시켜 주는 효과를 제공한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

마그네슘 또는 마그네슘 합금 위에 강한 내식성을 지닌 전해 니켈 도금층을 형성하는 방법에 있어서,

(a) 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면을 탈지 처리한 후, 수세 처리하는 단계;

(b) 마그네슘 또는 마그네슘 합금 표면의 산화피막을 CrO₃: 100g/L∼150g/L, HNO₃: 100g/L∼150g/L, H₃PO₄: 5g/L∼10g/L, 침윤제(Wetting agent)로 조성된 수용액에 의해 처리한 후, 수세 처리하는 단계;

(c) 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 표면에 아연을 도금한 후 수세 처리하는 단계;

(d) 소지 금속 밀착을 위한 청화구리 도금과 무전해 니켈 도금 중 선택된 어느 한 도금을 처리한 후 수세 처리하는 단계; 및

(e) 경도 및 내마모성 향상을 위하여 전해 니켈 도금 처리를 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법.
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제 1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 청화 구리 도금은 CuCN : 20g/L∼40g/L, NaCN : 30g/L∼60g/L, KOH : 5g/L∼10g/L, 평활제로 조성되어 45∼50℃로 유지된 수용액을 이용하여 1∼3V의 전압 및 0.8∼2.0A/dm²의 전류를 통전시켜서 9∼10pH로 유지시켜 처리되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (d) 단계의 무전해 니켈 도금은 NiSO₄·6H₂O : 50g/L∼80g/L, Na₄P₂O₇ : 120g/L∼200g/L, NaH₂PO₂·H ₂O : 60g/L∼100g/L, 평활제, 안정제, pH 버퍼(buffer)로 조성되어 80∼90℃로 유지된 수용액에 침지시켜서 처리되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법.
제 1항에 있어서, 상기 (e) 단계의 전해 니켈 도금은 NiSO₄·6H₂O : 240∼300g/L, NiCl₂·6H₂O : 40∼50g/L, H₃BO₃ : 30∼40g/L, 평활제, 광택제로 조성되어 45∼50℃로 유지된 수용액을 이용하여 2.5∼4.0V의 전압 및 0.2∼1.5A/dm²의 전류로 20∼30분간 통전시켜서 5∼6pH로 처리되는 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 대한 니켈 도금 방법.