KR100592521B1 - 드래그 아웃 저감 시스템 및 드래그 아웃 저감 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상면이 개방되어 있고 저면에는 배출구를 구비하는 드래그 아웃 배쓰와; 피도금소재 표면에 묻은 도금액 또는 화학약품을 흡수하기 위한 내약품성 흡수체; 및 상기 흡수체의 일면에서 상기 흡수체를 지지하는 지지체;을 포함하여 구성되는 드래그 아웃 저감 시스템을 제공한다. 상기 시스템에 따르면, 산세, 탈지, 알칼리처리 등을 포함하는 전처리 공정, 주도금 공정, 후처리 공정 등으로 이루어지는 금속표면처리공정에 있어서, 각 공정 단계중의 어느 하나의 단계 이후에 피도금소재의 표면에 묻어있는 도금액 또는 화학약품을 내약품성 흡수체를 통해 흡수하고 드래그 아웃 배쓰로 회수하여 드래그 아웃 및 드래그 인을 현저하게 저감시킨다.
도금, 드래그 아웃, 드래그 인

Description

드래그 아웃 저감 시스템 및 드래그 아웃 저감 방법{DRAG-OUT REDUCING SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING DRAG-OUT}
도 1은 본 발명에 사용되는 흡수체 및 지지체의 모식도.
도 2는 해면체 또는 천을 사용하여 바렐에서 드래그-아웃 된 용액을 다시 흡수하여 회수하는 드래그 아웃 저감 시스템의 모식도.
도 3은 해면체 또는 천을 사용하여 랙에서 드래그-아웃 된 용액을 다시 흡수하여 회수하는 드래그 아웃 저감 시스템의 모식도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
10:흡수체 20:지지체
30:바렐 32:랙
40:드래그 아웃 배쓰
본 발명은 전기 도금, 무전해 도금을 포함하는 소형 피도금 소재의 도금에 있어서, 바렐 또는 랙에 묻어있는 용액의 빠른 흡수 및 배출이 동시에 이루어지도록 한 드래그 아웃 저감 시스템 및 금속의 표면 처리에 있어서 드래그 아웃 저감 방법에 관한 것이다.
금속 표면 처리 공정은 많은 양의 용수를 사용하는 동시에 폐수 발생량 또한 많은 공정이다. 따라서 산업적인 면에 있어서, 환경 오염, 특히 폐수 처리가 가장 문제가 된다. 그러므로 폐수 발생량의 저감과 도금 품질의 향상 측면에서 무방류 시스템의 개발이 절실하게 요청되고 있으며, 이에 따른 관련 핵심 요소 기술의 개발이 필수적이다.
일반적으로 금속의 표면 처리는 전기 도금, 무전해 도금, 전기 화성(애노다이징) 등에 의하여 수행되며, 이 과정에서 필연적으로 도금 용액과 알칼리 및 산성액 등 각종 수용액을 사용하게 된다. 한편, 소형 피도금 소재의 도금은 바렐 또는 랙을 사용하게 되는데, 이 경우, 하나의 과정에서 다른 과정으로 이송하는 동안에 도금조 내의 도금액이 피도금 소재나 다른 것에 묻어서 도금조 밖으로 유출되는 현상인 소위 드래그 아웃(drag-out)과 도금조 밖의 액이 피도금 물체나 다른 것에 묻어서 도금조 안으로 유입되는 현상인 드래그 인(drag-in)이 발생된다.
드래그 아웃 현상에 따라 수용성 도금액이 피도금 소재 또는 소재를 거는 랙(rack)과 소재를 담는 바렐(barrel)에 묻게 되면 공정 단계에서 사용되는 화학 약품의 양을 증가시킬 뿐 아니라, 세척을 위한 용수의 사용을 증가시키는 요인이 된다.
드래그 아웃 현상을 감소시키기 위하여 다양한 방법이 사용되고 있으며, 그 중 대표적인 것이 랙과 바렐을 용액과의 표면 장력이 큰 소재로 만드는 방법, 바렐의 구멍의 형상을 조절하는 방법, 동일 조성의 액을 분무하는 방법 등이 있다.
일반적으로 각종 수용액과 표면 장력이 큰 소재는 폴리머이다. 따라서, 랙의 경우 소재와 전기적인 접촉을 유지하여야 하는 부분을 제외하고는 모두 폴리머로 코팅함으로서 용액이 묻어나는 것을 억제한다.
바렐의 경우, 통 제작 시에 각종 수용액에 대하여 표면 장력이 큰 소재를 사용하여 제작하고, 천공의 형태를 슬릿 또는 원기둥 형태로 만든다. 또한, 수평식 도금 바렐, 요동 바렐, 편심 바렐 등을 사용하기도 한다.
바렐 도금은 랙이 필요 없이 장입과 탈착을 자동으로 할 수 있어, 완전 자동화 작업이 가능하다는 장점이 있으나, 제품 중량이 큰 것은 곤란하고, 일반적으로 500 g 이하의 경우에 적용된다. 또한 전류 밀도를 크게 할 수 없기 때문에 두꺼운 도금을 하고자 하는 경우에는 시간이 많이 걸리고, 균일성이 떨어지며, 바렐의 구멍 사이로만 액과 전류가 통하게 되므로, 액 조성의 변동이 많고, 전압이 높으며, 도금액이 많이 묻어나오게 된다.
랙 도금은 피도금 물체를 랙에 걸어서 도금하는 형태로서, 피도금 물체의 형상에 따라 랙을 설계 및 제조하여 사용하고 있으나, 현재의 기술로는 드래그 아웃을 줄이는 데에는 한계가 있다.
본 발명의 목적은 금속 표면 처리 공정에서 사용되는 각종 화학 약품 및 수세수의 절감을 위한 새로운 드래그 아웃 저감 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 종래 드래그 아웃 양을 줄이기 위한 방법으로도 여전히 적지 않은 양의 드래그 아웃과 드래그 인이 발생한다는 문제를 해결하기 위하여, 바렐 또는 랙 도금을 수행하는 주도금조 다음에 여분의 배쓰(bath)(혹은 탱크)를 마련하고 여기에 폴리우레탄 등으로 이루어진 내약품성 해면체 또는 천을 설치하여, 바렐 또는 랙에 묻어있는 용액의 빠른 흡수 및 배출을 동시에 이루어지게 함으로써, 도금액의 소모 및 수세수의 과도한 사용을 억제하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
구체적으로 본 발명은 상면이 개방되어 있고 저면에는 배출구를 구비하는 드래그 아웃 배쓰와 피도금소재 표면에 묻은 도금액 또는 화학약품을 흡수하기 위한 내약품성 흡수체 및 상기 흡수체의 일면에서 상기 흡수체를 지지하는 지지체를 포함하여 구성되는 드래그 아웃 저감 시스템을 제공한다.
상기 드래그 아웃 배쓰는 하부에 자동 금속이온농도 측정센서와 연결되는 자동개폐식 밸브, 및 자동 펌프를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 산세, 탈지, 알칼리처리 등을 포함하는 전처리 공정, 주도금 공정, 후처리 공정 등으로 이루어지는 금속표면처리공정에 있어서, 각 공정 단계중의 어느 하나의 단계 이후에 피도금소재의 표면에 묻어있는 도금액 또는 화학약품을 내약품성 흡수체를 통해 흡수하고, 상기 내약품성 흡수체에 흡수된 도금액 또는 화학약품을 드래그 아웃 배쓰로 회수하는 것을 포함하여 구성되는 드래그 아웃 저감 방법을 제공한다.
상기 피도금소재가 바렐에 수용되는 경우, 상기 내약품성 흡수체는 상기 드래그 아웃 배쓰 내부에 수평으로 위치하고 상기 바렐과 접촉하여 도금액 또는 화학약품을 흡수하며, 흡수된 도금액 또는 화학약품을 상기 바렐의 자중에 의하여 드래 그 아웃 배쓰로 회수한다.
또한, 상기 피도금소재가 랙에 걸려있는 경우, 상기 내약품성 흡수체는 상기 랙 측면에 수직으로 위치하고 상기 피도금소재와 접촉하여 도금액 또는 화학약품을 흡수하며, 흡수된 도금액 또는 화학약품을 별도의 가압수단에 의하여 드래그 아웃 배쓰로 회수한다.
본 발명에 따르면 도금에 의한 금속 표면 처리 공정에 있어서, 기존의 표면 처리 공정의 사이에 수분을 잘 흡수하는 내약품성을 갖는 판상의 흡수체를 설치함으로써 바렐 또는 랙에 묻어나는 용액을 흡수하도록 하고, 바렐 또는 랙의 자중 또는 외부에서 가해지는 압력에 의하여 흡수되었던 용액을 흡수체 하부 또는 측면에 접해 있는 견고한 지지대를 통하여 다시 회수한다. 회수된 용액은 이전 공정에 재투입할 수 있다. 결국, 본 발명은 바렐 또는 랙에 묻어나는 드래그 아웃을 최소화함으로써 도금 공정에서의 화학 약품 사용량을 줄이고, 세척에 사용되는 수세수의 양을 감소시킨다.
본 발명에 있어서, 상기 내약품성 흡수체로는 해면체 또는 천이 사용된다. 상기 흡수체로는 내화학성이 강하고 흡수성이 뛰어난 폴리우레탄계 물질 또는 내화학성을 가지며 흡수성이 우수한 폴리비닐알콜(PVA)계 물질 등을 사용할 수 있다.
상기 흡수체의 기공률은 70 - 99%, 인장 강도는 0.5 - 5 kg/㎠, 히스테리시스 손실 10 - 20%, 영구 압축 변형률은 1 - 15% 인 것이 바람직하다.
상기 드래그 아웃 배쓰는 PE, PP 또는 PTFE를 비롯한 고분자 소재, 또는 스테인레스 스틸 또는 티타늄과 같은 내식성 금속 소재로 제조된다.
도 1에는 본 발명에 따른 내약품성 흡수체(10) 및 이를 지지하기 위한 지지체(20)가 도시되어 있다. 상기 흡수체(10)는 판상이 적당하지만, 피도금소재의 형태, 바렐이나 랙의 구조에 따라 달라질 수도 있을 것이다. 상기 지지체(20)는 다공성의 그물구조를 갖는 견고한 물질로 형성되며, 상기 흡수체(10)를 지지하는 역할을 할 뿐만 아니라, 흡수체(10)에 외부에서 압력이 가해질 때 흡수체(10)에 흡수되어 있던 용액이 빠져나와 회수할 수 있도록 한다.
도 2는 바렐(30)을 사용한 도금의 경우에 드래그 아웃을 저감시키기 위한 시스템 및 방법을 모식적으로 나타내고 있다. 드래그 아웃 배쓰(40)는 상면이 개방되어 있고, 저면에는 배출구(42)가 구비되어 있다. 내약품성 흡수체(10)와 접촉하는 바렐(30)과 드래그 아웃 배쓰(40) 중간에는 상기 해면체(10)를 지지하는 그물 형태의 단단한 구조체(미도시)가 설치되어있어 바렐(30)의 자중에 의하여 흡수체(10)에 흡수된 용액이 드래그 아웃 배쓰(40)로 배출된다.
도 3은 랙(32)을 사용한 도금의 경우에 드래그 아웃을 저감시키기 위한 시스템 및 방법을 모식적으로 나타내고 있다. 랙(32)의 측면에 흡수체(10)가 수직으로 위치하여 피도금소재(미도시)와 접촉하게 된다. 상기 흡수체(10)의 일면에는 견고한 판상의 구조체를 접촉시키고 별도의 가압수단(미도시)의 가압(50)에 의하여 해면체(10)를 압착하여 용액이 아래쪽으로 배출되도록 한다. 이러한 방법으로 배출된 용액은 그 성분을 모니터링하는 성분 검사기의 허용 하에 이전 공정으로 다시 이송될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 드래그 아웃 저감 시스템은 금속의 표면 처리 공정 중에 수 용액을 사용하는 모든 공정, 즉, 산세, 탈지, 알칼리 처리를 포함하는 모든 전처리 공정, 주도금 공정 및 후처리 공정을 포함하는 모든 공정에 적용이 가능하다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 그러나 실시예는 본 발명의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
옆면과 밑면을 매시(mesh) 형 스텐레스 스틸로 막은 일반적인 형태의 스테인레스 스틸 소재 상자형 바렐에 볼트와 너트 20 쌍을 넣고, 이 바렐을 통상의 구리 도금조에 넣어 10 초 동안 도금하였다. 그 다음, 바렐을 꺼내서 해면체 상에 바렐의 밑면을 접촉시킨 상태에서 10 초 동안 유지하여 상기 해면체가 충분히 젖도록 하였다. 그 다음, 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 바렐을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 바렐을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
실시예 2
옆면과 밑면을 매시 형 스텐레스 스틸로 막지 않고 좌우로 2 ㎝ 간격, 중심 장방형으로 1 ㎝ 간격으로 나누어진 스테인레스 스틸 소재의 소위 PCB 용 바렐에 볼트와 너트 20 쌍을 넣고, 이 바렐을 통상의 구리 도금조에 넣어 10 초 동안 도금하였다. 그 다음, 바렐을 꺼내서 해면체 상에 바렐의 밑면을 접촉시킨 상태에서 10 초 동안 유지하여 상기 해면체가 충분히 젖도록 하였다. 그 다음, 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 바렐을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 바렐 을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
실시예 3
옆면에 2 ㎝ 간격으로 φ5 ㎜ 구멍이 뚫린 PP 소재의 육각기둥형 바렐에 볼트와 너트 20 쌍을 넣고, 이 바렐을 통상의 구리 도금조에 넣어 10 초 동안 도금하였다. 그 다음, 바렐을 꺼내서 해면체 상에 바렐의 밑면을 접촉시킨 상태에서 10 초 동안 유지하여 상기 해면체가 충분히 젖도록 하였다. 그 다음, 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 바렐을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 바렐을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
실시예 4
곁가지가 사방으로 나와 있는 형태의 랙에 아연 다이 캐스팅된 수도꼭지 9개를 걸고, 이 랙을 통상의 구리 도금조에 넣어 10 초 동안 도금하였다. 그 다음, 랙을 꺼내서 해면체에 랙의 옆면을 접촉시킨 상태에서 10 초 동안 유지하여 상기 해면체가 충분히 젖도록 하였다. 그 다음, 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 랙을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 랙을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
비교예 1
실시예 1과 같은 형태의 바렐을 사용하여 볼트와 너트를 10 초 동안 도금처리 하고, 바렐을 도금조에서 꺼낸 다음, 곧 바로 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차 례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 랙을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 바렐을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
비교예 2
실시예 2와 같은 형태의 바렐을 사용하여 볼트와 너트를 10 초 동안 도금처리 하고, 바렐을 도금조에서 꺼낸 다음, 곧 바로 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 랙을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 바렐을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
비교예 3
실시예 3과 같은 형태의 바렐을 사용하여 볼트와 너트를 10 초 동안 도금처리 하고, 바렐을 도금조에서 꺼낸 다음, 곧 바로 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 랙을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 바렐을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
비교예 4
실시예 4와 같은 형태의 랙을 사용하여 아연 다이 캐스팅된 수도꼭지를 10 초 동안 도금처리 하고, 랙을 도금조에서 꺼낸 다음, 곧 바로 제 1, 제 2 및 제 3 수세조에 차례로 넣어 각각 10 초 동안 세정하였다. 각 세정 단계 이후에 수세조에서 랙을 꺼낸 다음, 수세조 위에서 10 초 동안 유지하였다. 그 다음, 랙을 공기를 불어 주면서 건조시켰다.
아래의 표 1은 금속의 표면 처리에 사용하기 이전의 도금액과 상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에 기재된 방법에 따라 금속 표면 처리 공정을 20회 이상 연속 실시한 이후의 도금액의 pH, 이온 전도도 및 구리 이온 농도의 비교 데이터를 보여준다. 표 1은 또한 바렐 또는 랙을 제 1 수세조에 넣어 세정하기 전의 실시예와 비교예에서의 드래그 아웃의 양, 및 비교예에 대한 실시예의 드래그 아웃량의 감소율을 보여준다.
표 1에 나타낸 실시예 1 내지 4와 비교예 1 내지 4의 결과로부터, 도금에 사용된 바렐 또는 랙으로부터 제 1 수세로 들어가는 드래그 아웃 양이 드래그 아웃 저감조를 통과한 경우에 있어서 그렇지 않은 경우에 비하여 감소하였음을 알 수 있다.
도금액 일반 바렐 PCB 용 바렐 육각형 바렐 랙
비교예 1 실시예 1 비교예 2 실시예 2 비교예 3 실시예 3 비교예 4 실시예 4
pH 3.73 4.43 4.46 4.73 5.11 4.12 4.63 4.51 4.68
전도도 (mS/㎝) 24.1 4.14 3.19 2.51 2.13 5.09 3.81 2.74 2.55
구리 이온 농도(g/㎖) 24.1 2.43 1.87 1.29 1.09 2.98 2.12 1.41 1.30
드래그 아웃 (%) - 10.08 7.76 5.35 4.54 12.37 8.80 5.85 5.39
드래그 아웃 감소율(%) - - 23.02 - 15.14 - 28.86 - 7.86
본 발명에 따라 내약품성 해면체 또는 천을 이용한 드래그 아웃 저감조를 적용하는 것에 의하여 각종 화학 약품 및 수세수의 사용을 절감할 수 있는 금속 표면 처리 방법 및 이를 위한 장치가 제공되었다.
본 발명에서는 수용액을 사용하는 공정에 있어서 이들 공정에 이어지는 공정으로 유입되는 드래그 아웃의 양 및 세정 공정에 사용되는 수세수의 양을 저감시킬 수 있을 뿐 아니라, 드래그 아웃 저감조에 회수된 용액을 다시 이전 공정에 투입하게 되어 화학 약품의 사용량 또한 줄일 수 있으므로, 표면 처리되는 제품의 가격 경쟁력을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 상면이 개방되어 있고 저면에는 배출구를 구비하는 드래그 아웃 배쓰와
    상기 드래그 아웃 배쓰 내부 또는 상부에 위치하며, 피도금소재 표면에 묻은 도금액 또는 화학약품을 흡수하기 위한 내약품성 흡수체 및
    상기 흡수체의 일면에 부착되어 상기 흡수체를 지지하는 지지체를 포함하여 구성되는
    드래그 아웃 저감 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내약품성 흡수체는 해면체 또는 천으로서 폴리우레탄계 또는 폴리비닐알콜계 물질로 이루어지는 드래그 아웃 저감 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 내약품성 흡수체는 기공율이 70 ~ 99%, 인장강도가 0.5 ~ 5kg/cm2, 히스테리시스 손실이 10 ~ 20%, 영구압축 변형율이 1 ~ 15%인 것을 특징으로 하는 드래그 아웃 저감 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피도금소재가 바렐에 수용되는 경우, 상기 내약품성 흡수체는 상기 드래그 아웃 배쓰 내부에 수평으로 위치하고, 상기 지지체는 그물구조의 견고한 구조체이며 상기 흡수체 하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 드래그 아웃 저감 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 드래그 아웃 배쓰 하부에 자동 금속이온농도 측정센서와 연결되는 자동개폐식 밸브, 및 자동 펌프를 추가로 포함하는 드래그 아웃 저감 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 피도금소재가 랙에 걸려있는 경우, 상기 내약품성 흡수체는 상기 피도금소재 측면에 수직으로 위치하며, 상기 지지체는 견고한 판상의 구조체인 것을 특징으로 하는 드래그 아웃 저감 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 내약품성 흡수체에 압력을 가하는 자동가압모터와, 상기 드래그 아웃 배쓰 하부에 자동 금속이온농도 측정센서와 연결되는 자동개폐식 밸브, 및 자동 펌프를 추가로 포함하는 드래그 아웃 저감 시스템.
  8. 산세, 탈지, 알칼리처리 등을 포함하는 전처리 공정, 주도금 공정, 후처리 공정 등으로 이루어지는 금속표면처리공정에 있어서,
    상면이 개방되어 있고 저면에는 배출구를 구비하는 드래그 아웃 배쓰와, 상기 드래그 아웃 배쓰 내부 또는 상부에 위치하며, 피도금소재 표면에 묻은 도금액 또는 화학약품을 흡수하기 위한 내약품성 흡수체 및 상기 흡수체의 일면에 부착되어 상기 흡수체를 지지하는 지지체를 준비하고,
    상기 금속표면처리공정의 각 단계 중 어느 하나의 단계 이후에 피도금소재의 표면에 묻어있는 도금액 또는 화학약품을 상기 내약품성 흡수체를 통해 흡수하고;
    상기 내약품성 흡수체에 흡수된 도금액 또는 화학약품을 상기 드래그 아웃 배쓰로 회수하는 것을 포함하여 구성되는 드래그 아웃 저감 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 피도금소재가 바렐에 수용되는 경우, 상기 내약품성 흡수체는 상기 드래그 아웃 배쓰 내부에 수평으로 위치하고 상기 바렐과 접촉하여 도금액 또는 화학약품을 흡수하며, 흡수된 도금액 또는 화학약품을 상기 바렐의 자중에 의하여 드래그 아웃 배쓰로 회수하는 것을 특징으로 하는 드래그 아웃 저감 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 피도금소재가 랙에 걸려있는 경우, 상기 내약품성 흡수체는 상기 랙 측면에 수직으로 위치하고 상기 피도금소재와 접촉하여 도금액 또는 화학약품을 흡수하며, 흡수된 도금액 또는 화학약품을 별도의 가압수단에 의하여 드래그 아웃 배쓰로 회수하는 것을 특징으로 하는 드래그 아웃 저감 방법.
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