KR101109864B1

KR101109864B1 - 주석-아연 합금 도금액 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101109864B1
Application number: KR1020110071333A
Authority: KR
Inventors: 최진영; 서영호
Original assignee: 서영호; 최진영
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2011-07-19
Publication date: 2012-02-14

Abstract

본 발명은 금속재료의 표면에 대한 방청 처리를 위한 주석-아연 합금 도금액 및 그 제조방법에 관한 것으로서,
주석-아연 합금 도금액은, 주석(Sn)과 아연(Zn)으로 이루어진 전해액을 포함하는 도금욕에 있어서, 아연(Zn) 10~15g/l, 주석(Sn) 5~10g/l, 칼륨(K) 15~30g/l, 암모니아(NH₃) 10~25g/l을 포함하는 것을 특징으로 하고,
주석-아연 합금 도금액의 제조방법은, 황산제일주석(SnSO₄)과 염화아연(ZnCl₂), 주석산칼륨(C₄H₅KO₆) , 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)을 물에 투입한 후 혼합 교반하여 혼합액 속에 아연 10~15g/l, 주석 5~10g/l, 칼륨 15~30g/l, 암모니아 10~25g/l이 포함되도록 하고, 광택첨가제(G/L)와 무광택첨가제(E/G), 설폰산 및 젤라틴을 추가 투입하여 혼합액 속에 광택첨가제 10~20g/l, 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 포함되도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전해액 내의 아연 성분과 주석 성분 및 첨가제의 양을 적절하게 제어하여 pH가 중성으로 이루어지므로, 특수유리를 주성분으로 하는 세라믹 복합 부품 등 산이나 알칼리에 영향을 받기 쉬운 소재라도 안심하고 도금할 수 있게 되고, 도금 후의 피막이 부드러워 2차 가공에도 잘 견디고 납땜성이 우수하며 내식성이 향상된다.

Description

주석-아연 합금 도금액 및 그 제조방법{Sn-Zn Alloy Electrodeposit Solution and Method thereof}

본 발명은 금속재료의 표면에 대한 방청 처리를 위한 주석-아연 합금 도금액 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 산이나 알칼리에 영향을 받기 쉬운 소재라도 안심하고 도금할 수 있는 중성의 주석-아연 압금 도금액 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차용 부품 재료는 우수한 내식성 및 내 연료성 뿐만 아니라 가공성 및 용접성 등의 물성이 필요하다. 이러한 자동차용 부품이나 건축 자재 등으로 사용되는 금속자재의 방청을 위한 표면 처리를 위해서는 주석 등을 도금하는 방법이 널리 사용되고 있다.

종래에는 연료 탱크용 소재 등으로는 납-주석의 합금 도금 강판인 전기 및 용융 턴(Terne) 강판이 널리 사용되었으나, 최근 세계적으로 지구환경에 영향이 적고 자원의 재활용이 용이한 재료의 필요성이 제기되어, 환경에 유해한 납을 사용하지 않는 대체 소재의 개발이 요구되고 있다.

특히, 세계적으로 자동차 폐차시 발생되는 분진 중 납에 대한 규제가 강화됨에 따라 기존에 사용중인 용융 턴(Terne) 강판을 대체할 수 있는 무연화 강판에 대한 필요성에 따라 용융 알루미늄 도금강판, 아연수지 피복강판 및 도금재를 소지로 한 특수 후처리 등의 기술이 개발되고 있다.

주석-아연 도금은 용융도금과 전기도금으로 나눌 수 있는데 주석-아연 합금도금은 우수한 내식성 확보를 위하여 도금층에 10-30%의 아연농도 범위가 포함되도록 제조한다.

그러나, 전기도금시 주석과 아연의 석출전위차가 커서 고 전류밀도 도금이 곤란하고, 씸 용접성이 불량하게 나타남으로써 동일한 도금액 조성에서 고 전류밀도 도금이 가능하고, 합금층의 씸 용접성이 개선되는 주석-아연도금층 제조법이 중요하게 되었다.

일본공개특허 평8-325692에는 주석-아연도금의 용융 도금재가 제시되어 있으나, 주석-아연 용융도금은 도금층의 두께 제어가 어려워 균일성 확보가 어려워 가공성과 용접성이 불량하게 되는 문제점이 있다.

또한, 일본공개특허 평8-269733에는 니켈, 철, 아연, 석 등을 1종 이상 함유한 합금층을 편면 기준 2 ㎛이하로 하고, 이 위에 주석이 40-99%이 되게 하고 잔부는 모두 아연 및 불순물로 되는 연료 탱크용 강판이 제시되어 있다.

또한, 일본공개특허 소51-75632에는 주석-아연의 합금도금의 첨가제가 제시되어 있는데, 이 첨가제를 사용하는 경우에는 도금층의 광택도는 개선되지만, 전류밀도 증가는 불가능하다는 문제점이 있다.

그리고, 종래의 주석-아연 합금 도금액은 금속 재료에는 도금이 가능하지만 세라믹 복합 부품 등의 산 또는 알칼리에 영향을 받기 쉬운 소재에는 도금하기가 쉽지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 주석-아연 합금 도금시 도금층의 두께 조절이 용이하고 세라믹 복합 부품 등 산이나 알칼리에 영향을 받기 쉬운 소재에 대한 도금이 가능하며, 도금후의 피막층이 염수 분무나 아황산가스 등에 대해서도 강한 내식성을 갖도록 하는 주석-아연 합금 도금액 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주석-아연 합금 도금액은, 주석(Sn)과 아연(Zn)으로 이루어진 전해액을 포함하는 도금욕에 있어서, 아연(Zn) 10~15g/l, 주석(Sn) 5~10g/l, 칼륨(K) 15~30g/l, 암모니아(NH₃) 10~25g/l을 포함하고, 광택첨가제 10~20g/l과 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 첨가된 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명의 주석-아연 합금 도금액에 따르면, 강판에 형성된 합금 도금층에서 아연과 주석의 합금비율이 중량비로 25~30 : 70~75인 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 주석-아연 합금 도금액 제조방법에 따르면, 황산제일주석(SnSO₄)과 염화아연(ZnCl₂), 주석산칼륨(C₄H₅KO₆) , 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)을 물에 투입하여 혼합 교반함으로써 혼합액 속에 아연 10~15g/l, 주석 5~10g/l, 칼륨 15~30g/l, 암모니아 10~25g/l이 포함되도록 하고, 광택첨가제(G/L)와 무광택첨가제(E/G), 설폰산 및 젤라틴을 추가 투입하여, 혼합액 속에 광택첨가제 10~20g/l, 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 포함되도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 주석-아연 합금 도금액은, 전해액 내의 아연 성분과 주석 성분 및 첨가제의 양을 적절하게 제어하여 pH가 중성으로 이루어지므로, 특수유리를 주성분으로 하는 세라믹 복합 부품 등 산이나 알칼리에 영향을 받기 쉬운 소재라도 안심하고 도금할 수 있는 효과가 있다.

또, 본 발명의 주석-아연 합금 도금액에 따르면, 주물 위에도 쉽게 도금할 수 있고, 활성제를 포함하지 않아 도금시 기포가 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 주석-아연 합금 도금액에 따르면, 도금 후의 피막이 부드러워 2차 가공에도 잘 견디고 납땜성이 우수하며 내식성이 향상되는 효과가 있다.

또, 본 발명의 주석-아연 합금 도금액에 따르면, 도금액중의 주석과 아연 함량을 적절히 제어하여 도금층 내의 합금 비율이 적절하게 조절되므로 도금된 피막층의 내식성이 향상되고 광택도가 우수하며 가공성이 양호한 효과가 있으며, 염수 분무아 아황산가스 등에 대해서도 기존의 주석 도금에 비해 강한 내식성을 가지는효과가 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 주석-아연 합금 도금액 및 그 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 주석-아연 합금 도금액은, 주석(Sn)과 아연(Zn)으로 이루어진 전해액을 포함하며, 주도금액 중에 아연(Zn) 10~15g/l, 주석(Sn) 5~10g/l, 칼륨(K) 15~30g/l, 암모니아(NH₃) 10~25g/l이 포함된 조성으로 되어 있다.

그리고, 첨가제로서는 광택첨가제 10~20g/l과 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 더 첨가되어 이루어진다.

이러한 도금액을 강판에 도금하였을 때, 강판에 형성된 합금 도금층에서 아연과 주석의 합금비율이 중량비로 25~30 : 70~75가 되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기한 주석-아연 합금 도금액을 제조하기 위한 본 발명의 주석-아연 합금 도금액 제조방법은, 황산제일주석(SnSO₄)과 염화아연(ZnCl₂), 주석산칼륨(C₄H₅KO₆) 및 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)을 물에 투입한 후 혼합 교반하여 주도금액을 형성하는 공정과, 여기에 광택첨가제(G/L)와 무광택첨가제(E/G), 설폰산 및 젤라틴 등의 첨가제를 추가 투입한 후 교반하는 공정으로 이루어진다.

이때, 상기 주도금액을 형성할 때에는 혼합액 속에 아연 10~15g/l, 주석 5~10g/l, 칼륨 15~30g/l, 암모니아 10~25g/l이 포함되도록 하여야 하고, 첨가제를 투입할 경우에는 혼합액 속에 광택첨가제 10~20g/l, 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 포함되도록 하여야 함은 당연하다.

상기 황산제일주석(SnSO₄)은 황산과 주석의 화합물로서, 통상의 주석도금에서 가장 널리 사용되고 있다. 이러한 황산제일주석은 황산 수용액중에서 황산 이온(SO₄ ² ^-)과 주석이온(Zn² ⁺)으로 해리되어 약산성을 나타내며, 전기도금시 주석이온이 음극에 연결된 도금 대상물에 부착된다. 여기서, 상기 황산제일주석은 도금액중의 주석 함량이 5~10g/l이 되도록 선정하는 것이 바람직한데, 이는 주석 함량이 5g/l 미만인 경우에는 목적하는 도금층의 주석 농도 범위(70~75%)를 얻기 어렵고, 10g/l를 초과하는 경우에는 고 전류밀도로 도금하기가 어렵기 때문이다.

또, 상기 염화아연(ZnCl₂)은 염소와 아연의 화합물이며, 물에 쉽게 녹는 수용성 물질로서, 조해성이 있으므로 밀폐용기에 보관하여야 한다. 이러한 염화아연은 물속에서 염소이온과 아연이온으로 쉽게 해리되어 약산성을 나타내며, 전기도금시 아연이온이 음극에 연결된 도금 대상물에 부착된다. 여기서, 상기 염화아연은 도금액중의 아연 함량이 10~15g/l이 되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 아연 함량이 10g/l 미만인 경우에는 도금층의 조도와 가공성이 저하하고, 15g/l를 초과하게 되면 도금액중의 탁도가 떨어짐은 물론 목적하는 도금층의 아연 농도 범위(25~30%)를 얻기 어렵기 때문이다.

그리고, 상기 주석산칼륨(C₄H₅KO₆)은 타타르산(C₄H₆O₆)을 구성하는 2개의 카르복시기 중 하나의 수소 원자가 칼륨으로 치환된 것으로서, 물에 약간 녹아서 칼륨 이온(K+)과 타타르산 이온으로 해리되어 약산성을 띄게 된다. 여기서, 상기 주석산 캄륨은 도금액중의 칼륨 농도가 15~30g/l이 되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 칼륨 농도가 15g/l 미만이면 도금층이 흑색으로 변색되고, 30g/l을 초과하면 도금층의 입자가 고르지 못하기 때문이다.

또, 상기 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)은 물에 잘 녹으며, 암모늄 이온(NH₄ ⁺)과 황산 이온(SO₄ ² ^-)으로 해리되어 약산성을 나타낸다. 여기서, 상기 황산암모늄은 도금액중의 암모니아가 10~25g/l 함유되도록 하는 것이 바람직한데, 이는 도금액 중의 암모니아 농도가 10g/l 미만이면 고 전류밀도로 도금하기가 어렵고, 25g/l을 초과하면 도금층의 표면이 갈색으로 변화하기 때문이다.

그리고, 이상의 성분을 포함하는 주도금욕에 첨가제로서 광택 첨가제와 무광택 첨가제 및 설폰산 및 젤라틴을 추가로 투입함으로써 도금액을 완성한다.

상기 광택 첨가제는 도금액 중에 10~20g/l이 포함되도록 하고, 상기 무광택 첨가제는 15~25g/l가 포함되도록 한다. 그리고, 상기 설폰산은 3~5g/l이 포함되도록 하고, 젤라틴은 2~13g/l이 첨가되도록 한다. 여기서, 상기 설폰산은 수용액 중에서 해리하여 약산성을 보이게 된다. 그리고, 상기 젤라틴은 도금층의 부착력을 향상시키는 역할을 한다.

이상의 조성으로만 이루어질 경우에는 도금액이 산성을 나타내게 되므로, 도금액이 중성(pH=7)이 되도록 하여야 함은 당연하다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<실시 예>

실시예에서는 주도금욕과 첨가제의 성분 조성을 변화시키면서 도금 품질을 검사하였으며, 동시에 도금층을 구성하는 주석과 아연의 함량을 변화시키면서 내식성을 검사하였다.

다음의 표 1은 도금욕의 주성분인 아연과 주석, 칼륨 및 암모니아의 양 및 첨가제의 양을 변화시키면서 강판에 주석-아연 합금 도금을 실시한 후, 각각에 대하여 도금 품질을 검사한 것이다.

또한, 상기한 본 발명의 주석-아연 합금 도금액을 이용하여 강판에 주석-아연 합금 도금을 실시한 후, 강판에 형성된 합금 도금층의 주석 및 아연의 비율이 달라지게 한 상태에서 내식성을 검사한 결과 다음의 표 2와 같은 결과를 얻을 수 있었다.

상기한 표 2에 따르면, 강판에 형성된 합금 도금층의 아연과 주석의 합금비율이 중량비로 30 : 70인 경우에는 350시간 이상의 내식성을 보였고, 25 : 75인 경우에는 400시간 이상의 내식성을 보임을 알 수 있다. 따라서, 강판에 형성된 합금 도금층의 아연과 주석의 합금비율은 25~30 : 70~75로 하였다.

이상에서는 바람직한 실시 예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

주석(Sn)과 아연(Zn)으로 이루어진 전해액을 포함하는 도금욕에 있어서,
아연(Zn) 10~15g/l, 주석(Sn) 5~10g/l, 칼륨(K) 15~30g/l, 암모니아(NH₃) 10~25g/l을 포함하고,
광택첨가제 10~20g/l과 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 더 첨가된 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액.
삭제
제1항에 있어서,
강판에 형성된 합금 도금층에서 아연과 주석의 합금비율이 중량비로 25~30 : 70~75인 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액.
황산제일주석(SnSO₄)과 염화아연(ZnCl₂), 주석산칼륨(C₄H₅KO₆), 황산암모늄((NH₄)₂SO₄)을 물에 투입하여 혼합 교반함으로써, 혼합액 속에 아연 10~15g/l, 주석 5~10g/l, 칼륨 15~30g/l, 암모니아 10~25g/l이 포함되도록 하고,
광택첨가제(G/L)와 무광택첨가제(E/G), 설폰산 및 젤라틴을 추가 투입하여 혼합액 속에 광택첨가제 10~20g/l, 무광택 첨가제 15~25g/l, 설폰산 3~5g/l, 젤라틴 2~13g/l이 포함되도록 한 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액의 제조방법.