KR101137493B1 - 알루미늄 휠의 전기도금방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 휠을 크롬도금 하기 위한 전처리 및 도금 방법에 관한 것으로, 특히 전처리 공정 중 징케이트 공정을 개선하고, 동 도금 전에 니켈 스트라이크 도금을 행함으로써, 밀착성이 우수한 크롬 도금 알루미늄 휠을 얻을 수 있게 하는데 특징이 있다.

알루미늄휠, 전기도금, 전처리, 아연치환

Description

알루미늄 휠의 전기도금방법{A ELECTRO PLATING METHOD FOR ALUMINUM ALLOY WHEELS}

본 발명은 전기 도금을 통해 알루미늄 휠에 크롬 도금을 수행하는 도금 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 휠 전기도금의 전처리 방법을 개선하고 니켈 스트라이크 도금 공정을 도입하여 알루미늄 휠의 크롬 도금 시 발생하는 밀착성 저하를 개선하여 밀착력과 표면전도도가 우수한 전기도금을 구현할 수 있는 방법에 관한 것이다.

알루미늄은 면심입방구조(FCC. Face Centered Cubic)를 가져 연성과 전성이 우수하기 때문에 부품의 경량화에 적합하여 최근에는 거의 모든 구조부품에 이용되고 있는 실정이며, 이에 따라 알루미늄으로 제조한 제품에 대한 도금의 수요도 급증하고 있다.

그런데, 알루미늄은 아연보다도 비(卑)한 금속이며 양성금속으로서 표면이 산화되기 쉽고 알루미늄의 전기 도금은 수용액 속에서 직접 행할 수 없기 때문에 일련의 전처리 과정이 필요하게 된다.

도 1은 일반적인 알루미늄 제품에 크롬을 전기도금하는 공정을 도시한 것으로서, 도시된 바와 같이, 전처리 공정(100~160), 동 도금 공정(170~180), 니켈 도 금 공정(190) 및 크롬 도금 공정(200)으로 나누어지고 각 공정의 사이에는 필수적으로 수세공정이 포함된다. 이들 공정의 구체적인 과정은 다음과 같이 이루어진다.

상기 전처리 공정(100~160)은 다시 연마 공정(100), 탈지 공정(110), 에칭 공정(120), 디스머트 공정(130), 징케이트 1차 공정(140), 징케이트 박리 공정(150) 및 징케이트 2차 공정(160)으로 이루어진다.

상기 연마 공정(100)은 균일한 도금을 위해 알루미늄 소재를 자동 또는 수동으로 연마하는 공정이고, 상기 탈지 공정(110)은 연마 후 표면에 잔류하는 이물질과 기름성분을 제거하는 공정이며, 상기 에칭 공정(120)은 알카리 세정에 의해 생성하는 표면의 알루미늄 산화막을 제거하는 공정이다. 상기 디스머트 공정(130)은 에칭(120) 공정 후에 알루미늄 표면에 생긴 환원성 금속염인 스머트(smut)를 제거하기 위한 공정으로 알루미늄에 침투되지 않는 농후한 질산과 불산 등의 액을 사용하여 세정하는 공정이다. 또한, 상기 징케이트 1차 공정(140)은 아연치환 도금으로서 농후한 수산화나트륨에 산화아연을 용해한 알카리 용액에 청정한 알루미늄을 침적하면 알루미늄이 용해하여 이온화되어 있는 아연과 치환해서 표면에 아연 피막을 입히는 공정이며, 상기 징케이트 박리 공정(150)은 질산 침식에 의해서 아연 피막을 용해하는 공정이며, 상기 징케이트 2차 공정(160)은 아연치환 도금으로서 징케이트 1차(140)와 동일한 도금 과정을 통해 치밀한 아연 피막을 입히는 공정이다.

상기 동 도금 공정(170~180)은 레벨링과 평활도를 얻기 위한 공정으로 활성화처리를 한 후에 실시하며, 상기 니켈 도금 공정(190)은 도금의 내식성을 향상시 키기 위한 도금 공정으로 다중 니켈 도금층을 형성하며, 상기 크롬도금(195)은 내식성 및 광택도 유지를 위해 실시하는 도금 공정이다.

그런데, 일반적인 알루미늄 제품들과 달리 Al-Si-Mg을 주성분으로 하는 주조용 알루미늄합금, 예컨대 AC4CH와 같은 알루미늄 합금으로 제조된 알루미늄 휠은 상기한 일반적인 알루미늄 도금 방법을 통해 도금을 하였을 때, 도금 후 밀착불량 또는 제품 출하 후 밀착불량 등 많은 문제점이 있다.

한편, 도금 공정에 앞서 시행하는 처리 대상 제품 표면에 대한 평활 및 세정 등의 전처리 공정은 최종 표면처리 제품의 미려함, 안정성 및 내구성 등 품질에 결정적인 영향을 주는 주요 인자로 전처리 공정은 비교적 단순하므로 가끔 소홀히 생각하는 경우가 있으나, 실제로는 표면처리 제품의 불량 원인으로 가장 큰 부분을 차지하며, 전체 가공비용에 미치는 영향도 상당하다.

더욱이, 전처리 공정 중 디스머트 처리 공정의 경우, 일반적으로 질산을 사용하고 있는데 질산은 공정 중 인체에 해로운 질산가스를 발생시킬 뿐 아니라, 수질환경보전법에 의해 총 질소, 총 인의 배출허용기준이 강화되고 있어 새로운 디스머트 처리 방법이 요구되고 있다.

또한 종래의 방법에 의할 경우, 디스머트 처리가 과하게 이루어지게 되는데, 이에 따라 알루미늄 표면에 많은 손상이 생겨 후속 공정인 징케이트 처리에도 영향을 끼쳐 왔다.

또한 자동차에 대한 고객의 최대 관심사는 신뢰성이 있는 품질인데, 초기 알루미늄 휠은 외부환경에서의 부식을 차단하기 위해서 무전해 니켈도금을 많이 하였 으나 생산원가가 높아, 최근에 와서는 1, 2차 징케이트 무전해 도금방법이 보편화되어 많이 사용하고 있는 상황이다.

그러나 알루미늄 휠과 같이 주성분이 일반 알루미늄 소재와 다르고 복잡한 형상을 가진 제품에 기존의 징케이트 약품을 적용하게 되면 밀착력이 떨어져 도금 후에 밀착불량 또는 제품 출하 후에 밀착불량 문제들이 발생하여 왔다. 따라서 좋은 상태의 전기도금을 하기가 어려웠으며 새로운 방식의 전처리 및 도금 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 연구개발된 것으로서, 알루미늄 휠에 도금 밀착력이 우수한 도금층을 형성할 수 있는 전기 도금방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단으로 본 발명은 알루미늄휠의 전기도금방법으로서, 알루미늄 휠의 연마 단계와, 탈지 단계와, 에칭 단계와, 디스머트 단계와, 징케이트 처리단계를 포함하며, 상기 디스머트 단계는, 과산화수소수, 불화암모늄, 황산 및 철계화합물을 포함하는 혼합물을 사용하여 알루미늄 휠을 전처리하는 단계와; 전처리된 알루미늄 휠에 니켈 스트라이크 도금을 행하는 단계와; 상기 니켈 스트라이크 도금층 위에 순차적으로 동도금, 니켈도금 및 크롬도금을 행하는 단계; 를 포함한다.

종래에는 알루미늄 휠의 도금에 니켈 스트라이크 도금을 행하지 않았으나, 본 발명에서는 니켈 스트라이크 도금을 동 도금 전에 행함으로써, 종래의 알루미늄 휠 도금과 차별되는 밀착성을 얻도록 하였다.

삭제

또한, 본 발명에 있어서, 상기 징케이트 처리는, 징케이트 1차 처리, 징케이트 박리 및 징케이트 2차 처리로 이루어지며, 상기 징케이트 1차 및 2차 처리는, 아연치환도금으로 아연 6 ~ 15g/l, 니켈 5 ~ 10g/l을 포함하는 혼합액을 20 ~ 30℃에서 30 ~ 90초 범위로 처리하는 것을 특징으로 하며, 상기 도금 조건을 벗어날 경 우, 아연도금층이 쉽게 박리되기 때문에 상기 조건으로 징케이트 처리를 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 니켈 스트라이크 도금은, 전류밀도 3 ~ 5A/d㎡에서, 2 ~ 5분 실시하는 것을 특징으로 하며, 이러한 도금 조건을 벗어날 경우, 도금층의 응력에 의해 아연도금층이 알루미늄층으로부터 분리되기 때문에 상기 조건으로 니켈 스트라이크 도금을 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 전기 도금 방법은 다양한 종류의 알루미늄 합금에 사용될 수 있으나, 특히 Si 및 Mg를 함유하는 주조용 합금의 도금에 적합하다.

본 발명에 따른 알루미늄 휠의 전기 도금 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 동 도금 전에 니켈스트라이크 전기도금을 행함으로써, 이어지는 동 도금, 니켈 도금, 크롬 도금을 한 후의 도금층 밀착불량이 종래의 알루미늄 휠에 비해 크게 줄어든다.

둘째, 본 발명에 따른 징케이트 처리조건은 알루미늄 휠과 같이 주성분이 일반적인 알루미늄 소재와 다르고 복잡한 형상을 가진 제품에 우수한 밀착력과 표면전도도를 제공한다.

본 발명의 실시예들을 설명하기 위해 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함하는 의미이다. 그리고 포함한다의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및 /또는 성분을 구체화하며 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만 여기에 사용되는 기술용어 및 과학 용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미이다. 또한, 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 갖는 것으로 추가 해석되고 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 알루미늄 휠의 도금 과정에 대해 상세하게 설명하겠지만, 본 발명이 하기의 실시예에 제한되는 것은 아니다. 따라서 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경할 수 있음은 자명하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 도금 공정에 대한 공정도이다. 도시된 바와 같이, 전체공정은 일반적인 알루미늄 도금 공정과 비교할 때, 전처리 공정(200~260)과 동 도금 공정(270~280)의 사이에 니켈 스트라이크 도금 공정(265)이 추가되었으며, 또한 알루미늄의 전처리 공정 중 디스머트 공정과 징케이트 처리 공정도 기존의 방법에 비해 변경되었다. 이하, 각 단계에 대해 구체적으로 설명한다.

전처리 공정

상기 전처리 공정(200~260)은 연마 공정(200), 탈지 공정(210), 에칭 공정(220), 디스머트 공정(230), 징케이트 1차 공정(240), 징케이트 박리 공정(250) 및 징케이트 2차 공정(260)으로 이루어지며, 각 공정은 다음과 같이 수행되었다.

상기 연마 공정(200)은 알루미늄 휠을 균일한 도금이 되도록 하는 가장 먼저 행해지는 작업으로서, 본 발명의 실시예에서는 일반적으로 사용되는 초벌연마 후 4개의 휠을 동시에 연마할 수 있는 자동 연마기를 별도 제작하여 중벌 연마를 하고 수공으로 오비탈 샌더기로 마무리 연마 작업을 하였다.

상기 탈지 공정(210)은 알루미늄 휠에 부착된 이물질과 기름 성분을 제거하기 위한 공정으로, 본 발명의 실시예에서는 먼저 상품명 메텍스(Metex) SU-486을 이용하여 2 ~ 5분 정도 60℃ 이상 고온에서 연마를 하여 표면의 이물질을 제거한 후, 상품명 메텍스(Metex) S-1640을 이용하여 3~7분 정도 초음파 탈지하는 방법으로 이물질과 기름 성분을 완전히 제거하였다.

상기 에칭 공정(220)은 알루미늄 휠의 표면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 공정으로, 본 발명의 실시예에서는 상품명 유니클린(Uniclean) 152를 사용하여 상온에서 30 ~ 60초 정도 처리하는 방법을 통해 산화막을 제거하였다.

상기 디스머트 공정(230)은 상기 에칭 공정(120) 후에 알루미늄 휠의 표면에 생성된 환원성 금속염(즉, 스머트(smut))을 제거하기 위한 공정으로 본 발명의 실시예에서는 상품명 메텍스에치솔츠(Metex Etch Salts)를 사용하여 상온에서 1분 정 도 처리하여 스머트를 제거 처리하였다. 이와 같이 양호한 디스머트 처리 결과는 후속하는 징케이트 처리를 원활하게 하여, 나아가 도금층의 밀착력과 표면전도도를 향상시키는데 기여하게 된다.

상기 징케이트 1차 공정(240)은 아연치환 도금으로, 본 발명의 실시예에서는 아연 6 ~ 15g/l, 니켈 5 ~ 10g/l의 혼합액을 20 ~ 30℃에서 30초에서 90초 내외로 처리하였다.

상기 징케이트 박리 공정(250)은 생성된 아연 피막을 용해하는 공정으로서, 본 발명의 실시예에서는 상품명 메텍스(Metex) CA 3107을 사용하여 상온에서 1초 ~ 10초 정도 처리하여 아연피막을 용해하였다.

상기 징케이트 2차 공정(260)은 아연치환 도금으로 상기 징케이트 1차 공정(240)과 동일한 조건으로 실시하였으며, 그 결과 기존의 징케이트 처리 후의 피막에 비해 치밀한 피막을 얻을 수 있었다.

전처리 공정 후 형성된 피막 특성 평가

상기한 전처리 공정을 통해 생성된 피막은 GM9071P 규격에 명시된 3M610 테이프를 사용하여 크로스 해치 시험(Cross Hatch Test) 방법으로 밀착력을 확인하였으며 그 결과는 도 3에 나타내었다.

도 3a에서 확인되는 바와 같이, 테이프를 부착한 자국이 선명하게 관찰되는데 이는 기존 징케이트 처리 후에는 아연층이 약간 벗겨지는 것을 의미한다. 이에 비해 도 3b에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 생성된 피막의 경우 비 교예와 달리 테이프를 부착한 자국이 전혀 관찰되지 않는데 이는 아연층의 박리가 전혀 이루어지지 않은 것을 의미한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전처리를 통해 건전한 전처리 피막을 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한 전처리 공정을 통해 얻어진 피막의 표면전도도는 4 Point Probe 장비를 사용하여 확인하였는데, 징케이트 처리 후의 표면전도도의 결과는 하기 표 1과 같았다.

표면전도도 측정결과

구분	단위 (/Ωㆍcm)
종래의 징케이트 처리 후	0.051
본 발명에 따른 징케이트 처리 후	0.054

상기 표 1에서 확인되는 바와 같이, 종래의 방법에 따른 징케이트 처리 피막의 표면전도도(0.051)보다 본 발명의 실시예에 따른 징케이트 처리 피막의 표면전도도(0.054)가 다소 우수하였다.

도금 공정

이상과 같은 전처리(200~260) 후에 니켈 스트라이크 도금(265)을 실시하였다. 니켈 스트라이크 도금(265)은 상기한 바와 같이 우수한 밀착력과 표면전도도를 갖도록 징케이트 처리된 표면 위에 전류밀도 3 ~ 5A/d㎡로, 2 ~ 5분 도금을 행하였으며, 니켈 스트라이크 도금액은 반광택 니켈 도금액과 비슷한 수준으로 유지하였다.

상기 동 도금 공정(270~280)은 레벨링과 평활도를 얻기 위한 공정으로서, 본 발명의 실시예에서는 황산동 190 ~ 250g/l의 동도금액을 사용하여 상온에서 50 ~ 100분의 도금 조건으로 도금하여 두께 30 ~ 40㎛의 도금층을 형성하였다.

상기 니켈 도금 공정(290)은 도금층에 내식성을 부여하기 위한 공정으로서, 본 발명의 실시예에서는 황산니켈 250 ~ 400g/l, 염화니켈 30 ~ 50g/l의 니켈도금액을 사용하여 50 ~ 65℃에서 10 ~ 30분의 도금 조건으로 도금하여 두께 20 ~ 30㎛의 도금층을 형성하였다.

상기 크롬 도금 공정(300)은 알루미늄 휠에 내식성과 광택성을 부여하기 위한 공정으로서, 본 발명의 실시예에서는 크롬산 200 ~ 350g/l의 도금액을 사용하여 상온에서 2 ~ 3분간의 도금 조건으로 도금하여 두께 0.3㎛ 이상의 도금층을 형성하였다.

도막 특성 평가

이와 같이 도금된 알루미늄 휠과 종래의 방법으로 도금된 알루미늄 휠의 도금 밀착성을 밴드 쏘(Band Saw)의 방법으로 평가하였다.

도 4에서 확인되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 도금 방법을 통해 도금된 도금층의 밀착성과 외관이 종래의 방법에 비해 크게 개선되었음을 알 수 있다. 도 4에서는 도금층을 아래로 하여 밴드 쏘로 수 회 절단 시험을 하여 그 결과를 나타내었다. 기존 방법에 의한 도금층의 경우 밴드 쏘에 의한 밀착성 테스트 결과 ○ 표시부분에서 나타나듯 절단 부분에서 도금층이 일부 벗겨지는 것을 알 수 있었으며 본 발명의 실시 예에 따른 방법에서는 절단 부분에서 도금층이 벗겨지지 않는 것을 확인할 수 있었다.

도 1은 종래의 알루미늄 휠의 도금 공정도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 휠의 전기도금 공정도이다.

도 3a 및 도 3b는 각각 종래의 전처리 공정과 본 발명의 실시예에 따른 전처리 공정을 통해 형성된 피막에 대한 크로스 해치 시험 후의 상태를 나타낸 사진이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예와 종래의 방법에 따라 도금 처리된 알루미늄 휠에 대해 밴드 쏘를 이용하여 도금 밀착성을 평가한 후의 상태를 나타낸 사진이다.

Claims (5)

1. 알루미늄 휠의 전기도금방법으로서,

   알루미늄 휠의 연마 단계와, 탈지 단계와, 에칭 단계와, 디스머트 단계와, 징케이트 처리단계를 포함하며, 상기 디스머트 단계는, 과산화수소수, 불화암모늄, 황산 및 철계화합물을 포함하는 혼합물을 사용하여 알루미늄 휠을 전처리하는 단계와;

   전처리된 알루미늄 휠에 니켈 스트라이크 도금을 행하는 단계와;

   상기 니켈 스트라이크 도금층 위에 순차적으로 동도금, 니켈도금 및 크롬도금을 행하는 단계; 를 포함하는 알루미늄 휠의 전기도금방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 징케이트 처리는,

   징케이트 1차 처리, 징케이트 박리 및 징케이트 2차 처리로 이루어지며,

   상기 징케이트 1차 및 2차 처리는, 아연치환도금으로 아연 6 ~ 15g/l, 니켈 5 ~ 10g/l을 포함하는 혼합액을 20 ~ 30℃에서 30 ~ 90초 범위로 처리하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 휠의 전기도금방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 니켈 스트라이크 도금은, 전류밀도 3 ~ 5A/d㎡에서, 2 ~ 5분 실시하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 휠의 전기도금방법.
5. 제 1 항, 제 3 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 휠은 Si 및 Mg를 함유한 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 알루미늄 휠의 전기도금방법.

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