KR101183255B1

KR101183255B1 - 주석-아연 합금 도금액

Info

Publication number: KR101183255B1
Application number: KR1020120038604A
Authority: KR
Inventors: 서영호
Original assignee: 서영호
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-09-14

Abstract

본 발명은 주석-아연 합금 도금액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 및 건축 등 일반적으로 사용되는 방청용 자재의 표면처리 시 주석과 아연으로 이루어진 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가하여 저전류 부위 도금층 편차를 억제하고, 특히 도금층의 두께에 영향을 주는 양극판 슬러지 생성 및 전류치 상승 억제를 위해 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 및 글리세린을 첨가하여 저전류 부위의 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 주석-아연 합금 도금액에 관한 것이다.
본 발명은 주석-아연 합금 도금액에 있어서, 상기 도금액은 니코틴 산과, 코카미도프로필 베타인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

주석-아연 합금 도금액{Tin-Zinc alloy plating solution}

본 발명은 주석-아연 합금 도금액에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 및 건축 등 일반적으로 사용되는 방청용 자재의 표면처리 시 주석과 아연으로 이루어진 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가하여 저전류 부위 도금층 편차를 억제하고, 특히 도금층의 두께에 영향을 주는 양극판 슬러지 생성 및 전류치 상승 억제를 위해 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 및 글리세린을 첨가하여 저전류 부위의 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 주석-아연 합금 도금액에 관한 것이다.

세계적으로 자동차 폐차시 발생되는 분진 중 납에 대한 규제가 강화됨에 따라 기존에 사용중인 용융 턴(Terne) 강판을 대체할 수 있는 무연화 강판에 대한 필요성이 증가되고 있다.

이에 따라 용융 알루미늄 도금강판, 아연수지 피복강판 및 도금재를 소지로 한 특수 후처리 등의 기술이 개발되고 있는 실정이다.

이들 중 주석-아연 도금은 용융도금과 전기도금으로 나눌 수 있는데, 우수한 내식성의 확보를 위해서는 도금층에 10 ~ 30%의 아연농도 범위가 포함되어야 한다.

그러나 전기도금시 주석과 아연의 석출 전위차가 커서 고 전류밀도 도금이 곤란하고 씸(seam) 용접성이 불량하게 나타나 이를 개선하여야 하는 과제가 남아 있다.

이와 관련된, 선행기술로 일본공개특허 평08-325692호에는 주석-아연도금의 용융 도금재가 제시되어 있으나, 상기 공개특허에 기재된 주석-아연 용융도금은 도금층의 두께 제어가 어려워 균일성 확보가 잘 이루어지지 않으므로 가공성과 용접성이 불량하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 일본등록특허 제4441726호에는 도금 피막의 외관, 치밀성, 평활성, 밀착성 등의 개선을 위해 카르복시 베타인, 술포 베타인, 이미다졸린 베타인, 아미노카르복실산과 같은 계면활성제를 첨가한 주석 또는 주석 합금의 지방족설폰산 도금욕이 개시되어 있으나, 상기와 같은 구성 또한 도금층의 두께 제어가 어려워 균일성 확보가 잘 이루어지지 않는다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 자동차 및 건축 등 일반적으로 사용되는 방청용 자재의 표면처리 시 주석과 아연으로 이루어진 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가하여 저전류 부위 도금층 편차를 억제할 수 있는 주석-아연 합금 도금액을 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 도금층의 두께에 영향을 주는 양극판 슬러지 생성 및 전류치 상승 억제를 위해 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 및 글리세린을 첨가하여 저전류 부위의 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 주석-아연 합금 도금액을 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 세라믹 복합 부품 등 산이나 알카리에 영향을 받기 쉬운 소재에 대한 도금이 가능하고, 도금층의 피막층이 염수분무나 아황산가스 등에 대해서도 내식성을 갖도록 하는 주석-아연 합금 도금액을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 기존의 주석도금의 공정에서는 적용하지 않는 중화처리, 상온방치, 온탕수세 등을 적용하여 도금층의 내식성을 향상시킨 주석-아연 합금 도금액을 제공함에 또 다른 목적이 있다.

상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,

주석-아연 합금 도금액에 있어서, 상기 도금액은 니코틴 산과, 코카미도프로필 베타인을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 도금액은 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도금액은 글리세린을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 주석-아연 합금 도금액에 있어서, 유기산 주석 1.0 ~ 5.0 g/L, 염화 아연 15 ~ 40 g/L, 시트르산 90 ~ 150 g/L, 25% 수산화암모늄 80 ~ 140 g/L, 붕산 15 ~ 50 g/L, 황산 암모늄 40 ~ 60 g/L, 디소듐 라우레스 설포석시네이트 1.0 ~ 10 g/L 및 니코틴 산 0.1 ~ 0.6 g/L을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 도금액은 코카미도프로필 베타인 1.0 ~ 10 g/L을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 도금액은 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 1.0 ~ 5.0 g/L을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 도금액은 글리세린 1.0 ~ 5.0 g/L을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법은,

주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법에 있어서, 도금하고자 하는 금속재료의 표면을 탈지하기 위한 탈지단계와, 탈지 작업이 완료된 금속재료를 약 60℃의 온탕에서 수세하는 제1온탕수세단계와, 온탕 수세 후의 금속재료를 20%의 염산을 이용하여 산처리하는 산처리 단계와, 산처리 후의 금속재료를 활성화시키는 제1활성화단계와, 주석-아연 합금 도금액을 이용하여 활성화된 금속재료를 도금하는 주석-아연 도금단계와, 도금 작업 후의 금속재료를 활성화시키는 제2활성화단계와, 활성화된 금속재료의 표면에 방청피막을 입히는 크로메이트 단계 및 방청처리가 완료된 금속재료를 50 ~ 70℃의 온탕에서 수세하는 제2온탕수세단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 산처리 단계 이후에, 금속재료의 표면을 연마하는 화학연마단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 화학연마단계 이후에, 화학연마된 금속재료를 중화처리하는 중화처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 크로메이트 단계 이후에, 방청처리된 금속재료를 상온에서 20 ~ 40초 동안 방치하는 상온방치단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탈지단계는, 금속재료를 탈지액에 침지시켜 1차적으로 금속재료의 표면을 탈지하는 침적탈지단계와, 1차 탈지 완료된 금속재료를 전해액에 침지시켜 2차적으로 금속재료의 표면을 탈지하는 전해탈지단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 자동차 및 건축 등 일반적으로 사용되는 방청용 자재의 표면처리 시 주석과 아연으로 이루어진 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가하여 저전류 부위 도금층 편차를 억제하고, 특히 도금층의 두께에 영향을 주는 양극판 슬러지 생성 및 전류치 상승 억제를 위해 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 및 글리세린을 첨가하여 저전류 부위의 균일한 도금층을 확보할 수 있으므로 가공성과 용접성을 향상시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 세라믹 복합 부품 등 산이나 알카리에 영향을 받기 쉬운 소재에 대한 도금이 가능하고, 도금층의 피막층이 염수분무나 아황산가스 등에 대해서도 내식성을 갖도록 하는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법에 의하면, 기존의 도금 공정에서는 사용되지 않던 중화처리, 상온방치, 온탕수세 등의 공정을 추가로 적용하여 도금층의 내식성을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 기존의 일반 주석도금에 비해여 내식성이 약 10배 이상 향상되는 뛰어한 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 수입 약품을 사용하는 아연-니켈 합금도금의 대체품으로 사용이 가능하여 제조 원가를 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라 색상 또한 백색 및 흑색으로도 작업이 가능하여 일반 아연도금의 대체품으로도 사용이 가능한 효과를 추가로 갖는다.

또한, 본 발명에 따르면 건축 및 전기, 전자 등 여러 업종에 적용이 가능하며, 특히 납땜성 및 용접성을 요구하는 전자 부품 및 내식성을 중요시 여기는 자동차 부품 등에 포괄적으로 활용이 가능한 효과를 추가로 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법을 순차적으로 나타낸 흐름도.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액 및 그를 이용한 도금 방법에 대한 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 자동차 및 건축 등 일반적으로 사용되는 방청용 자재의 표면처리 시 주석과 아연으로 이루어진 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가하여 저전류 부위 도금층 편차를 억제하고, 특히 도금층의 두께에 영향을 주는 양극판 슬러지 생성 및 전류치 상승 억제를 위해 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 및 글리세린을 첨가하여 저전류 부위의 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 주석-아연 합금 도금액 및 그를 이용한 도금 방법에 관한 것으로, 그 구성은 크게 니코틴산(Nicotinic acid)과 코카미도프로필 베타인(Cocamidopropyl betaine)을 포함하여 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 본 발명은 주석과 아연을 포함하여 이루어진 종래의 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가물로 추가하여 주석-아연 합금 도금액을 구성한 것에 특징이 있는 것으로, 상기 니코틴산은 카복실 계열의 방향족 화합물로 황산 타입의 전도성염과 염화타입의 금속 성분과 고리화 작용을 하게 되어 저전류쪽 아연을 석출할 뿐만 아니라, 저전류에서 평활화 작용을 하여 저전류에서 도금층에 편차가 발생하는 것을 억제하는 역할을 하게 된다.

다음, 상기 코카미도프로필 베타인은 양쪽성 계면활성제 형태로 존재하여 수용액 상태에서 고전류 주석-아연 석출의 평활화 작용을 하고, 고전류에서의 합금 비율을 형성하는 역할을 하는 것이다.

즉, 본 발명은 주석과 아연을 포함하여 이루어진 종래의 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가물로 추가함으로써, 저전류 및 고전류에서의 평활화작용이 원활히 이루어지도록 하고 저전류 부위에서의 도금층 편차 발생을 방지함으로써 전체적으로 고른 도금층을 확보할 수 있도록 한 것에 특징이 있는 것이다.

다음, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액은 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염(Ethylendiaminetetraacetic Acid-tetrasodium Salt)을 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염은 착화제 및 금속조직봉쇄의 성질을 갖는 것에 특징이 있는 것으로, 금속이온의 성질을 잃게 하여 도금수용액 양극판에 슬러지가 생성되는 것을 억제하고, 도금수용액의 전류치가 상승하는 것을 역제함으로써 저전류 부위에서 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액은 글리세린(Glycerin)을 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 글리세린은 주석염의 용해도를 증가시키기 위한 착화제로서의 역할을 함으로써 마찬가지로 저전류 부위에서 보다 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 보다 세부적으로 설명하면, 유기산 주석, 염화 아연, 시트르산, 25% 수산화암모늄, 붕산, 황산 암모늄, 디소듐 라우레스 설포석시네이트 및 니코틴 산을 포함하여 구성되는데, 먼저 상기 유기산 주석(Stannous Methane Sulfonate Solution)은 수용액에서

성분으로 존재하는 것으로, 후술할 시트르산 및 25% 수산화암모늄(암모니아수)에 대비한 유기산 주석의 투입량에 따라 도금수용액의 탁도에 영향을 미치게 된다.

이때, 아래 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 유기산 주석의 함량이 1.0 g/L 이하인 경우, 가공성 및 도금외관상태가 불량하고 저전류 도금시 주석의 석출이 양호하지 않게 되고, 유기산 주석의 함량이 5.0 g/L 이상인 경우에는 도금수용액의 탁도가 불량하게 되므로, 상기 유기산 주석의 함량은 1.0 ~ 5.0 g/L가 되는 것이 바람직하다.(이하, 본 발명에서 사용되는 g/L는 물 1L 당 용해시킨 물질의 g수를 의미한다. 또한, 본 발명에서의 a ~ b는 a 초과 b 미만을 의미한다.)

또한, 아래 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 유기산 주석의 함량이 3.0 ~ 3.5 g/L인 경우 저전류 주석-아연 합금 비율 및 도금품질상태가 최적상태가 됨을 확인할 수 있다.

다음, 상기 염화 아연(Zinc chloride)은 수용액 상태에서 염화물 형태의 Zn 금속분으로 존재하는 것으로, Zn(아연) 석출에 의한 가공성에 영향을 미치게 된다.

테스트 결과, 상기 염화 아연의 함량이 5.0 g/L 이하인 경우 저전류 도금시 아연 석출이 용이하지 않고, 고전류시 버닝(burning)도금이 형성되는 것을 확인할 수 있었고, 그 함량이 50 g/L 이상인 경우 저전류 도금시 전체적으로 어두운 색상의 도금이 형성됨을 확인할 수 있었다.

또한, 아래 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 염화 아연이 함량이 15 g/L 이하인 경우, 가공성이 떨어지게 되고, 그 함량이 40 g/L 이상인 경우 가공성 및 도금외관상태가 좋지 않게 되므로 염화 아연의 함량은 15 ~ 40 g/L가 되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 염화 아연의 함량이 30 ~ 35 g/L가 된다.

다음, 상기 시트르산(Citric acid) 및 25% 수산화암모늄(암모니아수; Ammonium hydroxide)은 전술한 바와 같이, 합금 수용액 안에서 암모니아수의 비율 관계(1:0.9~1)에 따른 유기산 주석의 투입에 따라 도금수용액의 탁도에 영향을 미치는 것으로, 상기 시트르산의 경우 아래 표 3에 나타낸 바와 같이, 그 함량이 90 g/L 이하이거나, 150 g/L 이상인 경우 도금수용액의 탁도를 포함한 전반적인 도금품질상태가 불량하게 나타남을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 시트르산의 함량은 90 ~ 150 g/L 만큼 포함되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 시트르산의 함량은 도금수용액의 탁도, 박피성, 가공성, 도금외관상태가 모두 양호한 90 ~ 100g/L다.

또한, 상기 25% 수산화암모늄은 80 ~ 140 g/L 만큼 포함되는 것이 바람직한데, 그 이유는 아래의 표 4에 나타낸 바와 같이, 상기 25% 수산화암모늄의 함량이 80 g/L 이하이거나, 140 g/L 이상인 경우 도금수용액의 탁도를 포함한 전반적인 도금품질상태가 불량하게 나타나기 때문이다.

이때, 가장 바람직한 25% 수산화암모늄의 함량은 90 ~ 100 g/L이다.

다음, 상기 붕산(Boric acid)은 도금에 직접적으로 영행을 미치는 인자는 아니지만, 완충 메카니즘으로 인한 PH 버퍼로 작용하는 것이다.

즉, 상기 붕산은 도금액이 산성화되는 경우 알칼리로 작용하고, 도금액이 알칼리화되는 경우 산성으로 작용함으로써 도금액의 PH 변화에 완충 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 붕산의 함량은 15 ~ 50 g/L, 보다 바람직하게는 25 ~ 40 g/L 만큼 포함되는데, 그 이유는 아래 표 5에 나타낸 바와 같이, 붕산의 함량이 25 ~ 40 g/L 인 경우 연속작업시 PH 변화폭이 가장 작으며, 도금 품질적인 측면에서도 가장 효율적이기 때문이다.

반면, 상기 붕산의 함량이 10 g/L 이하이거나, 50 g/L 이상인 경우에는 연속작업시 PH 변화량이 급격히 증가하여 도금의 품질 조건에 부적합한 것을 확인할 수 있었다.

다음, 상기 황산암모늄(Ammonium Sulfate)은 물에 잘 녹으며 도금수용액 상에서 암모늄 이온과 황산 이온으로 해리되어 약산성을 나타내는 것으로, 후술할 디소듐 라우레스 설포석시네이트와 상호 작용을 하며, 저전류부 주석 석출을 용이하게 하기 위해 첨가되는 것이다.

이때, 상기 황산암모늄은 그 함량이 40 ~ 60 g/L가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 황산암모늄의 함량이 40 g/L 이하인 경우에는 고전류밀도로 도금하기가 어렵고, 그 함량이 60 g/L 이상인 경우에는 도금층 표면의 색깔이 갈색으로 변화하기 때문이다.

다음, 상기 디소듐 라우레스 설포석시네이트(Disodium laureth sulfosuccinate)는 음이온 계면활성제로 수용액 상태에서 저전류 아연 석출 작용 및 중전류로부터 저전류까지의 주석-아연 평활화를 조성하는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 디소듐 라우레스 설포석시네이트는 그 함량이 1.0 ~ 10 g/L가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 함량이 1.0 g/L 이하인 경우 저전류 아연 석출이 일어나지 않게 되고, 그 함량이 10 g/L 이상이 되면 아래 표 6에 나타낸 바와 같이, 가공성을 포함하는 전체적인 도금 품질이 떨어지기 때문이다.

또한, 가장 바람직한 디소듐 라우레스 설포석시네이트의 함량은 2.0 ~ 5.0 g/L이다.

다음, 상기 니코틴산(Nicotinic acid)은 전술한 바와 같이, 저전류쪽 아연을 석출하고, 저전류에서 평활화 작용을 하는 것으로, 그 함량은 0.1 ~ 0.6 g/L가 되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 상기 니코틴산의 함량이 0.1 g/L 이하인 경우에는 전술한 니코틴산의 작용효과가 잘 나타나지 않고, 그 함량이 0.6 g/L 이상인 경우에는 아래 표 7에 나타낸 바와 같이, 박피성을 포함한 전체적인 도금 품질이 저하되기 때문이다.

이때, 가장 바람직한 니코틴산의 함량은 0.3 ~ 0.5g/L이다.

한편, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액에 포함되는 코카미도프로필 베타인은 그 함량이 1.0 ~ 10 g/L이 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 그 함량이 1.0 g/L 이하인 경우 버닝도금 현상이 발생되고, 고전류에서의 주석-아연 석출이 잘 일어나지 않으며, 전압/전류 상승으로 인한 온도 상승으로 도금액의 조성이 불균일해지는 현상이 발생하기 때문이다.

또한, 상기 코카미도프로필 베타인의 함량이 10 g/L 이상인 경우에는 아래 표 8에 나타낸 바와 같이 가공성을 포함한 전체적인 도금의 품질이 저하되고, 계면활성제 비누화 작용으로 인해 주석-아연의 석출 효과가 떨어지기 때문이다.

이때, 아래 표 8에 나타낸 바와 같이 가장 바람직한 코카미도프로필 베타인의 함량은 2.0 ~ 5.0g/L이다.

다음, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액에 포함되는 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염은 전술한 바와 같이, 금속이온의 성질을 잃게 하여 도금수용액 양극판에 슬러지가 생성되는 것을 억제하고, 도금수용액의 전류치가 상승하는 것을 역제함으로써 저전류 부위에서 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 그 함량은 1.0 ~ 5.0 g/L가 포함된다.

즉, 상기 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염의 함량이 1.0 g/L 이하인 경우에는 전술한 작용 효과가 잘 나타나지 않고, 그 함량이 5.0 g/L 이상인 경우에는 아래 표 9에 나타낸 바와 같이 박피성, 가공성을 포함한 전체적인 도금의 품질이 떨어지기 때문이다.

이때, 본 발명에서의 가장 바람직한 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염의 함량은 4.0 ~ 4.5 g/L이다.

마지막으로, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액에 포함되는 글리세린은 음이온성 계면활성제로 전술한 디소듐 라우레스 설포석시네이트와 상호 보완 작용을 하여 도금의 전기 저항을 감소시키고, 저전류부에서의 도금의 침투를 용이하게 하여, 주석염의 용해도를 증가시키기 위한 착화제로서의 역할을 함으로써 마찬가지로 저전류 부위에서 보다 균일한 도금층을 확보할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 그 함량은 1.0 ~ 5.0 g/L가 포함된다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액의 성분 및 함량을 아래의 표 10에 나타내었다.

표 10에 나타낸 바와 같이, 완성된 주석-아연 합금 도금액(도금욕)의 PH는 5.8 ~ 6.2로 거의 중성을 띠게 되며, 비중은 11 ~ 13이 되고, 30 ~ 40℃의 온도로 사용된다.

한편, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금 방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 탈지단계(S10), 제1온탕수세단계(S20), 산처리 단계(S30), 제1활성화단계(S60), 주석-아연 도금단계(S70), 제2활성화단계(S80), 크로메이트 단계(S90) 및 제2온탕수세단계(S110)를 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 탈지단계(S10)는 도금하고자 하는 금속재료의 표면에 존재하는 기름 성분을 제거하는 역할을 하는 것으로, 침적탈지 단계(S12)와 전해탈지 단계(S14)로 이루어진다.

보다 상세히 설명하면, 상기 침적탈지(Deep cleaning)단계(S12)는 도금하고자 하는 금속재료를 탈지액에 침지시켜 1차적으로 금속재료의 표면을 탈지하는 역할을 하는 것으로, PH 9 ~ 11인 약 60℃의 탈지액에 금속재료를 약 20 ~ 30초 동안 침지시킴으로써 금속재료의 표면에 존재하는 기름성분을 1차적으로 제거하게 된다.

다음, 상기 전해탈지(Electro cleaning)단계(S14)는 침적탈지단계에서 1차적으로 탈지가 이루어진 금속재료를 PH 9 ~ 11인 약 60℃의 전해액에 넣고 1

의 전류밀도로 약 5 ~ 10분동안 탈지하게 된다.

이때, 상기 탈지액과 전해액(예를 들면, 제조사: 상일켐테크의 액상탈지제인 RTO-CLEANER)을 동일하게 사용하여 침적탈지단계(S12)와 전해탈지단계(S14)가 연속적으로 이루어질 수 있도록 구성할 수도 있음은 물론이다.

다음, 상기 제1온탕수세단계(S20)는 탈지 작업이 완료된 금속재료를 약 60℃의 온탕에서 세척함으로써 금속재료의 표면에 잔존하는 이물질, 특히 계면활성제와 같은 유기물 피막을 제거할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 제1온탕수세단계(S20)에서는 3단 수세, 즉 세 번의 세척과정을 거치도록 함으로써 금속재료의 표면에 잔존하는 유기물 피막을 보다 완벽히 제거할 수 있도록 한다.

다음, 상기 산처리 단계(S30)는 온탕 수세 후의 금속재료에 존재하는 녹 등의 이물질이나 잔존하는 기름기를 제거하는 단계에 관한 것으로, 약 20%의 농도를 갖는 약 30 ~ 40℃의 염산을 이용하여 약 1 ~ 3분 동안 산처리하게 된다.

다음, 상기 산처리 단계(S30) 이후에는 금속재료의 표면에 존재하는 이물질을 제거하는 수세 단계가 이루어지는데, 상온 즉, 약 20 ~ 30℃의 물을 이용하여 세차례 수세 작업을 거치게 된다.

이때, 상기 수세 단계는 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금 방법의 과정 중 각 단계 후에 반복적으로 이루어지는 것으로, 이후에는 상세한 설명을 생략하기로 하겠다.

한편, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금 방법은 상기 산처리 단계(S30) 이후에 화학연마단계(S40)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 화학연마단계(S40)는 강산, 강알칼리 등의 용액에 금속재료를 담금으로써 산에 응해되기 어려운 성분이 미분발상으로 되어 금속재료의 표면에 잔류 부착되는 스머트(smut)를 제거하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 약 30 ~ 40℃의 온도를 갖는 농도 50%의 KCRUKA #MP 용액(제조사: 상일켐테크의 화학연마제)을 이용하여 30 ~ 60초 동안 화학연마를 진행하게 된다.

또한, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금 방법은 상기 화학연마단계(S40) 이후에 수세 과정을 거친 후, 중화처리단계(S50)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 중화처리단계(S50)는 산처리 및 화학연마된 금속재료의 표면에 잔존하는 산기를 완전히 제거하고 금속재료의 표면 PH를 전술한 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액의 PH(5.8 ~ 6.2)와 맞춤으로써 후술할 주석-아연 도금단계(S70)에서 금속재료의 표면에 균일한 도금이 이루어질 수 있도록 하고, 도금층의 밀착성을 견고히 하여 내식성을 향상시키는 역할을 하는 것이다.

상기 중화처리단계(S50)에서는 화학연마된 금속재료를 30 ~ 40℃ 온도의 TOP-F(제조사: 일본화학공업) 50g/L, NaCN(시안화나트륨) 15g/L이 혼합된 수용액에 10 ~ 20초 동안 담금으로써 금속재료의 표면 PH를 주석-아연 합금 도금액의 PH(5.8 ~ 6.2)와 맞추게 된다.

다음, 상기 제1활성화단계(S60)는 산처리단계(S30) 또는 중화처리단계(S50) 이후의 금속재료의 표면을 활성화시켜 후술할 주석-아연 도금단계(S70)에서의 주석-아연 도금액의 밀착력을 향상시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 30 ~ 40℃의 온도하에서 약 3초 동안 이루어진다.

다음, 상기 주석-아연 도금단계(S70)는 제1활성화단계(S60)에서 활성화가 완료된 금속재료를 전술한 본 발명에 따른 주석-아연 도금액에 침지시켜 금속재료의 표면을 도금하는 단계에 관한 것으로, 11 ~ 13의 비중을 갖는 30 ~ 40℃의 주석-아연 도금액(도금욕)에 금속재료를 침지시킨 후 2.0 ~ 2.5V의 전압 및 1.5

의 전류밀도를 가하여 10 ~ 30 rpm으로 회전시키면서 약 60분 동안 도금작업이 진행된다.

상기와 같은 주석-아연 도금단계(S70) 이후에는 수세 작업을 거친 후, 제2활성화단계(S80)를 진행하게 되는데, 상기 제2활성화단계(S80)는 도금이 완료된 금속재료를 크로메이트화 하기 이전에 금속재료의 표면에 방청코팅이 잘 이루어지도록 활성화시키는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 제2활성화단계(S80)에서는 도금이 완료된 금속재료를 30 ~ 40℃ 온도의 구연산 용액(50g/L)에 약 3초 동안 디핑(dipping)시켜 금속재료의 표면을 활성화시킨다.

다음, 상기 제2활성화단계(S80) 이후에는 다시 수세 작업을 거친 후, 활성화된 금속재료의 표면에 방청 피막을 입히는 크로메이트(Chromate) 단계(S90)를 거치게 되는데, 상기 크로메이트 단계(S90)는 도금이 완료된 금속재료의 표면에 크롬산을 주성분으로하는 방청 피막(코팅층)을 형성시킴으로써 도금된 금속재료의 내식성 및 내마모성을 향상시킴과 동시에 광택성을 향상시키는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 크로메이트 단계(S90)는 도금이 완료된 금속재료를 그 온도가 20 ~ 30℃이고, 크롬산 또는 중크롬산을 주성분으로 하는 농도 10 ~ 20%, PH 3.0 ~ 4.0의 용액 속에 약 30 ~ 90초 동안 침지시킴으로써 이루어진다.

또한, 상기 크로메이트 단계(S90)에서는 도금을 하고자 하는 금속재료의 사용 목적에 따라 유색, 황색 또는 흑색 크로메이트를 선택적으로 사용함으로써 방청 피막 코팅층이 백색, 황색 또는 흑색을 띠도록 구성할 수 있다.

다음, 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법은 상기 크로메이트 단계(S90) 이후에 크롬산 또는 중크롬산을 주성분으로 하는 용액으로부터 꺼낸 금속재료를 상온에서 20 ~ 40초 동안 방치하는 상온 방치단계(S100)를 더 포함하여 구성될 수도 있는데, 상기 상온 방치단계(S100)는 금속재료의 표면에 크로메이트 피막 즉, 방청피막이 고르게 형성될 수 있도록 하는 시간을 부여하기 위한 것이다.

즉, 종래와 같이 크로메이트 처리 후 바로 수세 작업을 진행하는 경우, 피막층의 형성이 불안하게 되어 내식성이 떨어지게 되는 단점이 있던 것임에 비해, 본 발명에서는 크로메이트 처리된 금속재료를 상온에서 20 ~ 40초 동안 방치한 후 수세 작업을 진행함으로써 피막층이 형성되는 시간을 부여하여 전체적인 내식성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기와 같이 표면에 방청피막이 형성된 금속재료는 수세 작업을 거친 후 제2온탕수세단계(S110)를 거치게 되는데, 상기 제2온탕수세단계(S110)는 방청처리 및 수세작업이 완료된 금속재료를 50 ~ 70℃의 물로 이루어진 온탕에 5 ~ 15분 동안 침지시킴으로써 금속재료의 표면에 잔존하는 이물질, 즉 도금 후 표면에 잔존하는 유기물 피막을 보다 완벽히 제거하기 위한 것이다.

다음, 상기와 같이 제2온탕수세단계를 거친 금속재료는 40 ~ 60℃의 온도에서 약 15 ~ 25분동안 건조하는 건조단계(S120)를 거침으로써 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금과정이 완료되는 것이다.

아래의 표 11은 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액을 이용한 도금방법에 의해 제조된 도금제품의 염수분무 시험 데이터를 나타낸 것으로, 종래 주석도금의 내식성이 일반적으로 96시간 정도인 것에 비해, 훨씬 향상된 결과를 보임을 확인할 수 있다.

또한, 크로메이트 처리시 약 2배 정도의 내식성 향상 효과를 추가적으로 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 주석-아연 합금 도금액 및 그를 이용한 도금 방법에 의하면, 자동차 및 건축 등 일반적으로 사용되는 방청용 자재의 표면처리 시 주석과 아연으로 이루어진 전해액에 니코틴산과 코카미도프로필 베타인을 첨가하여 저전류 부위 도금층 편차를 억제하고, 특히 도금층의 두께에 영향을 주는 양극판 슬러지 생성 및 전류치 상승 억제를 위해 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 및 글리세린을 첨가하여 저전류 부위의 균일한 도금층을 확보할 수 있으므로 가공성과 용접성을 향상시킬 수 있도록 하고, 세라믹 복합 부품 등 산이나 알카리에 영향을 받기 쉬운 소재에 대한 도금이 가능하고, 도금층의 피막층이 염수분무나 아황산가스 등에 대해서도 내식성을 갖도록 하며, 기존의 도금 공정에서는 사용되지 않던 중화처리, 상온방치, 온탕수세 등의 공정을 추가로 적용하여 도금층의 내식성을 향상시킬 수 있도록 하는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

S10 : 탈지단계 S12 : 침적탈지단계
S14 : 전해탈지단계 S20 : 제1온탕수세단계
S30 : 산처리단계 S40 : 화학연마단계
S50 : 중화처리단계 S60 : 제1활성화단계
S70 : 주석-아연 도금단계 S80 : 제2활성화단계
S90 : 크로메이트 단계 S100 : 상온방치단계
S110 : 제2온탕수세단계 S120 : 건조단계

Claims

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주석-아연 합금 도금액에 있어서,
유기산 주석 1.0 ~ 5.0 g/L, 염화 아연 15 ~ 40 g/L, 시트르산 90 ~ 150 g/L, 25% 수산화암모늄 80 ~ 140 g/L, 붕산 15 ~ 50 g/L, 황산 암모늄 40 ~ 60 g/L, 디소듐 라우레스 설포석시네이트 1.0 ~ 10 g/L 및 니코틴 산 0.1 ~ 0.6 g/L을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액.
제 4항에 있어서,
상기 도금액은 코카미도프로필 베타인 1.0 ~ 10 g/L을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액.
제 4항에 있어서,
상기 도금액은 에틸렌디아민테트라아세트산-4나트륨염 1.0 ~ 5.0 g/L을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액.
제 4항에 있어서,
상기 도금액은 글리세린 1.0 ~ 5.0 g/L을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 주석-아연 합금 도금액.
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