KR101265156B1 - 바렐을 이용한 3가크롬 도금장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3가크롬 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)와, 도금체(16)와 전도성 볼(14)이 내부에 채워져 도금수조(2)에 침지되는 회전형 바렐용기(8)를 구비하되, 바렐용기(8) 양측에는 바렐용기(8)를 승강작동시키는 승강체(18)를 설치하며, 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)에는 이리듐 양극대(6)를 침지하고 바렐용기(8) 내에는 봉체의 음극 동부스바(12)가 바렐용기(8)의 바닥면에 위치하여 도금액(4)에 침지된 상태를 유지하게 설치하여, 양극대(6)와 음극 동부스바(12)에 450~600A의 전류를 도금액(4)에 인가함으로써 도금액(4)을 통전시켜 도금체(16)에 피막이 형성되게 구성하여, 3가크롬 도금공정이 간소화되어 생산효율이 좋고 도금제품의 단가를 절감할 수 있는 효과가 있으며, 3가크롬 도금을 위한 도금액(4)의 전류효율이 좋아 도금체(16)의 표면이 매끄러워 제품의 품질이 우수한 장점이 있다.

Description

바렐을 이용한 3가크롬 도금장치{TRIVALENT CHROMIUM PLATING APPARATUS USING BARREL}

본 발명은 도금장치에 관한 것으로, 특히 바렐을 이용한 3가크롬의 도금장치에 관한 것이다.

일반적으로 도금된 금속크롬은 경도가 높고 광택이 좋으며 대기중에서 변색 및 탈색되기가 어렵고, 내식성과 내마모성이 좋아 장식도금의 최종도금으로 폭 넓게 사용되고 있다.

지금까지 산업용으로 개발된 크롬도금액은 대부분이 크롬산 용액에 황산을 촉매로 첨가한 Sargent와 Fink 등의 6가크롬(Cr6+) 도금액이 사용되고 있다. 그러나 6가크롬의 사용은 비격막 천공증과 폐암 등을 발생시키는 유해물질로 규정되면서 사용이 엄격히 규제되고 있는 실정이다.

최근에는 6가크롬을 대체할 수 있는 환경 친화적인 표면처리 기술로 3가크롬(Cr3+) 도금이나 합금도금 등 기존의 습식 도금술을 이용하는 방안과, PVD 및 HVOF등 표면처리 공정을 대체하는 방안이 제안되고 있다.

특히, 3가크롬 도금공정은 6가크롬 도금에 비해 도금속도, 폐수처리비, 작업자의 건강과 안전등에서 장점이 인정되고 있다. 이러한 3가크롬 도금은 6가크롬의 특성과 유사하고 친환경적인 기술로 인하여 전기/전자제품(세탁기, 휴대폰) 장식용으로 많이 실용화가 이루어졌다.

종래의 3가크롬 도금장치로 피도금체를 랙(rack)에 걸어 놓은 상태에서 도금액에 침전시켜 크롬도금하는 방법이 사용되어 왔다. 하지만 휴대폰과 같이 소형제품에 사용되는 부품을 일일이 랙에 거는 작업과 도금 후 랙에 걸린 피도금체를 분리하는 작업이 수작업으로 이루어져 작업시간이 오래 걸림에 따라 제품의 생산이 늦어져 효율성이 떨어진다. 또한, 랙에 걸어 피도금체를 도금함에 따라 피도금체를 랙에 걸기 위한 끝단부를 제거하여 버리게 되므로 도금제품의 생산 단가가 높아지는 문제가 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위해 등록실용신안 제20-427364호(명칭 : 바렐 도금장치)(인용문헌 1)가 개시되어 있다.

인용문헌 1을 살펴보면, 피도금체를 바렐에 넣어 전해액이 담겨있는 도금수조에 침지시킨 후, 전해액에 전류를 인가하면 전해액이 전기분해되면서 전해액 속에 포함된 금속 이온이 분리되어 음극의 피도금체의 포면에 부착되며, 일정 시간이 지나면 얇은 막을 형성하면서 도금되는 것이다.

하지만 인용문헌 1의 도금장치는 크롬도금액을 이용한 3가크롬 도금시에는 전류효율이 낮아 도금 표면이 얼룩지거나 불연속 도금으로 인해 밀착력이 떨어져 피도금체의 표면이 매끄럽지 못한 문제가 발생하다.

등록실용신안 제20-437364호, "바렐 도금장치".

"자동차 외장용 부품에 적용 가능한 3가 Cr도금의 황산욕과 염산욕의 비교 연구", 우창호, 2008년 8월.

따라서, 본 발명의 목적은 3가크롬 도금공정시 도금액에 전류효율을 좋게 하여 도금제품의 표면을 매끄럽게 도금할 수 있는 도금장치를 제공하는데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 3가크롬 도금공정시 수작업없이 도금공정을 간소화하여 생산효율을 높이고, 도금제품의 단가를 절감할 수 있는 도금장치를 제공하는데에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 3가크롬 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)와, 전도성 볼(14)과 도금체(16)가 내부에 채워진 상태로 도금수조(2)에 침지되어 회전하는 바렐용기(8)를 구비하고, 바렐용기(8) 양측에는 바렐용기(8)를 승강작동시키는 승강체(18)를 설치하되, 승강체(18)의 상부에 고정설치된 축봉(28)과 회전이송축(32)을 승강벨트(30)로 연결하여 회전이송축(32)의 회전작동에 의해 승강체(18)가 이송가이드(26)를 따라 승강작동하며, 도금액(4)의 농도, 온도, pH를 포함하는 도금조건을 일정하게 유지하기 위해 도금수조(2)로 도금액(4)을 순환공급하는 공급조(3)를 구비하고, 도금수조(2)에는 이리듐 양극대(6)를 침지하고 바렐용기(8) 내에는 전류밀도가 2~3A/㎟인 봉체의 음극 동부스바(12)가 바렐용기(8)의 바닥과 이격되게 위치하여 도금액(4)에 침지된 상태를 유지하게 설치하여, 이리듐 양극대(6)와 음극 동부스바(12)에 450~600A의 전류를 인가함으로써 도금액(4)을 통전시켜 도금체(16)에 피막이 형성되게 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 바렐을 이용해 3가크롬 도금액으로 도금함으로써 공정이 간소화되어 생산효율이 좋으며, 도금제품의 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 3가크롬 도금을 위한 도금액의 전류효율이 좋아 도금체의 표면이 매끄러워 제품의 품질이 우수한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 바렐을 이용한 3가크롬 도금장치의 사시 구성도.
도 2는 본 발명의 바렐을 이용한 3가크롬 도금장치의 개략도.
도 3은 본 발명의 3가크롬 도금장치에 설치되는 음극 동부스바를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 도금수조에 순환공급되는 도금액의 흐름을 나타낸 개략도.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 바렐을 이용하여 도금체(16)에 3가크롬을 도금할 수 있는 도금장치의 구성을 나타낸 것이다.

본 발명의 도금장치는 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)를 구비하고, 내부에 도금체(16)가 채워진 바렐용기(8)를 도금액(4)에 침지되게 구성한다. 바렐용기(8)에는 도금수조(2)에 담긴 도금액(4)이 바렐용기(8) 내로 유입될 수 있는 다수의 통공(10)이 형성된다.

도금액(4)에 침지된 바렐용기(8) 내에는 (-)전원을 인가하고, 도금수조(2)에는 (+)전원을 인가하여 전류를 흘려보내면, 도금액(4) 속에 포함된 금속 이온이 분리되어 도금체(16)의 표면에 부착된다.

도금수조(2)는 도금액(4)에 인가되는 전류가 외부로 흐르지 않도록 비전도성의 플라스틱 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 도금체(16)를 도금하기 위한 도금액(4)으로 3가크롬 도금액(4)을 사용한다. 3가크롬은 6가크롬과 유사한 특성을 가질 뿐만 아니라 인체에 무해하여 발암물질을 포함하는 6가크롬을 대체할 수 있어 각광받고 있다. 3가크롬 도금액(4)을 이용한 도금은 도금체(16)의 외관이 좋고 강도가 높으며, 쉽게 탈색되거나 변색되지 않아 도금체(16)의 최종도금으로 적합하다.

바렐용기(8)의 일측에는 바렐용기(8)와 함께 도금액(4)에 침지되어 도금되는 도금체(16)가 고르게 도금될 수 있도록 바렐용기(8)를 회전작동시키는 구동기어(24)와 피동기어(22)가 구비된다.

구동기어(24)는 바렐용기(8) 상부에 위치한 회전축(20)의 회전에 의해 등속으로 회전하며, 구동기어(24)의 회전에 의해 하부의 피동기어(22)가 맞물려 회전함에 따라 피동기어(22)와 일체로 형성된 바렐용기(8)가 회전한다.

회전축(20)은 도금장치의 본체 외부에 설치된 구동모터(25)에 의해 회전작동한다.

바렐용기(8)의 양측에는 바렐용기(8)를 승강작동시키는 승강체(18)가 설치된다. 바렐용기(8)는 승강체(18)에 축설치되어 고정되며, 승강체(18)가 상하작동함에 따라 바렐용기(8)가 도금수조(2)에 담겨져 도금공정이 진행되거나 도금 후 도금수조(2)에서 꺼내어 도금체(16)를 수거할 수 있다.

승강체(18)는 이송가이드(26)를 타고 상하 슬라이딩작동하여 이송되며, 승강체(18)의 상부에 고정설치된 축봉(28)과 회전이송축(32)을 승강벨트(30)로 연결하여 회전이송축(32)의 회전작동에 의해 승강체(18)를 승강작동시킨다.

승강체(18)의 승각작동 구성을 살펴보면, 회전이송축(32)에 고정된 승강벨트(30)는 회전이송축(32)의 회전에 의해 감기게 된다. 승강벨트(30)가 회전이송축(32)에 감겨 상방으로 당겨짐에 따라 승강벨트(30)와 고정연결된 축봉(28)이 당겨지고, 축봉(28)의 상승으로 승강체(18)가 이송가이드(26)를 타고 상승한다.

본 발명에서는 회전이송축(32)을 정역회전시키기 위한 별도의 모터를 구비할 수 있다.

본 발명의 도금장치는 도금공정이 진행됨에 따라 도금액(4)의 도금조건이 변하게 된다. 즉, 도금공정이 진행됨에 따라 도금액(4)의 금속이온이 소모되어 농도가 변하고 도금액이 외부에 노출됨에 따라 도금온도가 내려가게 되며, 도금시 불순물들이 도금액(4) 내에 생기는 등의 도금조건이 변하여 도금체(16)의 도금품질이 일정하게 유지되지 않는다.

본 발명에서는 도 4에 도시한 바와 같이 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)와는 별도로 외부에 공급조(3)를 설치하여 도금수조(2)의 도금조건이 일정하게 유지될 수 있도록 도금액(4)을 순환공급한다.

도금수조(2)는 도금공정이 진행됨에 따라 농도, 온도, pH 등의 도금조건이 변한 도금액(4)을 밸브를 통해 공급조(3)로 흘려보내며, 공급조(3)에서는 도금조건이 일정하게 유지된 도금액(4)을 펌프를 통해 도금수조(2)에 공급한다.

공급조(3)에 의해 도금수조(2)에 담긴 도금액(4)의 도금조건이 항상 일정하게 유지될 수 있어 도금체(16)의 도금품질이 항상 일정할 수 있다. 공급조(3)에 저장된 도금액(4)은 항상 일정한 상태를 유지하는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 바렐을 이용한 3가크롬 도금장치의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.

본 발명의 3가크롬 도금장치는 원통형의 바렐용기(8) 내에 도금을 위한 도금체(16)를 채워넣은 후 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)에 침지시켜 도금하는 장치이다.

도금액(4)이 담긴 도금수조(2)에는 양극을 인가하는 양극대(6)를 구비하고, 바렐용기(8) 내에는 음극을 인가하는 음극대를 설치하여 전류를 인가함으로써 도전액의 전기분해에 의해 도금체(16)를 도금한다.

본 발명은 3가크롬 도금액(4)을 이용한 도금장치에 관한 것인바, 일반적으로 3가크롬 도금액(4)은 전류효율이 낮아 바렐용기(8)에 담긴 도금체(16) 전부가 균일하게 도금되지 않는 불량이 발생하게 된다.

즉, 기존의 도금장치는 바렐용기(8)의 양단에 전도성 도체를 구비하고, 일단에서 전류를 인가하여 타단의 도체로 전류가 흐르게 한다. 이는 전류가 인가되는 금속의 근처에 위치한 도금체(16)는 전류효율이 좋아 도금이 잘되는 반면, 상대적으로 멀리 떨어져 있는 도금체(16)는 전류의 단락으로 인해 불연속도금됨에 따라 밀착력이 떨어져 표면이 매끄럽지 못하였다.

본 발명의 실시 예에서는 도금액(4)의 전류효율을 높이기 위해 도금수조(2)에 담긴 도금액(4)에 이리듐이 도금된 양극대(6)를 침지시켜 (+)전원을 인가한다. 이리듐은 백금족원소로 구성되어 있으며, 백금은 금속 중에서 전류가 잘 통하는 금속이므로 양극을 이리듐으로 형성하면 도금액(4)의 전류효율을 높일 수 있다. 이리듐 양극대(6)는 판체 또는 메쉬형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 3가크롬 도금장치는 봉체의 음극 동부스바(Copper bus bar)(12)를 바렐용기(8) 내에 횡축으로 설치하여 (-)전원을 인가한다.

도 2에 도시한 바와 같이 바렐용기(8) 내의 음극 동부스바(12)는 바렐용기(8)의 회전동작과는 별도로 항상 도금액(4) 내에 침지된 상태이다.

이를 상세하게 설명하면, 본 발명의 바렐용기(8) 내에 설치된 음극 동부스바(12)는 고정되어 있고, 바렐용기(8)는 피동,구동기어(22)(24)에 의해 회전함에 따라 바렐용기(8)의 회전에도 음극 동부스바(12)는 고정된 위치에 있게 된다.

즉 음극 동부스바(12)는 도 3에 도시한 바와 같이 바렐용기(8) 하부의 바닥과 이격되게 "┗┛" 형태로 위치하여 도금액(4)에 침지되어 회전하는 바렐용기(8) 내에 채워진 모든 도금체(16)에 전류가 균일하게 전달될 수 있다.

또한, 음극 동부스바(12)가 항상 도금액(4)에 침지됨에 따라 전류효율이 좋아 도금체(16)의 도금품질이 향상되며, 음극 동부스바(12)가 외부로 노출될 시에 동부스바(12) 외면에 도금 피막이 형성되어 동부스바(12)의 전기 전도성이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.

바렐용기와 음극 동부스바의 연결부위에는 별도의 베어링을 설치할 수 있다.

본 발명에서는 많은 실험을 통해 3가크롬 도금을 위해 바렐용기(8) 내에 설치된 봉체의 음극 동부스바(12)에 적합한 전류밀도가 2~3A/㎟임을 알 수 있었다.

전류밀도가 3A/㎟를 초과하면 음극 동부스바(12)에 열이 과하게 발생하여 음극의 전류효율이 떨어지며, 2A/㎟미만이 되면 음극 전류효율은 증가될 수 있으나 음극 동부스바(12)에 사용되는 동의 함량이 많아져 제작비용이 증가한다.

음극 동부스바(12)의 전류밀도를 2~3A/㎟로 유지하면서 도금액(4)에 침지된 바렐용기(8) 내에 균일하게 전류가 흘러 도금체(16) 전부가 전류영향권에 포함될 수 있도록 음극 동부스바(12)에 450~600A의 고전류를 인가한다.

본 발명에서는 450~600A의 고전류를 인가하기 위해 음극 동부스바(12)의 직경을 12~16㎜로 형성하는 것이 바람직하다. 음극 동부스바(12)의 직경이 12㎜미만이 되면 동부스바(12)에 흐르는 전류가 약해 3가크롬 도금액(4)의 전류효율이 낮아져 도금체(16)가 얼룩지거나 불연속도금이 발생하여 도금품질이 나빠진다.

음극 동부스바(12)의 직경이 16㎜을 초과하면, 인가되는 전류에 비해 동부스바(12)의 크기가 커져 효율이 떨어지며, 동부스바(12)의 크기가 커짐에 따라 바렐용기(8) 내에서 차지하는 비율이 증가하여 한 번의 도금공정에 의해 다량의 도금체(16)를 도금할 수 있어 생산성이 떨어진다.

동부스바(12)의 크기가 너무 커져 바렐용기(8) 내에서 차지하는 비율이 증가함으로써 한 번의 도금공정에 의해 많은 양의 도금체(16)를 도금할 수 없어 생산효율이 떨어진다.

바렐용기(8) 내에 설치되는 동부스바(12)의 가로 길이는 바렐용기(8)의 폭 넓이에 맞게 형성될 수 있다.

본 발명에서는 도금액(4)의 전류효율을 높여 도금체(16)의 도금품질을 향상시키기 위한 전도성 볼(14)을 도금체(16)와 함께 혼합하여 바렐용기(8) 내에 채워넣는다.

전도성 볼(14)와 도금체(16)는 바렐용기(8) 용량의 40~50%가 채워진다. 바렐용기(4)에 채워진 전도성 볼(14)과 도금체(16)가 바렐용기(8) 용량의 40% 미만이면 도금체(16)의 생산량이 적고, 50%를 초과하면 바렐용기(8)의 회전에 의해 전도성 볼(14)과 도금체(16)가 용이하게 섞이지 못해 도금체(16)의 도금품질이 나빠진다.

전도성 볼(14)은 스테인레스와 같이 전도성이 좋은 금속재로서, 도금체(16)와 함께 도금액(4)에 담겨져 동부스바(12)를 통해 흐르는 전류가 바렐용기(8) 내에 있는 도금체(16) 전체에 잘 전달될 수 있도록 한다. 즉, 음극 동부스바(12)에 흐르는 전류가 전도성 볼(14)을 타고 흘러 함께 혼합되어 채워진 도금체(16)에 균일하게 전달될 수 있다.

본 발명의 실시 예에서는 바렐용기(8)에 혼입되는 전도성 볼(14)의 크기를 4mm정도로 형성하는 것이 좋다. 도금체(16)의 크기에 따라 전도성 볼(14)의 크기는 달라질 수 있으나 도금체(16)의 크기보다 작게 형성하며, 전도성 볼(14)의 최소 크기는 도금체(16) 크기의 1/2로 형성할 수 있다.

바렐용기(8) 내에 채워지는 전도성 볼(14)의 부피비율이 50%미만이면 제품의 생산량은 증가하나, 도금액(4)에 흐르는 전류가 도금체(16) 전부에 균일하게 전달되지 못해 도금체(16)에 전달되는 전류의 단락이 발생하여 도금된 제품의 품질이 떨어진다.

전도성 볼(14)의 부피비율이 70%를 초과하게 되면 전류의 효율이 좋아 도금체(16)의 품질은 향상될 수 있으나 상대적으로 도금되는 도금체(16)의 수량이 줄어들어 제품의 생산량이 감소하게 된다.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 바렐용기(8)를 이용해 3가크롬 도금액(4)으로 도금함으로써 공정이 간소화되어 생산효율이 좋으며, 도금제품의 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한, 3가크롬 도금을 위한 도금액(4)의 전류효율이 좋아 도금체(16)의 표면이 매끄러워 제품의 품질이 우수한 장점이 있다.

상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시할 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위 및 그 특허청구범위와 균등한 것에 의해 정해 져야 한다.

2 : 도금수조 3 : 공급조
4 : 도금액 6 : 이리듐 양극대
8 : 바렐용기 10 : 통공
12 : 음극 동부스바 14 : 전도성 볼
16 : 도금체 18 : 승강체
20 : 회전축 22 : 피동기어
24 : 구동기어 25 : 구동모터
26 : 이송가이드 28 : 축봉
30 : 승강벨트 32 : 회전이송축

Claims (4)

1. 3가크롬 도금액(4)이 담긴 도금수조(2)와, 전도성 볼(14)과 도금체(16)가 내부에 채워진 상태로 도금수조(2)에 침지되어 회전하는 바렐용기(8)를 구비하고, 바렐용기(8) 양측에는 바렐용기(8)를 승강작동시키는 승강체(18)를 설치하되, 승강체(18)의 상부에 고정설치된 축봉(28)과 회전이송축(32)을 승강벨트(30)로 연결하여 회전이송축(32)의 회전작동에 의해 승강체(18)가 이송가이드(26)를 따라 승강작동하며, 도금액(4)의 농도, 온도, pH를 포함하는 도금조건을 일정하게 유지하기 위해 도금수조(2)로 도금액(4)을 순환공급하는 공급조(3)를 구비하고, 도금수조(2)에는 이리듐 양극대(6)를 침지하고 바렐용기(8) 내에는 전류밀도가 2~3A/㎟인 봉체의 음극 동부스바(12)가 바렐용기(8)의 바닥과 이격되게 위치하여 도금액(4)에 침지된 상태를 유지하게 설치하여, 이리듐 양극대(6)와 음극 동부스바(12)에 450~600A의 전류를 인가함으로써 도금액(4)을 통전시켜 도금체(16)에 피막이 형성되게 구성함을 특징으로 하는 바렐용기를 이용한 3가크롬 도금장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   바렐용기(8) 내에 채워지는 전도성 볼(14)과 도금체(16)의 부피비율은 5:5 ~ 7:3인 것을 특징으로 하는 바렐용기를 이용한 3가크롬 도금장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   음극 동부스바(12)의 직경은 12~16㎜인 것을 특징으로 하는 바렐용기를 이용한 3가크롬 도금장치.
   
4. 삭제

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