KR101328786B1 - 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법 - Google Patents

내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법에 관한 것으로, 구리(Cu)로 이루어진 금속재의 표면을 연마하는 기초 브러싱하는 제 1단계, 브러싱된 상기 금속재를 메타규산나트륨, 올소규산나트륨, 3인산나트륨, 비이온계 계면활성제가 혼합된 약품과 초음파를 이용하여 탈지하는 제 2단계, 상기 제 2단계를 통해 초음파 세정된 상기 금속재를 글루콘산 나트륨, 시안화나트륨, 보락스를 포함하는 약품을 이용하여 전해 세정하는 제 3단계, 상기 제 3단계를 통해 전해 세정된 상기 금속재를 시안화구리와 황산구리를 이용한 구리 도금하는 제 4단계, 구리 도금된 금속재 표면으로 니켈을 도금하는 제 5단계 및 니켈 도금된 금속재로 전해 도금 공정을 이용하여 주석 니켈 합금을 도금하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법{Metal coating for corrosion resistance and how the human body harmless availability}
본 발명은 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 내식성과 인체 무해성이 요구되는 다양한 산업(제품)의 금속재에 효율적인 표면 코팅을 적용하여 내식성과 내구성을 향상시키고, 인체에 무해한 친환경적 금속 표면 코팅 기술에 관한 것이다.
다양한 산업분야에서 생산되는 제품들은 해당 제품의 특성에 따라 규정된 산업 안전 요건을 충분히 만족하지 않으면, 제품 생산 및 판매가 불가능하며 소비자들의 욕구를 만족시킬 수 없다.
특히, 소비자들과 연관된 제품 중에서도 인체 안정성 여부가 가장 중요한 요건 중의 하나로써, 식약청이나 보건부 기준을 통해 유해성이 존재할 경우 생산 또는 판매가 중지되도록 국가 차원에서 소비자를 보호하고 있다.
예를 들면, 정수기는 정수된 물을 저장하는 정수 탱크와, 정수 탱크로부터 공급된 물을 미리 정해진 온도로 냉각된 상태로 저장하는 냉수 탱크와, 정수 탱크로부터 공급된 물을 미리 정해진 온도로 가열된 상태로 저장하는 온수 탱크와, 물을 냉각시키기 위한 냉각 부재 및, 물을 가열하기 위한 가열 부재를 구비한다.
이러한 정수기는 소비자들의 인체 무해성과 깊은 연관성을 가짐에 따라 매우 중요한 사안 중 하나이다. 각 탱크에 저장된 물은 취수구를 통하여 사용자에게 공급되며, 정수기는 냉수와 얼음의 제조, 공급하는 기능을 구비하기도 한다. 여기서 특히, 제빙 기능을 구비한 냉온 정수기는 얼음을 공급하기 위하여 제빙용 제빙관이 구비되는 얼음을 얼리기 위해 팽창과 수축을 반복하는 얼음정수기의 제빙관은 현재 구리소재를 가공하여 둥근 반원소재 및 원형소제의 관에 냉매를 넣어 냉동 및 가온시키는 시스템으로 유지되어 왔다.
이때, 구리 소재의 팽창과 수축으로 인하여 표면 코팅된 구리(Cu)도금과 니켈(Ni)도금이 박리되는 증상이 발생할 가능성이 있다. 이럴 경우 금속재 표면에 코팅된 합금이 재 역할을 수행하지 못하게 되면 산화 현상이 발생할 수 있거나, 코팅 박리로 인하여 세균 증식과 같은 인체 무해성에 문제가 발생할 수 있게 된다.
이를 해결하기 위하여 보다 안정적인 방법으로 귀금속 도금을 통해 상기의 문제점을 해결할 수 있으나, 이는 원가 상승이라는 큰 문제점이 있다.
KR 10-1092627호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 금속재 표면 코팅 기술로써, 특히 구리 소재면에 내식성과 인체 무해성을 증대시켜 한층 더 높은 안정성을 제고할 수 있는 금속 코팅 방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구리(Cu)로 이루어진 금속재의 표면을 연마하는 기초 브러싱하는 제 1단계, 브러싱된 상기 금속재를 메타규산나트륨, 올소규산나트륨, 3인산나트륨, 비이온계 계면활성제가 혼합된 약품과 초음파를 이용하여 탈지하는 제 2단계, 상기 제 2단계를 통해 초음파 세정된 상기 금속재를 글루콘산 나트륨, 시안화나트륨, 보락스를 포함하는 약품을 이용하여 전해 세정하는 제 3단계, 상기 제 3단계를 통해 전해 세정된 상기 금속재를 시안화구리와 황산구리를 이용한 구리 도금하는 제 4단계, 구리 도금된 금속재 표면으로 니켈을 도금하는 제 5단계 및 니켈 도금된 금속재로 전해 도금 공정을 이용하여 주석 니켈 합금을 도금하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2단계는, 메타규산나트륨 50 ~ 150g/ℓ, 올소규산나트륨 70 ~ 200g/ℓ, 3인산나트륨 100 ~ 300g/ℓ, 비이온계 계면활성제 Triton X-100 1 ~ 10%로 40 ~ 70℃에서 1 ~ 20분간 처리하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 4단계는, 시안화구리 10 ~ 100g/ℓ, 시안화나트륨 20 ~ 200g/ℓ, 롯셀염 10 ~ 100g/ℓ, 로단칼륨 1 ~ 50g/ℓ을 사용하며 , 사용온도는 20 ~ 80 정도까지 넓게 사용할 수 있으며, 1 ~ 5A/dm2의 전류밀도로 1 ~ 20분 간 시안화구리 도금 공정을 진행하고, 황산구리 50 ~ 250g/ℓ, 황산 30 ~ 150g/ℓ를 혼합하고 아토텍사의 큐프라시드 울트라(Mu) 10 ㎖/ℓ, (A) 0.5 ㎖/ℓ, (B) 0.5 ㎖/ℓ를 첨가하여 상온에서 1 ~ 20 A/dm2의 전류밀도로 황산구리 도금을 진행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 6단계는, 전류밀도 0.5A/dm2 로 1.5 ~ 2.5분의 조건으로 도금하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 6단계는, Nickel Sulfate 150g/ℓ, Nickel chloride 45g/ℓ, Ammonim chloride 125g/ℓ, Latic Acid 50g/ℓ, Ammonim Vanadate 0.05g/ℓ로 조성된 약품과, Stannous Chloride 120g/ℓ, Ammonim chloride 180g/ℓ, P.E.G(4000) 2g/ℓ, Ammonim BiCabonate 20g/ℓ로 조성된 약품을 50:50으로 혼합하여 주석 니켈 합금을 도금하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 니켈도금된 구리 소재 제품에 주석 니켈 합금을 전해 도금으로 형성시켜 제품 외관의 광택 및 강도 내식성 및 방식성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
더불어, 본 발명에 따른 코팅 방법은 특히 인체에 사용하는 민감한 구리 금속재 표면을 니켈도금과 더불어 주석(Sn)/니켈(Ni) 합금을 사용함으로써 표면산화에 따른 용해, 용출의 문제점을 제거함으로써, 기존의 니켈도금 코팅층만으로 이루어졌던 문제점을 해소할 수 있어 인체 무해성을 제고할 수 있는 효과가 있는 것이다.
도 1은 일반적으로 적용되는 표면 니켈 도금 후 염수분무 테스트의 광학 이미지를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 실시예 중 주석니켈 합금 도금 후 염수분무 테스트의 광학 이미지를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법을 통해 도금된 금속의 단면도를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 실시예의 니켈 도금과 주석니켈 합금 도금 후 두께 측정사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법은, 구리(Cu)로 이루어진 금속재의 표면을 연마하는 기초 브러싱하는 제 1단계, 브러싱된 상기 금속재를 메타규산나트륨, 올소규산나트륨, 3인산나트륨, 비이온계 계면활성제가 혼합된 약품과 초음파를 이용하여 탈지하는 제 2단계, 상기 제 2단계를 통해 초음파 세정된 상기 금속재를 글루콘산 나트륨, 시안화나트륨, 보락스를 포함하는 약품을 이용하여 전해 세정하는 제 3단계, 상기 제 3단계를 통해 전해 세정된 상기 금속재를 시안화구리와 황산구리를 이용한 구리 도금하는 제 4단계, 구리 도금된 금속재 표면으로 니켈을 도금하는 제 5단계 및 니켈 도금된 금속재로 전해 도금 공정을 이용하여 주석 니켈 합금을 도금하는 제 6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 표면 코팅 방법은, 금속재 표면에 내식성 향상과 인체 무해성을 위하여 니켈 도금층의 용출을 방지할 수 있도록 합금 코팅(주석니켈합금)을 0.3 ~ 0.7 ㎛의 두께로 코팅하는 것을 주요 기술적 요지로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 각 단계별로 설명하면 다음과 같다.
주석니켈 합금화 도금방법은 제품의 세척공정과 기초도금 그리고 주석/니켈 합금 도금으로 크게 구성된다. 소정의 크기로 가공된 구리관에 납을 대신하여 무연솔더 크림으로 브레이징하여 표면 가공한 상태로써 브레이징 시 발생하는 미스트 및 이물질로 인하여 거친 표면 상태를 유발하므로 기초 브러싱 작업(1단계)과 함께 세척(2단계) 을 거친다. 그리고 기초도금(3단계)을 진행하며 내식도금(4단계)과 합금도금 (5단계)등으로 나뉜다.
제1단계(브러싱 공정)
상기에서 기술한 내용과 같이 무연솔더 크림으로 브레이징시 미세한 미스트로 인하여 표면 미스트요철 발생이 심하여 제거 없이 기초도금시 심한 피트현상을 초래할 수 있으므로 브러싱을 통한 표면가공을 실시하되 형성된 미스트요철을 제거할 수 있는 금속소재의 브러싱을 통하여 구리소재의 표면을 연마할 수 있도록 한다.
제2단계(초음파 탈지)
표면 가공된 구리소재의 관이나 파이프를 초음파를 통해 표면유지분을 제거하는 공정으로 무연솔더크림의 플럭스 제거 목적으로 사용되며, 제거 약품으로는 메타규산나트륨 50 ~ 150g/ℓ, 올소규산나트륨 70 ~ 200g/ℓ, 3인산나트륨 100 ~ 300g/ℓ 외에 비이온계 계면활성제 Triton X-100 1 ~ 10% 정도로 40 ~ 70℃에서 1 ~ 20분간 처리한다.
제 3단계(전해 탈지)
처리 후 전해세정공정은 알칼리 침지 방식에서 제거하지 못한 광물계 및 기타 흡착성 유지분을 전해로 제거하는 목적으로 최종세정 공정이다 . 처리약품으로는 글루콘산 나트륨 50 ~ 100g/ℓ, 시안화나트륨 50 ~ 150g/ℓ, 보락스 20 ~ 60g/ℓ 등으로 전류밀도는 1 ~ 20A/dm2으로 하여 1 ~ 10분간 상온에서 실시한다.
제4단계(기초 도금)
기초도금은 일반적인 밀착력 향상 목적과 광택 및 레베링을 우선하여 표면 상태를 개선하는 목적을 두고 실시하되 밀착력 향상목적으로 실시하는 도금이 바로 시안화 구리도금이다. 시안화 구리수용액은 시안화구리 10 ~ 100g/ℓ, 시안화나트륨 20 ~ 200g/ℓ, 롯셀염 10 ~ 100g/ℓ, 로단칼륨 1 ~ 50g/ℓ을 사용하며, 사용온도는 20 ~ 80 정도까지 넓게 사용할 수 있고, 1~5A/dm2의 전류밀도로 작업이 가능하며 1 ~ 20분 정도가 적당하다 할 수 있다.
또한, 광택 및 레베링을 향상시키는 목적으로 실시하는 황산구리 수용액은 황산구리 50 ~ 250g/ℓ, 황산 30 ~ 150g/ℓ를 혼합하고 아토텍사의 큐프라시드 울트라(Mu) 10 ㎖/ℓ, (A) 0.5 ㎖/ℓ, (B) 0.5 ㎖/ℓ,를 첨가하여 상온에서 1 ~ 20 A/dm2의 전류밀도로 표면의 요철이 없어질 때까지 도금이 가능하며 대체적인 작업시간은 10 ~ 60분 정도가 적당하다 할 수 있다.
제5단계(내식 도금)
일반적인 구리도금은 대기노출 및 용수 노출 시 표면산화가 빨리 진행되어 매끄러운 표면 상태를 유지하기 어렵고 그로인해 제품의 상품성역시 떨어지는 것이 사실이기 때문에 대기 노출에 강하며 저전류 부분 침투력이 강한 니켈도금을 실시한다. 니켈도금액으로는 황산니켈 100 ~ 500g/ℓ, 염화니켈 100 ~ 500g/ℓ 붕산 10 ~ 70g/ℓ으로 광택제는 아토텍사의 마크로룩스 NF 0.5 ㎖/ℓ, NI-CONC 3㎖/ℓ, Y-17 1㎖/ℓ를 사용하여 40 ~ 60℃에서 1 ~ 10A/dm2의 전류밀도로 10~60분간 도금한다.
제 6단계(주석니켈 합금도금)
제 6단계는 본 발명의 주요 기술 요지에 해당하는 공정으로써 상기 제 5단계를 통해 코티오딘 니켈 도금층의 표면으로 합금 도금층을 형성시킴으로써 광택으로 형성된 구리소재의 니켈 도금된 관이나 파이프의 표면에 상일켐테크사의 BLACK&WHITE를 사용하여 표면코팅을 진행하는 단계로 BLACK&WHITE(A) 50 : BLACK&WHITE(B) 50의 퍼센트 비율로 건욕하여 40 ~ 70℃에서 0.1 ~ 5A/dm2의 전류밀도로 1 ~ 10분간 도금한다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예 1]
주석니켈 도금의 관찰
도금조에 아래의 약품을 순서대로 섞은 후 전해도금을 실시하였다.

BLACK&WHITE (A)
500㎖/ℓ

BLACK&WHITE (B)
500㎖/ℓ
니켈 주석 합금은 성분으로는 A의 경우 Nickel Sulfate 150g/ℓ, Nickel chloride 45g/ℓ, Ammonim chloride 125g/ℓ, Latic Acid 50g/ℓ, Ammonim Vanadate 0.05g/ℓ이며, B는 Stannous Chloride 120g/ℓ, Ammonim chloride 180g/ℓ, P.E.G(4000) 2g/ℓ, Ammonim BiCabonate 20g/ℓ로 조성된 것이다.
테스트 조건

테스트 조건

P H
5.5

온 도
55℃

전류밀도
0.5A/dm2

양 극
Nickel Anode

교 반
진동교반
[실시예 2]
니켈 도금과 주석 니켈 합금 도금의 외관 및 표면상태 확인
주석니켈 도금은 위의 조성과 같이 작업을 진행한 내역이며, 니켈도금은 황산니켈 300, 염화니켈 50, 붕산 50의 광택제(아토텍사의 Makrolux -NF)와 첨가제(아토텍사의 NI-CONC)를 사용하여 아래와 같이 도금을 진행 하였다.

테스트 조건

P H
4.5

온 도
55℃

전류밀도
2A/dm2

양 극
Nickel Anode

교 반
Air교반
[실시예 3]
니켈 도금과 주석 니켈 합금 도금의 내식성테스트
주석니켈 합금도금은 BLACK&WHITE(A)500㎖/ℓ, BLACK&WHITE(B)500㎖/ℓ로 0.5A/dm2 로 2분간 전해 도금을 실시하였으며, 니켈도금은 증류수에 유산니켈 240g/ℓ에 염화니켈 60g/ℓ, 붕산 55g/ℓ를 용해하여 도금액을 제조한 후 상기 도금액에 전처리된 피도금물을 침지하여 전해도금을 실시하였다.
그리고 상기와 같이 도금된 피도금물에 염수를 분무한 후 그 상태를 관찰하였다. 이때, 상기 염수는 증류수에 염화나트륨 50g/ℓ를 용해하여 제조된 것이고, 염수를 35 ~ 45℃의 온도에서 72시간 동안 피도금물에 분무하여 테스트를 실시하였다. 도 3은 본 발명에 따른 실시예 중 주석니켈 합금 도금 후 염수분무 테스트의 광학 이미지를 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 주석/니켈 합금 코팅을 구현하였을 경우 부식이 거의 일어나지 않았음을 볼 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 내식성과 인체 무해성을 위한 금속재의 코팅 방법을 통해 도금된 단면도를 나타낸 도면, 도 4는 본 발명의 실시예의 니켈 도금과 주석니켈 합금 도금 후 두께 측정사진이다. 구리 재료 표면으로 니켈 코팅층이 형성되고 그 표면으로 주석/니켈 합금 코팅층을 0.3 ~ 0.7um의 두께를 가지도록 코팅되어 내식성과 인체 무해성을 향상시킬 수 있는 것이다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 니켈 도금이 코팅된 침지관 표면으로 주석 니켈 합금을 추가적으로 코팅함으로써 표면 산화 시 유해성 금속의 용출을 방지하여 결과적으로 내식성을 향상시키고 인체 무해성을 제고할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 구리(Cu)로 이루어진 금속재의 표면을 연마하는 기초 브러싱 제 1단계;
    브러싱된 상기 금속재를 메타규산나트륨, 올소규산나트륨, 3인산나트륨, 비이온계 계면활성제가 혼합된 약품과 초음파를 이용하여 탈지하는 제 2단계;
    상기 제 2단계를 통해 초음파 세정된 상기 금속재를 글루콘산 나트륨, 시안화나트륨, 보락스를 포함하는 약품을 이용하여 전해 세정하는 제 3단계;
    상기 제 3단계를 통해 전해 세정된 상기 금속재를 시안화구리와 황산구리를 이용한 구리 도금하는 제 4단계;
    구리 도금된 금속재 표면으로 니켈을 도금하는 제 5단계; 및
    니켈 도금된 금속재로 전해 도금 공정을 이용하여 주석 니켈 합금을 도금하는 제 6단계;를 포함하는 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2단계는,
    메타규산나트륨 50 ~ 150g/ℓ, 올소규산나트륨 70 ~ 200g/ℓ, 3인산나트륨 100 ~ 300g/ℓ, 비이온계 계면활성제 Triton X-100 1 ~ 10%로 40 ~ 70℃에서 1 ~ 20분간 처리하는 것을 특징으로 하는 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 4단계는,
    시안화구리 10 ~ 100g/ℓ, 시안화나트륨 20 ~ 200g/ℓ, 롯셀염 10 ~ 100g/ℓ, 로단칼륨 1 ~ 50g/ℓ을 사용하며, 사용온도는 20~ 80 정도까지 넓게 사용할 수 있으며 1 ~ 5A/dm2의 전류밀도로 1 ~ 20분간 시안화구리 도금 공정을 진행하고,
    황산구리 50 ~ 250g/ℓ, 황산 30 ~ 150g/ℓ를 혼합하고 아토텍사의 큐프라시드 울트라(Mu) 10 ㎖/ℓ, (A) 0.5 ㎖/ℓ, (B) 0.5 ㎖/ℓ를 첨가하여 상온에서 1 ~ 20 A/dm2의 전류밀도로 황산구리 도금을 진행하는 것을 특징으로 하는 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 제 6단계는,
    전류밀도 0.5A/dm2 로 1.5 ~ 2.5분의 조건으로 도금하는 것을 특징으로 하는 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법.
  5. 제 1항 또는 4항에 있어서, 상기 제 6단계는,
    Nickel Sulfate 150g/ℓ, Nickel chloride 45g/ℓ, Ammonim chloride 125g/ℓ, Latic Acid 50g/ℓ, Ammonim Vanadate 0.05g/ℓ로 조성된 약품과, Stannous Chloride 120g/ℓ, Ammonim chloride 180g/ℓ, P.E.G(4000) 2g/ℓ, Ammonim BiCabonate 20g/ℓ로 조성된 약품을 50:50으로 혼합하여 주석 니켈 합금을 도금하는 것을 특징으로 하는 내식성과 인체 무해성을 위한 금속 코팅 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR880003034A (ko) * 1986-08-21 1988-05-13 은언기 금광택 도금욕조성
KR970062079A (ko) * 1996-02-07 1997-09-12 문성수 동 합금 및 철-니텔 합금 소재의 동-니켈 합금 하지 도금 조성물 및 하지 도금 방법

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