KR101420995B1 - 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법 - Google Patents

플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 70 내지 80℃의 온도로 유지되는 0.5 M 수산화나트륨 용액에 플레이트 전체를 3 분간 침지하는 탈지단계(S100);와, 플레이트를 상온에서 10 중량%의 염산용액에 10초간 침지하는 산세단계(S200);와, 플레이트에 함몰 형성되는 펀칭 홀의 표면에 액상의 금속접착제를 1.15 내지 1.35㎛의 두께로 분사하여 접착층을 형성하는 접착층형성단계(S300);와, 상기 접착층 위에 300 내지 400 메쉬의 구리분말을 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 코팅하는 증착층형성단계(S400);와, 플레이트 전체를 전해액에 침지하여 양극에 연결되는 아연이 이온화되어 펀칭 홀의 표면에 석출되도록 하는 아연석출단계(S500);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법{The plating method of plate punching holes}
본 발명은 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 내측으로 함몰되고 협소한 표면적을 가지는 펀칭 홀에 플레이트 재질인 철보다 이온화 경향이 작은 금속 분말(구리, 주석, 니켈)을 코팅하여 펀칭 홀 표면과 금속 아연과의 이온화 경향 차이 폭을 플레이트 평면과 금속 아연과의 이온화 경향 차이 폭보다 크게 조절하고 코팅된 금속 분말 표면에 이온 흡착능이 뛰어난 제올라이트분말을 함께 혼합함에 따라, 상대적으로 펀칭 홀 부위의 아연 석출 속도를 대부분의 표면적을 차지하는 플레이트 평면보다 빠르게 조절할 수 있게 되어 펀칭 홀의 도금 품질을 다른 부위와 동일한 수준으로 확보할 수 있는 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법에 관한 것이다.
전기아연도금은 미려한 외관을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 전착층 두께 조절이 용이하여 다양한 산업분야에서 적용되는 보편적인 철강 소재 표면처리방법 중 하나이다. 이와 같은 전기아연도금은 전기 도금의 한 방법으로서 피도금 재료를 음극으로 하고 금속 아연을 양극으로 하여 도금 용액 속에서 직류 전류를 일정 시간동안 발생시켜 피도금 재료의 표면에 아연이 석출되어 아연도금층을 형성하는 기술이다. 한편, 이러한 전기아연도금방법에 대한 다양한 기술이 개발되어 산업계에서 적용되고 있다.
가령, 한국등록특허공보 제10-0175967호에서는 0.1~20g/liter의 주석황산염을 포함하는 주석함유 산세용액을 공급하는 단계와 주석함유 산세용액으로 강판을 산세하여 강판 위에 0.5㎎/㎡ 이상 10㎎/㎡ 미만의 주석을 석출시키는 단계와 산세된 강판을 황산도금탱크(sulfuric acid plating bath)에서 전기아연도금하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기아연도금방법을 개시하고 있다.
또한, 전기아연도금액에는 3~30ml/l의 결정립미세화제가 첨가되어 있고, 상기 결정립미세화제는 순수 1리터에 분자량 600g과 1000g인 폴리에틸렌글리콜(polyethylenglycole)을 1:3 비율로 혼합한 약품 120g과 벤조산(Benzoic acid)을 2g 첨가한 용액으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 전기아연도금방법을 개시하고 있다.
상기 두 특허는 모두 전기아연도금방법에 있어서 도금액의 개선 또는 산세과정과 석출과정의 개선을 통해 도금 품질 또는 도금 공정의 효율성을 개선할 수 있는 기술 구성을 포함하고 있으나, 점차 세분화되고 다양한 함몰면과 중공부 영역을 가지는 플레이트 구조물의 도금 품질을 전 영역에 걸쳐 균일하게 확보할 수 없는 문제점을 지니고 있다.
이에 본 발명은 상기에 언급된 과제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 내측으로 함몰되고 좁은 표면적을 차지하는 국소부위에 대해서도 동일한 수준의 도금 품질을 기대할 수 있는 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법을 제공함으로써 과제를 해결하려고 한다.
이에 본 발명은 상기에 언급된 과제를 해결하기 위해 다음의 해결 수단을 제공한다.
본 발명은 70 내지 80℃ 의 온도로 유지되는 0.5 M 수산화나트륨 용액에 플레이트 전체를 3 분간 침지하는 탈지단계(S100);와, 플레이트를 상온에서 10 중량%의 염산용액에 10초간 침지하는 산세단계(S200);와, 플레이트에 함몰 형성되는 펀칭 홀의 표면에 액상의 금속접착제를 1.15 내지 1.35㎛ 의 두께로 분사하여 접착층을 형성하는 접착층형성단계(S300);와, 상기 접착층 위에 300 내지 400 메쉬의 구리분말을 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 코팅하는 증착층형성단계(S400);와, 플레이트 전체를 전해액에 침지하여 양극에 연결되는 아연이 이온화되어 펀칭 홀의 표면에 석출되도록 하는 아연석출단계(S500);로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 증착층형성단계(S400)의 구리분말 100 중량부에 대하여 300 내지 400 메쉬의 제올라이트분말 10 내지 20 중량부를 혼합하는 것에 특징이 있다.
상기 증착층형성단계(S400)는 접착층 위에 300 내지 400 메쉬의 니켈분말 또는 주석분말을 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 코팅하도록 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 플레이트 펀칭 홀에 플레이트 평면 재질인 철보다 이온화 경향이 작은 금속 분말을 코팅하고, 더 나아가 이온 흡착능이 뛰어난 제올라이트 분말을금속 분말에 함께 혼합 구성하는 전처리 과정을 통해 단 한차례의 석출과정을 진행함에도 불구하고 플레이트 펀칭 홀의 도금 품질을 플레이트 평면과 동일한 수준으로 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법을 나타낸 순서도.
본 발명의 기술에 앞서, 본 실시예는 본 발명의 구성 요소와 각 요소의 기능에 대한 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 본원에 기재된 청구범위에 의해서만 한정되는 것임을 명확히 한다.
본 발명은 금속강판으로 제작되는 플레이트에 통공 형성되는 펀칭 홀 부위의 도금 품질을 플레이트 전체와 동일한 수준으로 개선하기 위한 것을 주안점으로 한다. 이를 위해 전기아연도금으로 진행되는 도금 공정에 펀칭 홀에 대한 별도의 전처리 공정을 추가하여 펀칭 홀 표면과 금속 아연과의 이온화 경향 차이 폭을 플레이트 전체와 금속 아연과의 이온화 경향 차이보다 크게 조절함으로써 상대적으로 펀칭 홀의 아연 석출 속도를 높임에 따라 적은 표면적을 차지하고 내측으로 함몰되는 펀칭 홀의 도금 과정이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.
이제, 첨부된 도면을 통해 본 발명의 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법에 대해 기술하겠다.
도 1은 본 발명의 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법을 나타낸 순서도로서, 본 발명이 70 내지 80℃의 온도로 유지되는 0.5 M 수산화나트륨 용액에 플레이트 전체를 3 분간 침지하는 탈지단계(S100);와, 플레이트를 상온에서 10 중량%의 염산용액에 10초간 침지하는 산세단계(S200);와, 플레이트에 함몰 형성되는 펀칭 홀의 표면에 액상의 금속접착제를 1.15 내지 1.35㎛의 두께로 분사하여 접착층을 형성하는 접착층형성단계(S300);와, 상기 접착층 위에 300 내지 400 메쉬의 구리분말을 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 코팅하는 증착층형성단계(S400);와, 플레이트 전체를 전해액에 침지하여 양극에 연결되는 아연이 이온화되어 펀칭 홀의 표면에 석출되도록 하는 아연석출단계(S500);로 구성됨을 보여 준다.
상기 탈지단계(S100)는 도금 대상이 되는 금속인 플레이트에서 기름 성분을 제거하기위한 구성 단계로서, 70 내지 80℃의 온도로 유지되는 0.5 M 수산화나트륨 용액에 플레이트 전체를 3 분간 침지하여 침적탈지를 통해 본 단계를 구성할 수 있다. 이때, 상기 온도보다 고온에서 탈지 과정을 진행하게 되면 금속 표면에 열적 부담을 줄 수 있으며 상기 온도보다 저온인 경우에는 충분한 수준의 탈지 작업이 이루어질 수 없게 된다.
상기 산세단계(S200)는 탈지 과정을 거친 플레이트 표면의 스케일 또는 두꺼운 녹 층을 제거하기 위한 구성 단계로서, 플레이트를 상온에서 10 중량%의 염산용액에 10초간 침지함으로써 이루어진다. 이때, 상기 염산용액의 농도보다 진한 용액을 사용하게 되면 플레이트 표면층까지 일부 탈락될 우려가 생기고 상기 농도보다 옅은 용액인 경우에는 원하는 수준의 이물질 제거 작업이 이루어질 수 없게 된다.
상기 접착층형성단계(S300)는 금속과의 접합에 사용되는 금속접착제를 도포하여 플레이트 펀칭 홀의 표면에 다름 금속 분말이 용이하게 고착될 수 있도록 하기 위한 전처리 단계이다. 보다 구체적으로는 플레이트에 함몰 형성되는 펀칭 홀의 표면에 액상의 금속접착제를 1.15 내지 1.35㎛의 두께로 분사하여 접착층을 형성하도록 이루어진다. 이때, 금속접착제의 성분은 시중에 유통되는 금속접착제를 사용하되 분사되는 금속접착제의 펀칭 홀 표면에 대한 흡착력을 높이기 위해 펀칭 홀 표면에 미리 150 내지 200℃의 고온 열풍을 불어 넣을 수도 있다. 즉, 열풍으로 가온된 펀칭 홀 표면의 열기가 금속접착제와 맞닿아 흡착력이 개선된다.
상기 증착층형성단계(S400)는 접착층 위에 플레이트보다 이온화 경향이 작은 재질의 금속 분말을 코팅하기 위한 구성 단계로서, 상기 접착층 위에 300 내지 400 메쉬의 구리분말을 분사하여 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 코팅하는 작업으로 구성된다. 이때, 코팅과정에서 구리분말을 분사 방식을 통해 펀칭 홀 표면의 접착층으로 주입하되, 펀칭 홀 표면의 접착층에 구리분말이 잘 고착되도록 펀칭 홀 주변에 110 내지 140℃의 고온을 지속적으로 공급할 수 있다.
상기 아연석출단계(S500)는 전술된 단계를 통해 펀칭 홀에 전처리 공정이 가해진 플레이트를 전해액에 담가 아연의 석출 과정을 진행하는 구성 단계이다. 이때, 펀칭 홀 표면에 코팅된 구리분말이 플레이트의 구성 재질인 철보다 이온화 경향이 다 작기 때문에 양극에 연결되는 금속 아연으로부터 떨어져 나온 음이온이 플레이트의 본체 표면보다 펀칭 홀 쪽으로 더 빨리 이동하여 결과적으로는 동일 시간 내에 펀칭 홀 부위의 도금 품질과 플레이트 전체의 도금 품질이 동일한 수준으로 구현될 수 있다. 그리고 본 단계의 전해액으로는 황산욕과 염화욕 모두를 사용할 수 있으나, 전기전도도면에서 3배 가량 우수할 뿐만 아니라 한계전류밀도도 약 2.2배나 높은 염화욕을 사용하는 것이 바람직하다. 더 나아가 염화욕의 종류에는 염화암모늄, 염화칼륨, 염화나트륨이 있으나 암모늄의 폐기물 처리 문제로 인하여 염화칼륨 또는 염화나트륨을 선택적으로 사용하는 것이 타당하다.
한편, 상기 증착층형성단계(S400)의 구리분말 100 중량부에 대하여 300 내지 400 메쉬의 제올라이트분말 10 내지 20 중량부를 혼합할 수도 있다. 제올라이트는 이온 흡착능이 뛰어난 광물질로서, 구리분말로 코팅되는 펀칭 홀 표면에서 음이온화된 아연이온이 좀 더 효과적으로 석출될 수 있는 시너지 작용을 제공한다. 단, 제올라이트분말의 상대적인 배합비를 상기 10 내지 20 중량부로 규정하여 펀칭 홀 표면이 확보해야 하는 경도에 지나친 약화 요인을 발생시키지 않도록 함이 적절하다.
또한, 상기 구리분말은 철보다 이온화 경향이 작은 니켈분말 또는 주석분말로 대체되어 도금되는 플레이트의 용도 및 작업 조건과 공정 비용에 따라 적절하게 선택될 수도 있다.
이상과 같이 본 발명의 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법을 구성하는 각 단계에 대한 설명이 이루어졌다.
이제, 본 발명의 구성을 더욱 구체화하고, 본 발명의 효과성을 입증하기 위해 준비된 실시예에 대해 살펴보겠다.
실시예 1 : 탈지단계(S100)
철제 강판으로 성형된 플레이트를 75℃의 온도로 유지되는 0.5 M 수산화나트륨 용액에 3 분간 침지한다.
실시예 2 : 산세단계(S200)
실시예 1에 따라 처리된 플레이트를 상온에서 10 중량%의 염산용액에 10초간 침지한다.
실시예 3 : 접착층형성단계(S300)
실시예 2에 따라 처리된 플레이트에 구비된 펀칭 홀의 표면에 부분적으로 미리 150 내지 200℃의 고온 열풍을 3 내지 5초간 불어 넣은 후에, 액상의 금속접착제를 1.15 내지 1.35㎛의 두께로 분사하여 접착층을 형성한다.
실시예 4 : 증착층형성단계(S400)
실시예 3에 의해 생성된 접착층에 위에 300 내지 400 메쉬의 구리분말을 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 분사하여 균일 코팅하면서 펀칭 홀 표면에 110 내지 120℃의 고온을 지속적으로 공급한다.
실시예 5 : 아연석출단계(S500)
실시예 4에서 처리된 플레이트를 음극에 연결하여 염화아연(160g/L)과 이를 용해하기 위한 지지염인 염화칼륨(100g/L)으로 이루어지는 전해액에 담그고, 양극에는 금속아연을 연결한 후, 전류밀도는 0.9 A/㎡로 설정하고 도금욕의 온도는 55℃ 로 유지하되, pH 조절을 위해 붕산을 적절하게 첨가하면서 pH 범위를 4.8 내지 5.2로 통제하여 본 석출 과정을 실시한다.
실시예 6 : 증착층형성단계(S400)에 제올라이트분말을 혼합
실시예 4의 구리분말 100 중량부에 대하여 300 내지 400 메쉬의 제올라이트분말 10 중량부를 혼합한다.
실시예 7 : 증착층형성단계(S400)에 주석분말을 적용
실시예 4의 구리분말 대신에 주석분말을 동일 함량 및 동일 방법으로 플레이트 펀칭 홀의 접착층 위에 도포한다.
실시예 8 : 증착층형성단계(S400)에 니켈분말을 적용
실시예 4의 구리분말 대신에 니켈분말을 동일 함량 및 동일 방법으로 플레이트 펀칭 홀의 접착층 위에 도포한다.
실시예 9 : 플레이트의 평면과 펀칭 홀의 도금 품질 비교
본 실시예에서는 상기 실시예 1 내지 실시예 8에 따라 구분 처리된 플레이트의 펀칭 홀 부위에 대한 도금 품질과 플레이트의 평면에 대한 도금 품질을 각각 비교하여 도금의 균일성에 대한 입증을 하겠다.
도금 품질에 대한 구체적인 비교를 위해 각 부위의 표면에 대한 석출아연량(mg/㎡)과 백색도 측정(KS A 0066에 따라 광도지수 L로 표시)을 하였으며, 대조군과 실험군의 구성은 다음과 같다.
1) 대조군 : 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 처리하되 펀칭 홀에 대한 별도의 전처리 과정(S300과 S400)을 거치지 않고 전기아연도금처리된 플레이트.
2) 실험군 1 : 실시예 1 내지 실시예 5에 따라 처리된 플레이트.
3) 실험군 2 : 실시예 1 내지 실시예 5와 실시예 6에 따라 처리된 플레이트.
4) 실험군 3 : 실시예 1 내지 실시예 5와 실시예 7에 따라 처리된 플레이트.
5) 실험군 4 : 실시예 1 내지 실시예 5와 실시예 8에 따라 처리된 플레이트.
상기 대조군과 실험군 1 내지 실험군 4를 시험편으로 하여 석출아연량과 백색도를 측정한 결과는 아래 표 1과 같다.
구분
석출아연량(mg/㎡)
백색도(L)
플레이트 평면 펀칭 홀 플레이트 평면 펀칭 홀
대조군 4.3 2.6 84.7 87.2
실험군 1 4.4 4.1 84.5 85.1
실험군 2 4.5 4.4 84.9 85.0
실험군 3 4.4 4.2 84.1 84.3
실험군 4 4.6 4.1 84.6 84.9
상기 표 1에서 석출아연량에 대해 살펴보면, 우선 대조군에서는 플레이트 평면과 펀칭 홀 부위의 석출아연량 차이가 1.7 mg/㎡(4.3 - 2.6)으로 뚜렷한 차이를 보이나 실험군 1 내지 실험군 4에서는 0.1 내지 0.5 mg/㎡으로 나타나 대조군에 비해 도금 부위에 따른 석출아연량의 불균형이 상당부분 해소된 것으로 나타났다. 특히 구리분말에 제올라이트분말을 혼합 구성한 실험군 2의 경우에는 석출아연량 차이가 0.1 mg/㎡(4.5 - 4.4)으로 크게 줄어 균일한 아연도금이 이루어짐을 시사한다. 한편 백색도에 대해 비교하여 보면, 대조군의 플레이트 평면과 펀칭 홀의 백색도 차이가 2.5 L(87.2 - 84.7)로 나타난 반면에 실험군 1 내지 실험군 4의 경우에는 백색도 차이가 0.1 내지 0.6 L로 측정되어 육안상으로 펀칭 홀의 도금된 표면과 플레이트 평면의 도금된 표면이 동일한 색상을 가짐을 드러낸다. 또한, 실험군 1 내지 실험군 4에 대한 비교에 있어서도 구리분말에 제올라이트분말을 함께 사용한 실험군 2의 도금 부위에 대한 석출아연량 및 백색도 차이가 가장 작게 측정되어 제올라이트의 이온 흡착능이 아연석출과정을 촉진하는 것으로 파악된다.
이와 같이 본 발명의 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법은 전기아연도금으로 진행되는 도금 공정에 펀칭 홀에 철보다 이온화 경향이 작은 금속 분말(구리, 주석, 니켈)을 코팅하여 펀칭 홀 표면과 금속 아연과의 이온화 경향 차이 폭을 플레이트 평면과 금속 아연과의 이온화 경향 차이 폭보다 크게 조절하고, 코팅된 금속 분말 표면에 이온 흡착능이 뛰어난 제올라이트분말을 함께 혼합함에 따라 상대적으로 펀칭 홀 부위의 아연 석출 속도를 대부분의 표면적을 차지하는 플레이트 평면보다 빠르게 조절함으로써 펀칭 홀이 상대적으로 적은 표면적을 차지하고 내측으로 함몰되는 구조임에도 불구하고 펀칭 홀의 도금 과정이 다른 부위와 동일한 수준으로 이루어질 수 있게 되어 피도금 결과물의 내식성 및 내구성이 증대될 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 구성에 대한 상세 설명과 본 실시예를 통해 본 발명의 실체와 구체적인 사항에 대해 기술하였다. 상기 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 상세 설명과 실시 예를 바탕으로 이루어지는 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예에 따른 발명도 본 발명의 권리범위에 속함을 명확히 하여야 할 것이다.
S100 : 탈지단계 S200 : 산세단계
S300 : 접착층형성단계 S400 : 증착층형성단계
S500 : 아연석출단계

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  2. 70 내지 80℃의 온도로 유지되는 0.5 M 수산화나트륨 용액에 플레이트 전체를 3 분간 침지하는 탈지단계(S100);와, 플레이트를 상온에서 10 중량%의 염산용액에 10초간 침지하는 산세단계(S200)와, 플레이트에 함몰 형성되는 펀칭 홀의 표면에 액상의 금속접착제를 1.15 내지 1.35㎛의 두께로 분사하여 접착층을 형성하는 접착층형성단계(S300);와, 상기 접착층 위에 300 내지 400 메쉬의 구리분말을 1.55 내지 2.25㎛의 두께로 코팅하는 증착층형성단계(S400);와, 플레이트 전체를 전해액에 침지하여 양극에 연결되는 아연이 이온화되어 펀칭 홀의 표면에 석출되도록 하는 아연석출단계(S500);로 순차적으로 실시되는 것에 특징이 있는 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법에 있어서,
    상기 증착층형성단계(S400)의 구리분말 100 중량부에 대하여 300 내지 400 메쉬의 제올라이트분말 10 내지 20 중량부를 혼합하는 것에 특징이 있는 플레이트 펀칭 홀의 전기아연도금방법.
  3. 삭제
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