KR101665681B1 - 니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 니켈박판을 형성하기 위한 니켈 도금액에 있어서, 니켈 도금액 전체 부피에 대하여 80~120 g/L 의 설파민산니켈(Ni(SO₃NH₂)₂)과, 5~15 g/L의 염화니켈(NiCl₂·6H₂O)과, 35~40 g/L 의 붕산(H₃BO₃)과, 0.015~0.035㎖/L의 비이온계 첨가제를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

Description

니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법{Method for manufacturing of nickel thin plate using of Nickel plating solution}

본 발명은 니켈 도금액 및 이를 이용한 니켈박판의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비이온계 첨가제를 첨가하여 인장강도, 항복강도 및 경도 등의 기계적 물성이 향상된 니켈박판을 제조할 수 있도록 한 니켈 도금액 및 이를 이용한 니켈박판의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 비이온계 첨가제의 함량을 제어하여 인장강도, 항복강도 및 경도의 향상율과 인장강도의 변화율을 조정할 수 있도록 한 니켈 도금액 및 이를 이용한 니켈박판의 제조방법에 관한 것이다.

전주(電鑄)는 도 1과 같이 전기 도금을 응용하여 마스터금형(1)과 동일한 형상의 제품(2)을 정확하게 복제하는 조형법으로서, 마스터금형(1)에 소정의 두께를 갖는 제품(2)을 형성한 후 마스터금형(1)으로부터 제품(2)을 분리함으로써 하나의 마스터금형(1)을 이용하여 다수의 제품(2)을 복제할 수 있으므로 널리 사용되고 있다.

근래에는 니켈, 철 등의 소재를 적용하여 메달 조각이나, 레코드 제조에 있어 원판 등의 복제 및 인쇄판면의 복제등에 사용되고 있는데, 최근에는 각종 기계 부품, 이음매없는 관, 파라볼라 거울 등의 제작에 이용되고 있다.

또 인쇄용 롤러에도 사용되고 폴리염화비닐 필름의 요철 무늬를 붙이는데도 이용되고 있다.

니켈전주도금의경우 맨드렐(mandrel)에 전착된 전착물의 경도는 도금변수(전류밀도, pH 온도, 도금액 조성 등)에 의해 결정되며, 니켈전주도금을 이용하여 전착물을 지속적으로 생산할 때 전착물의 경도가 점차 감소하게 된다.

따라서 일정한 경도를 지속적으로 유지하기 위해서는 전류밀도, pH, 온도 등의 도금변수들을 제어해야 하나, 이들 변수의 제어는 쉽지 않고 제어 가능한 변수도 매우 제한적이다.

그리고 전주는 도금과 달리 전착층을 소재에서 분리하여 구조용 재료로 사용하기 때문에 경도, 인장강도, 항복강도와 연신율을 포함한 기계적 성질 등이 매우 중요하다.

이하 첨부된 도 2 및 도 3을 참조하여 도금변수의 변화에 따른 기계적 성질의 변화를 살펴본다.

도 2는 전류밀도 변화에 따른 경도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 3은 전류밀도 변화에 따른 니켈 전주층의 인장강도, 항복강도 및 연신율 변화를 나타낸 그래프로서, "동의대학교 신소재공학과 이재근, 석사학위논문, 2005년"에서 발췌하였다.

동일한 도금액에 전류밀도를 20, 40, 60㎃/㎠로 변화시켜 전주도금을 실시한 결과, 도 2와 같이 전류밀도가 변화함에 따라 경도 값에 변화가 발생한 것을 확인할 수 있다.

그러나 전류밀도의 변화만으로 경도를 현저하게 상승시키고 제어하기에는 한계가 있다.

그리고 도 3과 같이 전류밀도를 20, 40, 60㎃/㎠로 변화시켰을 때 인장강도, 항복강도 및 연신율의 변화를 살펴보면, 전류밀도 20㎃/㎠에서 인장강도와 항복강도는 74.7ksi, 48.5ksi를 나타내었고, 연신율은 11.2%를 나타내었다.

60㎃/㎠ 의 전류밀도를 인가한 경우 20㎃/㎠의 전류밀도를 인가한 실험결과와 유사한 인장강도, 항복강도를 나타내었다.

그러나 40㎃/㎠의 전류밀도를 인가한 경우 인장강도와 항복강도는 각각 83.2ksi와 53.3ksi으로 최대값을 나타내었으나, 연신율은 7.2%로 최저값을 나타내었다.

따라서 전류밀도의 변화는 기계적 성질인 인장강도, 항복강도 및 연신율을 변화시켰다고 볼 수 있다.

그러나 이러한 종래의 기술은 전류밀도를 변화시켜 기계적 특성을 향상시킬 수 있음을 제시한 기술로서, 기계적 특성의 현저한 향상을 기대하기에는 어려움이 있다.

또한 종래 기술은 전류밀도 변화가 기계적 성질에 어떠한 영향을 미치는가를 연구한 자료일 뿐 기계적 특성을 제어하기 위한 구체적인 실험 결과는 제시하지 못하고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 비이온계 첨가제를 첨가하여 인장강도, 항복강도 및 경도 등의 기계적 물성이 향상된 니켈박판을 제조할 수 있도록 한 니켈 도금액 및 이를 이용한 니켈박판의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 비이온계 첨가제의 함량을 제어하여 인장강도, 항복강도 및 경도의 향상율과 인장강도의 변화율을 조정할 수 있도록 한 니켈 도금액 및 이를 이용한 니켈박판의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 니켈박판을 형성하기 위한 니켈 도금액에 있어서, 니켈 도금액 전체 부피에 대하여 80~120 g/L 의 설파민산니켈(Ni(SO₃NH₂)₂)과, 5~15 g/L의 염화니켈(NiCl₂·6H₂O)과, 35~40 g/L 의 붕산(H₃BO₃)과, 0.015~0.035㎖/L의 비이온계 첨가제를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

상기 비이온계 첨가제는 polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether가 채택됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법은, 니켈 도금액 전체 부피에 대하여 80~120 g/L 의 설파민산니켈(Ni(SO₃NH₂)₂)과, 5~15 g/L의 염화니켈(NiCl₂·6H₂O)과, 35~40 g/L 의 붕산(H₃BO₃)과, 0.015~0.035㎖/L의 비이온계 첨가제를 포함하여 구성되는 니켈 도금액을 준비하는 도금액준비단계와, 상기 니켈 도금액을 50~70℃의 온도 범위 내에서 유지하고, 6~7V의 전압 및 90 내지 100A의 전류를 제공하여 맨드렐에 니켈박판을 형성하는 니켈박판형성단계와, 상기 니켈박판을 맨드렐로부터 분리하는 니켈박판분리단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 도금액준비단계에서 비이온계 첨가제는, polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether 가 채택됨을 특징으로 한다.

상기 니켈박판은 300HV 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 니켈박판은 891㎫이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 니켈박판은 623㎫이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 니켈 도금액에 비이온계 첨가제를 첨가함으로써 니켈박판 형성시에 작고 조밀한 니켈 입자가 전착될 수 있도록 하였다.

따라서 인장강도, 항복강도 및 경도가 향상된 니켈박판의 제조가 가능한 이점이 있다.

또한 본 발명에서는 비이온계 첨가제의 함량을 제어하여 인장강도, 항복강도 및 경도의 향상율과 인장강도의 변화율을 조정할 수 있도록 하였다.

따라 니켈박판에 요구되는 기계적 특성을 고려하여 비이온계 첨가제의 함량을 제어함으로써 다양한 기계적 특성을 갖는 니켈박판을 제조할 수 있는 이점이 있다.

도 1 은 일반적인 전주 공정을 나타낸 개요도.
도 2 는 전류밀도 변화에 따른 경도 변화를 나타낸 그래프.
도 3 은 전류밀도 변화에 따른 니켈전주층의 인장강도, 항복강도 및 연신율 변화를 나타낸 그래프.
도 4 는 본 발명에 의한 니켈 도금액의 조성을 나타낸 표.
도 5 는 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용하여 제조된 니켈박판 및 이로부터 얻은 시편의 실물을 보인 사진.
도 6 은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법을 나타낸 공정 순서도.
도 7 은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에서 첨가제의 함량 변화에 따른 니켈박판의 경도 변화를 측정하여 나타낸 표.
도 8 은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에 따라 제조된 니켈박판의 경도, 인장강도, 항복강도 및 연신율을 측정하여 나타낸 표.
도 9 는 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에 따라 제조된 니켈박판의 경도에 따른 인장강도를 측정하여 나타낸 표.
도 10 은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에 따라 제조된 니켈박판의 경도에 따른 항복강도를 측정하여 나타낸 표.
도 11 은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에 따라 제조된 니켈박판의 경도에 따른 연신율을 측정하여 나타낸 표.

이하 첨부된 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 니켈 도금액에 대하여 상세히 설명한다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 4에는 본 발명에 의한 니켈 도금액의 조성을 나타낸 표가 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용하여 제조된 니켈박판 및 이로부터 얻은 시편의 실물을 보인 사진이 도시되어 있다.

본 발명에 의한 니켈 도금액은 니켈 전착도장 공정을 실시하여 니켈박판(P)을 형성하기 위한 것으로, 니켈박판의 기계적 특성을 높이기 위한 첨가제가 포함된다.

즉, 상기 니켈 도금액은 전체 부피에 대하여 80~120 g/L 의 설파민산니켈(Ni(SO₃NH₂)₂)과, 5~15 g/L의 염화니켈(NiCl₂·6H₂O)과, 35~40 g/L 의 붕산(H₃BO₃)과, 0.015~0.035㎖/L의 비이온계 첨가제를 포함하여 구성된다.

상기 비이온계 첨가제는 니켈박판의 경도, 인장강도 및 항복강도를 동시에 향상시킬 수 있도록 하기 위한 요부 구성으로서, 본 발명의 실시예에서 polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether가 채택되었으며, 화학식은 아래와 같다.

상기와 같은 조성범위를 갖는 니켈 도금액을 이용하여 제조된 니켈박판은 300㎜×400㎜×340㎛의 크기를 가지며 도 5와 같다.

그리고 상기 니켈박판으로부터 도 5의 아래 사진에 도시된 시편(T)을 만들어 다양한 기계적 특성 시험을 실시하였다.

상기 시편은 (ASTM E-8), 길이 20㎜, 폭 120㎜의 크기를 갖도록 제작하였다.

이하 상기와 같이 구성되는 니켈 도금액을 이용하여 니켈박판을 제조하는 방법을 설명한다.

도 6에는 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법을 나타낸 공정 순서도가 도시되어 있다.

도면과 같이 상기 니켈 도금액을 이용하여 니켈박판을 제조하는 방법은, 니켈 도금액 전체 부피에 대하여 80~120 g/L 의 설파민산니켈(Ni(SO₃NH₂)₂)과, 5~15 g/L의 염화니켈(NiCl₂·6H₂O)과, 35~40 g/L 의 붕산(H₃BO₃)과, 0.015~0.035㎖/L의 비이온계 첨가제를 포함하여 구성되는 니켈 도금액을 준비하는 도금액준비단계(S100)와, 상기 니켈 도금액을 50~70℃의 온도 범위 내에서 유지하고, 6~7V의 전압 및 90 내지 100A의 전류를 제공하여 맨드렐(도시되지 않음)에 니켈박판을 형성하는 니켈박판형성단계(S200)와, 상기 니켈박판을 맨드렐로부터 분리하는 니켈박판분리단계(S300)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 도금액준비단계(S100)에서 비이온계 첨가제는 polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether가 채택되었으며, 상기 비이온계 첨가제의 바람직한 조성 범위는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.

상기와 같은 단계를 거쳐 제조된 니켈박판은 300HV 이상의 경도와, 891㎫이상의 인장강도 및 623㎫이상의 항복강도를 갖게 된다.

이하 첨부된 도 7을 참조하여 비이온계 첨가제의 첨가 여부와 첨가량 변화에 따른 니켈박판의 경도 변화를 살펴본다.

도 7에는 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에서 첨가제의 함량 변화에 따른 니켈박판의 경도 변화를 측정하여 나타낸 표가 도시되어 있다.

그리고 도 7에서 비이온계 첨가제의 첨가량은 니켈 도금액 200L 에 첨가한 량으로서 3㎖, 7㎖, 10㎖가 각각 첨가되었으며, 니켈 도금액 1L 당 0.015㎖, 0.035㎖, 0.05㎖가 각각 첨가된 것과 같다.

도면과 같이 상기 비이온계 첨가제를 넣지 않은 경우에는 300HV 미만의 경도를 나타내었으나, 비이온계 첨가제를 첨가한 경우에는 300HV의 경도를 나타내었다.

보다 구체적으로 살펴보면, 비이온계 첨가제를 넣지 않고 70회 이상 측정한 결과 260HV 정도의 경도를 나타냈으나, 비이온계 첨가제를 3mL 첨가한 경우 첨가 전보다 평균 60HV 이상의 비커스 경도 향상을 나타내었다.

그리고 비이온계 첨가제가 7mL 첨가된 경우 평균 74.9HV의 경도 향상을 나타낸 반면, 10mL의 비이온계 첨가제가 첨가된 경우는 3mL와 7mL를 첨가한 실시예보다 다소 낮은 경도 증가를 나타내었다.

따라서 상기 비이온계 첨가제는 니켈 도금액 200L당 3~7mL의 범위 즉, 0.015㎖~0.035㎖/L 범위 내에서 첨가됨이 바람직하다.

이하 도 8을 참조하여 경도 변화에 따른 인장강도, 항복강도 및 연신율의 변화를 살펴본다.

도 8은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에 따라 제조된 니켈박판의 경도, 인장강도, 항복강도 및 연신율을 측정하여 나타낸 표이다.

우선 도 8의 측정값은 니켈 도금액을 60℃의 온도로 맞춘 후 6.8V(100A) 전압 및 전류 조건하에서 제조된 시편을 이용하여 2㎜/min의 속도로 인장시험한 결과이다.

도 8과 같이 비커스경도가 185~336HV 범위내에서 변화할 때 인장강도와 항복강도는 각각 증가하는 경향을 나타냈다.

다만, 연신율의 경우 비커스경도가 증가함에 따라 반대로 낮아지는 경향을 나타내었다. 그러나 비커스경도 변화에 따른 인장강도 및 항복강도의 증가비율과 대비할 때, 비커스 경도 변화에 따른 연신율의 감소비율은 낮게 나타났다.

도 9 내지 도 11은 본 발명에 의한 니켈 도금액을 이용한 니켈박판 제조방법에 따라 제조된 니켈박판의 경도에 따른 인장강도, 항복강도, 연신율을 측정하여 나타낸 표로서, 도 9와 같이 비커스 경도가 증가함에 따라 인장강도는 비례하여 증가하였다.

그리고 도 10과 같이 비커스 경도가 증가함에 따라 항복강도 역시 증가하는 경향을 나타내었다.

즉, 도 9 및 도 10과 같이 인장강도와 항복강도는 최소제곱법으로 그은 직선에서 각각 88.7%, 88.2%의 신뢰도를 나타내었다.

반면 도 11을 통해 확인할 수 있듯이 비커스 경도가 증가하더라도 연신율은 상대적으로 낮아지는 경향을 나타내었다.

그러나 비커스경도 변화에 따른 인장강도 및 항복강도의 증가비율과 대비할 때 비커스 경도 변화에 따른 연신율의 감소비율은 도 11과 같이 최소제곱법으로 그은 직선에서 30% 미만인 28%의 신뢰도 값을 나타내었다.

따라서 이러한 실험 결과를 토대로 경도, 인장강도, 항복강도 및 연신율을 고려하여 다양한 기계적 특성을 갖는 니켈박판의 제조가 가능할 것이다.

이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

P . 니켈박판 S100. 도금액준비단계
S200. 니켈박판형성단계 S300. 니켈박판분리단계
T . 시편

Claims (7)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 니켈 도금액 전체 부피에 대하여 80~120 g/L 의 설파민산니켈(Ni(SO₃NH₂)₂)과, 5~15 g/L의 염화니켈(NiCl₂·6H₂O)과, 35~40 g/L 의 붕산(H₃BO₃)을 포함하는 니켈 도금액 전체 부피에 대하여 polyethylene glycol p-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)-phenyl ether 가 채택된 비이온계 첨가제를 0.015~0.035㎖/L 첨가하여 니켈 도금액을 완성하는 도금액준비단계와,
   상기 완성된 니켈 도금액을 50~70℃의 온도 범위 내에서 유지하고, 6~7V의 전압 및 90 내지 100A의 전류를 제공하여 맨드렐에 니켈박판을 형성하는 니켈박판형성단계와,
   상기 니켈박판을 맨드렐로부터 분리하는 니켈박판분리단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 니켈박판은 300HV 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 니켈박판은 891㎫이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 니켈박판은 623㎫이상의 항복강도를 갖는 것을 특징으로 하는 니켈 도금액을 이용한 니켈박판의 제조방법.

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