KR101856587B1 - 알칼리 아연니켈 합금 도금 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 현재의 도금 공정에서 새로운 도금 설비의 투자 없이 실시할 수 있고, 밀착성이 개선되며, 원하는 두께의 도금층을 정확히 얻을 수 있고, 폐수 발생이 적은 아연니켈 합금 도금 방법을 제공하는 것이다.
이를 위하여, 피도금재를 준비하는 단계; 금속아연 4~8g/L, 금속니켈 3~5g/L, 수산화나트륨 120~130g/L, 착화제 40~100g/L, 광택제 15~30ml/L를 포함하며, pH가 14 이상인 도금용액에서 상기 피도금재를 도금하는 최종 도금 단계를 포함하며, 상기 최종 도금 단계 이전에, 상기 최종 도금 단계보다 낮은 함량의 금속아연, 상기 최종 도금 단계보다 높은 함량의 금속니켈을 포함하는 도금용액에서 1차 도금을 수행하는 것을 특징으로 하는 아연니켈 합금 도금 방법을 제공한다.

Description

알칼리 아연니켈 합금 도금 방법{PLATING METHOD OF ALKALINE ZINC NICKEL}

본 발명은 열처리강 또는 주물재에 알칼리 아연니켈 합금을 도금하는 방법에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 기존의 산성 스트라이크 도금 없이 열처리강이나 주물재에 밀착성이 높은 알카리 아연니켈도금을 하는 방법에 관한 것이다.

아연니켈 합금 도금은 철강재 위에 니켈 농도 12~18wt%Ni를 포함한 고니켈 아연니켈 합금을 전착하는 것이다.

이러한 아연니켈 합금 도금은 아연만 단독으로 전착하는 아연도금보다 내식성이나 내열성이 우수하기 때문에 자동차, 가전 등 여러 분야에 널리 사용하고 있다. 아연니켈 합금 도금은 용액의 산도에 따라 산성 아연니켈 합금 도금, 알카리 아연니켈 합금 도금으로 나누어지나 실제 산업에서는 후자가 대부분이며 전자는 제한된 분야에서 사용된다.

알카리 아연니켈 합금 도금 용액의 조성은 수산화나트륨(NaOH)를 기본으로 한 pH 14 이상의 강알카리이며, 이외에 아연공급원, 니켈공급원, pH완충용액, 광택제, 착화제로 구성되며 일반적인 조성은 아래와 같다.

금속아연: 8~12g/L

금속니켈: 1.4~1.8g/L

수산화나트륨: 120~130g/L

착화제(유기아민류): 40~100g/L

1차 광택제: 15~30ml/L

2차 광택제: 1~4ml/L

pH: 14 이상

그리고 강재 위에 알칼리 아연니켈 합금 도금을 하는 공정은 아래와 같은 순서로 이루어지는 것이 일반적이다.

탈지>수세>산세>수세>전해탈지>수세>알카리 아연니켈 도금>수세

하지만 소재가 열처리강 또는 주물인 경우에는 알카리 아연니켈 합금 도금을 할 경우 도금이 잘 안되고 밀착성이 좋지 않다. 이는 주물의 경우 표면에 기공이 많아 도금 속도가 늦은 알카리 아연니켈 합금 도금의 경우 기공 내부까지 충분히 도금되기에는 시간이 오래 걸리며 충분한 전류가 공급되지 않기 때문이다. 또 열처리재에는 표면에 침탄층이나 산화물이 존재하여 역시 도금이 잘 안 된다.

따라서 열처리강 또는 주물재에 대해서 고내식성을 갖는 아연니켈 합금 도금을 하기 위해서는 초기에 밀착성을 갖도록 도금속도가 빠른 산성 아연도금을 이용한 스트라이크 도금을 행한 후 최종 도금을 하게 된다. 즉 아래와 같은 공정으로 스트라이크 도금이 이루어진다.

탈지>수세>산세>전해탈지>산성아연도금>수세>활성화>아연니켈 도금>수세

도 6은 이와 같이 산성 아연도금 스트라이크를 한 뒤, 알카리 아연니켈 합금 도금을 하는 종래 공정의 대표적인 예이다.

도면에 나타난 바와 같이, 이러한 방법에서는 도금 공정이 길어진다. 또한 산성 아연 도금층과 알카리 아연니켈 합금 도금층 간의 밀착 문제가 발생하는 경우가 많다. 더욱이 산성 용액과 알카리 폐수가 발생하므로 폐수 처리에도 어려움이 있다. 또 아연+아연니켈합금 도금의 복층이 되므로 도금이 완료된 후 이중 도금으로 인하여 각 도금층 간의 정확한 도금 두께를 얻기가 힘들다. 즉 아연 스트라이크 도금에 의해 형성된 하부의 아연도금층 위에 아연니켈 합금이 도금됨으로써, 니켈의 함량이 전체 아연 도금의 양에 간섭되어 실제 보다 적게 나와서 편차를 발생시킴에 따라, 품질 관리 및 공정 관리에 제약이 따른다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 알카리 아연니켈 합금 도금을 하기 전에 행하는 산성 아연 스트라이크 도금을 하지 않고 알칼리 스트라이크 도금을 함으로써, 공정이 빠르고 단순화될 수 있는 도금 방법을 제공하는 것이 목적이다.

본 발명의 다른 목적은, 현재의 도금 공정에서 새로운 도금 설비의 투자 없이 실시할 수 있는 도금 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래보다 밀착성이 개선된 아연니켈 합금 도금 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 원하는 두께의 도금층을 정확히 얻을 수 있는 아연니켈 합금 도금 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 폐수 발생이 적은 친환경적인 알칼리 아연니켈 합금 도금 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 아래와 같은 단계로 이루어지는, 아연니켈 합금 도금 방법을 제공한다.

피도금재를 준비하는 단계;

금속아연 8~12g/L, 금속니켈: 1.4~1.8g/L, 수산화나트륨 120~130g/L, 착화제 40~100g/L, 1차광택제 15~30ml/L,2차광택제: 1~4ml/L를 포함하며, pH가 14 이상인 도금용액에서 상기 피도금재를 도금하는 최종 도금 단계를 포함하며,

상기 최종 도금 단계 이전에, 상기 최종 도금 단계보다 낮은 함량의 금속아연, 상기 최종 도금 단계보다 높은 함량의 금속니켈을 포함하는 도금용액에서 1차 도금을 수행하는 것을 특징으로 하는 아연니켈 합금 도금 방법.

이때 상기 1차 도금의 금속아연은 4~8g/L, 금속니켈은 3~5g/L로 함유되는 것이 바람직하다.

또 상기 1차 도금 용액의 수산화나트륨, 착화제, 제1광택제 함량이 최종 도금 용액과 동일한 것이 바람직하다.

또 상기 1차 도금 또는 최종 도금에는 제1광택제가 1~4ml/L로 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명은 알카리 아연니켈 합금 도금을 하기 전에 종래에 행하던 산성 아연 스트라이크 도금을 하지 않는 도금 방법이다. 따라서 종래의 도금 공정에서 새로운 도금 설비의 투자 없이 도금을 할 수 있다.

이때 도금의 후단계로 넘어 가더라도 전체적인 물성에 영향이 없어야 하기 때문에, 알카리 도금 용액에서 스트라이크 도금, 즉 1차 도금을 제공한다. 즉 보통 3단으로 이루어지는 알카리 아연니켈 합금 도금조의 최선단 도금조에서 자체적인 스트라이크 도금을 행한다.

본 발명에서는 도금액 중 아연의 농도가 낮고 니켈의 농도가 높게 되면, 철보다 전기화학적으로 귀한 니켈의 함량이 높음에 따라 용액의 전기전도도가 높아지는 원리를 이용한다. 이 경우 기존보다 더 높은 전류를 가할 수 있어, 보다 빠르게 표면에 도금이 이루어진다. 본 발명에서는 2~5A/dm2의 전류로 알칼리 스트라이크 도금을 수행할 수 있다.

또 이렇게 종래보다 빠른 속도의 도금이 이루어지며, 최종 도금 산물인 알카리 아연니켈 합금 도금의 밀착성이 높아진다.

또 본 발명에 따라 형성되는 도금 중의 아연니켈 합금비는 기존의 니켈 함량12~15%보다 높은 고니켈인 20~25%가 된다. 이 경우 도금층의 니켈 농도가 높으면 도금층의 경도가 올라가게 될 수 있으므로 1차 도금의 도금층은 전체 최종 도금 두께의 20% 이내로 한 후 최종 도금에서 두께를 맞추어 도금작업을 할 수 있다.

알칼리 스트라이크 도금 용액은 이후 최종 도금에서와 광택제나 착화제 등 다른 성분의 함량은 같고 금속이온의 농도만 다르면 되므로, 용액의 혼합으로 인한 영향을 제어하기 쉽다. 또는 용액의 혼합으로 인한 영향이 없다.

본 발명에 의하면 아래와 같은 효과가 있다.

먼저, 기존의 산성 아연 스트라이크 도금을 위해 도금액 조성을 바꾸는 작업을 하지 않아도 되므로, 공정이 빠르고 단순화될 수 있으며, 새로운 도금 설비의 투자 없이 실시할 수 있다.

또 종래보다 밀착성이 개선된 아연니켈 합금 도금을 얻을 수 있다.

또 원하는 두께의 도금층을 정확히 얻을 수 있다.

또 폐수 발생이 적은 친환경적인 알칼리 아연니켈 합금 도금 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 아연니켈 합금 도금 방법의 공정 순서를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에서 피도금재가 되는 주철제 커플링의 사진이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 형성된 아연니켈 합금 도금층의 SEM 이미지이다.
도 4는 종래 아연니켈 합금 도금 방법에 있어서, 산성 스트라이크 도금을 하는 경우의 공정 순서를 나타내는 개념도이다.

이하에서는, 본 발명의 장점, 특징 및 효과를 바람직한 실시예를 통해 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 아연니켈 합금 도금 방법의 공정 순서를 나타내는 개념도이다. 도 1의 공정을 도 6의 종래 공정과 비교하면 공정 단계가 적다. 또 산성 스트라이크 도금 이후의 알칼리 도금에 따른 공정관리 및 이종 용액의 분석 관리도 필요 없으며, 폐수 처리의 어려움도 없다.

도 1을 참고하여 공정을 상세히 설명한다.

먼저 피도금재로서 도 2와 같은 주철제 커플링을 준비하였다.

다음으로 1차 도금을 위한 전처리로서 탈지, 수세, 산세처리, 수세, 전해탈지, 수세, 활성화 공정을 차례로 수행하였다. 이들 공정은 도금 분야에서 널리 실시되는 일반적인 공정이고 본 발명의 범위 밖이므로 본 실시예에서는 구체적인 조건은 기재를 생략한다.

이어서, 1차 도금을 위한 도금 용액을 준비하였다.

도금 용액의 조성은 실시예의 경우에는 수산화나트륨 120~130g/L, 착화제 40~100g/L, 제1광택제 15~30ml/L로 하고, 나머지 성분은 일정하게 유지하였다. 착화제로는 유기아민류를 사용하였다(ATOTECH ZnNiAL452).

pH는 14 이상으로 설정하였다. 또 제1광택제는 ATOTECH사의 ZnNiAL453을 사용하였으며, 이에 더해 제2광택제(ATOTECH ZnNiAL454)를 1~4ml/L 첨가하였다. 제2광택제는 선택적으로 첨가할 수 있다. 금속아연은 4~8g/L, 금속니켈은 3~8g/L 범위에서 실시예에 따라 변화되도록 하였다.

비교예에서는 종래의 일반적인 산성 아연 스트라이크 도금의 용액 조건으로 실시하였으며, 아연 함량은 8~12g/L, 니켈 함량은 1.4~6g/L 범위에서 변화를 주었다.

상기 용액 조건에서 모두 13가지의 본 발명 실시예와 비교예에 대해 1차 도금을 실시하였다.

1차 도금 시간은 본 발명 실시예와 비교예 모두 10분 동안 수행하였다.

또한 전류 밀도는 본 발명 실시예에서는 3~5A/dm2 범위로 하였고, 비교예에서는 3A/dm2로 설정하였다.

1차 도금이 완료된 뒤에는 수세 공정을 거치고 최종 도금을 수행하였다. 본 발명 실시예에서는 1차 도금과 동일한 도금조와 용액 조건에서 최종 도금을 수행하였다. 즉 1차 도금, 즉 스트라이크 도금 뒤에 수세 공정만 거치고 바로 이어서, 금속아연과 금속니켈의 함량만 조정하여 최종 도금을 수행하였다.

비교예에서는 최종 도금을 위해, 산성이었던 도금 용액을 pH 14의 알칼리 조건으로 조정할 필요가 있다. 이를 위하여, 1차 도금 완료 후 수세 공정을 거치고 이어서 활성화 공정을 수행하였다.

최종 도금에서는 비교를 명확하게 하기 위해, 본 발명 실시예와 비교예 모두 금속아연은 모두 8g/L, 금속니켈은 1.5g/L로 투입하고 수행하였다.

모든 실시예와 비교예에 대해 최종 도금은 50분 동안 도금을 하였으며, 이때 전류 밀도는 모두 1A/dm2로 동일하게 설정하였다.

최종 도금이 완료된 후, 본 발명 실시예와 비교예 모두 수세, 활성화, 후처리, 수세, 코팅, 건조 공정을 차례로 거쳐, 아연니켈 합금이 도금된 피도금재를 획득하였다.

이상의 공정을 표 1에 요약하였다.

표 1에는 전술한 공정에 의해 제조된 아연니켈 합금 도금을 시험 평가한 결과도 기재되어 있다. 시험 평가를 위한 주요 항목은 아래와 같다.

- 도금두께: 1시간 도금에서 8um 이상의 도금두께를 가질 것

- 외관: 육안으로 관찰하여 탄 부분이나 미도금부가 없을 것

- 도금밀착성: 도금층의 박리 현상이 없을 것(KS B 0804)

이상과 같은 기준에서 볼 때, 본 발명에 따른 실시예1 내지 실시예7의 경우에는 도금 두께가 최저 9um부터 12um까지 범위로서 우수한 결과가 나왔다. 반면 비교예의 경우 두께가 7um 내지 10um 범위에 있어, 본 발명 실시예에 비해 떨어지는 결과가 나왔다.

또 본 발명 실시예의 경우 모두 밀착성 테스트를 통과하였으나, 비교예에서는 비교예12, 비교예13 외에는 불합격으로 판정되었다.

외관 테스트에서도 본 발명 실시예에서는 모두 합격 결과가 나왔으나, 비교예에서는 일부 탄 도금이 나타났다.

이상으로 볼 때 본 발명에 따른 실시예의 도금 결과가, 공정 상 이점 외에 최종 도금 제품의 물성에 있어서도 우수함을 알 수 있다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따라 형성된 아연니켈 합금 도금층의 SEM 이미지이다. 도면으로부터 모재 위에 도금층의 밀착이 잘 이루어져 있음을 알 수 있다.

Claims (7)

1. 주물에 대한 아연니켈 합금 도금방법으로서,
   피도금재를 준비하는 단계;
   금속아연 5g/L, 금속니켈 4g/L, 수산화나트륨 120~130g/L, 유기아민류 착화제 40~100g/L, 제1광택제 15~30ml/L, 제2광택제 1~4ml/L를 포함하며 pH가 14인 도금 용액에서, 5A/dm2의 전류 밀도로 10분 동안 알칼리 스트라이크 1차 도금을 수행하는 단계;
   상기 1차 도금 이후 수세 공정을 수행하는 단계; 및
   금속아연 8g/L, 금속니켈 1.5g/L를 포함하는 최종 도금액에서 상기 피도금재를 1A/dm2의 전류밀도로 50분 동안 도금하는 최종 도금 단계를 포함하며,
   상기 최종 도금액의 수산화나트륨, 착화제, 제1광택제, 제2광택제 함량 및 pH가 상기 1차 도금 용액의 수산화나트륨, 착화제, 제1광택제, 제2광택제 함량 및 pH와 동일하며,
   상기 1차 도금의 두께가 최종 도금 두께의 20%인 것을 특징으로 하는 아연니켈 합금 도금 방법.
   
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