KR102373173B1 - 회전식 전기 도금 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 통상적인 전기도금 실험과 덴드라이트성 모사 도금실험이 가능한 회전식 전기 도금 장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치는 도금 용액이 수납된 중탕조, 상기 중탕조에 담긴 시편에 연결된 음극, 상기 중탕조에 담기고 상기 시편에 수직하게 배치되는 양극, 상기 음극에 연결되어 상기 시편을 회전시키는 회전부, 상기 음극 및 상기 양극에 각각 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함할 수 있다.

Description

회전식 전기 도금 장치{ROTARY ELECTROPLATING APPARATUS}
본 발명은 회전식 전기 도금 장치에 관한 것이다.
종래에 사용되는 전기 도금 장치는 양극과 금속 시편을 음극에 연결하여 서로 마주보게 하여 전기 도금을 실시하는 방법으로서, 도 1에 도시된 바와 같은 수평형 연속 전기도금 라인에서 발생하는 에지부 덴드라이트성 도금현상을 모사할 수 없는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2019-0076279호
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통상적인 전기도금 실험과 덴드라이트성 모사 도금실험이 가능한 회전식 전기 도금 장치가 제공된다.
상술한 본 발명의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치는 도금 용액이 수납된 중탕조, 상기 중탕조에 담긴 시편에 연결된 음극, 상기 중탕조에 담기고 상기 시편에 수직하게 배치되는 양극, 상기 음극에 연결되어 상기 시편을 회전시키는 회전부, 상기 음극 및 상기 양극에 각각 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 통상적인 전기도금 시편 제조와 강판의 도금 시 에지부에 발생하는 덴드라이트성 도금현상을 모사할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 덴드라이트성 도금결정에 대한 광학현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에서 시편의 에지부 전류 집중을 나타내는 도면이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치의 양극의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치의 개략적인 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에서 마스크의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에서 슬릿이 있는 마스크의 전류 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에 의해 아연도금 시 발생한 덴드라이트성 도금을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치(100)는 중탕조(110), 양극(120), 음극(130), 회전부(140) 및 전류 공급부(150)를 포함할 수 있다.
중탕조(110)는 내부에 도금 용액이 담겨 있고, 중탕조(110)의 벽 내부에는 실리콘 오일(111)이 주입되어 있으며, 실리콘 오일(111)을 가열하여 도금 용액을 중탕하는 가열부(112)가 배치될 수 있다. 중탕조(110)는 스테인리스 재질 혹은 아크릴 고분자 재질로 구성될 수 있다.
예를 들어, 실리콘 오일(111)은 200℃, 도금 용액은 150℃까지 승온이 가능할 수 있고, 가열부(112)는 승온 속도가 50℃/min으로 실리콘 오일(111)을 가열할 수 있다.
중탕조(110)의 도금 용액 내에는 시편이 잠겨있을 수 있다. 상기 시편은 디스크 형태의 강판일 수 있다.
양극(120)은 중탕조(110)내에서 상기 시편에 수직하게 배치될 수 있다. 양극(120)의 일부는 중탕조(110) 내의 도금 용액에 잠겨있을 수 있다. 양극(120)은 불용성일 수있으며, 이산화이리듐(IrO2) 또는 이산화 탄탈럼(TaO2)을 갖는 금속 산화물이 40 내지 100g/m2 코팅 처리된 티타늄(Ti) 금속판으로 구성될 수 있다.
음극(130)은 상기 시편의 중심에 연결될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에서 시편의 에지부 전류 집중을 나타내는 도면이다.
도 2와 함께 도 3을 참조하면, 상기 시편의 에지부에 전류가 집중되도록 양극(120)과 음극(130)에 연결된 상기 시편을 수직으로 배치하여 상기 시편의 에지부에 도금이 일어날 수 있다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치의 양극의 실시예들을 나타내는 도면이다.
도 2와 함께, 도 4의 (a) 및 (b)를 참조하면, 양극(120)은 중탕조(110)의 내부 둘레를 따라 사각형(도 4의 (a)) 또는 원통형(도 4의 (b))으로 배치될 수 있다.
사각형의 양극(120)의 경우 전극의 크기는 티타늄 금속 판넬은 가로100x세로150x두께2.0㎜T, 원통형의 경우 Ø124x높이150x두께4.0㎜T 크기로 제작하고, 이산화 이리듐(IrO2) 또는 이산화 탄탈럼(TaO2)을 갖는 금속 산화물의 코팅량은 사각형의 일면에 처리하고, 원통형은 안쪽 면에 각각 40 내지 100g/m2 으로 처리하여 제작될 수 있다.
음극(130)은 내산성(耐酸性)이 우수한 전도성 금속 재질에 표면을 고분자 수지로 피복하여 구성될 수 있다.
회전부(140)는 임펠러(141) 및 모터(142)를 포함할 수 있으며, 임펠러(Impeller)(141)는 상기 시편의 하부에 배치되고 상기 시편의 중심에 연결될 수 있다. 임펠러(141)는 0 내지 1,800rpm 으로 속도 조절이 가능하도록 하였고, 절연 및 내부식성의 플라스틱 재질로 구성될 수 있다.
음극(130)은 상기 시편의 중심에 연결되어 상기 모터(142)의 회전축에 연결될 수 있다. 음극(130)과 상기 시편의 중심 간에는 시편의 전류를 공급하기 위해 슬립링(미도시)이 배치될 수 있다. 상기 모터(142)는 기어 등의 구성이 더하여 음극(130)을 상하로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 시편 및 임펠러(141)의 설치 또는 전기 도금시 도금 용액에 상기 시편과 음극(130)이 잠기도록 상하 조절할 수 있다.
전류 공급부(150)은 양극(120) 및 음극(130)에 전류를 공급할 수 있으며, 양극(120) 및 음극(130)의 전류 공급 방식이 다를 수 있므로 각각 전류를 공급할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치의 개략적인 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치(200)는 마스크(260)를 더 포함할 수 있다.
이외의 중탕조(210)의 실리콘 오일(211) 및 가열부(212), 양극(220), 음극(230), 회전부(240)의 임펠러(241) 및 모터(242), 전류 공급부(250)은 도 2에서의 구성과 동일하므로 상세한 설명은 생략하도록 한다.
마스크(260)는 슬릿(261)을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에서 마스크의 개략적인 구성도이고, 도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에서 슬릿이 있는 마스크의 전류 흐름도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치에 의해 아연도금 시 발생한 덴드라이트성 도금을 나타내는 도면이다.
도 5와 함께, 도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 회전식 전기 도금 장치(200)는 덴드라이트성 도금현상을 제정하기 위해 즉 양극(220)에서 시편으로의 전류집중을 막기 위해 마스크(260)를 포함할 수 있다.
마스크(260)의 재질은 양극(220)으로부터 발생하는 전류를 막을 수 있는 비 전도성 재료인 0.5 내지 3mm 두께의 PE, PP 혹은 폴리카보네이트(Polycarbonate) 필름일 수 있다. 양극(220)으로부터 불필요한 전류에 의한 도금을 막기 위해, 상기 시편과 상기 양극(220)의 일부가 서로 마주볼 수 있는, 상기 시편의 가장 근거리 부분의 마스크(260)에 슬릿(261) 형태로 절단하여 양극의 전류를 제어할 수 있다.
슬릿(261)의 크기를 0, 2, 5, 10mm 로 하였을 때 시편에 발생하는 덴드라이트 도금의 결정의 수와 양으로 효과를 하기의 실시예로 판단하였다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예로 본 발명에 대하여 한정하는 것은 아니다.
실시예
본 발명에서 사용된 전기아연도금 강판용 도금용액은 [Zn] 45g/L, pH 1.5 인 황산계 용액을 사용하였다. 도금 온도는 40 내지 60°C, 전류는 10A (전류밀도 80A/dm2) 내지 20A (전류밀도 160A/dm2) 조건에서 실시하였다. 양극으로부터 전류 집중에 의한 Dendrite성 도금 발생에 미치는 영향인자로서 시편의 에지 가공방법, 전류밀도, 도금액 온도, 유속, 전해질 농도 및 pH 의 효과에 대한 실험을 수행하였다.
본 발명에 사용된 시편은 에지부 가공방법에 따른 덴드라이트성 도금성 모사실험을 위해 3가지 방법으로 시편 디스크를 제작하였다.
첫째, 쉐어링 (Shearing) 가공 시 에지면은 거칠고 버(Burr) 발생이 많았다.
둘째, 쉐어링 및 연마 처리 - 쉐어링 가공부의 버를 제거하기 위해 G80 사포로 폴리싱 (Polishing) (2500rpm, 2min.) 처리를 하여 라운드(Round) 형상을 만들었다.
셋째, 레이저(Laser) 가공 - 레이저가공 (주, 한광레이저, 0.45T_Model4020/Power 4.0kW; 0.8T_Model3015/Power4.4)으로 단면을 절단하였다.
시편의 에지부 덴드라이트성 도금현상을 제어하기 위해 도 6과 같은 원통형의 마스크를 제작하였다. 이때 도 7과 같이 시편의 에지부에 대한 전류 집중의 크기를 제어하기 위해 마스크의 슬릿의 간격을 0, 2, 5, 10mm 달리하여 평가하였다.
상기 실시예에 대한 도금조건과 덴드라이트 도금에 대한 상대평가 결과를 하기의 표에 나타내었다. 도 8에 도시된 바와 같이 덴드라이트 도금의 결정크기와 양을 육안으로 비교하여 수치로 (크고-많음) 5 - 4 - 3 - 2 - 1 (작고-적음) 상대적으로 표시하였다.
[표]
Figure 112020086127000-pat00001
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 통상적인 전기도금 시편 제조와 강판의 도금 시 에지부에 발생하는 덴드라이트성 도금현상을 모사할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고 후술하는 특허청구범위에 의해 한정되며, 본 발명의 구성은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 그 구성을 다양하게 변경 및 개조할 수 있다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 쉽게 알 수 있다.
100, 200: 회전식 도금 장치
110, 210: 중탕조
111, 211: 실리콘 오일
112, 212: 가열부
120, 220: 양극
130, 230: 음극
140, 240: 회전부
141, 241: 임펠러
142, 242: 모터
150, 250: 전류 공급부
260: 마스크
261: 슬릿

Claims (9)

  1. 도금 용액이 수납된 중탕조;
    상기 중탕조에 담긴 시편에 연결된 음극;
    상기 중탕조에 담기고 상기 시편에 수직하게 배치되는 양극;
    상기 음극에 연결되어 상기 시편을 회전시키는 회전부; 및
    상기 음극 및 상기 양극에 각각 전류를 공급하는 전류 공급부를 포함하고,
    상기 양극은 상기 시편의 에지부와 마주보도록 배치되는 회전식 전기 도금 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양극은 상기 중탕조 내부의 둘레를 따라 원형 또는 사각형으로 배치되는 회전식 전기 도금 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 양극은 이산화이리듐(IrO2) 또는 이산화 탄탈럼(TaO2)을 갖는 금속 산화물이 40 내지 100g/m2 코팅 처리된 티타늄(Ti) 금속판으로 구성된 회전식 전기 도금 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전부는
    상기 시편의 중심에 연결된 상기 음극을 회전시키는 모터; 및
    상기 시편의 하부에 배치되고 상기 시편의 중심에 연결된 임펠러
    를 포함하는 회전식 전기 도금 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 음극은 표면이 비전도성 고분자 필름으로 피복되는 전도성 로드(rod)로 구성된 회전식 전기 도금 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전부는 상기 시편 교체를 위해 상기 음극을 상하로 이동시키는 회전식 전기 도금 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 중탕조의 벽 내부에는 실리콘 오일이 주입되어 있고,
    상기 벽 내부에는 상기 실리콘 오일을 가열하여 상기 도금 용액을 중탕하는 가열부가 배치되는 회전식 전기 도금 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 중탕조는 스테인리스(stainless) 또는 아크릴 고분자 재질로 구성되는 회전식 전기 도금 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 시편과 상기 양극 사이에 배치되는 마스크를 더 포함하고,
    상기 마스크는 상기 시편의 에지부와 대향하는 상기 양극의 일부가 마주보도록 하는 슬릿(slit)을 갖는 회전식 전기 도금 장치.
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