KR102395583B1 - 금속부품의 표면처리 방법 - Google Patents

Abstract

통신용 단자에 사용되는 금속부품의 표면을 2단계에 걸쳐 도금하는 것으로 우수한 내식성 및 신호특성이 향상된 금속부품의 표면처리 방법을 개시한다.
본 발명은, 구리 또는 구리를 포함하는 합금으로 제작된 피도금 소재의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 상기 전처리된피도금 소재를 염기성용액을 이용하여 세척하는 단계; 상기 염기성용액으로 새척된 피도금 소재를 산성용액에 침지하여 산세척 및 중화시키는 단계; 상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재의 표면에 구리, 주석 및 아연의 삼원합금을 도금하는 하지층 형성 단계; 및 상기 하지층 형성이 완료된 이후 니켈도금을 수행하는 단계를 포함하는 금속부품의 표면처리방법을 제공한다.

Description

금속부품의 표면처리 방법{Method for surface treatment of metal part}

본 발명은 금속부품의 표면처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통신용 단자에 사용되는 금속부품의 표면을 2단계에 걸쳐 도금하는 것으로 우수한 내식성 및 신호특성이 향상된 금속부품의 표면처리 방법에 관한 것이다.

이동통신 시스템에서 수동소자인 안테나를 통한 고출력 송신 시에 안테나의 다중 대역 주파수간 상호 간섭에 의해 혼변조(Intermodulation, 이하 IMD라 함) 신호가 발생할 수 있는데 이를 수동 상호 변조 왜곡(PIMD, Passive Inter Modulation Distortion) 신호라 한다. 이러한 PIMD 신호는 정상 신호가 아닌 잡음 신호로서 일정 레벨 이상의 혼변조 신호가 유입되면 통신 시스템에서는 이를 데이터 신호로 처리하게 되므로 정상적인 신호가 왜곡되어 통화 품질이 떨어지게 된다. 그러므로 안테나의 PIMD 신호는 산업계에서 요구하는 적정 수준 이내로 억제되어야 한다.

한편, RF 부품에서 PIMD 발생 원인은 접촉 비선형성(Contact Nonlinearity)과 재료 비선형성(Material Nonlinearity)으로 크게 구분할 수 있다. 접촉 비선형성의 원인으로는 도체들 사이의 얇은 산화층에 의한 접합 용량, 금속 접촉에서 도체들 사이의 반도체 작용에 의한 터널 효과, 금속들 사이의 빈틈 공간과 미소 균열에 의한 Micro-discharge, 금속 표면의 먼지와 금속 입자들에 연관된 비선형성, 금속결합에서 발생되는 수축저항(Constriction resistance) 등이 있고, 재료 비선형성의 원인으로는 니켈, 철, 코발트 등의 히스테리시스 (Hysteresis) 효과, Internal Schottky Effect, 도체에서의 한정된 전도율에 의한 Thermal heating 등이 있다.

이는 안테나에서 발생되는 PIMD 신호에 대해서도 마찬가지여서, 일반적으로 PIMD 신호는 안테나 내부에서 금속 간에 접촉하는 부위에서의 불완전 접촉으로 인해 주로 발생되는 것으로 알려져 있다. 따라서, 종래에는 안테나의 PIMD 신호를 억제하기 위해 커넥터와 케이블 그리고 커넥터와 접속단자의 접속 안정성을 높이는 기술에 치중하였다.

또한 기지국 안테나는 여러 개의 복사소자를 가지고 있고 이로 인해 좁은 빔폭을 만들어서 서비스 영역을 제한한다. 이때 안테나 빔의 방향을 조절하기 위해 기구적으로 안테나 방향을 바꾸는 방법과 각각의 복사소자에 인가되는 신호의 위상을 조절하는 모터를 안테나 내부에 장착하고 이 모터를 회전시켜서 각 복사소자에 인가되는 신호에 소정 값의 위상차를 줌으로써 빔을 전기적으로 틸팅하는 방법이 있다. 이 때 빔의 방향을 인식하고 안테나 내부의 모터를 원하는 각도로 조절하는 장비를 RET(Remote Electrical Tilt)라 하는데 지금까지는 주로 안테나 외부에 설치하여 사용하였다. 그런데 안테나 제조사 별로 빔의 방향을 인식하는 신호 및 모터를 조절하는 신호가 다르므로 최근에는 각 제조사들이 iRET(Integrated Remote Electrical Tilt)를 안테나 내부에 장착하는 추세이다. 이렇게 능동소자(비선형 소자)가 포함된 회로 기판이 안테나 내부에 들어오게 되면, 수동소자만 존재하는 기존의 안테나와는 달리, 능동소자의 비선형 특성으로 인해 안테나의 PIMD 신호를 적정 수준으로 억제하기가 매우 곤란하여 진다.

따라서 이러한 PIMD 현상을 최소화하기 위해서는 높은 내식성을 가지는 단가의 사용이 필수적이다. 하지만 기존에 사용되는 통신용 단자 즉 통신용 커넥터의 경우 내식성이 떨어짐에 따라 장기간 사용하는 경우 부식에 의한 PIMD 현상이 발생하는 결과를 가져올 수 있다.이에 따라 높은 내식성을 가지며 결과적으로 PIMD현상을 최소화할 수 있는 새로운 표면처리방법이 필요한 실정이다.

(0001) 대한민국 등록특허 제10-1926502호 (0002) 대한민국 등록특허 제10-2276390호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 통신용 단자에 사용되는 금속부품의 표면을 2단계에 걸쳐 도금하는 금속부품의 표면처리방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 하지층으로 삼원 합금을 형성할 수 있는 금속부품의 표면처리방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 목적은 금속의 표면을 도금처리 하는 것으로 내식성이 향상된 금속부품의 표면처리방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 구리 또는 구리를 포함하는 합금으로 제작된 피도금 소재의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 상기 전처리된피도금 소재를 염기성용액을 이용하여 세척하는 단계; 상기 염기성용액으로 새척된 피도금 소재를 산성용액에 침지하여 산세척 및 중화시키는 단계; 상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재의 표면에 구리, 주석 및 아연의 삼원합금을 도금하는 하지층 형성 단계; 및 상기 하지층 형성이 완료된 이후 니켈도금을 수행하는 단계를 포함하는 금속부품의 표면처리방법을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 염기성 용액을 이용하여 세척하는 단계는, 상기 피도금 소재를 염기성 용액에 침지하는 단계; 상기 피도금 소재가 침지된 염기성 용액에 초음파를 공급하는 단계; 및 상기 초음파의 공급이 완료된 이후 상기 염기성 용액에 전력을 공급하는 단계를 포함하며; 상기 염기성 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 상기 초음파는 20~130kHz의 진동수를 가지며, 500~800W의 강도로 5~20분간 공급되며, 상기 염기성용액에 공급되는 전력은 3~10V의 전압 및 50~200A의 전류로 5~20분간 공급되어 상기 피도금 소재의 전해 탈지를 수행할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 산세척 및 중화단계는, 상기 염기성 용액으로 세척된 피도금 소재를 산성 용액에 침지하는 단계; 상기 피도금 소재보다 이온화 경향이 큰 금속 전극을 상기 피도금 소재와 일정거리가 이격되도록 상기 산성용액에 침지하는 단계; 상기 피도금 소재 및 상기 금속전극에 전기를 공급하여 상기 피도금 소재 표면의 산화피막을 제거하는 단계; 및 상기 산화피막이 제거된 피도금 소재를 중화시키는 단계를 포함하며, 상기 산성용액은 염산, 질산, 황산, 불산, 아세트산 또는 이들의 혼합물을 포함하며, 상기 금속전극은 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철, 니켈, 주석 또는 납으로 제작되는 전극인 것을 특징으로 하며, 상기 산 세척 및 중화단계가 완료된 이후, 플라즈마 표면처리 단계를 추가로 포함하며, 상기 플라즈마 표면처리 단계는, 상기 피도금 소재를 내부의 기체가 산소 30~40부피% 및 질소 60~70부피%로 치환된 챔버내에 장입하는 단계; 상압글로우 플라즈마를 이용하여 상기 피도금 소재의 표면을 가공하는 단계; 및 상기 플라즈마를 이용한 가공이 완료된 피도금 소재의 표면을 냉각시킨 다음, 배출하는 단계를 포함하며, 상기 상압글로우 플라즈마는 300~500W의 강도로 30~100초간 공급될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 하지층 형성단계는, 정제수100중량부 대비 주석 2~4중량부, 아연 0.01~0.2중량부, 구리 1~2중량부, 수산화나트륨 2~4중량부, 시안화나트륨3~5중량부를 혼합하여 도금용액을 제조하는 단계; 상기 도금용액에 상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재를 침지하는 단계; 상기 피도금 소재에 전기를 공급하여 구리-주석-아연의 삼원합금을 도금하여 하지층을 형성하는 단계; 상기 하지층이 형성된 피도금 소재를 반출하는 단계; 및 상기 도금이 완료된 용액을 재순환 시키는 단계를 포함하며, 상기 재순환 단계는, 상기 도금이 완료된 도금용액을 고액 분리수단에 공급하여 이물질을 제거하는 단계; 상기 이물질이 제거된 도금용액에 구리 100중량부 대비, 주석 40~80중량부 및 아연 20~40중량부가 혼합된 첨가제를 투입하는 단계; 상기 첨가제의 투입이 완료된 이후 수산화나트륨과 시안화나트륨이 무게비로 1:1로 혼합된 pH조정제를 투입하여 상기 도금용액의 pH가 12~14가 되도록 조절하는 단계; 및 상기 pH가 조절된 도금용액을 재공급하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 하지층이 형성된 이후 상기 피도금 소재의 표면을 산처리하는 단계를 추가로 포함하며; 상기 산처리 하는 단계는, 상기 하지층이 형성된 피도금 소재를 산용액에 침지하는 단계; 상기 하지층을 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계; 및 상기 식각이 완료된 이후 상기 피도금 소재를 감압챔버에 장입하여 산용액을 증발시켜 제거하는 단계를 포함하며, 상기 산용액은 불산 또는 불산을 포함하는 화합물이며, 상기 식각은 10~60초간 수행될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 금속 부품의 표면에 내식성을 가지는 도금층을 형성함에 따라 금속 부품의 부식을 방지할 수 있어 부식에 의한 PIDM을 최소화할 수 있는 금속부품의 표면처리 방법을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 하지층으로 3원 금속합금을 사용하고 있어 기존의 금속부품 표면처리방법에 비하여 내식성이 향상되며, 전기 전도도가 상승하여 전파특성이 개선된 금속부품 표면처리 방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속 부품의 표면처리 방법을 간략히 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고 "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

본 발명은, 구리 또는 구리를 포함하는 합금으로 제작된 피도금 소재의 이물질을 제거하는 전처리 단계; 상기 전처리된 피도금 소재를 염기성용액을 이용하여 세척하는 단계; 상기 염기성용액으로 새척된 피도금 소재를 산성용액에 침지하여 산세척 및 중화시키는 단계; 상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재의 표면에 구리, 주석 및 아연의 삼원합금을 도금하는 하지층 형성 단계; 및 상기 하지층 형성이 완료된 이후 니켈도금을 수행하는 단계를 포함하는 금속부품의 표면처리방법에 관한 것이다.

상기 피도금 소재는 구리 또는 구리를 포함하는 합금으로 제조될 수 있다. 본 발명의 피도금 소재는 통신용 단자(커넥터)일 수 있으며, 이 통신용단자의 경우 신호의 오류를 줄이기 위하여 낮은 저항을 가지는 단자를 사용하여 연결하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 피도금 소재는 전기 전도도가 높은 구리 또는 구리를 포함하는 합금으로 제조되는 것이 바람직하다.

상기 피도금 소재는 제조된 이후 전처리 단계를 통하여 표면에 이물질을 제거할 수 있다. 이 전처리 단계는 상기 피도금 소재의 가공시 발생하는 이물질 즉 버(burr)를 제거함과 동시에 제조시 불량등을 검사하고 상기 피도금 소재를 물 또는 용제로 세척하는 단계이다. 이 단계에서 이물질은 주로 물리적인 방법으로 제거될 수 있으며, 상기 피도금 소재의 후가공이 병행되어 수행될 수도 있다.

상기 전처리 단계가 완료된 이후 상기 피도금 소재를 염기성 용액을 이용하여 세척할 수 있다. 상기 피도금 소재의 제조시 또는 전처리 단계에서 유기성분이 상기 피도금 소재의 표면에 부착될 수 있다. 이러한 유기성분 특히 지방성분의 경우 상기 피도금 소재의 표면에서 상기 피도금 소재의 재료로 사용된 구리를 산화시킬 수 있다. 따라서 이러한 유기성분 특히 지방성분을 상기 염기성용액을 이용하여 탈지하는 것으로 상기 유기성분에 의한 산화를 방지할 수 있다.

이를 위하여 상기 염기성 용액을 이용하여 세척하는 단계는, 상기 피도금 소재를 염기성 용액에 침지하는 단계; 상기 피도금 소재가 침지된 염기성 용액에 초음파를 공급하는 단계; 및 상기 초음파의 공급이 완료된 이후 상기 염기성 용액에 전력을 공급하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 염기성용액은 상기 피도금 소재를 부식시키지 않으면서 상기 유기성분을 선택적으로 제거할 수 있는 성분이라면 제한없이 사용할 수 있지만, 작업의 효율성을 위하여 강염기 특히 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함하는 수용액이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 수산화나트륨의 수용액을 사용할 수 있다.

상기 염기성 용액에 상기 피도금 소재가 침지된 이후 상기 피도금 소재가 침지된 염기성 용액에 초음파를 공급할 수 있다. 상기 초음파는 상기 피도금 소재 표면에 유기성분을 진동시켜 상기 피도금 소재와 분리되도록 할 수 있다. 이를 위하여 상기 상기 초음파는 20~130kHz의 진동수를 가지며, 500~800W의 강도로 5~20분간 공급될 수 있다. 상기 초음파의 경우 공진 현상을 이용하여 상기 유기성분을 분리하기 때문에 상기 범위 내의 주파수를 가지는 초음파를 사용하는 경우에만 용이하게 유기성분을 분리할 수 있다. 또항 상기 초음파가 500W미만의 강도로 공급되거나 5분 미만의 시간으로 공급되는 경우 상기 유기성분의 분해가 어려울 수 있으며, 800W를 초과하는 강도 또는 20분을 초과하는 시간동안 동급되는 경우 더 이상의 효과는 없으므로 비경제적이다.

상기 초음파의 공급이 완료된 이후 상기 염기성용액이 전력을 공급하여 전해탈지과정을 수행할 수 있다. 상기 초음파를 이용한 탈지과정을 거치더라도 상기 피도금 소재의 표면에는 미세한 유기성분이 남아 있을 수 있다. 본 발명의 피도금 소재의 경우 산화되면 PIDM이 증가할 수 있으므로 상기 유기성분을 최대한 제거하여 이러한 산화를 막는 것이 바람직하다. 따라서 상기 초음파에 의한 탈지가 완료된 이후 상기 염기성용액에 전력을 공급하는 전해탈지 과정을 수행하여 한번 더 상기 유기성분을 제거하는 것이 바람직하다.

상기 염기성용액에 공급되는 전력은 3~10V의 전압 및 50~200A의 전류로 5~20분간 공급되어 상기 피도금 소재의 전해 탈지를 수행할 수 있다. 상기 범위내에서는 정상적인 전해탈지가 수행되지만, 상기 범위를 벗어나는 경우 탈지가 완전하지 못하거나, 피도금 소재가 부식될 수 있다.

상기 염기성용액을 이용한 세척이 완료된 이후 산세척 및 중화단계를 수행할 수 있다. 상기 염기성용액의 경우 유기물은 높은 효율로 제거하는 것이 가능하다. 하지만 상기 피도금 소재의 표면에는 산화막이 형성될 수 있으며, 무기성 이물질이 존재할 수도 있다. 따라서 이러한 이물질을 제거하기 위하여 산세척을 수행하는 것이 바람직하다.

이를 위하여, 상기 산세척 및 중화단계는, 상기 염기성 용액으로 세척된 피도금 소재를 산성 용액에 침지하는 단계; 상기 피도금 소재보다 이온화 경향이 큰 금속 전극을 상기 피도금 소재와 일정거리가 이격되도록 상기 산성용액에 침지하는 단계; 상기 피도금 소재 및 상기 금속전극에 전기를 공급하여 상기 피도금 소재 표면의 산화피막을 제거하는 단계; 및 상기 산화피막이 제거된 피도금 소재를 중화시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 산성용액은 상기 피도금 소재 표면의 산화물과 무기성분을 제거할 수 있는 것이라면 제한없이 사용할 수 있지만, 염산, 질산, 황산, 불산, 아세트산 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게는 황산 수용액일 수 있다.

또한 상기 산화물을 신속하게 제거하기 위하여 상기 피도금 소재보다 이온화 경향이 큰 금속 전극을 상기 피도금 소재와 일정거리가 이격되도록 상기 산성용액에 침지한 다음 상기 피도금 소재 및 상기 금속전극에 전기를 공급하여 상기 피도금 소재 표면의 산화피막을 제거하는 것이 바람직하다. 이를 상세히 살펴보면, 구리의 경우 상당히 낮은 이온화경향을 가지고 있다. 이때 상기 금속전극으로 상기 구리보다 이온화 경향이 큰 소재를 사용한 다음, 전력을 공급하게 되면, 산화된 구리는 구리로 환원될 수 있으며, 금속전극이 산화되러 소모될 수 있다. 이를 통하여 상기 구리표면에 발생한 산화피막을 효과적으로 제거할 수 있다. 이를 위하여 사용되는 금속전극은 상기 구리에 비하여 이온화 경향이 큰 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철, 니켈, 주석 또는 납으로 제작되는 전극을 사용할 수 있다.

상기와 같이 산화물이 제거된 다음, 이를 중화하고 도금단계를 수행하는 것이 바람직하다. 이때 상기 중화는 단순히 물을 이용하여 상기 피도금 소재를 세척하는 단계일수도 있으며, 약염기성 물질을 이용하여 상기 피도금 소재의 표면에 존재하는 산성용액을 중화시키는 것도 가능하다.

상기 산 세척 및 중화단계가 완료된 이후, 플라즈마 표면처리 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기와 같이 산세척 및 중화가 완료된 이후 하지층을 형성하는 단계를 수행할 수 있다. 하지만 상기 하지층의 경우 도금 공정에 의하여 단순히 상기 피도금 소재의 표면에 물리적으로 부착될 뿐이며, 이 하지층과 상기 피도금 소재가 분리되는 경우 전기전도도가 낮아지는 결과를 가져올 수 있다. 따라서 상기 산세척 및 중화단계가 완료된 이후 플라자마 표면처리를 통하여 상기 피도금 소재의 표면에 일정한 거칠기를 형성하는 것으로 상기 하지층과의 결합력을 높일 수 있다.

이를 위하여 상기 플라즈마 표면처리 단계는, 상기 피도금 소재를 내부의 기체가 산소 30~40부피% 및 질소 60~70부피%로 치환된 챔버내에 장입하는 단계; 상압글로우 플라즈마를 이용하여 상기 피도금 소재의 표면을 가공하는 단계; 및 상기 플라즈마를 이용한 가공이 완료된 피도금 소재의 표면을 냉각시킨 다음, 배출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기와 같이 산에 의한 세척이 완료된 이후 상기 마스트를 챔버에 장입할 수 있다. 상기 챔버는 상기 피도금 소재의 표면에 플라즈마를 공급하기 위한 플라즈마 발생기가 설치되어 있으며, 내부의 공기는 산소 30~40부피% 및 질소 60~70부피%로 치환될 수 있다. 본 발명의 경우 상기 플라즈마를 이용하여 상기 피도금 소재의 표면에 거칠기를 증가시키는 것이 목적이므로 본 발명에 사용되는 플라즈마는 산소조건에서 발생되는 상압 글로우 플라즈마 일 수 있으며, 이를 이용한 표면처리를 원활하게 수행하기 위하여 상기 챔버 내부의 공기를 산소 및 질소로 치환할 수 있다. 이때 상기 비율 범위 내에서는 정상적으로 플라즈마 처리가 수행될 수 있지만, 상기 범위를 벗어나는 경우 표면처리가 완전히 수행되지 않거나 과도한 산화로 인하여 내구성이 저하될 수 있다.

상기 상압 글로우 플라즈마를 이용한 피도금 소재 표면 가공단계는 300~500W의 강도로 30~100초간 실시될 수 있다. 상기 상압 글로우 플라즈마의 경우 강도가 강해지며 오랜시간을 공급할수록 상기 표면의 거칠기를 증가시킬 수 있다. 즉 상기 범위 미만의 강도 및 시간으로 플라즈마가 공급되는 경우 원하는 거칠기를 얻기 어려우며, 상기 범위를 초과하는 강도 및 시간으로 공급되는 경우 과도한 가공으로 인하여 상기 피도금 소재의 내구성이 떨어질 수 있다.

상기와 같이 표면가공이 완료된 피도금 소재는 냉각된 다음, 챔버의 외부로 반출될 수 있다. 본 발명의 경우 산소를 이용한 플라즈마 가공을 수행하며, 챔버의 내부가 고산소 분위기로 치환되어 있기 때문에 플라즈마에 의하여 가열된 피도금 소재를 장기간 방치하는 경우 표면이 산화되어 전파특성이 감소될 수 있다. 따라서 상기 플라즈마 가공이 완료된 이후 상기 피도금 소재는 빠른 시간내에 냉각되는 것이 바람직하며, 냉각된 이후 외부로 반출되어 원하지 않은 표면산화를 방지할 수 있다. 이때 상기 냉각은 단순히 냉각수를 이용한 냉각을 수행할 수도 있지만, 질소를 이용한 냉각을 수행하는 것으로 내부 질소의 비율을 조절함과 동시에 냉각을 수행하는 것도 가능하다.

상기와 같이 산세척 및 중화가 완료된 이후 피도금 소재의 표면에 하지층을 형성할 수 있다. 기존의 통신용 커넥터의 경우 표면의 산화를 방지하기 위하여 단순히 니켈만을 도금하거나, 하지층에 단일 금속을 도금하여 내식성을 강화하고 있다. 하지만 이러한 기존의 도금방법은 다양한 상황에서 부식을 막을 수 없을 뿐만 아니라 도금으로 사용되는 니켈의 낮은 전기 전도도로 인하여 통신용 커넥터 사용에 의한 PIMD를 증가시키는 결과를 가져오고 있다.

하지만 본 발명의 경우 상기 하지층으로 구리-주석-니켈의 3원합금을 형성함에 따라 높은 내식성을 가지고 있으며, 또한 니켈만을 사용하는 도금에 비하여 높은 전기전도도를 유지할 수 있다.

이를 위하여 상기 하지층 형성단계는, 정제수 100중량부 대비 주석 2~4중량부, 아연 0.01~0.2중량부, 구리 1~2중량부, 수산화나트륨 2~4중량부, 시안화나트륨3~5중량부를 혼합하여 도금용액을 제조하는 단계; 상기 도금용액에 상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재를 침지하는 단계; 상기 피도금 소재에 전기를 공급하여 구리-주석-아연의 삼원합금을 도금하여 하지층을 형성하는 단계; 상기 하지층이 형성된 피도금 소재를 반출하는 단계; 및 상기 도금이 완료된 용액을 재순환 시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 하지층을 형성하기 위하여 상기 피도금 소재는 도금용액에 침지되어 전기도금될 수 있다. 이때 상기 도금용액은 정제수 100중량부 대비 주석 2~4중량부, 아연 0.01~0.2중량부, 구리 1~2중량부, 수산화나트륨 2~4중량부, 시안화나트륨3~5중량부를 혼합하여 제조되는 것이 바람직하다. 이때 상기 주석, 아연 및 구리의 경우 상기 정제수 100중량부 대비 주석 2~4중량부, 아연 0.01~0.2중량부, 구리 1~2중량부, 수산화나트륨 2~4중량부, 시안화나트륨3~5중량부를 혼합의 표면에서 3원합금을 형성하며 도금되는 물질로, 상기 범위를 벗어나는 경우 원하는 효과를 가지는 하지층의 형성이 어려울 수 있다. 또한 상기 수산화 나트륨과 상기 시안화나트륨은 상기 도금액을 형성하기 위하여 첨가되는 성분으로 상기 범위를 벗어나는 경우 정상적인 하지층의 형성이 어려울 수 있다.

상기와 같이 제조된 도금용액에 상기 피도금 소재가 침지된 다음, 전기를 공급하여 하지층을 형성할 수 있다. 이때 상기 하지층 형성시 공급되는 전기는 피도금 소재l 크기 및 하지층의 두께에 따라 선택하여 사용할 수 있지만, 바람직하게는 5~7V, 100~160A의 조건으로 공급될 수 있다. 특히 피도금 소재의 크기가 작은 경우 과도한 하지층 형성이 되지 않도록 100~110A의 강도로 공급하는 것이 바람직하며, 피도금 소재의 크기가 큰 경우(예를 들어 직경 3cm이상)에는 150~160A의 강도로 전력을 공급하여 원하는 두께의 하지층을 형성할 수 있다.

또한 상기 도금용액은 50~60℃의 온도를 유지하며, 상기 피도금 소재의 도금은 4~10분간 수행될 수 있다. 상기 도금용액의 온도가 50℃미만인 경우 낮은 온도로 인하여 이온의 이동도가 떨어지므로 원활한 도금이 어려울 수 있으며, 60℃를 초과하는 경우 이온의 이동이 빨라져 균일한 도금이 어려울 수 있다. 또한 상기 피도금 소재의 도금시간이 4분 미만인 경우 하지층의 두께가 얇아질 수 있으며, 10분을 초과하여 도금되는 경우 하지층의 두께가 두꺼워져 전기 전도도가 떨어질 수 있다.

상기와 같이 하지층의 형성이 완료된 이후 상기 피도금 소재는 상기 도금용액에서 반출될 수 있으며, 상기 도금용액은 재순환되어 사용될 수 있다. 기존의 도금용액은 필요성분 만을 보충하여 재사용되고 있으며, 그 성능이 떨어지는 경우 전체를 폐기하고 있다. 하지만 도금용액은 고독성 물질에 해당하므로 그 폐기비용이 많이 필요하며, 또한 환경에도 많은 영향을 주고 있다. 따라서 본 발명의 경우 이러한 도금용액을 재순환시키는 것으로 상기 도금용액의 수명을 최대한 늘려 폐기양을 줄이는 것으로 상기 도금용액의 제조에 필요한 비용을 줄임과 동시에 환경에 악영향도 감소시킬 수 있다.

이를 위하여 상기 재순환 단계는, 상기 도금이 완료된 도금용액을 고액 분리수단에 공급하여 이물질을 제거하는 단계; 상기 이물질이 제거된 도금용액에 구리 100중량부 대비, 주석 40~80중량부 및 아연 20~40중량부가 혼합된 첨가제를 투입하는 단계; 상기 첨가제의 투입이 완료된 이후 수산화나트륨과 시안화나트륨이 무게비로 1:1로 혼합된 pH조정제를 투입하여 상기 도금용액의 pH가 12~14가 되도록 조절하는 단계; 및 상기 pH가 조절된 도금용액을 재공급하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 도금이 완료된 이후 상기 도금용액에는 공급되는 전기에 의하여 응집되거나 석출된 금속이물질이 부유할 수 있으며, 이러한 금속 이물질은 차회의 도금시 피도금 소재의 표면에 부착되어 불량을 발생시키는 원인으로 작용하고 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 사용이 완료된 도금용액을 상기 고액분리수단에 공급하여 고체상의 물질 즉 금속 이물질을 분리하는 것이 바람직하다. 이때 사용되는 고액 분리수단은 단순히 필터를 이용하여 이물질을 분리하는 것도 가능하지만 강염기 및 독성물질을 포함하는 본 발명의 도금용액의 특성상 필터를 사용하지 않은 원심식 분리수단을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 사이클론형 분리장치를 사용할 수 있다.

상기 원심식 분리수단은, 상기 도금이 완료된 도금용액이 접선방향으로 공급되며, 비중이 고상물질과 비중이 낮은 1차 처리 도금용액을 원심력으로 분리하는 제1 사이클론 분리기; 및 제1 사이클론 분리기의 상부 외주면을 따라 2~20개가 등간격으로 배열되고, 제1 사이클론 분리기에서 배출되는 1차 처리 도금용액이 접선방향으로 공급되며, 비중이 큰 고상물질과 비중이 낮은 2차 처리 도금용액을 원심력으로 분리하는 다수개의 제2 사이클론 분리기를 포함할 수 있다.

상기와 같이 도금공정이 완료된 도금용액은 제1 사이클론 분리기에 공급될 수 있다. 이때 상기 도금공정이 완료된 도금용액의 경우 상기 제1 사이클론 분리기의 외주면 접선방향으로 공급됨에 따라, 제1 사이클론 분리기의 내부에서 회전하게 되며, 이러한 회전에 의하여 비중이 높은 고상의 이물질은 사이클론의 외면을 따라 하부의 배출구로 배출될 수 있다. 아울러 비중이 낮은 액상의 도금용액은 제1 사이클론 분리기의 중심부에 존재하게 되며, 이 중심부에 존재하는 비중이 낮은 도금용액은 제2 사이클론 분리기에 공급되어 2차 분리를 수행하게 된다.

또한 상기 도금용액의 경우 상기 사이클론 분리기를 가동시키기에 충분한 압력을 가지지 못할 수 있다. 이를 개선하기 위하여 상기 도금용액은 도금시설에서 상기 원심식 분리수단으로 공급되면서 가압수단을 이용하여 가압되는 것이 바람직하다. 상기 가압수단은 상기 도금용액을 가압할 수 있는 수단이라면 제한없이 사용할 수 있다.

상기와 같이 제1 사이클론 분리기에서 분리된 도금용액(1차 처리 도금용액)는 제2 사이클론 분리기로 공급된다. 이때 상기 1차 처리 도금용액은 상기 제1 사이클론 분리기로 공급되는 도금용액과 동일하게 제2 사이클론 분리기의 접선방향으로 공급되어 제2 사이클론 분리기의 내부에서 회전하며 원심력에 의하여 이물질을 제거할 수 있다. 이후 이물질과의 분리가 끝난 2차 처리 도금용액은 제2 사이클론 분리기의 상부에 위치하는 배출구를 통하여 외부로 배출될 수 있다.

상기 제2 사이클론 분리기는 상기 제1 사이클론 분리기 상부의 외주면을 따라 2~20개가 배열되어 있을 수 있다. 상기 제2 사이클론 분리기는 상기 제1 사이클론 분리기에서 배출되는 1차 처리 도금용액을 공급받아 처리하게 된다. 하지만 상기 1차 처리 도금용액은 제1사이클론 분리기로 공급되는 도금용액보다 낮은 압력을 가지게 됨과 동시에 입도가 작은 이물질을 함유하고 있으므로, 상기 제1 사이클론 분리기와 동일한 크기의 분리기를 사용하면 그 효율이 감소할 수 있다. 따라서 제1 사이클론 분리기보다 작은 크기를 가지는 제2 사이클론 분리기를 사용하는 것으로 작은 크기의 불순물을 저압에서도 효율적으로 분리할 수 있도록 할 수 있다. 아울러 처리용량을 확보하기 위하여 2~10개를 배열하여 사용하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제2 사이클론 분리기는 배출되는 불순물을 상기 제1사이클론 분리기로 재투입하고 있으므로, 상기 제1 사이클론 분리기의 상부에 위치하는 것이 바람직하다. 제2 사이클론 분리기가 제1 사이클론 분리기의 중단 또는 하단에 위치하는 경우 상기 제2 사이클론 분리기에서 배출되는 불순물을 제1 사이클론 분리기의 상부까지 운송하는 추가적인 설비가 필요하며, 운송이후 분사하기 위한 가압이 필요할 수도 있어 처리비용의 상승이 있을 수 있다.

또한 상기 제2 사이클론 분리기는 2~20개가 배열되어 사용될 수 있다. 상기 제2 사이클론 분리기가 1개만 사용되는 경우 동일한 처리효과를 가지기 위하여 제2 사이클론 분리기의 크기가 커지게 되어 공간 활용이 불리할 수 있으며, 20개 이상의 제2사이클론 분리기를 사용하는 경우 제작비용이 상승함과 더불어 제2사이클론 분리기 내부의 압력이 낮아져 집진효율이 떨어질 수 있다.

상기 제2 사이클론 분리기와 제1 사이클론 분리기의 내부 부피 비는 1:2~1:100일 수 있다. 상기 제2 사이클론 분리기의 내부 부피의 합이 상기 제1 사이클론 분리기의 내부 부피보다 큰 경우 상기 제2 사이클론 분리기의 내부 압력이 낮아져 원활한 분리가 이루어지지 않을 수 있다. 따라서 상기 제2 사이클론 분리기 내부 부피의 합은 상기 제1 사이클론 분리기 내부 부피 보다 작은 것이 바람직하며, 이를 각각의 사이클론에 적용하면 제2 사이클론 분리기와 제1 사이클론 분리기의 내부 부피 비는 1:2~1:100인 것이 바람직하다. 상기 부피의 비가 1:2인 경우 제2 사이클론 분리기의 내부 압력이 떨어져 이물질의 분리가 원활하기 않을 수 있으며, 1:100이상의 부피비를 가지는 경우 필요한 제2 사이클론 분리기의 개수가 많아지게 되어 제작시 많은 비용이 발생할 수 있다.

상기 제2사이클론 분리기에서 수집된 이물질은 상기 제2사이클론 분리기의 하부로 배출되며, 이 이물질은 상기 제1사이클론 분리기에 공급되는 도금용액과 혼합되어 공급될 수 있다. 즉 상기 도금설비에서 수집되는 이물질은 상기 제1사이클론 분리기의 하부를 통해서만 배출될 수 있으며, 이러한 이물질의 재분리방식으로 인하여 외부로 배출되는 이물질의 양을 최소화할 수 있다.

상기와 같이 이물질의 분리가 완료된 도금용액은 구리 100중량부 대비, 주석 40~80중량부 및 아연 20~40중량부가 혼합된 첨가제가 투입될 수 있다. 상기 도금공정에서 상기 구리-주석-아연의 3원합금이 상기 피도금 소재의 표면에 하지층을 형성할 수 있다. 즉 상기 도금용액내에 존재하는 구리, 아연 및 주석은 상기와 같은 도금을 수행하며 소모될 수 있으며, 이를 상기 재순환공정에서 보충하여 상기 도금용액을 재사용하는 것이 가능하다. 이때 상기 첨가제는 상기 비율로 혼합되어 있는 것을 사용할 수도 있지만 각각의 성분을 투입하여 그 비율을 조절하는 방법으로 상기 도금용액을 재순환 시킬수도 있다.

상기 첨가제의 투입이 완료된 이후 수산화나트륨과 시안화나트륨이 무게비로 1:1로 혼합된 pH조정제를 투입하여 상기 도금용액의 pH가 12~14가 되도록 조절할 수 있다. 상기 도금용액의 경우 상기 피도금 소재와 동시에 제거되거나 고액분리공정을 통하여 일정부분 이물질과 같이 배출될 수 있다. 따라서 상기 재순환되는 도금용액에는 수산화나트륨과 시안화나트륨이 무게비로 1:1로 혼합된 pH조정제를 투입하여 도금용액의 pH를 유지하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 pH조장까지 완료된 도금용액은 상기 하지층 형성공정으로 재순환되어 사용될 수 있으며 일정회수를 재순환시킨 다음에는 외부로 배출되어 폐기될 수 있다.

상기와 같이 하지층이 형성된 다음, 상기 피도금 소재의 표면을 산처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 하지층의 상처리 공정을 상기 하지층을 일정부분 식각하여 다공성 층을 형성하는 단계로 후술할 니켈도금의 부착력을 강화시킬 뿐만 아니라 상기 니켈도금이 상기 다공성 층의 내부에 침투하는 것으로 상기 피도금 소재와 상기 니켈도금 층이 직접 연결되어 전기 전도도를 형상시킬 수 있다.

이를 위하여 상기 산처리 하는 단계는, 상기 하지층이 형성된 피도금 소재를 산용액에 침지하는 단계; 상기 하지층을 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계; 및 상기 식각이 완료된 이후 상기 피도금 소재를 감압챔버에 장입하여 산용액을 증발시켜 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 산처리 단계의 경우 산용액으로 불산 또는 불산을 포함하는 용액을 사용할 수 있다. 상기 불산은 강한 부식성을 가지는 산으로 상기 하지층을 식각하는 것에 사용될 수 있다. 다만 상기 하지층은 구리-아연-주석의 3원 합금으로 제조됨에 따라 각 지점마다 식각량이 차이가 발생할 수 있으며, 상기 불산에 의한 식각시간을 조절하는 경우 상기 하지층을 다공성 층의 형태로 제조하는 것이 가능하다. 이때 상기 식각은 10~60초간 수행되는 것이 바람직하며, 상기 식각이 10초미만으로 수행되는 경우 원하는 다공성이 형성되지 않을 수 있고 60촐르 초과하는 시간동안 식각되는 경우 상기 피도금 소재까지 손상되거나 하지층이 너무 얇아져 원하는 물성을 가질 수 없다.

상기 식각이 완료된 이후 상기 피도금 소재를 감암쳄버에 장입하여 상기 산용액을 제거할 수 있다. 본 발명의 경우 상기 식각이후 표면이 다공성을 가지게 되므로 기존에 사용하는 염기성용액을 이용한 중화방법으로는 상기 하지층의 내부로 침투한 산용액의 중화 및 제거가 어려울 수 있다. 따라서 본 발명의 경우 상기 피도금 소재를 감압챔버에 장입한 다음, 진공건조를 수행하는 것으로 상기 디공성 하지층의 내부에 존재하는 산용액을 제거하는 것이 바람직하다.

상기와 같이 하지층의 형성이 완료된 이후 니켈을 도금하여 피도금 소재의 도금을 완료할 수 있다. 이때 상기 니켈도금 단계는 기존에 사용되는 니켈도금 방법을 사용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

Claims (5)

1. 구리 또는 구리를 포함하는 합금으로 제작된 피도금 소재의 이물질을 제거하는 전처리 단계;
   상기 전처리된 피도금 소재를 염기성용액을 이용하여 세척하는 단계;
   상기 염기성용액으로 새척된 피도금 소재를 산성용액에 침지하여 산세척 및 중화시키는 단계
   상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재의 표면에 구리, 주석 및 아연의 삼원합금을 도금하는 하지층 형성 단계; 및
   상기 하지층 형성이 완료된 이후 니켈도금을 수행하는 단계;
   를 포함하는 금속부품의 표면처리방법에 있어서,
   상기 염기성 용액을 이용하여 세척하는 단계는,
   상기 피도금 소재를 염기성 용액에 침지하는 단계;
   상기 피도금 소재가 침지된 염기성 용액에 초음파를 공급하는 단계; 및
   상기 초음파의 공급이 완료된 이후 상기 염기성 용액에 전력을 공급하는 단계;
   를 포함하며;
   상기 염기성 용액은 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘 또는 이들의 혼합물을 포함하며,
   상기 초음파는 20~130kHz의 진동수를 가지며, 500~800W의 강도로 5~20분간 공급되며,
   상기 염기성용액에 공급되는 전력은 3~10V의 전압 및 50~200A의 전류로 5~20분간 공급되어 상기 피도금 소재의 전해 탈지를 수행하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 표면처리 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 산세척 및 중화단계는,
   상기 염기성 용액으로 세척된 피도금 소재를 산성 용액에 침지하는 단계;
   상기 피도금 소재보다 이온화 경향이 큰 금속 전극을 상기 피도금 소재와 일정거리가 이격되도록 상기 산성용액에 침지하는 단계;
   상기 피도금 소재 및 상기 금속전극에 전기를 공급하여 상기 피도금 소재 표면의 산화피막을 제거하는 단계; 및
   상기 산화피막이 제거된 피도금 소재를 중화시키는 단계;
   를 포함하며,
   상기 산성용액은 염산, 질산, 황산, 불산, 아세트산 또는 이들의 혼합물을 포함하며,
   상기 금속전극은 마그네슘, 알루미늄, 아연, 철, 니켈, 주석 또는 납으로 제작되는 전극인 것을 특징으로 하며,
   상기 산 세척 및 중화단계가 완료된 이후, 플라즈마 표면처리 단계를 추가로 포함하며,
   상기 플라즈마 표면처리 단계는,
   상기 피도금 소재를 내부의 기체가산소 30~40부피% 및 질소 60~70부피%로 치환된 챔버내에 장입하는 단계;
   상압글로우 플라즈마를 이용하여 상기 피도금 소재의 표면을 가공하는 단계; 및
   상기 플라즈마를 이용한 가공이 완료된 피도금 소재의 표면을 냉각시킨 다음, 배출하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 상압글로우 플라즈마는 300~500W의 강도로 30~100초간 공급되는 것을 특징으로 하는 금속부품의 표면처리방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 하지층 형성단계는,
   정제수 100중량부 대비 주석 2~4중량부, 아연 0.01~0.2중량부, 구리 1~2중량부, 수산화나트륨 2~4중량부, 시안화나트륨3~5중량부를 혼합하여 도금용액을 제조하는 단계;
   상기 도금용액에 상기 산세척 및 중화가 완료된 피도금 소재를 침지하는 단계;
   상기 피도금 소재에 전기를 공급하여 구리-주석-아연의 삼원합금을 도금하여 하지층을 형성하는 단계;
   상기 하지층이 형성된 피도금 소재를 반출하는 단계; 및
   상기 도금이 완료된 용액을 재순환 시키는 단계;
   를 포함하며;
   상기 재순환 단계는,
   상기 도금이 완료된 도금용액을 고액 분리수단에 공급하여 이물질을 제거하는 단계;
   상기 이물질이 제거된 도금용액에 구리 100중량부 대비, 주석 40~80중량부 및 아연 20~40중량부가 혼합된 첨가제를 투입하는 단계;
   상기 첨가제의 투입이 완료된 이후 수산화나트륨과 시안화나트륨이 무게비로 1:1로 혼합된 pH조정제를 투입하여 상기 도금용액의 pH가 12~14가 되도록 조절하는 단계; 및
   상기 pH가 조절된 도금용액을 재공급하는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속부품의 표면처리방법.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 하지층이 형성된 이후 상기 피도금 소재의 표면을 산처리하는 단계를 추가로 포함하며;
   상기 산처리 하는 단계는,
   상기 하지층이 형성된 피도금 소재를 산용액에 침지하는 단계;
   상기 하지층을 식각하여 다공성 구조를 형성하는 단계; 및
   상기 식각이 완료된 이후 상기 피도금 소재를 감압챔버에 장입하여 산용액을 증발시켜 제거하는 단계;
   를 포함하며,
   상기 산용액은 불산 또는 불산을 포함하는 화합물이며,
   상기 식각은 10~60초간 수행되는 것을 특징으로 하는 금속부품의 표면처리방법.
   

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