KR102461242B1 - 무전해 니켈 도금액 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무전해 니켈 도금액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금 속도와 경제성이 우수한 무전해 니켈 도금액 조성물에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 물 30000 중량부 대비, 황산니켈 100 내지 200 중량부, 및 염화니켈 275 내지 375 중량부를 포함하는 금속염; 차아인산나트륨 500 내지 700 중량부를 포함하는 환원제; 및 글리신을 포함하는 첨가제;를 포함한다.

Description

무전해 니켈 도금액 조성물{ELECTROLESS NICKEL PLATING SOLUTION COMPOSITION}

본 발명은 무전해 니켈 도금액 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금 속도와 경제성이 우수한 무전해 니켈 도금액 조성물에 관한 것이다.

무전해 니켈 도금이란 전기를 사용하지 않고 화학적 환원 작용을 이용하여 니켈 금속의 피막을 형성하는 것으로, ‘카니젠 도금’이나 ‘화학 니켈’이라고도 불리어지는 것이다.

무전해 니켈 도금은 일반적으로 차아인산염과 같은 환원제와 니켈 금속염이 함께 사용되고, 분해된 차아인산으로부터 발하는 전자가 니켈의 석출에 이용된다.

환원되어 석출된 니켈은 환원제의 분해 촉매로서 작용하여 도금 표면에 연속적으로 분해 반응과 니켈의 석출을 실시한다.

이러한 무전해 니켈 도금은 전기 니켈 도금과 비교하여 보다 균일한 도금막 두께를 얻을 수 있다는 이점이 있고, 플라스틱과 같은 비금속 재료의 표면에도 도금층을 형성할 수 있다는 이점이 있다.

한편, 종래의 기술인 공개특허 제10-1996-0010169호(이하 종래기술)는 전극용 수소 저장 합금분말의 무전해니켈 도금방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탈지된 수소 저장 합금분말을 10% H2SO4수용액에서 약 30초간 가속처리를 실시한 다음 PH5~6, 온도 70℃ 무전해도금액을 니켈무전해 도금을 하되, 상기 무전해도금액은 염화니켈, 치아인산나트륨을 포함함으로써, 합금분말의 전기전도도와 열전도도 및 성형성을 증대시킬 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 무전해 니켈 도금은 전기 니켈 도금에 비해 도금의 석출 속도가 느려 비용이 많이 드는데, 더하여 상기한 종래기술에서 사용되는 염화니켈은 그 가격이 비싸기 때문에 경제적이지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 가격 경쟁력이 있으면서도 도금 속도가 빠른 무전해 니켈 도금액 조성물의 제공을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 보다 장시간 도금 성능을 유지할 수 있도록 하는 니켈 도금액 조성물의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은 다음의 구성 및 특징을 갖는다.

물 30000 중량부 대비, 황산니켈 100 내지 200 중량부, 및 염화니켈 275 내지 375 중량부를 포함하는 금속염; 차아인산나트륨 500 내지 700 중량부를 포함하는 환원제; 및 글리신을 포함하는 첨가제;를 포함한다.

또한 상기 첨가제는, 상기 물 30000 중량부 대비, 구연산 220 내지 420 중량부, 및 구연산암모늄 220 내지 420 중량부를 포함하는 착화제를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 첨가제는, 상기 물 30000 중량부 대비, 젖산나트륨 10 내지 20 중량부를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 글리신은, 물 30000 중량부 대비 13 내지 23 중량부가 사용될 수 있다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 가격 경쟁력이 우수하면서도 도금 속도가 빠른 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 보다 장시간 도금 성능을 유지할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 완제품과 랙에 형성된 도금층을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 니켈 도금액에 의해 대상체가 도금되어 제조된 완제품을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결" 되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “간접적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물(복합 무전해 니켈 도금액 조성물)은 가격이 저렴하면서도 보다 빠른 속도로 도금을 수행할 수 있도록 하는 것으로서, 이하에서는 설명의 편의상 ‘본 조성물’이라 칭하기로 한다.

본 조성물(본 발명의 일 실시예에 따른 무전해 니켈 도금액 조성물)은 금속염, 환원제, 및 첨가제를 포함한다.

본 조성물은 물 30000 중량부를 포함할 수 있다. 이하에서 설명하는 본 조성물에 포함되는 각 성분들은 물 30000 중량부를 기준으로 설명하기로 한다.

금속염은 물 30000 중량부 대비, 황산니켈(Nickel Sulfate) 및 염화니켈(Nickel Chloride)을 포함한다. 또한 환원제는 물 30000 중량부 대비 차아인산나트륨(Sodium Hypophosphite) 500 내지 700 중량부를 포함한다.

상기한 환원제는 차아인산나트륨 550 내지 650 중량부를 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다.

상기한 금속염은 상기한 환원제로부터 발하는 전자에 의해 도금 대상체의 표면에 니켈로 석출되어 도금된다. 환원제에 의해 금속염의 니켈이 석출되는 것은 공지된 것으로 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

상기한 염화니켈은 전기 효율(전도도)가 좋기 때문에 도금 속도가 빨라서 사용되었다. 상기한 염화니켈은 도금면의 강도가 황산욕보다 좋아서 one-rack 시스템에 유리한 것이다.

그러나 상기한 염화니켈은 단가가 상기한 황산니켈보다 비싸기 때문에 본 조성물의 원가 경쟁력을 떨어뜨리는 문제점이 있다.

본 조성물은 금속염이 상기한 염화니켈 이외에 황산니켈을 포함하여 본 조성물의 원가 경쟁력을 향상시키면서도, 상기한 염화니켈에 의해 우수한 도금 속도를 갖도록 할 수 있다는 이점이 있다.

상기한 금속염은 황산니켈 100 내지 200 중량부, 및 염화니켈 275 내지 375 중량부를 포함한다.

상기한 금속염은 황산니켈 130 내지 170 중량부, 및 염화니켈 300 내지 350 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 상기한 금속염은 황산니켈 140 내지 160 중량부, 및 염화니켈 315 내지 335 중량부를 포함하는 것이 보다 바람직할 수 있다.

도 2는 완제품(2)과 랙(3)에 형성된 도금층(1)을 설명하기 위한 도면이고, 아래 표 1은 황산니켈 및 염화니켈의 조성비를 달리한 도금액에 공지된 방식을 이용하여 도금 대상체의 무전해 니켈 도금을 수행하였을 때, 각각의 도금 시간과 도금두께(도금층(1) 두께), 균일전착성(도금층(1) 균일성), 및 랙(3)(Rack)의 도금 여부를 나타낸 것이다.

아래 표 1에서 실시예 1, 비교예 1, 비교예 2 각각은 황산니켈과 염화니켈의 사용량만 달리하였고, 그 외 물, 환원제, 첨가제 등의 사용량은 동일한 조건에서 수행하였다.

[표 1]

위 표 1을 참조하면, 황산니켈이 150 중량부가 사용되고 염화니켈이 325 중량부(이하 실시예 1)가 사용되고, 대상체를 5분 동안 무전해 도금을 수행하였을 때 도금 두께(도금층(1) 두께)는 0.3마이크로미터였고, 도금층(1) 두께 편차(표 1에서 균일전착성)는 0.15 마이크로미터 이하였으며, 고무 소재의 랙(3)에 도금도 되지 않았다.

그러나 위 표 1을 참조하면, 원가 경쟁력을 증대시키기 위해 상기 실시예 1과 비교하여 황산니켈의 함량을 200 중량부보다 초과하여 230 중량부를 사용하고 염화니켈을 275 중량부보다 아래인 245 중량부를 사용하였고, 도금(무전해 니켈 도금)을 5분 수행(이하 비교예1)하였을 때, 도금두께가 0.25 마이크로미터여서 도금층 두께가 0.3마이크로미터가 이상이 되도록 하기 위해서는 도금에 소요되는 시간이 더욱 많이 필요하였다.

또한 위 표 1 및 도 1을 참조하면, 도금 시간을 단축하기 위해 상기 실시예 1과 비교하여 염화니켈의 함량은 375 중량부를 초과한 405 중량부를 사용하여 황산니켈을 100 중량부 미만인 70 중량부를 사용하여 5분 동안 도금을 수행(이하 비교예 2)하였을 때, 도금두께가 실시예 1의 도금두께보다 컸으나 두께편차가 0.2마이크로미터 이상으로 컸으며, 특히 랙에 도금층(1)이 형성되어 바람직하지 않았다.

즉, 상기한 비교예 2는 실시예 1과 비교하여 황산니켈을 적게 사용하여 원가 경쟁력 또한 우수하지 않으며, 랙(3)에 도금이 발생하며 도금층(1)이 균일하게 형성되지 않는 문제점이 있는 것이다.

한편 본 조성물의 첨가제는 글리신(Glycine)(글라이신)을 포함한다. 상기한 글리신은 생체합성의 중간물질 및 신경전달 물질로 사용되는 것으로 분자구조상 전자가 자유로이 이동하는 구조이여서 도금 속도를 증가시키는데 사용되었다. 즉, 상기 글리신은 본 조성물의 가속제로서 역할을 수행할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 조성물은 염화니켈과 함께 염화니켈보다 도금 속도는 떨어지지만 가격이 싼 황산니켈이 함께 사용된다고 하였다. 상기한 글리신은 황산니켈이 염화니켈의 일부를 대체함에 따라 본 조성물의 도금 속도가 저하 되는 것을 보완하기 위해 사용되어 본 조성물의 도금 속도를 향상시키기 위해 사용되었다.

한편, 상기한 글리신은 물 30000 중량부 대비, 13 내지 23 중량부가 사용될 수 있다. 상기한 글리신은 16 내지 20 중량부가 포함되는 것이 보다 바람직할 수 있다.

아래 표 2은 글리신의 사용량을 달리한 도금액을 이용하고 공지된 방식에 의해 무전해 니켈 도금을 수행하였을 때, 도금 대상체 각각의 도금 시간과 도금두께, 균일전착성, 및 랙(3)(Rack)의 도금 여부를 나타낸 것이다.

아래 표 2에서 실시예 2, 비교예 3, 비교예 4 각각은 글리신의 사용량만 달리하였고, 그 외 물, 금속염, 글리신을 제외한 첨가제의 다른 성분 등의 비율은 동일한 조건에서 도금을 수행하였다.

[표 2]

위 표 2를 참조하면, 글리신이 18 중량부가 사용하고 도금을 5분 동안 수행하였을 때(이하 실시예 2) 도금 두께는 0.3 마이크로미터였고, 두께편차는 0.15 마이크로미터 이하였으며, 랙(3)에 도금층(1)은 형성되지 않았다.

그러나 도 1 및 표 2를 참조하면, 도금 속도를 증가시키기 위해 글리신을 23 중량부를 초과하여 27 중량부를 사용하고 도금을 5분 동안 수행하였을 때(비교예 3) 도금두께는 0.38 마이크로미터로 실시예 2보다 증대되었지만, 두께편차가 0.2 마이크로미터 이상으로 되었고 랙(3)에 도금층이 형성되어 바람직하지 않음을 확인할 수 있다.

또한 표 2를 참조하면, 글리신을 13 중량부보다 아래인 9 중량부를 사용하고 도금을 5분 동안 수행하였을 경우(이하 비교예 4) 도금 두께가 실시예 2보다 적은 0.24마이크로미터가 되어 도금 속도가 저하됨을 확인할 수 있다.

한편, 본 조성물의 첨가제는, 물 30000 중량부 대비 구연산(Citric Acid) 220 내지 420 중량부, 및 구연산암모늄(Ammonium Citrate Dibasic) 220 내지 420 중량부를 포함하는 착화제를 포함할 수 있다.

구연산은 본 조성물과 비교되는 통상의 무전해 니켈 도금액의 금속 이온이 자발적으로 분해되는 것을 억제하여 촉매표면에서만 환원 반응이 일어나도록 반응을 조절하고, 본 조성물의 pH 변화를 억제하기 위해 일반적으로 사용되는 것이다.

그러나 착화제로 구연산만이 사용될 경우 도금액이 약 6개월 정도 이후에 노화되어 본 조성물의 도금 성능 저하가 발생될 수 있다.

이때 본 조성물은 착화제가 구연산뿐만 아니라 구연산암모늄을 포함하는데, 상기한 구연산암모늄은 pH가 7인 화학물질로 착화제로 사용될 경우 암모늄 이온의 도금액 노화 방지 효과로 인해 도금액의 노후화를 지연시키는 이점이 있다.

착화제가 구연산 220 내지 420 중량부, 및 구연산암모늄 220 내지 420 중량부를 포함 하였을 경우, 본 조성물의 도금 성능이 약 1년 정도 연장되어 재건욕 주기가 구연산만 사용했을 때와 비교하여 약 6개월 정도 연장되었다.

또한 첨가제는 물 30000 중량부 대비, 젖산나트륨(Sodium Lactate) 10 내지 20 중량부를 포함할 수 있다.

상기한 젖산나트륨은 분자량이 112g/mol로 적어서 금속 이온이 서로 뭉쳐져 도금액 상에서 금속화가 되지 않도록 함으로써 본 조성물에서 안정제로서 역할을 수행할 수 있다.

또한 젖산이 아닌 젖산나트륨을 사용하여 본 조성물의 pH 변화를 최소화 하여 암모니아수와 같은 pH 조절제의 사용을 최소화 할 수 있다.

아래 표 3은 젖산나트륨의 사용량을 달리한 도금액을 이용하고 공지된 방식에 의해 무전해 니켈 도금을 수행하였을 때, 각각의 도금 시간과 도금두께, 균일전착성, 및 랙(3)(Rack)의 도금 여부를 나타낸 것이다.

아래 표 3에서 실시예 3, 비교예 5, 비교예 6 각각은 젖산나트륨의 사용량만 달리하였고, 그 외 물, 금속염, 젖산나트륨을 제외한 첨가제의 다른 성분 등의 비율은 동일한 조건에서 수행하였다.

[표 3]

위 표 3을 참조하면, 젖산나트륨의 15 중량부가 사용되고 도금(무전해 니켈 도금 공정)을 5분 동안 수행하였을 경우(실시예 3), 도금층(1) 두께가 0.3 마이크로미터임을 확인할 수 있다.

그러나 젖산나트륨이 10 중량부보다 작은 7 중량부가 사용되고 도금을 5분 동안 수행하였을 경우(비교예 5), 도금액의 안정성이 떨어져서 도금 두께가 0.28 마이크로미터로 실시예 3보다 도금층(1) 두께가 얇아 도금 속도가 저하된 것을 확인할 수 있다.

또한 젖산나트륨이 20 중량부보다 많은 25 중량부가 사용되고 도금을 5분 동안 수행하였을 경우(비교예 6), 실시예 3 뿐만 아니라 비교예 5보다도 도금층 두께가 작아 도금 속도가 떨어짐을 확인할 수 있다.

도 2는 본 조성물에 의해 대상체가 도금되어 제조된 완제품(2)으로, 본 조성물에 의해 대상체의 표면에 니켈 도금층(1)이 형성된 것을 확인할 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도금층: 1 완제품: 2
랙: 3

Claims (4)

1. 물 30000 중량부 대비, 황산니켈 140 내지 160 중량부, 및 염화니켈 315 내지 335 중량부를 포함하는 금속염;
   차아인산나트륨 500 내지 700 중량부를 포함하는 환원제; 및
   글리신을 포함하는 첨가제;
   를 포함하고,
   상기 첨가제는,
   상기 물 30000 중량부 대비, 구연산 220 내지 420 중량부, 및 구연산암모늄 220 내지 420 중량부를 포함하는 착화제;
   를 더 포함하고,
   상기 첨가제는,
   상기 물 30000 중량부 대비, 젖산나트륨 10 내지 20 중량부를 더 포함하고,
   상기 글리신은, 물 30000 중량부 대비 16 내지 20 중량부가 사용되는 것을 특징으로 하는 무전해 니켈 도금액 조성물.
   
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