KR19980053469A - Zinc-nickel alloy electroplating solution and electroplating method using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염화 아연의 아연이온의 농도가 20 - 150g/l이고, 염화니켈의 니켈이온의 농도가 0.1 - 15g/l이며, 염소농도가 100 - 300g/l(용액)이 되게한 도금액에 대하여, 아릴 알콜 및 프로파질 알콜이 질량비로 1:1 인 용액을 5m몰/L에서 0.1몰/L 첨가제를 질량 백분율로 사카린이 10 - 25%, 계면활성제가 8 - 20%, 균형인자로서의 물을 포함하여 이루어진 것에 0.2 - 2.0ml/L 농도로 첨가하여 형성된 아연-니켈합금전기 도금액과, 상기의 아연-니켈 도금액을 이용하여 ph 1.5 - 4.5, 도금액의 온도를 50 - 70℃, 전류밀도를 20 - 180 A/dm2및 도금액과 음극의 상대 유속을 0.5 - 2.5m/sec의 도금조건으로 전기도금하여 아연-니켈 합금 전기도금 강판을 제조하는 방법에 관한것이다.The present invention relates to a plating solution in which the zinc ion concentration of zinc chloride is 20-150 g / l, the nickel ion concentration of nickel chloride is 0.1-15 g / l, and the chlorine concentration is 100-300 g / l (solution). , A solution in which the aryl alcohol and the propazyl alcohol are 1: 1 by mass ratio, 10 to 25% of saccharin, 8 to 20% of surfactant, and water as a balance factor by mass ratio of 0.1 mol / L to 0.1 mol / L additive at 5 mmol / L. The zinc-nickel alloy electroplating solution formed by adding 0.2-2.0ml / L in a concentration, and the zinc-nickel plating solution described above, pH 1.5-4.5, the temperature of the plating solution 50-70 ° C., the current density 20 The present invention relates to a method for producing a zinc-nickel alloy electroplated steel sheet by electroplating 180 A / dm 2 and the relative flow rates of the plating solution and the cathode under plating conditions of 0.5-2.5 m / sec.
Description
본 발명은 아연 니켈 합금 전기도금시 발생되는 용액의 슬러지를 억제하고 강판위에 양호한 도금층의 제조를 위한 도금방법에 관한 것이다.The present invention relates to a plating method for suppressing sludge of a solution generated during zinc nickel alloy electroplating and producing a good plating layer on a steel sheet.
전기도금을 이용한 금속 도금은 옛날 부터 방청, 장식 등을 위해서 많이 사용되어져 왔다. 이중 강판의 내식성을 확보하기 위하여 아연전기 도금이 개발 되어서 가전, 자동차, 건설 등의 분야에 널리 사용되어져 왔다. 가혹한 분위기하에서 내식성을 확보하기 위하여 아연도금층의 두께를 증가시켜야 하며 이로 인하여 비용의 증가 및 밀착성, 가공성등에 좋지않은 영향을 주었다. 따라서 이러한 결점을 해결하기 위해서 아연, 니켈 합금 전기 도금이 개발되어 왔다. 아연- 니켈 합금 전기도금은 욕의 성분에 따라서 여러가지가 있으나, 그중 산성 욕을 기본으로한 도금재 생산 방식이 일반적으로 널리 사용되고 있다. 산성욕에는 황화물욕이 기본이되는 것과 염화물욕이 기본이되는 것 등이 있다. 염화물욕은 황화물욕에 비하여 전기 전도도가 우수하며 고전류 밀도 도금이 가능하고, 주로 용해성 양극을 사용하여 불용성 양극을 사용하는 황화물욕에 비하여 용액의 제어가 편리하고 비용이 적게 든다. 용해성 양극은 주로 아연과 니켈을 사용하며 일반적으로 아연이 약 80% 이상이다. 그러나 가용성 아연이 사용되는 염화욕에서는 도금시 용액에서 발생되는 슬러지(sludge)나 이물질에 의하여 도금 제품의 표면 품질이 열악하여지며, 또한 연속 전기도금 장치의 도금셀에서 강판이 도금된 후 롤을 휘감고 방향을 바꾸는 전환롤의 표면에 도금용액에 존재하는 슬러지나 이물질이 강판을 통하여 이동되고, 심할 경우 조업을 중단하고 롤을 청소하여야 한다.Electroplating metal plating has long been used for rust prevention and decoration. Zinc electroplating has been developed to secure corrosion resistance of double steel sheets and has been widely used in fields such as home appliances, automobiles, and construction. In order to secure corrosion resistance under severe atmosphere, the thickness of the galvanized layer should be increased, which adversely affects the increase in cost, adhesion, and workability. Therefore, zinc, nickel alloy electroplating has been developed to solve this drawback. Zinc-nickel alloy electroplating is various depending on the components of the bath, of which the plating material production method based on the acid bath is generally widely used. Acid baths include sulfide baths as basics and chloride baths as basics. Chloride baths have better electrical conductivity and higher current density plating than sulfide baths, and solution control is easier and less expensive than sulfide baths using insoluble anodes, mainly using soluble anodes. Soluble anodes are predominantly zinc and nickel, with zinc in excess of about 80%. However, in the chloride bath where soluble zinc is used, the surface quality of the plated product is poor due to sludge or foreign substances generated in the solution during plating. Sludge or foreign substances present in the plating solution on the surface of the turning roll to change direction are moved through the steel plate.
이러한 결함을 해결하기 위한 종래에는 도금액의 산도(ph)를 하강시켜 슬러지 발생을 억제할려고 하였으나 아연-니켈 도금시 ph가 1.5이하에서는 수소 발생에 의하여 도금재가 경화되는 결함이 있으며, 일본 특허(소 59-211589)는 염화아연 및 염화 니켈을 주성분으로 하는 염화물욕 및 유산염을 혼합한 도금액에 염하 암모늄을 일부 첨가하고 도금 조건을 변경하여 이물질에 부수적으로 수반되는 황갈색이나 청자색의 산화물의 혼입 석출을 유효하게 억제 하였다고 하였으나, 조업초기에는 슬러지의 발생이 억제되나 시간이 지나면 슬러지가 발생된다. 또한 미국 특허(428580,4388160)등은 표면 광택도를 향상시키는 첨가제에 관한 것으로서 도금액의 청정도를 향상시키지 못한다.In order to solve such a defect, conventionally, the acidity (ph) of the plating liquid was lowered to suppress sludge generation. However, when the pH of the zinc-nickel plated is less than 1.5, the plating material is hardened by hydrogen generation. -211589) adds some ammonium chloride to a plating solution containing zinc chloride and nickel chloride as a main component of a chloride bath and lactate, and changes the plating conditions to effectively prevent the precipitation of yellow-brown or blue-violet oxides accompanying incident materials. Sludge generation is suppressed at the beginning of operation, but sludge is generated over time. In addition, US Patent (428580,4388160) and the like relates to an additive for improving the surface glossiness does not improve the cleanliness of the plating liquid.
본 발명은 상기의 종래기술이 가지는 문제를 해결하고자 하는 것으로서, 본 발명은 아연 니켈 합금 전기도금시 발생되는 용액의 슬러지를 억제하고 강판위에 양호한 도금층을 형성케하는 전기 도금액 및 그 도금 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art, the present invention is to provide an electroplating solution and a plating method for suppressing the sludge of the solution generated during zinc nickel alloy electroplating to form a good plating layer on a steel sheet For that purpose.
이러한 본 발명의 목적은 염화 아연의 아연이온의 농도가 20 - 150g/l이고, 염화니켈의 니켈이온의 농도가 0.1 - 15g/l이며, 염소농도가 100 - 300g/l(용액)이 되게한 도금액에 대하여, 아릴 알콜 및 프로파질 알콜이 질량비로 1:1 인 용액을 5m몰/L에서 0.1몰/L 첨가제를 질량 백분율로 사카린이 10 - 25%, 계면활성제가 8- 20%, 균형인자로서의 물을 포함하여 이루어진 것에 0.2 - 2.0ml/L 농도로 첨가하여 형성된 아연-니켈(En-Ni)합금전기 도금액과, 상기의 아연-니켈 도금액을 이용하여, ph 1.5 - 4.5, 도금액의 온도를 50 - 70℃, 전류밀도를 20 - 180A/dm2및 도금액과 음극의 상대 유속을 0.5 - 2.5m/sec의 도금조건으로 전기도금하여 아연-니켈 합금 전기도금 강판을 제조하는 방법에 의하여 달성된다.The object of the present invention is to ensure that the zinc ion concentration of zinc chloride is 20-150g / l, the nickel ion concentration of nickel chloride is 0.1-15g / l, and the chlorine concentration is 100-300g / l (solution). For the plating solution, a solution in which the aryl alcohol and the propazyl alcohol are 1: 1 by mass ratio is 10-25% of saccharin, 10-20% of surfactant, 8-20% of surfactant, and a balance factor by mass ratio of 0.1 mol / L additive at 5 mmol / L. The pH of the plating solution was measured using a zinc-nickel (En-Ni) electroplating solution formed by adding 0.2-2.0 ml / L to water containing water as the above, and the zinc-nickel plating solution described above. It is achieved by the method of producing zinc-nickel alloy electroplating sheet by electroplating at 50-70 ℃, current density of 20-180A / dm 2 and relative flow rate of plating solution and cathode under plating condition of 0.5-2.5m / sec. .
이하 본 발명에 대하여 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.
수용성 도금욕에 염화 아연 화합물로서 금속 아연의 농도가 20 - 150g/L(용액)이 되게하고 보다 양호하게는 50 - 90g/L(용액)이 되게한다. 염화 니켈 화합물로서 금속 니켈의 농도가 5 - 10g/L(용액)이 되게 한다. 전해질로서 염화 칼륨, 염화 칼슘, 염화 나트륨, 염화 암모늄 등의 염화물로서 1종 혹은 2종 이상으로서 염소 농도가 100 - 300g/L(용액)이 되게하며 보다 양호하게는 200 - 280g/L(용액)이 되게한다. 본 발명에 따라 제조된 첨가제로는 0.2 - 2.0ml/L로 첨가하여야 하나, 양호하게는 0.4 - 1.5ml/L첨가하여야 한다. 이상의 도금욕 조성에서 아연-니켈전기도금강판의 제조는 온도 50 - 70℃, PH 1.0 - 4.5, 전류밀도 20 - 180A/dm2, 상대유속은 0.5 - 2.5m/sec의 조건에서 제조한다.In the aqueous plating bath, the concentration of the metal zinc as the zinc chloride compound is 20-150 g / L (solution) and more preferably 50-90 g / L (solution). As the nickel chloride compound, the concentration of metal nickel is 5-10 g / L (solution). As an electrolyte, it is a chloride such as potassium chloride, calcium chloride, sodium chloride, ammonium chloride, etc., and one or two or more thereof, which has a chlorine concentration of 100-300 g / L (solution), and more preferably 200-280 g / L (solution). Let this be. The additive prepared according to the present invention should be added at 0.2-2.0 ml / L, but preferably 0.4-1.5 ml / L. In the above plating bath composition, the zinc-nickel electroplated steel sheet is manufactured at a temperature of 50-70 ° C., PH 1.0-4.5, a current density of 20-180 A / dm 2 , and a relative flow rate of 0.5-2.5 m / sec.
첨가제 구성 및 범위제한 이유Additive Composition and Range Reasons
첨가제는 물에 사카린(sodium salt hydrate)과 계면활성제를 일정한 비율로 완전히 녹인 용액에 아릴알콜(Ch2ChCh2)과 프로파질알콜(Ch3Ch4O)이 1: 1인 용액을 첨가하여 제조한다. 계면활성제는 나프탈렌에 슬폰기가 있고 포름알데하이드와 축합 반응한 물질의 1족 원소 염으로 구성된 것을 사용하며 아래의 (a),(b) 및 (c)와 같은 구조를 가진다.The additive is prepared by adding a solution of aryl alcohol (Ch 2 ChCh 2 ) and propazyl alcohol (Ch 3 Ch 4 O) in a solution of saccharin (sodium salt hydrate) and surfactant completely dissolved in a certain ratio. do. The surfactant is composed of a group 1 element salt of a substance in which naphthalene has a sulfonic group and condensation reaction with formaldehyde, and has the following structures (a), (b) and (c).
[화학식][Formula]
여기서 M는 Na,K등의 1족 원소임Where M is a group 1 element such as Na, K, etc.
첨가제 비율은 질량 백분율로 사카린이 1025퍼센트, 계면활성제가 820퍼센트, 균형인자로서 나머지는 물로 구성되며, 아릴알콜 및 프로파질알콜이 질량비로 1:1인 용액을 5밀리 몰/리터(5m mol/L)에서 0.1몰/리터(0.1 mol/L)을 첨가하여 형성되는 것이다. 이상 각각의 비율 및 구간을 벗어나면 도금조업시 표면외관 및 조도 등의 품질이 불량하게 되어 지며, 특히 알콜의 경우 1.0 밀리 몰 이하에서는 도금액의 슬러지나 이물질제거에 효과가 없으며 0.1몰 이상에서는 표면외관이 불량하여진다.Additive ratio is 10 percent by weight saccharin 25 percent with 8 surfactants 20 percent, balance factor, the remainder consisting of water, and 0.1 mol / liter (0.1 mol / L) at 5 milliliters / liter (5 mol / L) of aryl alcohol and propazyl alcohol in a mass ratio of 1: 1. It is formed by addition. Outside of each ratio and section, the quality of surface appearance and roughness will be poor during plating operation.In particular, alcohol has no effect on removing sludge or foreign substances from plating solution at less than 1.0mmol and surface appearance at 0.1mol or more. This becomes poor.
도금욕 및 도금 조건의 범위제한 이유Reasons for Limiting Plating Bath and Plating Conditions
금속 아연의 농도가 20g/L이하가 되면 전착 효율이 나쁘며, 150g/L이상이 되면 아연 화함물의 용해도가 나쁘고 전착 비용이 높다. 금속 니켈의 양이 0.1g/L 이하에서는 목적하는 합금도금을 제조할 수 없으며 15g/L이상에서는 자동차용강판에서 요구되는 저온내치핑성이 저하되고 내식성이 떨어진다. 염소의 농도가 100g/L이하에서는 전도도가 불량하여 도금층의 밀착성이 불량하고 표면이 검게 타는 결점이 나타나며, 300g/1 이상에서는 염화 화함물의 용해도가 나쁘다. 첨가제의 농도가 0.2ml/L이하에서는 도금 조업시 도금액의 슬러지가 억제되지 못하며, 농도가 0.2ml/L 이상에서는 첨가제로 인하여 도금표면 외관이 불량하게 된다. 또한 온도가 50℃ 이하인 경우 각종 염의 용해도가 낮아지고 도금층의 합금 금속인 니켈의 함량이 저하되며, 70℃ 이상에서는 도금액의 증발로 인하여 증기 발생이 심하며 설비 부식이 심하게 일어난다. PH가 1.5 이하 에서는 음극에 수소 발생 등으로 도금 효율이 저하 되며 도금층의 표면에 빗살무늬가 발생되며, 4.5 이상에서는 수산화물 등의 생성과 도금용액의 오염이 심하에 발생된다. 아연-니켈합금의 피도금체인 강판에 대한 도금액의 상대유속이 0.5m/sec 이하인 경우 도금 결정의 조대화, 도금층의 버닝(burning)발생 등으로 도금성이 열화되고 2.5 m/sec이상에서는 실용 범위를 넘어서는 구간이다. 전류밀도가 20A/dm2이하에서는 도금층의 광택도가 저하되고, 도금층의 니켈이 과다석출되는 결점이 나타난다. 그러나 전류 밀도가 증가하면 도금속도가 빨라져서 생산성이 향상되지만 180A/dm2이상이 되면 도금층에 버닝현상이 나타나고 강판과 통전체와의 접촉성에도 문제가 발생한다.When the concentration of the metal zinc is less than 20g / L, the electrodeposition efficiency is poor, and when the concentration of the metal zinc is more than 150g / L, the solubility of the zinc compound is bad and the electrodeposition cost is high. If the amount of metal nickel is 0.1g / L or less, the desired alloy plating can not be produced, and at 15g / L or more the low-temperature chipping resistance required for automotive steel sheet is reduced and the corrosion resistance is poor. If the concentration of chlorine is less than 100g / L, the conductivity is poor, the adhesion of the plating layer is poor, the surface burns black defects, and above 300g / 1, the solubility of chloride compounds is poor. If the concentration of the additive is less than 0.2ml / L, the sludge of the plating solution during the plating operation is not suppressed, the plating surface appearance is poor due to the additive at the concentration of 0.2ml / L or more. In addition, when the temperature is 50 ℃ or less, the solubility of various salts is lowered, the content of nickel, which is an alloy metal of the plating layer is lowered, and at 70 ℃ or more due to the evaporation of the plating solution, the generation of steam is severe and the equipment corrosion occurs badly. If the pH is less than 1.5, the plating efficiency is lowered due to hydrogen generation at the cathode, and the comb-tooth pattern is generated on the surface of the plating layer. At 4.5 or more, generation of hydroxide and the like and contamination of the plating solution are severely generated. When the relative flow velocity of the plating liquid on the steel plate, which is the zinc-nickel alloy plated body, is 0.5 m / sec or less, the plating property is deteriorated due to coarsening of the plating crystals and burning of the plating layer. Is beyond the interval. If the current density is 20 A / dm 2 or less, the glossiness of the plating layer is lowered, and the defect of over-precipitation of nickel in the plating layer appears. However, as the current density increases, the plating speed is increased, and the productivity is improved. However, when the current density is 180 A / dm 2 or more, a burning phenomenon appears in the plating layer and a problem occurs in the contact between the steel sheet and the current collector.
이하 본 발명의 실시예를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described.
냉연 강판을 소지 금속으로 표 1에는 도금용액 농도 및 도금 조건을 나타내었으며, 도금 강판의 백색고, 광택도, 조도(도금층의 조도변화를 도금재와 도금원판의 조도차) 및 청정도는 표 2에 나타내었다. 도금강판의 백색도는 칼라 앤드 칼라 디퍼런스 매터(color and color difference meter)로서 광택도는 글로스 매터(glossmeter)로서 측정하였으며, 도금액의 청정도는 4시간 조업후의 탁도로서 나타내었다.Table 1 shows the plating solution concentration and plating conditions. Indicated. The whiteness of the plated steel sheet was measured as a color and color difference meter, the glossiness as a gloss meter, and the cleanness of the plating liquid was expressed as turbidity after 4 hours of operation.
본 발명의 첨가제의 성분중 사카린 나트륨염이 10 - 25%, 계면활성제가 8 - 20%, 아릴 알콜:프로파질 알콜=1:1 인것이 0.05몰 - 1.0몰/리터 범위의 발명재가 첨가량 0.2 - 2.0ml/L에서 (3 - 5, 8 - 11, 15 - 17, 20 - 23)에서 양호하며 상기의 범위를 벗어난 비교재(1 - 2, 6 - 7, 12 - 14, 17 - 19, 24)에 비하여 우수한 표면품질 및 도금액의 청정도를 나타내었다.Among the components of the additive of the present invention, the saccharin sodium salt is 10-25%, the surfactant is 8-20%, and the aryl alcohol: propazyl alcohol = 1: 1 is added to the invention in the range of 0.05 mol-1.0 mol / liter. Good at 2.0 ml / L (3-5, 8-11, 15-17, 20-23) and outside of the above range (1-2, 6-7, 12-14, 17-19, 24 Excellent surface quality and cleanliness of the plating solution were shown.
이상과 같이 본 발명에 의하면 아연-니켈합금 전기도금욕에서 도금액의 천정도를 양호하게 유지할수 있고 도금층의 표면 품질이 양호한 아연-니켈합금 전기 도금 제품을 제조할 수 있다.As described above, according to the present invention, a zinc-nickel alloy electroplating product can be produced in a zinc-nickel alloy electroplating bath that can maintain a good degree of plating liquid and have a good surface quality of the plating layer.
백색도(68이하:불량, 68이상:양호), 광택도(72이하:불량, 72이상: 양호)Whiteness (less than 68: poor, more than 68: good), glossiness (less than 72: poor, more than 72: good)
정도(탁도 2.0 NTU 이하: 양호, 탁도 2.0 NTU이상: 불량).Accuracy (under turbidity 2.0 NTU: good, turbidity above 2.0 NTU: poor).
본 발명에 의하여 아연-니켈 합금전기도금시 발생되는 용액의 슬러지를 억제할수 있고, 아연-니켈합금 전기도금욕에서 도금액의 천정도를 양호하게 유지할 수 있으며, 도금층의 표면 품질이 양호한 아연-니켈합금 전기 도금 제품을 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to suppress the sludge of the solution generated during the zinc-nickel alloy electroplating, to maintain a good degree of the plating solution in the zinc-nickel alloy electroplating bath, the zinc-nickel alloy with good surface quality of the plating layer Electroplating products can be prepared.
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