KR20000024785A - 전도롤의 도금방지장치 - Google Patents

전도롤의 도금방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기도금장치의 전도롤의 도금방지장치에 관한 것이며, 특히, 수평형 전기도금장치에 이용되는 전도롤의 도금방지장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 도금용액(70) 속에 잠겨 있는 양극 및 도금용액(70) 속에 적어도 일부가 잠겨 있고 음극의 역할을 하는 전도롤(20)을 포함하는 수평형 전기도금장치에 이용되는 전도롤의 도금방지장치에 있어서,
상기 전도롤(20)의 표면 중 양극 쪽으로 향한 표면을 차단하도록 상기 전도롤(20)과 상기 양극의 사이에 배치된 노즐(100)을 포함하며;
상기 노즐(100)은 상기 전도롤(20)과 동일한 음의 전위로 대전되어 있고,
상기 노즐(100)에는 도금용액(70)이 자유로이 통과할 수 있는 다수개의 구멍(110)이 형성되고, 상기 전도롤(20)의 표면에 도금방지용액(120)을 분사할 수 있는 분사구(115)를 포함하며,
상기 분사구(115)에서 분사되는 도금방지용액(120)은 도금용액(70)과 성분이 같으며 산도(pH)만 낮은 용액인 것을 특징으로 하는 전도롤의 도금방지장치가 제공된다.

Description

전도롤의 도금방지장치
본 발명은 전기도금장치의 전도롤의 도금방지장치에 관한 것이며, 특히, 수평형 전기도금장치에 이용되는 전도롤의 도금방지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 강판에 아연(Zn)을 도금하는 아연도금에는 용융되어 있는 아연에 강판을 침적시킨 후 냉각시킴으로 아연이 응고하며 부착되는 용융도금 강판과, 도금용액 내에 포함되어 있는 아연의 이온을 음극을 띄고 있는 강판에 석출시키는 전기도금 강판이 있으며, 전기도금 강판의 장치 종류로는 도금조의 설치형태와 강판의 진행방향에 따라 수평형과 수직형 및 레디얼형 전기도금장치로 나누어진다.
전기도금 강판의 장점으로는 열처리를 하지 않으므로 냉연강판의 기계적 성질을 그대로 유지할 수 있는 점과, 도금 부착량의 조절이 용이하고, 도금층의 조직이 미세하여 밀착성이 우수하고, 다양한 합금도금이 가능하다는 장점이 있으며, 특히, 수평형 전기도금장치의 장점으로는 강판이 수평으로 도금조를 통과하기 때문에 통판성이 우수하고, 고속도금에 유리한 장점을 갖는다.
일반적인 수평형 전기도금장치의 구성은 도 1에 도시된 바와 같다.
도 1에 보이듯이, 수평형 전기도금장치는 도금용액(70)을 수용하고 있는 도금조(60)와, 도금용액(70)속에서 진행하는 강판(10)의 상하면에 위치하며 양극(+극)을 띄는 양극판(40)과, 강판(10)과 접촉 회전하며 음극(-극)을 띄는 전도롤(20)과, 전도롤(20)을 지지하는 지지롤(30)과, 도금용액(70)을 순환하여 교반하는 교반노즐(50)로 구성되어 있다.
전도롤(20)과 지지롤(30)의 회전에 의해 강판(10)은 진행방향으로 전진하며, 이 때, 음극을 띠고 있는 전도롤(20)과 접촉하는 강판(10)은 음극을 띤다. 이렇게 음극을 띠는 강판(10)은 강판(10)의 상하면에 양극을 띠는 양극판(40) 사이를 지나가며, 양극판(40)과 강판(10) 사이에 채워져 있는 도금용액(70)에 의해 전류는 양극판(40)에서 강판(10)으로 흐른다.
이 때, 도금용액(70) 내에 양이온으로 존재하는 금속이온은 음극을 띠는 강판(10)에 부착되어 도금된다.
이런 양극판(40)의 중앙부에는 도금조(60)안에 있는 도금용액(70)이 잘 교반될 수 있도록 도금용액(70)을 순환시키는 교반노즐(50)이 있다.
상기 설명과 같은 종래의 수평형 전기도금장치에서 전기도금을 실시하던 중, 고속도금 또는 전도롤(20)에 큰 전류를 통전할 때에는 금속이온이 전도롤(20)에 부착되어, 전도롤(20)이 도금된다.
이러한 현상은 도금용액(70)이 전도롤(20)에 닿아 있고, 양극판(40)과 전도롤(20)의 사이에 존재하는 도금용액(70)을 통해서 소량의 누수전류가 흐르게 되므로, 음극인 전도롤(20)에 양이온인 금속이온이 부착되어 도금된다.
또한, 다른 원인으로는 전도롤(20)과 강판(10)은 선 접촉을 하고 있으므로 접촉면적이 좁고, 전도롤(20)이 회전하기 때문에 미세한 진동이 발생하여 고 전류 통전시 접촉저항이 증가하게 된다. 이 때, 전도롤(20)과 강판(10)이 접촉한 부위 근처에는 누수전류가 도금용액(70)을 통해 흐르게 되며, 음극을 띠고 있는 전도롤(20)의 미세한 진동에 의해 접촉부와 근접한 강판(10)에는 양극이 대전되며, 음극인 전도롤(20)에는 양이온인 금속이온이 부착되어 도금된다.
따라서, 고속도금으로 전도롤(20)의 회전이 빨라지면 강판(10)과의 접촉저항이 증가하며, 그러므로 전도롤(20)에는 다량의 도금물질이 부착된다.
상기 설명한 바와 같이 전도롤(20)의 도금을 방지하기 위해서 종래에는 전도롤(20)과 양극판(40)과의 간격을 양극판(40)과 강판(10)의 간격보다 훨씬 크게 하여 누수전류를 줄이는 것과, 전도롤(20)과 양극판(40) 사이에 누수전류 차폐판을 설치하여 누수전류의 흐름을 차단하는 방법(특허 97-77444)이 있었다.
그러나, 전도롤(20)과 양극판(40) 사이의 누수전류를 차단하여 전도롤(20)에 도금되는 것을 방지하더라도, 고속도금할 때에는 전도롤(20)과 강판(10)의 진동에 의해 접촉저항이 증가하므로, 전도롤(20)의 도금을 방지할 수 없었다.
이와 같이, 전도롤(20)이 도금되면 강판(10)과의 통전을 방해할 뿐만 아니라, 전도롤(20)의 도금층이 선 도금조에서 도금된 도금층을 손상시켜 도금 후에도 얼룩이 계속 존재한다.
그러므로, 도금 작업 중에 전도롤(20)에 도금물질이 부착되면, 강판(10)의 통판속도를 늦추어 단위 시간당 통전량을 줄여 전도롤(20)에 더 이상의 도금물질이 부착되지 않도록 한 후, 사포나 연마용 숫돌 등으로 전도롤(20)에 부착된 도금물질을 닦아내야 하므로, 생산성이 현저히 떨어지는 결과를 갖는다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 전도롤과 양극판 사이의 누수전류에 의해 전도롤이 도금되는 것을 방지하여 전기도금 강판의 품질을 향상시키고, 전도롤의 정비에 사용되는 정비시간을 절약하여 생산성 향상을 이루려는 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 수평형 전기도금장치의 단면도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전도롤의 도금방지장치가 설치된 수평형 전기도금장치의 단면도이고,
도 3은 도 2에 도시된 전기도금장치에 설치된 전도롤의 도금방지장치의 상세도이며,
도 4는 도 3에 도시된 전도롤의 도금방지장치의 노즐의 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 강판 20 : 전도롤
30 : 지지롤 40 : 양극판
50 : 교반노즐 60 : 도금조
70 : 도금용액 100 : 노즐
115 : 분사구 120 : 도금방지용액
위와 같은 목적을 달성하기 위한, 도금용액 속에 잠겨 있는 양극 및 도금용액 속에 적어도 일부가 잠겨 있고 음극의 역할을 하는 전도롤을 포함하는 수평형 전기도금장치에 이용되는 전도롤의 도금방지장치에 있어서,
상기 전도롤의 표면 중 양극 쪽으로 향한 표면을 차단하도록 상기 전도롤과 상기 양극의 사이에 배치된 노즐을 포함하며;
상기 노즐은 상기 전도롤과 동일한 음의 전위로 대전되어 있고,
상기 노즐에는 도금용액이 자유로이 통과할 수 있는 다수개의 구멍이 형성되고, 상기 전도롤의 표면에 도금방지용액을 분사할 수 있는 분사구를 포함하며,
상기 분사구에서 분사되는 도금방지용액은 도금용액과 성분이 같으며 산도(pH)만 낮은 용액인 것을 특징으로 하는 전도롤의 도금방지장치가 제공된다.
[실시예]
아래에서, 본 발명에 따른 전도롤의 도금방지장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도 2에 보이듯이, 이 실시예에 따른 전도롤의 도금방지장치는 종래의 수평형 전기도금장치에 설치되는 것이며, 전도롤(20)과 양극판(40) 사이에 위치하고 전도롤(20)과 도선(25)으로 연결되어 같은 음극을 띠는 노즐(100)을 포함한다. 이러한 노즐(100)의 앞뒷면을 관통하는 다수의 구멍(110)이 형성되어 있으며, 이런 구멍(110)으로 도금용액(70)이 자유롭게 통과한다. 그리고, 노즐(100)의 하단부에는 전도롤(20)과 강판(10)이 접촉하고 있는 접촉부위로 도금방지용액(120)이 분사되도록 슬리트 형태의 분사구(115)가 형성되어 있다. 이런 분사구(115)에서는 도금용액보다 산도(pH)가 낮은 도금방지용액(120)을 분사할 수 있게 구성되어 있다.
상기 노즐(100)의 길이(L)는 전도롤(20)의 길이와 동일하며, 폭(W)은 전도롤(20)의 직경과 동일하고, 재질은 전기 전도성이 우수한 재료이다. 그리고, 구멍(110)의 반지름(r)은 전도롤(20)과 노즐(100)과의 간격(G)보다 작으며, 이런 구멍(110)의 총 면적(πr2×노즐 구멍 수)은 노즐(100)의 면적(L×W)의 1/2이상이 되며, 전도롤(20)과 노즐(100)의 간격(G)의 범위는 5 ~ 20mm이다.
상기 노즐(100)은 양극판(40)으로부터 전도롤(20) 쪽으로 흐르는 누수전류를 차단하며, 전도롤(20)과 도선(25)으로 연결되어 음극을 띠므로 전도롤(20)과 노즐(100) 사이의 양이온인 금속이온을 노즐(100)에 부착시키므로, 전도롤(20)의 도금을 방지하는 작용을 한다.
한편, 상기 설명한 분사구(115)를 통하여 전도롤(20) 쪽으로 분사되는 도금방지용액(120)은 도금용액(70) 중에 혼입되어도 도금용액(70)의 성분을 변화시키지 않도록 도금용액과 같은 성분을 갖는다. 즉, 도금방지용액(120)은 도금용액(70)과 성분이 갖고 산도(pH)만 낮은 용액이다. 이런 도금방지용액(120)의 산도(pH)는 - 0.3 ~ 0.8인 것이 양호하다.
상기와 같이 설치된 노즐(100)과 분사구(115)를 통하여 분사된 도금방지용액(120)은 전도롤(20)의 표면을 타고 흘러내리면서 전도롤(20)의 표면에 저 산도의 액막을 형성한다.
전도롤(20)의 표면에 이러한 저 산도 액막이 형성되면, 고속도금할 때에는 전도롤(20)과 강판(10) 사이에 접촉저항이 증가하여 미세한 누수전류가 전도롤(20) 쪽으로 흐르더라도, 이러한 전류가 아연이온 등과 같은 도금될 금속이온이 전도롤(20)에 부착하는 반응, 즉, 금속이온의 석출반응에 쓰이지 않고, 액막 내의 수소이온을 반응시켜 수소분자로 증발시키는 데에 사용된다. 액막 내의 수소이온이 증발되고 나면, 액막을 형성했던 도금방지용액의 산도(pH)는 도금용액(70)의 산도(pH)와 거의 비슷해진다.
이 때, 전도롤(20)과 노즐의 간격(G)이 너무 멀 경우에는 분사되는 도금방지용액(120)의 분사량이 많게 되고 양극판(40)과 거리가 가까워져 도금용액(70) 중에 있는 금속이온은 노즐에 부착되어 노즐을 자주 교체하여야 하며, 전도롤(20)과 노즐의 간격(G)이 너무 가까울 경우에는 고속회전을 하는 전도롤(20)의 진동에 의해 접촉될 수 있는 위험이 있다. 그러므로, 전도롤(20)과 노즐 사이의 간격(G)은 5 ~ 20mm가 적당하다.
그리고, 구멍(110)의 반지름(r)이 너무 클 경우에는 누수전류가 구멍을 통하여 흐르므로, 누수전류 방지효과가 떨어지며, 너무 작을 경우에는 금속용액(70)이 자유롭게 통과하지 못한다.
또한, 분사구(115)를 통하여 분사되는 도금방지용액(120)은 산도 -0.3 ~ 0.8을 유지하여야 하며, 산도 -0.3 이하일 경우에는 분사된 도금방지용액(120)이 도금용액(70)과 섞여서 강판(10)에 닿아 강판(10)의 도금층을 재 용해시킨다. 그러므로, 강판(10)의 도금 부착율은 감소된다. 또한, 산도 0.8 이상일 경우에는 도금방지 효과가 감소된다.
아래에서는 위에서 설명한 본 발명에 따른 전도롤의 도금방지장치가 설치된 전기도금장치와 종래의 전기도금장치를 비교하기 위해 수행한 실험에 대해 설명하겠다.
표 1은 이 실험에서 사용된 도금용액의 성분을 나타낸 것이다.
도금 용액 조성(g/l) pH 유속 온도(℃)
Zn2+ SO4 2-
60 150 1.2 1.5m/sec 60
표 2는 표 1에 나타낸 도금용액과 동일한 성분을 가지면서 산도만 0.1인 도금방지용액을 분사하면서 3시간동안 도금을 실시한 후, 전도롤에 대한 아연부착정도 및 버닝(Burning)정도를 조사한 것이다.
이때, 전도롤에 통전된 전류는 40KA이였으며, 강판의 통판 속도는 분당 170m로 하였다.
노즐 설치 유무 도금 방지 용액 분사 유무 전도롤과 노즐의 간격(G)(mm) 노즐 구멍의 반지름(r)(mm) 노즐 면적 중 구멍 총 면적의 비율(%) 전도롤에 아연부착 정도 도금층 버닝 발생정도
발 명 예 1 유 유 5 3 50 ◎ O
2 유 유 5 5 60 ◎ ◎
3 유 유 5 5 70 ◎ ◎
4 유 유 12 5 70 ◎ ◎
5 유 유 12 8 70 ◎ ◎
6 유 유 20 5 60 ◎ ◎
7 유 유 20 5 70 ◎ ◎
8 유 유 20 10 70 ◎ ◎
9 유 유 20 15 70 ◎ ◎
비 교 예 1 무 - - - - × ◎
2 유 유 5 8 60 △ ◎
3 유 유 5 5 20 ◎ ×
4 유 유 8 15 60 △ ◎
5 유 유 10 30 40 △ △
6 유 무 20 15 70 △ ◎
아연부착 정도 : ◎ 전혀 없음, O 약함, △ 심함, ×아주 심함.
버닝발생 정도 : ◎ 전혀 없음, O 약함, △ 심함, ×아주 심함.
상기 표 2에 나타난 바와 같이 구멍의 총 면적(πr2×노즐 구멍 수)이 노즐의 면적(L×W)의 1/2이상으로 형성된 노즐과, 전도롤과 노즐의 간격(G)을 5 ~ 20mm로 설치하고, 도금방지 노즐과 전도롤 사이에는 도선으로 연결하였을 때, 전도롤의 도금은 전혀 없었으며, 버닝 또한 발생하지 않거나 약하게 발생하였다.
표 3은 본 발명에 따른 전기도금장치와 종래의 전기도금장치를 비교 분석하기 위한 또 다른 실험에 사용된 도금용액의 성분을 나타낸 것이다.
도금 용액 조성(g/l) 도금용액 pH 온도(℃)
Zn2+ SO4 2-
70 150 1.2 60
표 4는 표 3과 같이 조성된 도금용액에서 노즐의 설치 유무와, 도금방지용액의 산도의 변화와, 통전량 및, 통판속도의 변화에 따라 전기도금을 1시간동안 실시한 후 전도롤에 아연도금 부착정도 및 버닝(Burning)정도를 조사한 것이다.
통전량(KA/도금조) 통판속도(m/min) 도금방지 용액산도(pH) 도금방지노즐설치유무 전도롤에 아연부착 정도 도금 방지 용액에 의한 도금층 용해정도
발명예 1 15 150 0.1 유 ◎ ◎
2 15 150 0.8 유 ◎ ◎
3 15 180 -0.3 유 ◎ O
4 15 180 0.3 유 ◎ ◎
5 25 150 -0.2 유 ◎ O
6 25 150 0.2 유 ◎ ◎
7 25 180 -0.1 유 ◎ O
8 25 180 0.1 유 ◎ ◎
9 25 180 0.8 유 O ◎
비교예 1 15 50 - 무 O ◎
2 15 150 - 무 △ ◎
3 15 180 - 무 × ◎
4 25 10 - 무 ◎ ◎
5 25 150 - 무 × ◎
6 25 180 - 무 × ◎
7 25 150 1.0 유 △ ◎
8 25 180 -0.5 유 ◎ ×
아연부착 정도 : ◎ 전혀 없음, O 약함, △ 심함, ×아주 심함.
버닝발생 정도 : ◎ 전혀 없음, O 약함, △ 심함, ×아주 심함.
상기 표 4에 나타난 바와 같이 용액 분사 노즐을 설치하고, 통판속도가 분당 150 ~ 180m정도일 때, 산도 -0.3 ~ 0.8pH의 도금방지용액을 분사하여 전기도금을 실행하면, 전도롤에 아연 부착정도가 약하거나, 전혀 없었으며, 도금층 용해정도도 약하거나, 전혀 발생하지 않았다.
한편, 비교예 1, 4 경우에서는 노즐을 설치하지 않았으나, 분당 50m의 느린 통판속도이므로, 전도롤과 강판의 접촉저항이 작아 전도롤에 아연 부착정도가 거의 없으며, 버닝도 발생되지 않았다. 그러나, 생산성에서는 적합하지 않다.
위 실험에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 전기도금장치는 종래의 도금장치에 비해 전도롤에서의 금속이온의 석출반응이 거의 없음을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 전도롤의 도금방지장치에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

  1. 도금용액(70) 속에 잠겨 있는 양극 및 도금용액(70) 속에 적어도 일부가 잠겨 있고 음극의 역할을 하는 전도롤(20)을 포함하는 수평형 전기도금장치에 이용되는 전도롤의 도금방지장치에 있어서,
    상기 전도롤(20)의 표면 중 양극 쪽으로 향한 표면을 차단하도록 상기 전도롤(20)과 상기 양극의 사이에 배치된 노즐(100)을 포함하며;
    상기 노즐(100)은 상기 전도롤(20)과 동일한 음의 전위로 대전되어 있고,
    상기 노즐(100)에는 도금용액(70)이 자유로이 통과할 수 있는 다수개의 구멍(110)이 형성되고, 상기 전도롤(20)의 표면에 도금방지용액(120)을 분사할 수 있는 분사구(115)를 포함하며,
    상기 분사구(115)에서 분사되는 도금방지용액(120)은 도금용액(70)과 성분이 같으며 산도(pH)만 낮은 용액인 것을 특징으로 하는 전도롤의 도금방지장치.
KR1019980041476A 1998-10-01 1998-10-01 전도롤의 도금방지장치 KR20000024785A (ko)

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KR20160043210A (ko) * 2014-10-10 2016-04-21 재단법인 포항산업과학연구원 수평셀 전기도금장치 및 수평셀 전기도금방법
KR101993769B1 (ko) * 2019-01-21 2019-07-01 주식회사 태성 롤투롤 공정의 인쇄회로기판 수평 도금라인에서 캐소드롤러의 역 도금 방지 장치
CN115074795A (zh) * 2022-08-19 2022-09-20 昆山科比精工设备有限公司 一种阴极导电装置及电镀设备

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