KR20000026743A - 아연전기도금용액의 첨가제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염화물계의 도금용액에서 광택도, 백색도, 조도, 전류효율을 양호하게 하여, 품질을 향상시키고, 우수한 아연 전기도금강판을 제조할 수 있는 도금용액의 첨가제를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 강판의 전기도금에 이용되는 도금용액 첨가제에 있어서, 10 ~ 15 중량%의 폴리에틸렌글리콜과, 0.1 ~ 1.0 중량%의 안식향산과, 중량 합계가 폴리에틸렌글리콜의 중량 대비 2 ~ 5 중량%인 포름알데히드와 붕산의 혼합물을 함유하며, 상기 폴리에틸렌글리콜은 H(OCH₂CH₂)_nOH의 분자식을 갖고 중합도 n 수가 10 ~ 20 인 제 1 폴리에틸렌글리콜과 20 ~ 30인 제 2 폴리에틸렌글리콜이 1:2 ~ 1:5의 중량비로 혼합된 것이며, 상기 포름알데히드와 붕산의 중량비는 1:1 ~ 1:3 인 것을 특징으로 하는 도금용액 첨가제가 제공된다.

Description

아연 전기도금용액의 첨가제

본 발명은 아연 전기도금용액에 관한 것이며, 특히, 염화물계 아연전기도금용액에서 도금층의 표면외관(백색도, 광택도), 조도 및 전류 효율을 향상시키는 도금용액의 첨가제에 관한 것이다.

표면 처리 제품중에서 아연전기도금강판은 도금의 용이성, 비용 및 내식성 등의 측면에서 유리한 점이 많아 가전제품, 건설, 자동차 등등의 소재로 널리 사용되고 있다. 특히 아연전기도금 강판의 경우 생산성 향상을 위한 고전류밀도 도금이 필수적이며, 도장용으로 사용되는 경우가 많아 도금층의 표면외관이 우수하여야 한다. 아연 전기도금용액으로는 염화물계 용액, 황화물계 용액, 시안계 용액 등이 사용되고 있으며, 그 중 염화물계 용액은 전기 전도도가 우수하여 고전류밀도 도금에 적합한 것으로 알려져 있으나, 전류밀도가 증가하면 도금층의 표면외관이 저하되고, 표면이 거칠게 되어 후처리 공정(인산염 처리, 크롬 처리, 도장 처리 등)이 곤란하며, 도장을 하였을 때 표면이 어둡고 표면반사에 의하여 선명성이 불량한 문제점이 발생한다. 상기 문제점을 해결하기 위하여, 기존 업계에 널리 알려져 있는 첨가제를 소량 첨가하는 경우에도 전류효율이 감소한다는 문제점이 발생하는 것으로 알려져 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에 알려져 있는 기술을 살펴보면 다음과 같다.

'미국특허 4,210,500'의 내용은 도금 표면의 광택도를 개선하기 위한 기술에 관한 것이고, '미국특허 4,146,441'의 내용은 황화물계 용액에서 도금층의 광택도 개선과 도금 전류밀도의 범위 확대를 위하여 포름알데히드의 혼합물을 첨가한다는 내용이며, '미국특허 4,149,510'은 염화물계 용액에서 아민계 폴리머를 첨가하여 광택도를 개선한다는 내용이고, '미국특허 3,855,085'는 염화물계 용액에서 비이온성 폴리옥시에틸렌(polyoxyethylene)의 첨가에 의하여 표면광택을 개선한다는 내용이다.

한편, '일본국 특허 소 58 - 48639'는 염화암모늄, 염화칼륨, 염화나트륨, 염화알루미늄, 염화바륨, 염화칼슘, 염화마그네슘 등을 선택적으로 사용하고, 도금 조건을 변경하여 도금 표면의 광택도를 개선시킨다는 내용이며, 마찬가지로 '일본국 특허 소 61 - 204389'는 아미노산, 글리신, 히드록신프로린 등의 첨가제를 첨가하여 도금 표면의 광택도를 개선시킨다는 내용이다.

그러나, 상기 기술들은 대부분 아연도금층의 표면외관인 광택도 개선에 주로 한정된 것으로 표면외관, 조도 및 전류효율 등의 복합적인 품질 향상을 가져오기에는 부적합하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 아연 전기도금시 도금층의 표면외관(광택도, 백색도), 조도 및 전류효율을 개선하기 위한 새로운 도금첨가제에 관한 것으로, 아연 전기도금용액에 첨가한 유기 화합물에 의하여 아연도금층의 표면외관, 조도 및 전류효율등을 개선시키는데 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 강판의 전기도금에 이용되는 도금용액 첨가제에 있어서, 10 ~ 15 중량%의 폴리에틸렌글리콜과, 0.1 ~ 1.0 중량%의 안식향산과, 중량 합계가 폴리에틸렌글리콜의 중량 대비 2 ~ 5 중량%인 포름알데히드와 붕산의 혼합물을 함유하며, 상기 폴리에틸렌글리콜은 H(OCH₂CH₂)_nOH의 분자식을 갖고 중합도 n 수가 10 ~ 20 인 제 1 폴리에틸렌글리콜과 20 ~ 30인 제 2 폴리에틸렌글리콜이 1:2 ~ 1:5의 중량비로 혼합된 것이며, 상기 포름알데히드와 붕산의 중량비는 1:1 ~ 1:3 인 것을 특징으로 하는 도금용액 첨가제가 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 양호한 일 실시예를 상세히 설명하겠다.

상기 도금용액의 아연이온은 몰농도를 0.7 ~ 2.0 몰/리터로 하는데, 0.7 몰/리터 이하에서는 피복된 이온의 농도 부족에 의하여 도금이 검게 되는 자국(Burning)과 줄무늬가 발생하며, 2.0 몰/리터 이상에서는 도금층의 표면이 거칠어지고 아연이온의 고농도로 인하여 비용이 많이 드는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 도금용액의 염소이온은 몰농도를 5.0 ~ 9.0 몰/리터로 하는데, 4.0 몰/리터 이하에서는 전기 전도도의 감소로 인하여 버닝이 다량 발생하고, 9.0 몰/리터 이상에서는 과포화로 인하여 도금층의 표면 박리 현상이 발생한다.

본 실시예에 따른 도금 조건을 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 도금용액의 온도는 40 ~ 75 ℃ 로 하는데, 40 ℃ 이하에서는 전기 전도도의 감소로 인하여 도금층의 표면이 분말화되는 현상과 함께 줄무늬가 발생하고, 75 ℃ 이상에서는 도금용액의 증발로 인하여 농도 조절이 곤란하다는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 도금용액의 pH는 1.5 ~ 6.0 으로 하는데, 1.5 이하에서는 도금 설비의 부식으로 인하여 불순물의 증가와 함께 도금 표면층이 어두워지며, 6.0 이상에서는 노란색의 변색이 발생하는 문제점이 발생한다.

또한, 상기 도금용액의 전류밀도는 30 ~ 200 A/dm²로 하는데, 30 A/dm²이하에서는 전류효율이 감소되어 생산성이 떨어져 비용이 상승되고, 200 A/dm²이상에서는 금속이온의 확산 속도의 제한으로 인하여 버닝 발생등 정상적인 도금 품질을 얻기가 어려운 문제점이 발생한다.

또한, 상기 도금용액과 음극의 상대유속은 0.5 ~ 2.5 m/sec 로 하는데, 0.5 m/sec 이하에서는 금속 이온의 확산 속도가 제한되므로 고 전류밀도 도금을 어렵게 하며, 2.5 m/sec 이상의 유속을 얻는다는 것은 연속 도금 설비상으로 어렵다.

본 실시예에서 제안하는 아연 - 철 합금전기도금에 사용되는 첨가제에 관하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

상기 도금용액의 첨가제의 한 성분으로서 폴리에틸렌글리콜이 사용되며, 중합도 n의 수가 10 ~ 20 범위인 폴리에틸렌글리콜과 20 ~ 30 범위인 폴리에틸렌글리콜이 각각 1종 이상 혼합되며, 그 혼합비는 중량비로 1:2 ~ 1:5 이고, 상기 혼합 폴리에틸렌글리콜의 농도는 10 ~ 15 중량% 이다. 중합도 n의 수가 10 이하에서는 도금 결정립의 미세화 효과가 미약하고 표면의 평탄도가 떨어지며, 30 이상이면 도금층의 백색도 및 광택도 향상 효과가 저하된다. 중합도 n의 수가 10 ~ 20 사이의 성분과 20 ~ 30 사이의 성분의 비율을 1:2 ~ 1:5 로 제한한 것은 마찬가지로 도금층의 표면외관 향상 효과를 위한 것이며, n 수가 많은 성분은 표면외관 향상 기능이 있다. 이들의 수용액 중 농도가 10 중량% 이하에서는 도금결정의 미세화 효과가 적어서 도금 표면이 거칠어지고, 15 중량% 이상에서는 도금층의 백색도 및 광택도의 향상 효과가 저하되는 문제점이 발생한다.

또한 상기 도금용액의 첨가제의 한 성분으로서 방향족산인 안식향산의 농도는 0.1 ~ 1.0 중량% 이다. 안식향산의 농도가 0.1 중량% 이하이면 도금 표면층의 평탄도가 저하되며, 1.0 중량% 이상에서는 도금층에 노란 줄무늬가 발생하며 도금 밀착성도 불량해지는 문제점이 발생한다.

또한 상기 도금용액의 첨가제의 성분으로서 포름알데히드와 붕산이 중량비로 1:1 ~ 1:3 의 비율로 혼합되고, 이들 합계 중량은 폴리에틸렌클리콜에 대하여 2 ~ 5 중량% 로 도금용액에 첨가된다. 상기의 범위를 벗어나면 표면이 어두워지고 광택이 감소되는 문제점이 발생한다.

상기와 같이 제조된 첨가제는 도금용액 전체에 대하여 0.08 ~ 2.0 mL/L 의 농도로 첨가된다. 첨가제의 농도가 0.08 mL/L 이하에서는 도금층의 광택도, 백색도 및 조도의 향상 효과를 얻을 수 없으며, 2.0 mL/L 이상 첨가되면 오히려 광택도, 백색도 및 조도가 저하되고 도금전류의 효율이 낮아지는 문제점이 발생한다.

한편, 본 발명의 첨가제는 피도금체의 금속 종류, 형상에 관계없이 산성 염화물을 이용하는 전기아연도금에 적용될 수 있으며, 특히 고 전류밀도 도금이 필요한 강판의 연속 전기아연도금시 우수한 도금 품질을 용이하게 얻을 수 있다.

상기 실시예에 따른 본 발명의 효과를 알아보기 위하여 도금 용액의 조성을 바꾸어가면서 표 1과 같은 실험을 해 보았다. 상기 실험에서는 냉연 강판을 피도금 금속으로 하였으며, 아연 이온의 농도는 90g/L, 염소 이온의 농도는 270g/L, 도금부착량은 40 g/dm²이 되게 도금하였을 때 도금층 표면의 광택도, 백색도, 조도, 전류효율을 알아보았다. 도금조건은 pH = 4.5, 온도 = 60℃, 전류밀도 = 100 A/dm²으로 설정하였다.

표 1. 첨가제의 성분 구성에 따른 도금층 표면의 특성

* 광택도의 상태 : 광택도계로 측정된 수치가 19 이상이면 ○, 그 이외에는 ×.

* 백색도의 상태 : 색차계로 측정된 수치가 82 이상이면 ○, 그 이외에는 ×.

* 조도의 상태 : 3차원 조도계로 측정하였고, 도금표면층의 조도와 피도금금속 원판의 최대(Rmax) 조도차이가 1 μm 이하이면 ○, 그 이외에는 ×.

* 전류효율의 상태 : 패러데이 법칙에 의한 이론 도금 전류효율 대비 실제

도금에 대한 전류효율과의 비가 97 % 이상이면 ○, 그 이외에는 ×.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이 본 발명에 부합되는 조건에서는 광택도, 백색도, 조도, 전류효율 등이 양호하지만, 본 발명의 범위를 벗어난 도금조건하에서는 그러하지 아니함을 알 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 아연의 전기도금에 있어서, 염화물계의 도금용액에 첨가제를 사용함으로써, 광택도, 백색도, 조도, 전류효율을 양호하게 하여 품질을 향상시키고, 우수한 아연전기도금 강판을 만들 수 있는 효과가 있다. 특히 고전류밀도 도금이 필요한 강판의 연속 전기도금시 우수한 도금 품질을 용이하게 얻을 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 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 범위내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (1)

1. 강판의 전기도금에 이용되는 도금용액 첨가제에 있어서,

   10 ~ 15 중량%의 폴리에틸렌글리콜과, 0.1 ~ 1.0 중량%의 안식향산과, 중량 합계가 폴리에틸렌글리콜의 중량 대비 2 ~ 5 중량%인 포름알데히드와 붕산의 혼합물을 함유하며,

   상기 폴리에틸렌글리콜은 H(OCH₂CH₂)_nOH의 분자식을 갖고 중합도 n 수가 10 ~ 20 인 제 1 폴리에틸렌글리콜과 20 ~ 30인 제 2 폴리에틸렌글리콜이 1:2 ~ 1:5의 중량비로 혼합된 것이며,

   상기 포름알데히드와 붕산의 중량비는 1:1 ~ 1:3 인 것을 특징으로 하는 도금용액 첨가제.