KR20010064842A

KR20010064842A - 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물 및 이를이용한 아연-니켈계강판의 전기도금방법

Info

Publication number: KR20010064842A
Application number: KR1019990059214A
Authority: KR
Inventors: 진영술
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-20
Filing date: 1999-12-20
Publication date: 2001-07-11
Also published as: KR100419659B1

Abstract

흑색도 및 내식성이 우수한 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물 및 이를 이용한 아연-니켈계강판의 도금방법에 관한 것으로.

총금속이온농도는 80-150 g/ℓ, 니켈이온 농도는 10-15wt%, 염소이온의 농도는

240~320g/ℓ인 염화아연, 염화니켈 및 염화칼륨으로된 아연-니켈 도금용액; 도금용액의 총부피를 기준으로 분자량이 600∼2000범위인 최소 1종 이상의 폴리에틸렌글리콜 0.5-4.0g/ℓ;및 사카린, 나프탈렌 술폰산 및 나트륨 벤조에이트 1종 혹은 2종이상의 총량이 0.1-2.0g/ℓ;로된 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물 및 상기 조성물의 pH는 2.0~3.5로 그리고 온도는 50~70℃로 조절하고 연속강대의 이동속도는 0.5~2.5m/sec, 전류밀도는 50~150A/dm²범위로 아연-니켈계 강판을 전기도금하는 방법이 제공된다.

상기 첨가제가 첨가된 염화물계 흑색도금강판제조용 도금용액조성물로 도금함으로써 별도의 후속공정처리없이 흑색도 및 내식성이 우수한 흑색도금강판이 제조된다. 고전류밀도에서 도금함으로써 도금처리의 생산성을 증대되고 공정이 단축되며 제조원가가 또한 절감된다.

Description

아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물 및 이를 이용한 아연-니켈계강판의 전기도금방법{A PLATING SOLUTION FOR BLACKENING ZINC-NICKEL ALLOY COATED STEEL SHEET AND ELECTROPLATING METHOD FOR ZINC-NICKEL STEEL SHEET}

본 발명은 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물 및 이를 이용한 강판도금방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 흑색도 및 내식성이 우수한 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물 및 이를 이용한 아연-니켈계강판의 도금방법에 관한 것이다.

연속도금에 의해 제조되는 표면처리강판은 각종 후처리 기술을 적용하여 수요가의 용도에 부응하는 다양한 표면처리강판으로 제공되고 있다. 특히 흑색도금강판은 오디오, 비디오 등 가전제품용 강판으로 많이 사용되며, 도장처리 없이 사용가능한 원가절감 및 환경친화형 도금강판으로 그 수요가 증대하고 있다.

일본등 선진철강업체에서는 아연-니켈 합금도금강판을 이용하여 흑색 크롬도금을 하거나, 도금층을 스프레이 혹은 양극 전해법에 의해 용해시켜 도금층에 아연산화물 및 니켈산화물을 형성시키는 방법을 사용한다. 또한 아연-코발트-몰리브덴 합금도금강판을 양극전해처리 하거나, 아연-마그네슘 합금도금강판을 흑색 크로메이트 처리하거나 또는 아연도금강판을 이용하여 안티몬-니켈 치환 석출시켜 흑색도금강판을 제조하기도 한다.

상기의 종래 기술들은 아연도금 혹은 아연계 합금도금강판을 이용하여 흑색 크롬도금, 흑색 크로메이트 처리 혹은 양극 전해처리 등을 실시하게 되므로 추가로 제조설비 및 공정이 필요하고 별도의 전해액을 사용하여야 하므로 필연적으로 제조 비용의 상승과 더불어 크롬 용액 등을 사용함으로서 환경 문제를 초래하게 된다.

이에 본 발명의 목적은 추가 설비 및 공정없이 도금공정에서 직접 흑색도금강판을 제조할 수 있는 도금용액조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 친환경적이고 흑색도 및 내식성이 우수한 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 별도의 도장처리를 필요로 하지 않은 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물을 제공하는 것이다.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은 상기 도금용액조성물을 이용한 강판의 전기도금방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 도금용액조성물 및 방법으로 제조된 강판의 도금층조직을 나타내는 사진이다.(배율 2000배)

본 발명의 일견지에 의하면,

240~320g/ℓ인 염화아연, 염화니켈 및 염화칼륨으로된 아연-니켈 도금용액;

도금용액의 총부피를 기준으로 주첨가제로서 분자량이 600∼2000범위인 최소 1종 이상의 폴리에틸렌글리콜 0.5-4.0g/ℓ;및

부첨가제로서 사카린, 나프탈렌 술폰산 및 나트륨 벤조에이트 1종 혹은 2종이상의 총량이 0.1-2.0g/ℓ;

로된 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물이 제공된다.

본 발명의 다른 견지에 의하면,

상기 도금용액조성물의 pH는 2.0~3.5로 그리고 온도는 50~70℃로 조절하고 연속강대의 이동속도는 0.5~2.5m/sec, 전류밀도는 50~150A/dm²범위로하여 전기도금하는 아연-니켈계 강판의 전기도금방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

아연-니켈계 강판에 우수한 흑색도 및 내식성을 부여하기 위해 도금용액에 특정한 첨가제가 사용되며, 또한 본 발명의 방법에 의하면 연속전기도금설비를 이용하여 고전류밀도조건에서 흑색도 및 내식성이 우수할 뿐만 아니라 친환경적인 흑색도금강판을 경제적으로 제조하게 된다.

본 발명의 아연-니켈 흑색도금강판 제조용 도금용액조성물중 도금용액은 염화아연, 염화니켈 및 염화칼륨으로 조성되며, 이들은 도금액중의 총금속이온농도는 80∼150g/ℓ, 니켈이온농도는 10~15wt% 그리고 염소이온농도는 240∼320g/ℓ이 되도록 배합된다.

상기 도금용액에서 총금속이온 농도는 아연과 니켈 이온의 농도합을 나타내며 80~150g/ℓ인 것이 좋다. 80g/ℓ 이하에서는 고전류밀도에서 도금층의 결정조직이 조대하게되면서 도금밀착성이 불량해지고, 150g/ℓ이상이 되면 도금층의 니켈 함량이 낮아지면서 흑색도와 내식성이 저하된다.

또한 균일한 산화피막에 의한 흑색 도금층을 얻기 위해 상기 도금용액중 니켈이온의 농도가 10~15 wt%인 것이 바람직하다. 니켈 이온의 농도비가 10wt% 이하가 되면 흑색도가 저하되고 15wt%이상인 경우에는 도금층의 색상이 불균일해지는 양상을 나타내면서 도금층에 균열도 나타나게 된다.

도금용액중 염소이온 농도는 240~320g/ℓ범위인 것이 바람직한데, 240g/ℓ 이하에서는 도금액의 전도도가 저하되어 고전류밀도 도금을 어렵게 하고, 320g/ℓ 이상이 되면 도금액에 침전이 발생하거나 통전용 전도롤등에 염화칼륨 등이 석출되기 때문이다.

상기한 바와 같은 도금용액에 도금시 흑색도 및 내식성을 부여하기 위해 다음성분이 첨가된다. 즉, 주첨가제로는 도금용액의 총부피를 기준으로 분자량이 600∼2000범위인 최소 1종 이상의 폴리에틸렌글리콜이 그리고 부첨가제로는 사카린, 나프탈렌 술폰산 및 나트륨 벤조에이트중 최소 1성분이 첨가된다.

본 발명의 도금액 첨가제에서 주첨가제인 폴리에틸렌글리콜은 도금층의 니켈함량을 3~5 wt.%로 조정하면서 도금층을 흑색화시키는 작용을 한다. 특히 상기 폴리에틸렌글리콜로는 분자량이 600-2000범위인 것이 사용되는데 분자량이 상기 범위를 벗어나면 흑색도가 떨어지거나 불균일하게 된다. 또한 분자량이 600이하인 폴리에틸렌글리콜을 사용하면 의도하는 효과를 충분히 나타내지 않으며, 분자량이 2000이상인 것을 사용하면 도금액에 거품발생이 심해지면서 도금층에 니켈이 공석하지 않게 된다. 상기 범위의 분자량을 갖는한 서로 다른 종류의 폴리에틸렌글리콜을 혼합하여 사용하여도 동일한 효과를 얻을수 있다.

폴리에틸렌글리콜은 0.5~4.0g/ℓ로 첨가하는 것이 바람직한데, 0.5g/ℓ 이하에서는 상기와 같은 첨가 효과를 얻을 수 없으며, 4.0g/ℓ 이상이되면 도금액에 거품 발생이 심해지면서 도금층의 니켈 함량이 저하된다.

부첨가제인 사카린, 나프탈렌슬폰산 및 나트륨벤조에이트는 도금층의 결정립을 미세 균일화시키고 균일한 산화피막의 형성을 촉진시키는 보조적인 기능을 하는 것으로 사카린, 나프탈렌술폰산 및 나트륨벤조에이트를 1종 혹은 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 부첨가제는 0.1~2.0g/ℓ의 양으로 사용하는 것이 바람직하다. 0.1g/ℓ 이하에서는 그 효과를 얻을 수 없으며, 2.0g/ℓ 이상에서는 도금액에 거품 발생이 많게 되고 도금층의 니켈 함량이 감소하기 때문이다. 특히 사카린을 단독으로 사용하는 경우에는 도금층의 니켈 함량이 감소하는 경향이 증대됨으로 첨가량을 1.0g/ℓ 이하로 관리하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 주첨가제 및 부첨가제가 첨가된 아연-니켈계 강판용 흑색도금조성물을 강판에 적용하여 도금함에 있어서, 도금용액의 pH를 2.0~3.5 범위로 조절한다. pH 2.0 이하인 경우에는 음극에서 수소의 발생이 촉진되어 도금효율이 저하되고 표면품질이 불균일해지며, pH 3.5이상에서는 도금층의 니켈 함량이 증가하면 흑색도가 감소한다.

또한 도금액 온도는 50~70℃로 조절하는 것이 바람직한데 50℃ 이하인 경우 염화칼륨을 비롯한 각종 염의 용해도가 낮아지고 도금층의 니켈 함량도 감소하게 되며, 70℃ 이상에서는 도금액의 증발이 심해져서 작업 환경이 악화되고 도금층의 색상도 불균일하게 된다.

도금 조건에 있어서, 피도금체인 강판의 이동 속도가 0.5 m/sec 이하인 경우 고전류밀도에서 금속이온의 공급이 원활하지 않아 도금결정이 조대화되거나 도금층이 타는 현상이 발생되며, 2.5 m/sec 이상에서는 도금층에 흐름 무늬 발생 등 표면 색상이 불균일해지므로 강판을 0.5~3.0 m/sec의 이동속도로 하여 도금하는 것이 바람직하다.

또한 전류밀도가 50 A/dm²이하인 경우에는 도금속도가 느려서 생산성이 저하되고 도금층의 니켈 함량도 높아지게 되며, 전류밀도 150 A/dm²이상인 경우에는 강판의 가장자리 부근에서 색상이 불균일해지고 밀착성이 불량한 조대한 결정립이 형성됨으로 전류밀도를 50~150 A/dm²범위로하여 전기도금하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해 제조된 아연-니켈계 흑색도금강판은 도금층의 니켈 함량이10~15wt% 인 기존의 아연-니켈 합금도금강판과는 달리 도금층의 니켈함량이 3~5wt%로 흑색도 및 내식성이 우수하고 균일한 산화 피막이 가진 매우 미세한 결정립을 형성하게 된다.

또한 본 발명의 흑색도금강판은 가전업체 등 가공업체에서도 별도의 도장처리 없이 사용할 수 있는 것으로 비용이 절감되며 친환경적인 강판으로서 흑색도, 내식성등 우수한 품질 특성을 나타낸다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

실시예

0.7mm 두께의 소둔처리한 냉간압연강대를 피도금체로 하고, 연속전기도금 설비에서 탈지 및 산세처리를 한후, 가용성 아연 양극을 사용하는 연속 도금조에서 강판의 이동속도를 1.0~2.0 m/sec, 전류밀도를 60~120 A/dm², 도금부착량을 20~30 g/m²으로하고, 도금용액의 조건은 하기 표 1에 나타낸바와 같이 조성하여 전기도금하였다.

전기도금후 도금층의 니켈함량, 흑색도(Lightness, L-value), 염수분무 내식성(SST, 염수분무 200 시간에서 적청 발생면적)을 비교 분석하여, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분	도금액 조성(g/ℓ)	pH	온도(℃)
구분	TM	pH	온도(℃)	Ni²⁺%	CI^-	PEG농도(분자량)	SA	NS	NB
비교예	1	100	14	280					3.0	60
	2	70	12	270	2.0(1000)	0.5	0.3	0.2	2.5	65
	3	180	14	270	1.5(1500)		0.5	0.5	3.0	65
	4	100	14	200	5.0(400)	0.5	0.5		3.0	60
	5	80	12	280	2.0(1000)	0.2	0.3		4.0	70
발명예	6	80	12	260	2.0(1500)	0.5			3.0	60
	7	100	14	280	1.0(600+1500)	0.2	0.3		2.5	60
	8	100	14	280	3.0(600+1000)	0.2	0.2	0.1	3.5	65
	9	140	15	300	0.7(1000+1500)		0.5	0.3	3.0	60
	10	120	14	300	0.7(2000)	0.2	0.3		2.0	65

구분	비교예	발명예
구분	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
도금층Ni%	12	4.5	2.5	1.5	7.5	4.3	3.8	3.2	3.5	3.4
흑색도¹⁾	Χ	О	О	△	△	О	О	◎	◎	О
염수내식성²⁾	◎	△	△	Χ	О	◎	◎	О	◎	О

1)흑색도(L-value) : ◎ 5 이하, О 10 이하, △ 30 이하, Χ 30 이상

2)SST 200시간 적청발생면적 : ◎ 발생없음, О 10% 이하, △ 30% 이하, Χ 30% 이상

상기 표 2에서 알수 있둣이 본 발명에 부합되는 발명예(6~10)들은 비교예(1~5)와는 달리 도금층의 니켈 함량이 3~5 wt% 범위로 안정되고 흑색도와 염수분무 내식성이 모두 우수함을 알 수 있다.

또한 도 1에 발명예 9의 조성으로된 도금용액을 사용하여 형성한 흑색도금강판의 도금층 결정조직을 200배로 관찰한 사진을 나타냈으며, 이때 매우 미세균일한 도금 결정립이 형성되었다.

본 발명의 첨가제가 첨가된 염화물계 아연-니켈강판용 흑색도금용액조성물을 사용하여 도금함으로써 별도의 후속공정처리없이 흑색도 및 내식성이 우수한 흑색도금강판을 제조할 수 있다. 또한, 고전류밀도에서 도금함으로써 도금처리의 생산성이 증대되고 종래의 기술에 비해 공정이 단축됨으로 제조원가도 또한 절감된다.

Claims

총금속이온농도는 80-150 g/ℓ, 니켈이온 농도는 10-15wt%, 염소이온의 농도는 240~320g/ℓ인 염화아연, 염화니켈 및 염화칼륨으로된 아연-니켈 도금용액;

도금용액의 총부피를 기준으로 주첨가제로서 분자량이 600∼2000범위인 최소 1종 이상의 폴리에틸렌글리콜 0.5-4.0g/ℓ;및

부첨가제로서 사카린, 나프탈렌 술폰산 및 나트륨 벤조에이트 1종 혹은 2종이상의 총량이 0.1-2.0g/ℓ;로된 아연-니켈 흑색도금강판제조용 도금용액조성물
제 1항에 있어서, 상기 부첨가제로서 사카린을 단독으로 사용하는 경우, 사카린은 총도금용액의 부피를 기준으로 0.1-1.0g/ℓ의 양으로 사용됨을 특징으로 하는 조성물.
청구항 1항의 도금용액조성물의 pH는 2.0~3.5로 그리고 온도는 50~70℃로 조절하고 연속강대의 이동속도는 0.5~2.5m/sec, 전류밀도는 50~150A/dm²범위로 하여 전기도금하는 아연-니켈계 강판의 전기도금방법.