KR20020000855A

KR20020000855A - 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법

Info

Publication number: KR20020000855A
Application number: KR1020010069664A
Authority: KR
Inventors: 김선요
Original assignee: 김선요
Priority date: 2001-11-09
Filing date: 2001-11-09
Publication date: 2002-01-05
Also published as: KR100434968B1

Abstract

본 발명은 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 마그네슘합금의 표면에 도전성 양극산화피막을 형성하는 공정과; 상기 양극산화피막의 표면에 습식 전해도금으로 동도금층을 형성하는 공정과; 상기 동도금층의 표면에 습식 전해도금으로 니켈도금층을 형성하는 공정을 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면, 마그네슘합금의 표면에 먼저 내식성 및 전기 전도도가 양호한 양극산화피막을 형성하였기 때문에 동도금 및 니켈 도금을 할 때 내식성이 향상되고, 전기 전도도가 양호해지고, 밀착성이 향상되어 결과적으로 동도금 및 니켈도금의 작업성 및 생산성을 향상되는 효과가 생긴다.

Description

마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법{SURFACE TREATMENT METHOD OF A MAGNESIUM ALLOY BY ELECTROPLATING}

본 발명은 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네슘 합금의 표면에 내식성 및 전기 전도도가 양호한 양극산화피막을 형성한 후 직접 그 양극산화피막 동도금층 및 니켈도금층을 습식 전해도금에 의하여 형성함으로써 강한 내식성 및 내마모성을 가진 마그네슘합금을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 마그네슘합금은 구조용 금속 중 가장 가벼운 금속(알루미늄 보다30% 정도 가벼움)이라는 장점을 가지고 있고, 다이캐스팅 주조법에 의한 형상 가공의 용이성을 가지고 있으며, 비강도(강도/비중)가 크기 때문에 자동차부품, 전기전자부품, 정보통신부품 및 레저용품 등 여러 분야에 다양하게 사용되고 있다.

위와 같이, 마그네슘합금은 많은 장점을 갖고 있는 반면에, 마그네슘합금은 재료의 특성상 알칼리와 산에 모두 취약한 단점도 가지고 있어 마그네슘합금의 표면에 피막처리와 도금처리를 하여 사용하여야 한다.

따라서, 마그네슘합금의 표면에 도금을 하여 표면처리를 하는데, 도금의 방식으로서 건식과 습식으로 구분할 수 있는 바, 건식의 경우 마그네슘합금은 증기압이 높아 진공 중에서 증착도금을 하기가 어렵고, 작업공간의 한계 및 아연의 방출 때문에 많은 제약을 받고 있다.

습식의 경우 마그네슘합금은 특히 산에 매우 취약하여 미량의 소금(NaCl)이 포함된 물과 점하면 대단히 빠른 속도로 부식이 된다. 따라서 습식 전해도금의 마그네슘합금 표면처리는 기존의 약품(주로 강산, 강알칼리 계열)으로서는 도금이 어려워 그 사용이 매우 적은 편이다.

따라서, 본 발명자는 강산이나 강알칼리를 사용하지 않고, 마그네슘합금의 표면에 동도금을 한 후, 다시 그 동도금의 표면에 니켈도금을 하는 마그네슘합금의 제조방법을 특허출원 제2001-12871호로 제안한 바가 있다.

그러나, 상기한 방법으로도, 마그네슘합금과 동도금층의 밀착성이 떨어지고, 강산이나 강알칼리를 사용하지 않고, 동도금을 하여야 하므로 도금의 생산성이 저하되는 문제가 발생하였다.

한편, 마그네슘합금의 표면처리를 하는 방법으로서 피막처리 방법을 들 수 있는데, 대표적인 피막처리 방법으로서 크롬산염(Chromate) 및 화성처리방법의 경우 내식성 및 내마모성이 그다지 강하지 않아 외부와 차단되는 내부 부품용도로 사용되거나, 도장의 전처리용을 사용되고 있는 실정이고, 이 피막형성에는 공해문제로 2002년 그 규제가 예상되고 있는 크롬(Cr)을 사용하고 있어 향후 생산에 규제가 따르는 결정적인 단점이 있다.

또한, 도금방법으로서 니켈(Ni)-인(P) 도금이 사용되기도 한다. 마그네슘합금에 니켈-인 도금을 하는 경우 인의 함유량에 따라 도금 후 그 내식성이 다르게 나타나는데 저 농도(3%-5%)일 때 비교적 강한 경향을 보인다.

그러나, 저 농도 타입의 니켈-인 도금일지라 하더라도 내식성은 피막처리인 화성처리보다 좀 나은 정도에 불과하다. 그래서 내식성을 얻기 위해 저 농도의 인이 함유된 니켈-인 도금을 한 후 고농도 인이 함유된 니켈-인 도금을 한 후 다시 니켈도금을 하고 있다. 여기서 니켈도금층이 강한 내식성을 갖는다. 특히, 마그네슘합금의 니켈-인 습식도금은 전기도금이 불가능해 무전해 도금법을 사용하고 있는 현실인 바, 무전해 니켈-인 도금의 단가는 상당히 비싸므로 상업적인 목적으로는 가격경쟁력에서 현저히 뒤진다고 본다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 마그네슘합금의 표면에 먼저 내식성 및 전기 전도도가 양호한 양극산화피막을형성한 후, 그 표면에 차례로 동도금 및 니켈도금을 습식 전해도금으로 하여 내식성을 향상시킴으로써 동도금 및 니켈도금의 생산성을 향상시키는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 마그네슘합금의 표면에 피막처리를 하여 내식성 및 전기 전도도를 향상시키면서도, 크롬(Cr)이 함유되지 않는 양극산화피막 처리를 함으로써 공해문제가 원천적으로 발생하지 않도록 하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 마그네슘합금에 양극산화와 전해도금을 동시에 적용하여 내식성 및 밀착성을 향상시키면서도, 도금의 원가를 절감시키고, 니켈을 도금하여 마그네슘합금에서 얻을 수 없는 내마모성을 향상시키는데 있다.

도 1은 본 발명에 의해 제조되는 마그네슘합금의 표면처리층을 도시한 일부 단면도.

도 2는 본 발명의 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법의 공정도이다.

마그네슘합금은 산에 매우 강하게 부식이 되므로 마그네슘합금의 동도금 공정 뿐만 아니라 전처리 공정(탈지공정, 활성화공정, 징케이트 처리공정)에도 매우 민감하게 작용하기 때문에 공정과 공정 사이에 철저한 수세를 하여야 하고, 특히 전해도금시 전 공정의 용액이 다음 공정에 미량이라도 섞이면 전기화학적인 도금을 방해함으로써 치명적인 도금 불량의 원인이 되므로 철저한 수세를 요구한다.

상기 양극산화 피막을 형성하는 공정에서는 수산화칼리(KOH), 불화칼리(KF) 및인산나트륨(Na₃PO₄)을 주성분으로 하여 도전성을 얻기위한 첨가제를 포함한 수용액으로 양극산화 처리하여 피막을 얻는다.

상기 동도금층을 형성하는 공정에서는 기존의 동도금공정과 차별화하여 강한 밀착성을 얻기위해 청화동, 청화소다, 황산동, 황산을 주성분으로 하여 첨가제를 포함한 약산성 수용액으로 도금한다.

상기 니켈도금층을 형성하는 공정에서는 황산니켈, 염화니켈 및 붕산을 주성분으로 하여 도금을 한다.

이하에서는 예시 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의해 제조되는 마그네슘합금의 표면처리층을 도시한 일부 단면도이고, 도2는 본 발명의 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법의 공정도이다.

마그네슘합금 소재를 다이캐스팅이나 프레스로 가공하여 소정의 형상을 가진 마그네슘합금 기재로 만들고, 그 마그네슘합금의 기재를 60℃~80℃ 온도의 탈지액에 넣고, 5~10분간 전해 탈지한 후 수세하여 마그네슘합금 기재의 표면에 남아있는 유지성분 및 이물질을 완전히 제거한다. 이때 탈지액 및 유지성분이 조금이라도 남아있으면 양극산화공정에서 양질의 피막을 얻을 수 없으므로 철저한 수세를 하여야 한다.

상기 탈지공정의 조건은 다음과 같다(표1 : 탈지공정)

수용액 조성	온도(℃)	전류(A/d㎡)	시간(분)
NaOH+Na₂SO₄+H₃PO₄+H₂O	60~80	1~3	5~10

상기한 바와 같이, 탈지한 후 도전성이 부여된 양극산화피막을 얻기 위해 양극산화처리를 하는데, 그 양극산화공정의 조건은 다음과 같다(표2 : 양극산화처리공정).

수용액 조성	온도(℃)	전류(A/d㎡)	시간(분)
KOH+KF+Na₃PO₄+KMnO₄+Na₂C₂O₄+H₂O	40~60	2~3	10~20

상기 양극산화처리를 위한 수용액은

KOH 60~80g/ℓ

KF 10~30g/ℓ

Na₃PO₄ 5~10g/ℓ

KMnO₄ 20g/ℓ

Na₂C₂O₄ 30~50g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것이다.

상기한 바와 같이, 양극산화 처리를 한 후 140℃~160℃에서 20~30분 정도 건조시켜 피막의 안정화를 시킨 후 전해도금을 위한 활성화 처리를 하는데, 그 조건은 다음과 같다(표3 : 활성화처리공정).

수용액 조성	온도(℃)	시간(분)	PH
H₃PO₄+HF+H₂O	80	5~10	9~10

상기 활성화처리를 위한 수용액은

H₃PO₄ 10~20g/ℓ

HF 5~10g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것이다.

상기한 바와 같이, 활성화처리를 한 후 밀착성 향상을 위한 징케이트처리를 하는데 그 조건은 다음과 같다(표4 : 징케이트처리공정).

수용액조성	온도(℃)	시간(분)	PH
ZnSO₄·H₂O+KF+Na₂CO₃+첨가제+H₂O	70~80	10	10.2~10.4

상기 징케이트 처리를 위한 수용액은

ZnSO₄·7H₂O 10~20g/ℓ

KF 5~10g/ℓ

NaCO₃ 5~10g/ℓ

첨가제 20g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것이다.

상기한 바와 같이, 징케이트처리를 한 후 동도금을 한다. 먼저 유산 동도금의 밀착성 향상을 위한 청화동 도금을 하는데 그 조건은 다음과 같다(표5 : 청화동 도금공정).

수용액 조성	수용액 온도(℃)	전류(A/d㎡)	시간(분)	PH
CUCN+H₂SO₄+Cl+H₂O	50~60	3~5	1~3	9~10

상기 청화동 도금공정을 위한 수용액은

CuCN 10~30g/ℓ

NaCN 30~40g/ℓ

NaCO₃ 10~20g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것이다.

상기 청화동 도금이 이루어진 후 발생한 핀홀의 제거와 니켈 도금의 밀착성 강화를 위한 황산동 도금을 하는데 그 조건은 다음과 같다(표6 : 황산동 도금공정).

수용액 조성	수용액온도(℃)	전류(A/d㎡)	시간(분)	PH
CuSO₄+H₂SO₄+Cl+H₂O	40~50	3~4	10~20	10~11

상기 황화동 도금공정을 위한 수용액은

CuSO₄ 250~300g/ℓ

H₂SO₄ 10~20g/ℓ

Cl 40~50g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것이다.

상기한 공정들에 의해 형성된 동도금층 표면에 경도 및 내마모성 향상을 위해 니켈도금을 하는데 그 조건은 다음과 같다(표7 : 니켈도금공정)

수용액 조성	수용액온도(℃)	전류(A/d㎡)	시간(분)	PH
NiSO₄·6H₂O+NiCl₂·6H₂O+H₃PO₄+H₂O	30~50	2~3	20~30	5~6

상기 니켈 도금공정을 위한 수용액은

NiSO₄·6H₂O 150~200g/ℓ

NiCl₂ 10~30g/ℓ

H₃PO₄ 10~30g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것이다.

상기한 공정들을 거쳐 완성된 마그네슘합금에 크로스 테이핑 테스트(Cross Taping Test : 가로 세로 1mm 간격으로 텅스텐 칼로 스크래치를 내어 테이프로 밀착하여 떼어 내보는 시험)를 한 결과 어떠한 박리현상도 없었고, 줄 테스트(도금물을 수평으로 절단 후 45도로 줄질을 하여 박리현상을 보는 시험)를 한 결과 매우 양호한 시험결과를 얻을 수 있었다.

또한, 5%의 염수침적 테스트(시편을 염수에 침적하여 부식여부를 살피는 시험)를 72시간 이상 해 본 결과 부식의 진행상황을 볼 수 없었고, 도금의 색상 및 광택의 변화가 없었다.

이상과 같이 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 일실시예와 실질적으로 균등의 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미친다.

본 발명에 의하면, 마그네슘합금의 표면에 먼저 내식성 및 전기 전도도가 양호한 양극산화피막을 형성하였기 때문에 동도금 및 니켈 도금을 할 때 내식성이 향상되고, 전기 전도도가 양호해져 결과적으로 동도금 및 니켈도금의 작업성 및생산성을 향상되는 효과가 생긴다.

또한, 본 발명에 의하면, 마그네슘합금의 표면에 피막처리를 하여 내식성 및 전기 전도도를 향상시키면서도, 크롬(Cr)이 함유되지 않는 양극산화피막 처리를 함으로써 공해문제를 상당부분 해결하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 마그네슘합금과 동도금의 사이에 양극산화피막을 형성함으로써 마그네슘합금의 장점을 최대한 살리면서도 도금층 사이의 밀착성이 향상되고, 내식성 및 내마모성이 최대한 향상되는 효과가 있다.

Claims

가공된 마그네슘합금 소재의 표면에 도전성 양극산화피막을 형성하는 공정과; 상기 양극산화피막의 표면에 습식 전해도금으로 동도금층을 형성하는 공정과; 상기 동도금층의 표면에 습식 전해도금으로 니켈도금층을 형성하는 공정을 포함하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 마그네슘합금 소재에 양극산화 처리를 한 후, 피막의 안정화를 위하여 소재를 건조시킨 다음, 동도금을 하기 전에 전해도금을 위한 활성화 처리를 하는 공정을 더 포함하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 마그네슘합금 소재를 활성화 처리한 후, 동도금을 하기 전에 동도금을 원활히 수행하고 밀착력을 증대시키기 위하여 전해도금을 위한 징케이트처리를 하는 공정을 더 포함하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 양극산화처리를 위한 수용액은

KOH 60~80g/ℓ

KF 10~30g/ℓ

Na₃PO₄ 5~10g/ℓ

KMnO₄ 20g/ℓ

Na₂C₂O₄ 30~50g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제2항에 있어서,

상기 활성화처리를 위한 수용액은

H₃PO₄ 10~20g/ℓ

HF 5~10g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제3항에 있어서,

상기 징케이트 처리를 위한 수용액은

ZnSO₄·7H₂O 10~20g/ℓ

KF 5~10g/ℓ

NaCO₃ 5~10g/ℓ

첨가제 20g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 동도금층을 형성하는 공정은 유산동도금의 밀착성 향상을 위한 청화동 도금공정과; 상기 청화동 도금공정에서 발생한 핀홀의 제거와 니켈 도금의 밀착성 향상을 위한 황화동 도금공정을 더 포함하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 청화동 도금공정을 위한 수용액은

CuCN 10~30g/ℓ

NaCN 30~40g/ℓ

NaCO₃ 10~20g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제7항에 있어서,

상기 황화동 도금공정을 위한 수용액은

CuSO₄ 250~300g/ℓ

H₂SO₄ 10~20g/ℓ

Cl 40~50g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.
제1항에 있어서,

상기 니켈 도금공정을 위한 수용액은

NiSO₄·6H₂O 150~200g/ℓ

NiCl₂ 10~30g/ℓ

H₃PO₄ 10~30g/ℓ

나머지는 물

로 구성된 것을 특징으로 하는 마그네슘 합금에 양극산화피막을 형성한 후 그 위에 동도금층 및 니켈도금층을 전해도금으로 형성하는 방법.