KR20020010046A - 아연-니켈 도금강판의 오염 방지제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아연-니켈 도금강판의 오염 방지제에 관한 것으로서,그 목적은 전기도금 중에 이미 도금된 강판의 일면과 전도롤 사이에 도금액이 침투하여 전기화학반응이 발생하면서 발생하는 도금강판의 오염을 물, 사카린염, 안식향산염, 계면활성제로 된 오염방지제를 사용하여 상기 전기화학반응을 사전에 방지함으로서 전기도금강판의 미려한 외관과 내식성 등을 향상시킴에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 아연-니켈 전기도금시 전기도금강판의 오염을 방지하기 위한 오염 방지제를 형성함에 있어서, 중량%로 물 : 40∼70%에 사카린염 : 15∼30%, 안식향산염 : 7.5∼15%, 계면활성제 : 7.5∼15%를 첨가하여 조성된 것이다.

Description

아연-니켈 도금강판의 오염 방지제{Pollution Prevention agent of Zn-Ni Coation Plate}

본 발명은 아연-니켈 도금강판의 오염 방지제에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전단계에서 일면이 도금된 강판의 이면을 도금하고자 전도롤을 감싸고 진행하는 강판의 양쪽 에지부분 즉 라버부분과 접촉되는 면에 전해액이 침투하여 전기화학반응을 일으켜 상기 강판의 일면 도금부분을 오염시키는 것을 방지하고자 물, 사카린염, 안식향산염, 계면활성제를 이용하여 오염 방지제를 만들고 그 오염 방지제를 상기 강판에 스프레이 함으로서 전기도금강판의 오염을 방지하고 표면을 미려하게 함과 동시에 광택도가 좋은 전기도금강판을 생산하고자 하는 것이다.

일반적으로 카로젤 타입(Carosel Type)에서 강판에는 (-)전류를, 금속이온을 공급해주는 아노드(Anode)에는 (＋)전류를 통전시킴으로써 용액에 이온화되어 있는 금속이온 성분을 강판표면에 석출시켜 도금하는 방법으로 도 1에 나타낸 바와 같이 전도롤(10)은 밴드부(12)와 라버부분(11)으로 구성되고 상기 전도롤은 전해액(13)속에 약 1/2 정도가 잠겨 강판(20)을 감싸고 회전하면서 (-)전류를 공급하며 강판(20)을 진행시킨다.

상기 전도롤(10)의 밴드부(12)는 위스칼로이(Wiscalloy) CRA30 재질로 되어 있으며 폭이 700mm로 레디알 크라운(Radial Crown)으로 강판의 컨택트(Contact)를 좋게 하여 전류를 균일하게 전달하는 기능을 한다.

또한 상기 도금 되면서 진행하는 강판에는 많은 장력이 투입되어 전도롤(10)의 밴드부(12)와 접촉성을 좋게하여 전류를 잘 통하게 하고, 라버부분(11)과 강판(20)사이에 전해액(13)이 침입하는 것을 막아준다.

상기 카로젤 타입의 도금방식에서 양면도금은 도 2에 나타낸 바와 같이 강판(20)은 정방향으로 진행하여 No.1 섹션(A)에서 강판의 일면을 도금하고, 강판(20)의 이면을 도금하기 위해서는 보톰바이패스탱크(30)를 지나 강판(20)의 진행방향을 바꾸어 역 방향으로 진행하게 하여 No.2 섹션(B)에서 도금을 시킨다.

상기 No.2 섹션(B)의 전도롤(10) 표면을 No.1 섹션(A)에서 도금된 강판(20)의 표면이 감싸고 진행하면서 이면의 도금을 실시할 때에 전도롤(10)과 진행하는 강판(20)사이에 전해액(13)이 침투하여 도금된 강판의 일면에 용액 오염이라는 흑갈색의 표면결함을 일으킨다.

상기 흑갈색의 용액오염(Electrolic Contamination or Solution Contamination)은 치환전착반응 또는 Cementation이라 불리우며 발생원인은 다음과 같다. 상기 용액오염은 강판의 종류에 따라 발생정도의 차이가 나는데 두께가 두꺼울수록 경한 재질일수록 많이 발생되고 두께가 얇고 연한 재질에서는 발생이 거의 없다.

이는 카로젤 타입의 도금방식에서 강판(20)에 장력을 부여하여 전도롤(10)과 강판(20)의 밀착성을 높여 통전성을 향상시키고 전도롤(10)과 강판(20)의 사이로 전해액(13)이 침투되는 것을 방지하는데, 강판(20)의 두께가 두껍고 경한 재질일수록 강판(20)에 부여되는 장력이 강판(20)에 연신을 주지 못하기 때문에 양호한 밀착성을 확보할 수가 없어 전도롤(10)과 강판(20) 사이에 전해액(13)이 침투되어 강판(20)의도금 표면에 오염을 발생시킨다.

또 전도롤(10)은 장기간 사용하다 보면 표면이 마모되어 라버부분(11)의 외경(Out Dia)이 중앙부위의 통전을 위한 밴드부(12)보다 작아지고 상기 라버부분(11) 표면의 외경도 부분마다 다르기 때문에 전도롤(10)과 강판(20)의 밀착성을 저하시켜 전해액 침투로 인한 오염을 발생시킨다.

또한 도금강판의 오염은 주로 강판의 바깥쪽(Out Edge)에 많이 발생되며 원인은 전도롤(10)과 밀착되어 있는 강판(20)의 바깥쪽으로부터 전해액이 침투되기 때문이다.

그리고 도금면의 줄무늬 발생 방지를 위하여 강판이 도금조의 전해액속에 들어가기 직전에 전해액을 아스펙트 킬러(Aspect Killer)라는 노즐을 사용하여 스프레이 해주는데, 이 전해액도 전도롤과 강판의 일면사이에 튀어 들어가 점상의 흑갈색 또는 황갈색 얼룩을 발생시키기도 한다.

한편 상기 오염을 일으키는 전도롤(10)과 강판(20)사이에서의 반응을 보면 다음과 같다.

도 3에 나타낸 바와 같이 전해액(13)이 전도롤(10)과 도금된 강판(20)의 이면 사이에 침투시(＋),(－)전류가 대전되어 약 전류가 흐르고 이때 전도롤과 강판사이에 있는 전해액 중 금속이온(니켈, 아연)이 강판 일면의 도금표면에 모두 석출되어 전도성 있는 이온이 모두 소진되고 많은 양의 수소 가스가 급격하게 발생되어 한계전류밀도를 초과하여 버닝(Burning)현상이 발생되어 용액접촉 부위가 흑갈색으로 변색된다.

도 4에 나타낸 바와 같이 아연-니켈 전해액 속에 아연-니켈이 도금된 강판이 접촉되면 전해액 중의 이온화 경향이 작은 금속의 수용액(아연-니켈 도금 수용액 중 니켈 수용액)에 강판에 도금이 된 이온화경향이 큰 금속인 아연(Zn)이 전해액 속으로 녹아들고 전해액 중의 이온화경향이 작은 니켈(Ni) 이온이 강판의 도금된 이일에 석출되어 흑갈색의 오염을 발생시키는 것을 볼 수 있다.

이때 No.1 섹션(A)에서 아연-니켈 도금된 강판의 일면이 No.2 섹션(B)에서 역 진행할 때 전도롤과 도금된 강판의 일면 사이에 전해액이 침투되어 도 4와 같은 반응을 일으켜 오염을 발생시킨다.

따라서 하기 표 1에서 나타낸 바와 같이 도금된 강판의 오염된 부분의 도금부착량은 정상적으로 도금된 부분보다 도금층 중 니켈 함량이 많아지게 된다.

(표 1) 정상도금 부분과 오염부분 도금 부착량 비교표

종래의 아연-니켈 합금 전기도금강판 제조시 일면의 오염을 방지하기 위한 방법은 뚜렷하게 알려져 있지 않으며 오염 발생시에는 전도롤 상부에서 전도롤(10)과 강판(20)사이에 순수를 투입하거나 도금되며 진행하는 강판에 많은 장력을 투입하여 도금액이 스며들지 못하게 하는 정도였다.

그러나 상기의 방법은 강판에 많은 장력을 가하기 위하여 설비에 무리한 하중을 주어야 함으로 설비의 고장 및 수명 단축의 원인이 되었고, 또 상기 장력으로 인한 강판의 기계적성질이 변하는 문제점이 있었다

또한 상기 순수를 투입할 경우에는 전해액의 레벨이 높아지고 전해액 중의 각종 금속(아연, 니켈)이온과 전해액의 전도성을 향상시키기 위한 염소(Cl)이온의하락으로 도금제품의 표면품질을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 발명한 것으로서. 그 목적은 전기도금 중에 이미 도금된 강판의 일면과 전도롤 사이에 도금액이 침투하여 전기화학반응이 발생하면서 발생하는 도금강판의 오염을 물, 사카린염, 안식향산염, 계면활성제로 된 오염방지제를 사용하여 상기 전기화학반응을 사전에 방지함으로서 전기도금강판의 미려한 외관과 내식성 등을 향상시킴에 있다.

도 1은 아연-니켈 도금강판의 패스라인을 나타낸 발췌 사시도

도 2는 아연-니켈 도금강판의 패스라인을 나타낸 측면 구성도

도 3은 종래의 아연-니켈 도금강판에 전해액이 오염되는 상태의 반응도

도 4는 상기 도 3과 다른 상태의 종래의 아연-니켈 도금강판에 전해액이 오염되는 상태의 반응도

도 5는 본 발명의 오염 방지제가 첨가된 전해액의 반응도.

※도면의 주요부부에 대한 부호 설명※

10 : 전도롤(콘덕터롤) 11 : 라버부분

12 : 밴드부 13 : 전해액

20 : 강판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 기술적 구성을 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 아연-니켈 전기도금시 전기도금강판의 오염을 방지하기 위한 오염 방지제를 형성함에 있어서, 중량%로 물 : 40∼70%에 사카린염 : 15∼30%, 안식향산염 : 7.5∼15%, 계면활성제 : 7.5∼15%를 첨가하여 조성된 것을 특징으로 한다.

한편 상기 사카린염은 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 중 어느 하나 또는 두가지 모두가 혼합된 것임을 특징으로 하고, 상기 안식향산염은 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 중 어느 하나 또는 두가지 모두가 혼합된 것임을 특징으로 하며, 상기 계면활성제는 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염 임을 특징으로 한다.

그리고 상기 물에 사카린염, 안식향산염, 계면활성제의 첨가 비율은 사카린염 2 : 안식향산염 1 : 계면활성제 1 이다.

이와 같은 특징을 갖는 본 발명의 아연-니켈 도금강판의 오염 방지제를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 먼저 아연-니켈의 전기도금 작업시 통상적으로 사용되는 것으로서 도금조건을 설명한다.

아연 50∼170 g/l, 니켈 1∼20 g/l 의 농도가 되도록 염화아연화합물 및 염화니켈화합물을 첨가한 수용성 도금액에 염소농도가 150g∼350g/l이 되도록 염화칼륨, 염화칼슘, 염화나트륨 및 염화암모늄의 염화물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가되어 조성되는 염화물계 전기도금욕에서 전해액온도 : 40∼75。C, PH : 1.0 ∼ 5.0, 전류밀도 : 20 ∼ 180 A/d㎡ 및 상대유속 :0.5 ∼ 2.5 m/sec의 도금조건이다.

이하에서는 상기 조건하에서 아연-니켈 전기도금을 할때에 도금강판의 오염을 방지하기 위한 본 발명의 오염 방지제를 설명한다.

본 발명은 강판에 아연-니켈 전기도금시 이미 도금된 일면(No.1 섹션(A)에서 도금된 면)의 전기도금강판 오염을 방지하기 위하여 사카린염(사카린나트륨 또는 사카린칼륨) : 15∼30 중량%, 안식향산염(안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨) : 7.5∼15 중량%, 물 40∼70중량%, 계면활성제(술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염) 계면활성제 : 7.5∼15중량%를 혼합하여 조성한 것이다.

단 상기 상기 사카린염 대 안식향산 염대 계면활성제의 중량비가 2 : 1 : 1 이 되도록 첨가한다.

이때 물은 40∼70 중량%로 구성되는데 그 이유는 물의 양이 40중량% 이하에서는 첨가제의 성분이 완전혼합이 어렵고, 70중량% 이상에서는 첨가제의 효과가 미약해지고 전해액의 레벨(Level) 상승으로 용액 중 아연, 니켈, 염소농도가 다운(Down) 되는 문제점이 있다.

상기 첨가제의 구성 성분인 계면활성제는 술폰산나프탈렌과 포름알데히드가 축합 반응하여 생기는 반응물을 1족 원소로 치환한 1족 원소염으로서 하기의 (a), (b), (c)의 구조를 갖는 것들이다.

상기 구조식에서 M은 Na,K 등의 1족 원소이다.

상기와 같이 구성된 첨가제를 아연-니켈 도금작업시 전도롤(10)과 도 2의 No.1 섹션(A)에서 도금된 강판(20)의 일면사이에 노즐로 스프레이하여 전기도금 층의 용액오염을 방지하는데, 그를 실시예를 통하여 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

냉연강판을 소지금속으로 하여 금속아연 : 70∼85 g/l, 금속니켈 : 8∼11 g/l, 염소 : 240∼300 g/l 인 도금욕에서 도금작업 중 도금된 이면에 용액오염이발생될 대 표 2와 같은 성분조성을 가진 첨가제를 No.2 섹션(B)의 전도롤(10)과 도금된 강판(20)의 접촉부위에 스프레이 하고 도금된 이면의 용액오염 결과를 측정한 결과를 나타내었다.

또한 첨가제의 농도를 달리하는 것을 사용하여 얼마만한 농도에서 전기화학 반응을 차단하는지도 실시하여 나타내었다.

(표 2) 첨가제 농도변화에 따른 용액오염 발생 정도

상기 표 2의 기호는 다음과 같다.

※내식성

◎ : 양호(염수분무 900Hr)

★ : 불량(염수분무 900Hr)

※용액오염 발생정도

◎ : 양호(용액오염 발생 없음)

■ : 아주약하게 발생(연갈색의 100MM이내 발생)

◆ : 보통발생(연갈색 100mm이상 발생)

★ : 발생극심(암갈색 100mm이상 발생)

상기 표 2는 종래에 사용한 방법과 본 발명을 위하여 전해액 및 도금제품에 영향을 끼치지 않는 여러 가지 약품을 농도별로 시험한 결과이다.

발명재 a, b, c는 첨가제의 농도가 아주 낮은 것으로 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 : 2.5∼10중량%, 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 : 1.25∼5.0중량%, 물 : 80∼95중량%, 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염인 계면활성제 : 1.25∼5중량%를 혼합하여 사용하였다.

그 결과 전도롤(10)의 라버부분(11)과 접촉하는 강판(20)의 일면 도금된 면에 첨가제가 완전한 피막을 형성하지 못하여 암갈색 및 흑갈색의 오염을 발생시켜 표면품질 저하 및 내식성 저하로 불량제품으로 판정되었고 각 성분의 농도가 높아질수록 오염의 정도가 약해지는 것을 알 수가 있다.

그리고 사용된 용액이 전해액 중으로 들어가 전해액의 레벨 상승 원인이 되어 전해액 중 각종 성분의 이온농도를 저하시켜 또 다른 도금결함을 발생시키고 농도 보충을 위하여 각 성분을 보충하게 됨으로 원 단위 상승의 원인이 되었다.

발명재 d, e, f는 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 : 15∼30 중량%, 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 : 7.5∼15 중량%, 물 : 40∼70중량%, 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염인 계면활성제 : 7.5∼15중량%를 혼합하여 사용한 결과 도금된 강판의 이면에 스프레이 할 경우 오염이 발생되지 않는 것을 알 수 있었다.

또 도금된 강판에 도포하는 양도 적어서 전해액 각 성분의 농도에도 영향을 끼치지 않아 전해액이 안정되고 내식성이 우수하며 표면이 미려한 도금강판을 생산할 수 있었다.

발명재 g는 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 : 35중량%, 안식향산나트륨 또는 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 20중량%, 물 : 25중량%, 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염인 계면활성제 : 20중량%를 혼합한 첨가제는 강판표면을 도포하기 위하여 스프레이(Spray)해주는 노즐이 자주 막히는 현상이 있었으나 도금 표면 및 내식성은 양호하였다. 그러나 작업자가 수시로 스프레이 노즐을 청소해 주어야 하는 번거로움이 있었다.

발명재 h, I, j는 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 : 40∼50중량%, 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 : 25∼35중량%, 물 : 0∼10중량%, 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염인 계면활성제 : 15∼25중량%를 혼합하였으나 이는 포화도 때문에 액체로 만들기가 곤란하였고 스프레이를 사용하여 실험을 실시할 수가 없었다.

또 전도롤과 강판사이에 덩어리가 비입시 강판에 전사되어 강판이 블록하게 튀어나오는 덴트(Dent)성 결함을 발생시키므로 현재 전기도금 라인(Line) 작업조건에 적합하지가 않다.

k, l은 용액오염을 방지하기 위하여 1∼5% KCL과 0.1∼1.2%의 HCI을 사용하여 보았으나 용액오염을 더욱 심하게 발생시켰다.

이상과 같이 각 성분의 용액을 시험한 결과 d∼f와 같이 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 : 15∼30중량%, 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 : 7.5∼15 중량%, 물 : 40∼70중량%, 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염인 계면활성제 : 7.5∼15중량%를 혼합하여 조성된 첨가제를 도금된 강판의 이면에 스프레이하여 도포 할 경우 용액오염 발생이 전혀 발생되지 않는 것을 알 수가 있었다.

또 기존 전해액에 영향을 끼치지 않으므로 균일한 도금강판을 연속하여 생산하는데 아주 접합한 것을 알 수가 있었다.

이상과 같은 본 발명의 물, 사카린염, 안식향산염, 계면활성제를 혼합하여 그를 No.1 섹션(A)에서 도금된 일면과 전도롤 사이에 스프레이 함으로서 아연-니켈 도금된 강판의 도금층이 도금액과 접촉하여 통전 될 때 발생되는 용액오염을 완전히 방지하여 표면이 미려하고 내식성이 우수한 도금강판을 얻을 수 있특유의 효과가 있다.

또 본 발명은 물, 사카린염, 안식향산염, 계면활성제를 혼합하여 오염방지제를 조성하고 그를 스프레이 하여 전기도금 강판의 오염을 방지함으로서 종래에 전기도금강판의 오염을 방지하기 위한 사용하던 강판의 고장력 유지로 인한 도금불량및 고장력 설비고장의 염려가 없는 특유의 효과가 있다.

Claims (5)

1. 아연-니켈 전기도금시 전기도금강판의 오염을 방지하기 위한 오염 방지제를 형성함에 있어서, 중량%로 물 : 40∼70%에 사카린염 : 15∼30%, 안식향산염 : 7.5∼15%, 계면활성제 : 7.5∼15%를 첨가하여 조성된 것을 특징으로 하는 아연-니켈 도금강판의 오염방지제.
2. 제 1항에 있어서, 상기 사카린염은 사카린나트륨 또는 사카린칼륨 중 어느 하나 또는 두가지 모두가 혼합된 것임을 특징으로 하는 아연-니켈 도금강판의 오염방지제.
3. 제 1항에 있어서, 상기 안식향산염은 안식향산나트륨 또는 안식향산칼륨 중 어느 하나 또는 두가지 모두가 혼합된 것임을 특징으로 하는 아연-니켈 도금강판의 오염방지제.
4. 제 1항에 있어서, 상기 계면활성제는 술폰산나프탈렌과 포름알데히드의 축합 반응산물인 1족 원소염 임을 특징으로 하는 아연-니켈 도금강판의 오염방지제.
5. 제 1항에 있어서, 상기 물에 사카린염, 안식향산염, 계면활성제의 첨가 비율은 사카린염 2 : 안식향산염 1 : 계면활성제 1 임을 특징으로 하는 아연-니켈 도금강판의 오염방지제.