KR20020028012A - 레디얼형 연속 전기도금설비의 에지마스크 적용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레디얼형 연속 전기도금설비에 있어서 강판에지부의 과도금을 방지하기 위한 에지마스크의 형태 및 운용방법에 관한 것이다.

이를 위해, 전도롤과 아연양극 사이에 상기 전도롤과 강판이 상접하는 길이에 대응되는 에지마스크를 설치하되, 강판의 표면과 접촉하지 않도록 상기 전도롤과 일정거리 이격하여 근접시키고, 그 단부가 상기 강판의 에지부와 횡방향으로 일치하는 기점을 중심으로 하여, 종 방향으로 일정구간 에지마스크의 이동 폭을 설정하여 운용하는 레디얼형 연속 전기도금설비의 에지마스크 적용방법을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따르면 전기도금 시 강판에지부의 전류집중에 의한 과도금 현상을 방지할 수 있으며, 특히 강판의 에지부와 중심부의 도금부착량 편차를 최소화할 수 있어서 이상적인 전기도금 강판을 생산할 수 있는 효과가 있다.

Description

레디얼형 연속 전기도금설비의 에지마스크 적용방법{Method of application to an edge mask for an electroplating cell of radial type}

본 발명은 레디얼형 연속 전기도금설비에 있어서 강판에지부의 과도금을 방지하기 위한 에지마스크의 형태 및 그 운용방법에 관한 것이다.

일반적으로, 자동차용 강판이나 전기제품의 외장재 등에 사용되는강판은 소둔 공정을 거친 후, 사용목적에 요구되는 내식성을 갖도록 하기 위해서 전기아연도금공정을 거치게 된다.

여기서, 통상적으로 연속 전기도금설비는 도금조를 통과하게 되는 강판의 진행방향에 따라 수직형,수평형 및 레디얼형으로 분류하게 된다.

특히, 레디얼형(Radial Type)은 중앙부의 전도롤(Conductor Roll)에 강판이 감기게 하면서, 상기 전도롤과 아연양극 사이에 도금액을 흐르게 하면서 도금하는 방식으로, 수직형 및 수평형과 달리 한쪽 면에 도금을 행하는 편면도금 및 양면에 다른 도금을 행하는 이종도금이 가능한 방식이다.

그러나, 이와 같은 연속전기도금에 있어서, 가장 큰 문제점은 전기도금 시 전기적 통전에 의한 강판의 양쪽 에지(Edge) 부위에 전류가 집중되어 과도금 현상이 일어나는 것이다.

지금까지는 레디얼형 연속전기도금설비에서 강판에지 부분의 과도금에 대한 대응설비가 없었기 때문에 후도금이나 합금도금 제품 생산시 생산성이나 작업성 측면에서 다음과 같은 여러 문제점들을 야기시켜왔다.

레디얼형 전기도금설비에 있어서, 후도금 및 합금도금 강판을 생산할 때 강판에지 과도금 부위에서 박리된 도금층이 설비의 롤에 박혀 찍힘 자국을 유발하고, 특히 박리된 도금층이 도금설비의 전도롤에 박혔을 때에는 그 부위를 기점으로 하여 누설전류에 의한 보통 5cm이상의 큰 아연트리(zinc tree)가 발생하게 되고, 또한 이를 제거하기 위하여 염산을 사용하기 때문에 생산성 하락 및 작업자의 위험노출 등의 문제가 있었다.

또한, 강판에 있어서, 에지부의 과도금에 의한 강판 중심부와의 두께차이로 인해, 도금된 제품을 코일로 제작시 겹쳐진 에지부에 의해 굴곡이 유발되기 때문에 작은 단위로만 코일제작이 가능하여 생산성 하락의 문제점이 있었고, 이러한 과도금된 부위를 제거하기 위해 다시 보정설비를 통과해야 하는 부하를 초래하였다.

또한, 도금강판에 연속으로 도장을 하는 업체에서는 도금강판의 에지부에서 박리된 도금층이 도료에 혼합되어 완성제품에 불량을 야기시키는 문제점도 있었다.

통상, 상기와 같은 여러문제에 대응하기 위해서, 전기도금업체에서는 강판에지부의 과도금을 제거하기 위해 도금된 강판에 에지폴리셔(edge polisher) 설비를 적용하는 경우도 있었으나, 에지폴리셔를 거치기 전 공정인 전기도금설비나 기타 롤등에 유발되는 문제는 해결이 불가능하였다.

또한, 레디얼형 전기도금설비의 양극브리지(anode bridge)를 만곡형으로 만들어 강판의 에지부로 갈수록 양극과 강판과의 거리를 점점 넓게 하는 방식을 적용하는 예도 알려지고 있으나, 설비개조에 많은 예산 및 시간이 요구되고, 완벽한 에지 과도금 방지효과를 얻기도 어려운 실정이었다.

도1a는 종래의 강판에지부의 과도금 방지를 위한, 수평형 및 수직형 전기도금설비의 구성을 개략적으로 나타낸 개략도이다.

도면에서 보는 바와 같이, 음극(-)의 역할을 하는 강판(3)을 중심으로 일정거리 이격되어 상부 및 하부에 양극(+)이 형성되고, 상기 강판(3)의 양단, 즉 에지부에 전류의 집중을 차단하기 위한 에지마스크(edge mask)(1)를 적용해 왔다.

도1b는 종래의 레디얼형 연속 전기도금설비의 요부의 개략적인 모습을 나타내고 있는데, 도금조(40)의 도금액(42)에 대략 절반정도가 잠기도록 설치되고, 양단에 콜렉터링(18)이 외설된 원통형의 전도롤(20)을 중심으로 상기 전도롤(20)의 하부 외주면에 감겨 이동되는 강판(22)과, 상기 전도롤(20)과 일정간격 이격되어 설치된 아연양극(26)과, 이를 지지하면서 외부의 양(+)의 전류가 공급되는 양극 브리지(32)와, 상기 전도롤(20)과 연동하며 강판의 진행방향을 바꿔주는 디플렉터롤(Deflector roll)(24)로 구성되어 있다.

따라서, 콜렉터링(18)을 통하여 음(-)의 전류를 공급 해주면, 상기 전도롤(20)의 외주면으로 전류가 흐르게 되고, 이와 면접하여 이동되는 강판(22)에 음극이 형성된다. 이때, 양극 브리지(32)를 통하여 양(+)의 전류를 공급하면 이와 연결된 아연양극(26)에 전류가 흐르게 되어 양극이 형성된다.

이러한 현상으로, 도금조(40)의 도금액(42) 내에서 아연이온이 전해되며, 연속적으로 이동되는 음극성을 지닌 강판(22)의 표면에 전착되어 도금작업이 이루어지는 것이다.

그러나, 이러한 레디얼형 연속 전기도금설비에서는 주로 아연양극(26)을 사용하기 때문에 작업 중 한쪽 끝에서 새 양극을 투입하고 반대쪽에서는 사용되고 남은 양극을 추출해야 하는 공간이 필요하므로, 기존 수평형이나 수직형 전기도금과 같은 방식의 에지마스크(1)는 설치가 불가능한 것으로 알려져 왔다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 에지마스크를 강판에지로부터 일정거리를 유지하도록 위치시켜 강판에지 과도금을 방지하며, 아연양극을 삽입하거나 추출하는 작업을 방해받지 않도록 하는 레디얼형 연속전기도금설비의 에지마스크 적용방법을 제공하는 것이다.

도1a는 종래의 에지마스크가 적용된 수평형 혹은 수직형 전기도금설비의 요부 개략도.

도1b는 종래의 레디얼형 전기도금설비의 개략적인 구성을 보여주는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 에지마스크가 적용된 레디얼형 연속 전기도금설비의 구성을 나타내는 도면.

도3은 도2의 측면도로서, 에지마스크과 강판과의 위치관계를 설명하고 있는 도면.

도4는 본 발명의 에지마스크 적용시, 강판의 도금부착량분포를 나타내는 도면.

도 5 는 강판에지로부터 에지마스크 위치에 따른 도금량부착 분포를 나타내는 도면

도 6 은 Zn-Fe도금강판의 에지부 도금층 박리에 미치는 에지마스크의 효과를 나타내는 도면

도 7 은 에지마스크가 종방향으로 +3mm삽입된 상태에서, 강판표면으로부터 아연양극쪽으로 이동함에 따른 도금층 부착량 분포를 나타내는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 30 : 에지마스크 3,22 : 강판

4 : 양극 18 : 콜렉터링

20 : 전도롤21 : (강판의)에지부

24 : 디플렉터롤26 : 아연양극

32 : 양극 브리지40 : 도금조

42 : 도금액

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 다음과 같이 구성된다. 즉, 본 발명은 강판에지부 과도금 방지를 위한 레디얼형 연속전기도금설비에 있어서, 각 도금조 마다 전도롤과 아연양극 사이에 상기 전도롤 외주면과 강판이 면접하는 길이에 대응하는 에지마스크를 설치하되, 강판의 표면과 접촉하지 않도록 상기 전도롤과 일정거리 이격하여 근접시키고, 그 단부가 상기 강판의 에지부와 횡방향으로 일치하는 기점을 중심으로 하여, 종방향으로 3~+3mm의 구간만큼 상기 에지마스크의 이동 폭을 설정하여 운용하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 도 2 는 본 발명에 따른 에지마스크를 적용한 레디얼형 연속 전기도금설비의 요부를 나타낸 도면이고, 도 3 은 도2의 측면도로서, 전도롤과 아연양극 사이에 위치하는 에지마스크의 형태와 강판과의 상대적 위치를 나타낸 도면이다.

도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 중앙부 양단 축상에 콜렉터링(18)을 구비한 원통형의 전도롤(20)과, 상기 전도롤(20) 하부 외주면과 일정거리 이격 되어 대략 반원형으로 설치되는 아연양극(26)과, 이를 지지하도록 연결되어 외부의 양(+)의 전류를 공급하여 주는 양극 브리지(32)와, 상기 전도롤(20)과 아연양극(26) 사이에 위치하여 강판(22)과 접촉하지 않으면서 상기 전도롤(20) 하부 외주면과 일정간격를 이루며 근접하도록 설치되는 에지마스크(30)로 구성된다.

이때, 상기 에지마스크(30)는 강판(22)과의 접촉을 방지하기 위해 그 단부를 강판(22)으로부터 일정거리 이격시켜 설치하여야 한다. 만일, 에지마스크(30)가 강판(22)과 접촉하는 경우, 접촉된 강판(22)부위에는 도금이 이루어지지 않기 때문이다.

여기서, 상기 에지마스크(30)가 강판(22)에 접촉되는 것을 방지하기 위하여, 상기 에지마스크(30) 단부의 형태를 여러 가지 형상으로 변형 운용할 수 있지만, 도3에서 예시한 형태와 같이 에지마스크(30) 단부가 삼각형의 모서리와 같은 하방으로 점점 가늘어 지는 형상이 바람직하다.

이와 같은 형태를 규정하는 이유는, 에지마스크(30)와 강판(22)과의 위치관계에 있어서, 상기 에지마스크(30)가 강판(22)의 에지부(21)보다 화살표(S) 진행방향으로 깊이 삽입되는 경우, 에지마스크(30)와 강판(22)이 서로 접촉하는 것을 방지해 주기 위함이다.

한편, 상기 에지마스크(30)는 그 두께를 도금되는 강판(22)보다 1mm이상 두껍게 하되, 상기 강판(22)의 두께를 고려하여 3~20mm정도에서 그 두께를 정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 에지마스크(30)의 두께를 규정하는 이유는 에지마스크(30)가 전도롤(20) 하부 외주면에 접촉하는 강판(22)과 같이, 상기 전도롤(20)에 근접하고 있기 때문에, 만일 에지마스크(30)의 두께가 강판(22)의 두께보다 얇아 에지마스크(30) 표면이 강판(22) 표면보다 밑에 있게 되는 경우, 전류 차단이 용이하지 않아 결국, 강판(22)의 에지 과도금 방지효과가 감소하기 때문이다. 그리고, 통상적인 전기도금 작업조건과 레디얼형 전기도금 장치의 형태를 고려할 때, 앞서 언급된 에지마스크(30)의 두께의 하한치, 즉3mm는 보통의 도금제품용 강판 소재가 2mm이하의 두께를 가지기 때문에 이를 감안하여 이보다 1mm정도 두꺼운 3mm로 규정한 것이고, 또한 레디얼형 전기도금 장치에 있어서, 강판(22)과 아연양극(26) 사이의 거리가 25~30mm임을 감안할 때, 아연양극(26)의 부적절한 용해로 인해 극간거리가 변할 수 있는 것을 고려하여 두께의 상한치 20mm를 규정한 것이다.

한편, 에지마스크(30)와 강판(22)과의 종방향 위치관계에 있어서는, 도3에서 나타낸 바와 같이, 강판(22)의 에지부(21)와 에지마스크(30)의 단부가 일치하는 경우를 0mm으로 하여, 상기 에지마스크(30)의 단부가 화살표(S) 진행방향으로강판(22)의 중심부쪽으로 위치한 경우를 (+), 이와 반대로 에지마스크(30)의 단부가 강판(22)의 에지부(21) 외측으로 위치한 경우를 (-)로 가정한다면, 강판(22)의 에지부(21) 과도금 방지를 위한 에지마스크(30)의 적정 위치는 3~+3mm가 바람직하다.

이와 같이, 상기 규정치로 제한하는 것은 에지마스크(30)가 3mm미만에 위치한 경우에는 전류가 차단이 적기 때문에, 완전한 과도금 방지효과를 얻을 수 없고, 또한 +3mm를 초과할 경우, 즉 상기 에지마스크(30)가 강판(22)의 중심부쪽으로 더 깊이 위치한 경우에는, 에지마스크(30)에 의해 가려진 강판(22)부위의 도금 전류량이 적어지기 때문에 Zn-Fe 등과 같은 아연계 합금도금강판을 생산하는 경우 강판(22) 에지부(21)의 색상이 달라지는 현상이 나타나기 때문이다.

또한, 에지마스크(30)의 소재는 전기의 부도체인 고무류나 합성수지류를 사용하는 것이 바람직하다. 만약, 금속류의 소재를 사용할 경우에는 종방향으로 에지마스크(30)의 이동에 의한 전도롤(20) 표면의 긁힘방지와 음극인 강판(22)으로부터 에지마스크(30)에 유도된 전류에 의해 상기 에지마스크(30) 표면이 도금되어지는 현상을 방지하기 위해 부도체인 고무나 합성수지 등으로 피복처리 하여야 적용 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명은 전도롤(20)의 축상에 설치된 콜렉터링(18)을 통하여 음(-)의 전류를 공급하면, 상기 전도롤(20)의 외주면상에 접촉되어 있는 강판(22)에 음(-)의 전류가 흐르게 되고, 또한 양극 브리지(32)를 통하여 양(+)의 전류를 공급하면, 상기 양극 브리지(32)에 장착되어 있는 아연양극(26)에 양(+)의전류가 흐르게 되어, 상기 아연양극(26)이 도금액 내에서 전해 되어 아연이온이 강판(22)의 표면에 전착되는데, 이때 상기 강판(22)의 에지부(21)는 부도체 소재로 이루어진 에지마스크(30)에 의해 가려지게 되어, 상기 전해된 아연이온이 전류의 집중으로 강판(22) 에지부(21)에 더 많이 전착되는 것이 차단되게 된다. 따라서, 강판(22) 에지부(21)의 전류집중으로 인한 과도금이 차단되어 강판(22)의 표면을 균일하게 도금할 수 있는 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예>

본 발명의 실시예로서, 아연양극(26)을 사용하는 레디얼형 전기도금설비에서 주로 사용하는 염산욕 전기도금용액을 이용하여 에지마스크(30)에 의한 과도금 방지효과를 조사하였다.

전기아연도금 용액 및 실험조건은 다음과 같다.

아연이온 농도 80g/l, 염소이온 농도 240g/l, pH4.5, 도금액 온도 60℃,

도금액 유속 1.3m/sec, 전류밀도 100A/dm², 도금 부착량 60g/m²,

양극과 음극간의 거리 25mm

또한, Zn-Fe합금 전기도금 용액 및 도금조건은 다음과 같다.

아연이온 농도 60g/l, 철이온 농도 13g/l, 염소이온 농도 240g/l, pH2.0,

도금액 온도 60℃, 도금액 유속 1.3m/sec, 전류밀도 100A/dm²,

도금 부착량 60g/m², 양극과 음극간의 거리 25mm

도4는 전기아연도금 강판(22)의 에지부(21)로부터 중심부까지의 도금부착량을 측정한 결과를 나타낸 도면으로서, 도금부착량은 XRF를 이용하여 측정하였다. 이때 "Y"축은 실제 목표로 한 도금부착량 대비 실제로 도금된 부착량을 백분율(%)로 나타낸 것이다.

도면에서 보는 바와 같이, 에지마스크(30)를 사용하지 않았을 때는 강판(22)의 에지부(21)가 내부에 비해 많은 도금부착량을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.

도5는 에지마스크(30)를 적용에 의한 강판(22)의 에지부(21)로부터 에지마스크(30) 위치에 따른 도금부착량의 분포를 평가한 것이다.

여기서, 에지마스크(30)가 강판(22)의 에지부(21)에 접근함에 따라 에지 과도금이 감소하는 것을 알 수 있으며, 너무 깊이 강판 내부에 위치한 경우에는 에지부(21)에 도금부착량 미달이 발생하였다.

한편, 도6은 Zn-Fe합금도금강판에서 에지마스크(30)가 강판(22) 에지부(21)로부터의 위치에 따른 에지부도금층의 밀착력을 평가한 결과로서, 스카치 테이프를 이용해 에지부(21) 도금층을 박리시켰을 때 스카치 테이프에 도금층이 묻어나온 정도를 실험한 결과이다.

도시된 바와 같이, 에지마스크(30)가 강판(22) 에지부(21)에 가까워짐에 따라 에지부(21) 도금층박리는 감소하며, -3mm에서는 양호한 도금밀착력을 보이기 시작하여, -2mm보다 더 가까운 경우에는 도금층 박리가 발생하지 않았다.

그러나, 에지마스크(30)가 강판 내부에 너무 깊이 삽입된 경우, 즉 +4mm와+5mm의 위치에서는 에지마스크(30)에 의해 가려진 부위의 도금층 색상이 정상부와 다르게 되는 문제가 발생하게 되었다.

도7은 에지마스크(30)를 강판(22) 에지부(21)로부터 내부로 3mm삽입시킨 상태에서, 강판(22)표면으로부터 아연양극(26)쪽으로 에지마스크(30)를 이동시키면서 도금부착량 분포를 조사한 것이다.

여기서, 초기상태 즉 에지마스크(30)와 강판(22)이 접촉된 상태에서는 상기 에지마스크(30)에 의해 강판(22)이 가려진 부위에서 도금이 되지 않았으며, 일단 에지마스크(30)가 강판(22)에 밀착되지 않은 상태에서는 미도금은 발생하지 않았다.

다만, 에지마스크(30)에 의해 가려진 부위에서의 도금부착량 감소효과는 상기 에지마스크(30)가 강판(22)에서 멀어질수록 소량 증가하는 것으로 나타났지만 그 차이는 적었다.

따라서, 상술한 바에 따른 본 발명의 결과로부터 강판(22)의 에지과도금 방지를 위한 적정 에지마스크(30) 운용방안은 에지마스크(30)가 강판(22)과 접촉하지 않는 조건에서 종방향, 즉 화살표(S) 진행방향으로 강판(22)의 에지부(30)와 3~+3mm의 위치에 있는 것이 가장 적당함을 알 수 있다.

상술한 방법에 의한 본 발명에 따르면, 에지마스크의 적정한 운용방법에 의해 강판의 전기도금시 전류집중으로 인한 에지부의 과도금 현상을 방지할 수 있으며, 특히 강판에 있어서 에지부와 중심부의 도금부착량 편차를 최소화해줄 수 있으므로 이상적인 전기도금강판을 생산할 수 있다.

Claims (3)

1. 강판의 에지부 과도금 방지를 위한 레디얼형 연속전기도금설비에 있어서, 각 도금조 마다 전도롤(20)과 아연양극(26) 사이에 상기 전도롤(20) 외주면과 강판(22)이 면접하는 길이에 대응하는 에지마스크(30)를 설치하되, 강판(22)의 표면과 접촉하지 않도록 상기 전도롤(20)과 일정거리 이격하여 근접시키고, 그 단부가 상기 강판(22)의 에지부(21)와 횡방향으로 일치하는 기점을 중심으로 하여, 종방향으로 3~+3mm의 구간만큼 상기 에지마스크(30)의 이동 폭을 설정하여 운용하는 것을 특징으로 하는 레디얼형 연속 전기도금설비의 에지마스크 적용방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 에지마스크(30)는 전기도금 장치와 작업조건에 따라 3~20mm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 레디얼형 연속 전기도금설비의 에지마스크 적용방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 에지마스크(30)의 재질은 고무 혹은 합성수지와 같은 부도체로 구성되는 것을 특징으로 하는 레디얼형 연속 전기도금 설비의 에지마스크 적용방법.