KR20040035696A - 알킬알루미늄을 함유하는 유기금속 전해질로부터 알루미늄또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 하나의 스탠드 및 수송용 베어링을 갖는 지지 프레임;

도금통의 길이축을 따라 위치하면서 측면 개구부가 있는 하나의 관통 튜브(perforated inner tube)가 구비되고, 전기 측면 개구부는 전해질 용기 내의 전해질 공급구와 직접 마주보도록 위치하며, 수용액 및 유기금속 전해질 내에서 110℃까지 안정한 물질로 구성되는, 적어도 하나의 도금통(plating barrel, 13);

캡슐형 기밀 하우징에 위치하는 적어도 하나의 도금통 구동유닛(3); 및

하나 또는 그 이상의 도금통 지지암(holding arm)으로 구성되는

코팅하고자 하는 재료 상에 알킬알루미늄 화합물을 함유하는 유기금속 전해질로부터 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치에 관한 것이다.

Description

알킬알루미늄을 함유하는 유기금속 전해질로부터 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치{Device for the Electrodeposition of Aluminium or Aluminium Alloys from Organometallic Electrolytes Containing Aluminium Alkyl}

니켈 도금 또는 아연 도금과 같이, 수용액 상에서 작은 부위 및 큰 부피의 재료를 전기도금하는 것은, 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌으로 만들어진 회전형의 구멍이 뚫린 도금통에서 일반적으로 행해진다.  이 도금통들은 지지랙(supporting rack) 내의 플라스틱 하우징에 놓인 전기 모터에 의해 구동된다.  생산물로의 전류 전달은 도금통 측면에 위치하고 있고, 가소화된 PVC 튜브에 싸인, 구부러지는 구리 코드를 통하여 행하여져서, 금속의 바람직하지 않은 에피택셜 성장(epitaxialgrowth)을 방지할 수 있다.

수용액 상에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 것은 알루미늄의 전위가 매우 낮기 때문에 불가능하다.  따라서, 전해석출은 비수용성 유기 시스템에서 행해져야 한다.  특별히, 이러한 목적으로 알킬알루미늄을 함유하는 전해질이 통상 사용되는 유기용매와 함께 이용된다.  그러므로, 정교한 알루미늄 결정체 및 알루미늄 합금층을 석출하는 것은, 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소에 용해된 알킬알루미늄 화합물인 무수의 알킬유기알루미늄(alkylorganoaluminum) 전해질 시스템을 이용함으로써 훌륭히 수행된다.

그러나, 수용성 전기도금에서 사용되는 도금통은 유기 전해질계에서는 사용되지 못한다.  이것은 유기용매가 사용된다는 점 및 이러한 전기도금이 수행되는 온도가 90 내지 100℃라는 점과 관계가 있다.  이와 같은 온도 및 상응하는 유기용매 상에서는, 수용성계에서 쓰이는 일반적인 도금통은 불안정하여 분해 또는 용해되며, 결국 전해질을 오염시킬 수도 있게 된다.  더욱이, 기계적 안정성이 더 이상 유지되지 않을 정도로 도금통이 변형될 위험도 따른다.

또한, 선행기술로는 큰 부피의 재료를 유기물 상에서 다루는 전기도금 시스템, 특히 알루미늄을 석출하는 전기도금 시스템이 알려져 있다.  그러나, 이러한 시스템은 상용화에 성공하지는 못하였다.

또한, 유럽특허 제 0042403호에서 설명된 기술사상도 상기의 경우에 포함된다. 여기서는 유기 전해질로부터 알루미늄을 전해석출하는 장치가 설명되어 있다.  상기 발명의 목적은 적재 및 하적을 위하여 도금 홈통(plating trough)으로부터 도금통을 빼낼 필요가 없는 장치를 제공하는 것이다.  상기 기술사상에서는 코팅할 부분을 수송하는 장치의 사용을 설명하고 있다. 전기 수송 장치는 도금통을 가득 채우고, 게이트를 통해 도금 홈통의 안쪽으로 확장하면서, 도금통의 개폐식 개구부 위에서 작동을 마친다.  도금통은 바깥쪽에서 열리고 닫힐 수 있으며, 도금통을 비우기 위하여 불활성 기체 및 불활성 액체에 견디는 방출용기를 제공하고 있는데, 이 방출용기는 도금 홈통의 아래에 놓여 있으며 잠글 수 있는 튜브 모양의 커넥터를 통하여 같이 연결된다.

상기 기술의 사상은 대단히 복잡한 구성의 도금통을 나타내는 바, 아직 상용화에는 성공하지 못하였다.

본 발명은, 하나의 스탠드 및 수송용 베어링을 갖는 지지 프레임, 적어도 하나의 도금통(plating barrel), 적어도 하나의 도금통 구동유닛 및 하나 또는 그 이상의 도금통 지지암(holding arm)으로 구성된, 알킬알루미늄을 함유하는 유기금속 전해질로부터 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치에 관한 것이다.

도 1은 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 전해석출하는 장치이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

1: 스탠드

2: 전원공급봉

3: 전기적으로 절연된 서스펜션을 갖는 캡슐형 구동 모터

4: 수송용 베어링

5: 기밀 샤프트 유도장치

6: 구동 톱니바퀴

7: 비복귀성 플랩이 있는 모터 하우징의 불활성 기체 통기공

8: 불활성 기체 제거용 밸브

9: 도금통 홀더 안쪽에서 절연된, 재료가 코팅되도록 하는 전원공급 전선

10: 홀더 내부의 절연 물질

11: 스테인레스 스틸 재질의, 외측은 PVDF(폴리비닐리덴 플루오리드)/Halar로 코팅된 도금통 홀더

12: 도금통의 베어링 블록

13: PPS(폴리페닐렌 설피드)로 강화된 유리섬유로 만들어진 도금통

14: 관통된 측면의 벽

15: 관통 튜브

16: 유연성 있는 전류 전달용 접촉부

17: 내부의 보조 양극

18: 픽업용 접촉부

본 발명은 유기 전해질계로부터 알루미늄을 전해석출하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는데, 상기 장치에서의 도금통은 사용되는 물질 및 온도에서 안정적이고, 가연성 물질 상에서도 안전하게 구동되며, 좋은 품질의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 코팅을 할 수 있도록 개조된 도금통이다.

상기 목적은, 구동유닛(3)은 캡슐형 기밀 하우징에 위치하고; 도금통(13)은 도금통의 길이축을 따라 위치하면서 측면 개구부가 있는 하나의 관통 튜브(perforated inner tube)가 구비되어, 전기 측면 개구부는 전해질 용기 내의 전해질 공급구와 직접 마주보도록 위치하며; 전기 도금통(13)은 수용액 및 유기금속 전해질 내에서 110℃까지 안정한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전해석출장치에 의해 달성된다.

구동유닛을 기밀 하우징에 캡슐화함으로써, 도금통을 가연성 액체에서 구동시키는 것이 더욱 안전하게 되었다.  용기의 케이스는 바람직하게는 스테인리스 스틸로 구성된다. 그리고, 도금통의 구동 샤프트는 하우징의 벽을 관통하는, 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌으로 만들어진 밀봉된 기밀 샤프트 유도장치에 의해 작동된다.

구동 모터를 보호하기 위하여, 그리고 스며드는 가연성 유기 용매로부터의 추가적인 보호를 위하여, 하우징 케이스는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 기체로 가득 채워지며, 바람직하게는 0.1 내지 0.3 바(bar)의 압력이 하우징 케이스에 추가로 가해진다.  또한, 상기 하우징은 급기 밸브(feed valve) 및 비복귀성 플랩(nonreturn flap)이 있는 가압분출 밸브(overpressure blow-off valve)를 갖추고 있다.

각 적재/하적 과정에서, 분출 밸브에서의 기본값보다 약 0.1 내지 0.2 바(bar) 정도 높은 기압의 불활성 기체는, 급기 밸브를 통해 상기 장치의 구동유닛 하우징 내로 자동적으로 공급된다.  이어지는 각 코팅 과정에서, 구동유닛 하우징 내의 불활성 기체 압력은 퍼징되며, 하우징 내의 과압은 각 공정이 마친 뒤에 다시 설정된다.  퍼징되는 시간 또는 퍼징된 불활성 기체의 양은 조절장치(plant control)에 의해 설정된다.

선행기술에서 알려진 도금통의 또 다른 문제점은 도금통 재질의 안정성이다.  장시간 사용시, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 통상의 도금통 재질들은 알루미늄 코팅시 사용되는 유기 용매에 불안정하다.

이러한 문제점은 유기 용매에 불용성이고 유리섬유로 강화된 적절한 플라스틱을 사용함으로써 해결된다.  바람직한 방법으로, 도금통은 적어도 최소 40%의 유리섬유를 포함하는 PPS(폴리페닐렌 설피드)로 강화된 유리섬유로 만들어진다.  이를 통해, 마모저항성 뿐만 아니라, 110℃까지 달하는 전해질 상의 작동 온도에서도 도금통의 안정성이 확보된다.

바람직한 실시예에 따르면, 구동 톱니바퀴를 상기와 동일한 재질로 만든다.  또한, 이 재질은 묽은 산 및 염기에서도 안정하다는 장점이 있어서, 도금될 부위의 선처리 및 2차 처리가 별다른 이동없이 동일한 도금통 내의 산 및/또는 염기와 같은 수용성 시스템에서 행해질 수 있다.

도금통에 관통 튜브를 제공하면 전해질 순환이 향상되는 결과를 가져온다.  유기 전해질로부터 금속을 전해석출함에 있어, 전해질 순환은 대단히 중요한 역할을 한다.  왜냐하면, 유기금속 화합물의 제한적 용해도로 인해, 전해질 순환이 불충분할 경우, 생산물 주위의 액체 경계층에서 금속 이온의 소모가 빠르게 일어날 수 있기 때문이다.  이로 인해 재료의 코팅 질이 떨어지게 되며, 특히 코팅될 재료의 연소, 거칠고 불균등한 층의 형성 및 심지어 전해질의 분해까지 일어날 수 있다.  특히, 이러한 문제점은 알루미늄을 합금 석출하는 경우에 발생할 뿐만 아니라, 순수한 알루미늄을 석출하는 경우에도 관찰된다.  이러한 문제를 회피하기 위하여, 상기 발명 장치의 도금통은, 도금통의 길이축을 따라 위치하면서 전해질 용기의 벽과 마주하는 측면 개구부를 갖춘 관통튜브를 제공하고 있다.  상기 발명 장치가 전해질 욕조 내에 배치되면, 관통 튜브의 측면 개구부는 용기 벽의 전해질 공급선과 직접 마주보며 위치하게 된다.  이러한 방식으로, 새로운 전해질을 빠른 속도로 관통 튜브를 통해 직접 기질로 주입하는 것이 코팅 과정 중에 수행되며, 이로인해 양호한 순환이 확보되고, 상기 설명한 결점들이 발생되지 않게 된다.  바람직한 실시예에 따르면, 또 다른 보조 양극을 관통 튜브 내에 위치시킬 수도 있으며, 이로 인해 금속 이온의 주변 농도를 더 증가시키고 코팅 속도를 향상시킬 수 있다.

선행기술에 따르면, 통상적인 도금통의 지지암은 대부분 고무로 코팅되어 있어 유기 전해질 욕조에서는 불안정하였다.  이 점은 전해질 전류가 흐르는 전기도체 트랙의 통상적인 PVC 피복물에서도 마찬가지이다.  이와 같은 배치를 사용할 경우, 결과적으로 전원공급봉 상에서의 금속의 에피택셜 성장이 예상된다.  본 발명에 따르면, 이러한 문제점은 강철 중공체(hollow body)의 지지암에 폴리페닐렌 설피드의 코어를 넣어줌으로써 해결된다.  절연 물질로 된 상기 코어 내에 전기분해시 전원을 공급하는 전원공급봉이 놓이게 된다.  오직 도금통 안에서만 전원공급봉 및 생산물의 접촉 벌브 간의 연결이 지지암을 떠받치는 가운데 이루어진다.  이러한 형태의 구성으로 인해, 전원공급봉에서의 바람직하지 않은 금속의 에피택셜 성장을 막기 위한 추가적인 보호조치는 필요하지 않다.  지지암은 자체에 공급되는 전기적 전위가 없고, 그 위에 코팅된 플라스틱 층에 의해 외측에 대하여 추가적으로 보호되며, 바람직하게는 PVDF(폴리비닐리덴 플루오리드) 또는 에틸렌 및 클로로트리플루오로에틸렌에 기초한 열가소성 플루오로카본으로 만들어진다.

도 1은 본 발명을 더 상세히 설명하고 있다.  숫자 1은 스탠드를 갖춘 지지 프레임을 나타내는데, 지지 프레임은 상기 장치의 단일 구성요소들, 도금통, 구동유닛 및 지지암을 포함하고 있다. 지지 프레임은 그 위에 수송용 베어링(4)을 갖고 있으며, 수송용 베어링은 각각의 전해질 또는 헹굼(rinsing) 욕조의 안 또는 밖으로 장치를 내리거나 올리는 데 사용된다.

지지 프레임은 그 안에 캡슐형 구동 모터(3)를 갖고 있는데, 상기 구동 모터는 전기적 절연을 위하여 매달린 형태이며 기밀 샤프트 유도장치(5)를 가지고 있다.  바람직하게는 폴리페닐렌 설피드로 만들어진 구동 톱니바퀴(6)는 샤프트의 끝부분에 위치한다.  구동 톱니바퀴는 바람직하게는 폴리페닐렌 설피드로 강화된 유리섬유로 구성되어 있는 도금통(13)을 구동시킨다.  도금통(13)은 지지 프레임(1)과 지지암(11)을 통해 연결된다.  지지암(11)은 바람직하게는 스테인리스 스틸로 만들어지며, 속이 비어 있고, 바깥쪽은 플루오로폴리머로 코팅되어 있다.  지지암(11) 속의 빈 공간은 전기분해용 전원을 공급하는 전원공급봉(9, 10)이 놓인 절연 물질을 포함하고 있다.  숫자 12는 도금통을 지지하는 베어링 블록을 나타낸다.  도금통은 관통된 측면 벽(14) 및 그 쪽으로 열리는 관통 튜브(15)가 있다.  코팅할 재료 주변의 전해질 농도를 높일 목적으로, 내부의 보조 양극(17)을 상기 튜브를 통해 도금통 안으로 도입시킬 수 있다.  숫자 18은 도금통 안에 위치한 픽업 접촉부를 나타내며, 상기 픽업 접촉부는 바람직하게는 구리로 구성된다.

더욱이, 구부러지는 전류 전달 접촉부(16)는 도금통 내부에 놓인다.

숫자 9는 코팅될 재료에 전원을 공급하는 선을 나타내며, 이 선은 도금통 홀더 내부에서 절연되어 있다.  숫자 7은 비복귀성 플랩을 포함하는 구동유닛 하우징의 불활성 기체 통기공을 나타낸다.

상기 발명 장치를 사용함으로써, 양질의 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 코팅을 생산할 수 있다.  상기 장치는 마그네슘 및 마그네슘 합금의 코팅에도 적용될 수 있으며, 이러한 경우 상응하는 알킬마그네슘을 함유하는 전해질이 사용된다.  본 발명의 장치는 내구성이 좋으며, 또한 헹굼 과정과 같은 수용성 시스템에서도 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 하나의 스탠드 및 수송용 베어링을 갖는 지지 프레임;

   도금통의 길이축을 따라 위치하면서 측면 개구부가 있는 하나의 관통 튜브(perforated inner tube)가 구비되고, 전기 측면 개구부는 전해질 용기 내의 전해질 공급구와 직접 마주보도록 위치하며, 수용액 및 유기금속 전해질 내에서 110℃까지 안정한 물질로 구성되는, 적어도 하나의 도금통(plating barrel, 13);

   캡슐형 기밀 하우징에 위치하는 적어도 하나의 도금통 구동유닛(3); 및

   하나 또는 그 이상의 도금통 지지암(holding arm)으로 구성되는

   코팅하고자 하는 재료 상에 알킬알루미늄 화합물을 함유하는 유기금속 전해질로부터 알루미늄 및/또는 알루미늄 합금을 석출하는 전해석출장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 도금통(13)은 최소 40중량%의 유리섬유로 강화된 폴리페닐렌

   설피드로 구성되는 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 구동유닛(3)은 불활성 기체를 퍼징하고 가압하는 자동화 장치로

   제공되는 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.
4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

   보조 양극(17)은 금속 이온의 농도를 증가시키기 위하여 관통튜브(15)

   에 위치하는 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 구동유닛(3)은 구동유닛(3) 용기 벽을 통해 폴리테트라플루오로

   에틸렌으로 만들어진 기밀 샤프트 유도장치(5)에 의해 수행되는 구동

   샤프트를 갖는 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   지지암(11)은 강철 중공체(hollow body)이고, 폴리페닐렌 설피드의

   코어로 제공되는 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   바깥쪽의 지지암은 폴리비닐리덴 플루오리드 또는 에틸렌과 클로로

   트리플루오로에틸렌에 기초한 열가소성 플루오로카본으로 된 플라스틱

   층으로 코팅된 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.
8. 제 6항에 있어서,

   전기분해용 전원을 위한 전원공급봉은 폴리페닐렌 설피드의 코어에

   위치하는 것을 특징으로 하는

   전해석출장치.