KR20100104188A - 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법 - Google Patents

마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법에 관한 것이고, 구체적으로 전기, 전자기기, 안경테, 자동차 또는 각종 기계 부품에 사용되는 마그네슘 판재 또는 마그네슘 합금의 성형품과 같은 마그네슘 관련 제품의 내식성을 향상시키기 위한 무전해 또는 전해 도금 방법에 관한 것이다. 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법은 도금 가능한 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 피도물을 불화물의 산성용액에서 활성화하는 공정; 활성화가 된 피도물을 물 1L에 대하여 황산아연(ZnSO4) 15 내지 45 , 피로인산소다(Na4P2O7) 90 내지 150 g, 불화칼슘(KH) 5 내지 12g 및 탄산소다(Na2CO3) 3 내지 8 g가 첨가된 pH 10 내지 11의 용액 및 75 내지 90 ℃의 온도 조건에서 징케이트(zincate) 처리하는 단계; 징케이트 처리된 피도물을 동도금을 하는 단계를 포함한다.
마그네슘 합금, 로듐, 징케이트, 불화물, 아연 본달 층

Description

마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법{Method for Plating Magnesium or Magnesium Alloy Goods}
본 발명은 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법에 관한 것이고, 구체적으로 전기, 전자기기, 안경테, 자동차 또는 각종 기계 부품에 사용되는 마그네슘 판재 또는 마그네슘 합금의 성형품과 같은 마그네슘 관련 제품의 내식성을 향상시키기 위한 무전해 또는 전해 도금 방법에 관한 것이다.
마그네슘 또는 마그네슘 합금은 실용 금속 중 가장 비중이 작으면서 비강도가 크고 그리고 주조성, 절삭성, 치수 안정성 및 내구성이 매우 뛰어나다는 이점을 가진다. 이로 인하여 마그네슘 관련 제품은 자동차 부품, 통신부품, 전자부품, 컴퓨터, 휴대용 전자기기뿐만 아니라 스포츠 용품의 재료로 사용되고 있다. 그러나 마그네슘 관련 제품은 공기 중에서 가장 부식되기 쉬운 금속이므로 제품으로 사용되기 위하여 표면처리가 되어야 한다. 마그네슘 관련 제품의 표면 처리는 크로메이트 화성 처리 또는 양극산화처리와 같은 방법이 이용되고 있지만 크로메이트 화성 처리는 용액의 크롬 6가 이온으로 인하여 환경 문제를 발생시킨다는 문제점을 가진다. 이로 인하여 마그네슘 관련 제품에 대한 새로운 도금 방법이 요구된다.
마그네슘 관련 제품의 도금과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2007-0089333호 “금속 알레르기 방지용 표면처리 다층 복합도금방법 및 그에 따른 다층 복합 도금 구조”가 있다. 상기 선행기술은 마그네슘 또는 마그네슘 합금제의 기판에 전기화학적 방법에 의하여 구리-주석 합금 도금층 또는 구리-주석-아연 합금 도금층을 형성하는 금속 알레르기 방지용 표면처리 다층 복합 도금방법에 대하여 개시하고 있다.
마그네슘 관련 제품의 도금과 관련된 다른 선행기술로 특허등록번호 제0849379호 “마그네슘합금의 친환경적 습/건식 혼합형 표면처리방법이 있다. 상기 선행기술은 친환경적 표면처리와 대량 생산에 따른 생산성 향상을 목적으로 다이캐스팅이 된 마그네슘합금 사출물을 트리밍과 기계가공을 통하여 형성하고 그리고 수작업을 통한 세부적인 주조결함을 제거하는 사상 공정을 포함하는 전처리 공정, 전처리가 된 사출물에 잔존하는 각종 이물질을 제거하기 위한 세척공정, 상기 세척된 사출물을 피막형성을 위해 제조된 시약에 사출물을 침지시켜 코팅하는 코팅공정, 상기 코팅공정을 통해 표면으로 화학조성물을 코팅한 사출물을 열처리를 통해 코팅된 화학조성물에 잔존하는 가스를 배출하는 어널링 공정, 상기 열처리된 사출물을 다시 재가열하여 버닝을 통해 산화피막을 형성하는 버닝공정 및 후처리공정을 포함하는 마그네슘합금의 표면처리방법에 대하여 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 내식성이 향상된 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법은 도금 가능한 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 피도물을 불화물의 산성용액에서 활성화하는 공정; 활성화가 된 피도물을 물 1L에 대하여 황산아연(ZnSO4) 15 내지 45 , 피로인산소다(Na4P2O7) 90 내지 150 g, 불화칼슘(KH) 5 내지 12g 및 탄산소다(Na2CO3) 3 내지 8 g가 첨가된 pH 10 내지 11의 용액 및 75 내지 90 ℃의 온도 조건에서 징케이트(zincate) 처리하는 단계; 징케이트 처리된 피도물을 동도금을 하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 동도금을 하는 단계는 시안동으로 처리하는 단계와 시안동 처리된 피도물을 황산동으로 처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 동도금이 된 이후 니켈 또는 로듐으로 도금하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품은 산성 용액의 불화물에서 전처리가 된 표면 층; 표면 층 위에 형성된 아 연 본달 층; 아연 본달 층 위에 형성된 청화 도금 층; 청화 도금 층 위에 형성된 황산동 도금 층; 및 황산동 도금 층 위에 형성된 니켈 또는 로듐 도금 층을 포함하고, 상기에서 아연 본달 층은 전기 전도성을 가진다.
본 발명의 방법은 마그네슘 관련 제품의 내식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 관련 제품의 양산이 가능하다는 이점을 가진다. 아울러 환경오염 문제를 방지할 수 있다는 장점을 가진다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 제시된 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 예시적인 것이므로 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 도금방법에 따른 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 도금방법은 도금 가능한 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 피도물을 불화물의 산성용액에서 활성화를 하는 단계(P11); 활성화가 된 피도물을 징케이트(zincate) 처리하는 단계(P12); 징케이트 처리된 피도물을 시안동으로 처리하는 단계(P13); 시안동으로 처리된 피도물을 황산동으로 처리하는 단계(P14); 및 황산동으로 처리된 피도물을 니켈 또는 로듐으로 도금하는 단계(P15)를 포함한다.
본 발명에 따른 도금방법이 적용 가능한 금속은 마그네슘 판재, 마그네슘 성형물, 마그네슘 합금으로 이루어진 판재 또는 마그네슘 합금 성형물을 포함한다. 마그네슘 판재 또는 마그네슘 성형물은 예를 들어 마그네슘을 주요 소재로 하여 압출, 사출, 압연, 주조 또는 단조와 같이 이 분야에서 공지된 모든 방법에 의하여 제조된 임의의 제품을 말한다. 마그네슘 합금은 마그네슘에 지르코늄을 첨가하여 제조된 마그네슘-지르코늄 합금, 내열 마그네슘 합금, 마그네슘-알루미늄 합금, 마그네슘-알루미늄-아연 합금과 같이 마그네슘을 주요 원료로 하거나 또는 마그네슘이 첨가재가 아닌 성형 소재의 형상을 이루기 위하여 사용된 모든 마그네슘을 함유하는 금속 또는 비금속 소재를 포함한다. 본 발명에서 마그네슘 제품 또는 마그네슘 합금 제품은 판재, 성형품, 소재, 부품 또는 완성품과 같은 것을 포함하며 내식성 또는 다른 물성의 향상을 위하여 표면 도금이 요구되는 마그네슘 또는 마그네슘 합금으로부터 성형되는 일정한 형상을 가진 중간 또는 최종 생산물을 의미하고 본 명세서에서 피도물이라고 명해진다.
피도물은 먼저 도금 물질이 표면에 견고하게 부착이 되도록 하기 위한 전처리 과정으로 표면 활성화가 될 수 있다(P11). 표면 활성화 공정은 구체적으로 피도물의 표면에 존재하는 오일, 그리스(grease) 또는 탄소(carbon)와 같은 성분을 제거하기 위하여 금속용 탈지제 60 내지 70 g/L의 농도를 가지는 용액을 이용하여 60 내지 75 ℃의 온도 2 내지 5분간 침지하여 2 내지 5회 세척하는 공정을 포함한다. 탈지제는 pH 8 내지 11이 되는 금속을 부식시키지 않는 알칼리 탈지제가 될 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다. 표면 활성화 공정은 또한 물 1L에 대하여 인산(H3PO4) 5 내지 15L을 첨가한 인산용액을 이용하여 실온에서 20 내지 70초 동안 침지하여 세척하는 공정을 포함할 수 있다. 표면 활성화 공정은 세척 공정이 이루어진 후 불화물의 산성용액에서 표면 처리하는 공정을 포함할 수 있다. 구체적으로 물 1L에 대하여 크롬산(CrO3) 250g 내지 300g, 질산(H2NO3) 20 내지 30 ㎖ 및 중불화암몬 6.0 내지 9.0 ㎖이 첨가된 용액을 이용하여 실온에서 60 내지 120초 동안 침지하는 공정을 포함한다. 또한 불화물의 산성용액에서 표면 처리하는 공정은 빙초산(CH3COOH) 250 내지 300 g/L을 포함하는 산성 용액에서 30 내지 120초 동안 침지시키는 공정과 물 1L에 대하여 크롬(CrO3) 150 내지 220g 및 불화 마그네슘(MgF2) 또는 칼륨 0.5 내지 1.5 g을 포함하는 산성 용액에서 30 내지 60초 동안 침지시키는 공정을 포함할 수 있다. 추가로 불화물의 산성 용액에서 표면 처리하는 공정은 물 1L에 대하여 인산 150 내지 250 ㎖ 및 불화수소암모늄(NH4HF4) 80 내지 150 g가 첨가된 용액을 이용하여 실온에서 30 내지 120초 동안 침지시키는 공정을 포함할 수 있다.
위에서 설명한 일련의 습식전처리 공정은 순차적으로 실시되거나 또는 서로 다른 순서로 실시될 수 있고 그리고 반드시 전체 공정이 모두 실시되어야 하는 것은 아니다. 제품에 따라 제시된 일련의 공정 중 일부만이 실시되거나 또는 전체 공정이 실시될 수 있다.
습식전처리 공정이 완료되어 피도물의 표면은 도금이 이루어지기에 적합한 상태가 된다. 도금 층의 안정적인 형성을 위하여 습식전처리 공정 이후 피도물의 표면에 대하여 징케이트(zincate) 처리하는 공정이 실시될 수 있다(P12). 징케이트 처리 공정은 치환법에 의하여 피도물의 표면에 아연을 석출시키는 방법을 말한다. 징케이트 처리는 징케이트 욕(zincate bath)에서 이루어질 수 있고 그리고 징케이트 욕은 물 1L에 대하여 황산아연(ZnSO4) 15 내지 45 , 피로인산소다(Na4P2O7) 90 내지 150 g, 불화칼슘(KH) 5 내지 12g 및 탄산소다(Na2CO3) 3 내지 8 g가 첨가된 pH 10 내지 11의 용액 및 75 내지 90 ℃의 온도 조건을 가질 수 있다. 피도물은 이와 같은 조건을 가진 징케이트 욕에 30 내지 120초 동안 침지되고 이로 인하여 피도물의 표면은 아연으로 치환되어 전기 전도성을 가질 수 있게 된다.
이와 같이 징케이트 처리가 된(P12)가 피도물에 대하여 추가적인 동도금을 위하여 물 1L에 대하여 크롬산(H2CrO4) 240 내지 320 g, 질산 20 내지 30 ㎖ 및 불산(HF) 5 내지 10 ㎖가 첨가된 용액을 이용하여 실온에서 30 내지 120초 동안 침지시키는 공정이 진행될 수 있지만 반드시 필요한 것은 아니다.
징케이트 처리 공정이 완료되면(P12)가 동도금 공정이 진행될 수 있다. 동도금 공정은 시안동 도금 공정(P13) 및 황산동 도금 공정(P14)을 포함할 수 있다. 동도금 공정은 산성도금액과 알칼리도금액에서 이루어질 수 있고 그리고 산성도금액은 붕불화동도금액이 사용될 수 있지만 바람직하게 청화동 또는 시안동(CuCN) 도금액이 될 수 있고 이에 의하여 청화동 도금 공정이 진행된다(P13). 이후 피로 인산동(Cu2SO4) 또는 술파민산동에 의한 도금이 이루어질 수 있지만 바람직하게 황산동(CuSO4?5H2O)에 의한 도금이 이루어진다(P14). 동도금은 이와 같이 시안동 도금 에 의한 1가 동도금 및 황산동 도금에 의한 2가 동도금으로 진행될 수 있고 그리고 동도금은 이 분야에서 공지된 임의의 방법에 따라 이루어질 수 있다.
동도금 공정이 완료되면, 니켈 또는 로듐 도금이 진행될 수 있다(P15). 니켈 도금은 무전해 니켈도금 또는 전해니켈 도금 공정이 될 수 있고 그리고 로듐 도금은 선택적으로 황산로듐과 황산의 혼합용액에서 진행될 수 있다.
무전해 니켈도금은 예를 들어 물 1L에 대하여 (2NiCO3)·(3NiCOH)2·4H2O 5 내지 15 g, HF 4 내지 8 ㎖, C6H3O7 4 내지 6 g, NH4HF4 10 내지 20 g, NaH2PO2·H2O 15 내지 25 ㎖, 및 NH4OH 5 내지 10 ㎖이 첨가된 용액을 이용하여 70 내지 90 ℃의 온도와 pH 4.2 내지 7에서 이루어질 수 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
전해 니켈 도금, 무전해 니켈 도금 또는 로듐 도금은 이 분야에서 공지된 방법에 따라 그리고 마그네슘 또는 마그네슘 제품의 종류에 따라 선택적으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 도금된 마그네슘 또는 마그네슘 제품의 실시 예가 도 2에 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 습식전처리가 된 마그네슘 소재(21)에 징케이트 처리가 되면서 아연 본달 층(22)이 형성되고 그리고 동도금 공정으로 청화동도금 층(23)과 황산동도금 층(24)이 형성될 수 있다. 그리고 최종적으로 제품의 종류에 따라 니켈 도금에 의하여 전해니켈도금 층 또는 무전해니켈도금 층(25)이 형성될 수 있다. 필요에 따라 광택이 요구되는 제품인 경우 로듐 도금이 추가적으로 실시될 수 있다.
본 발명의 방법은 마그네슘 관련 제품의 내식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘 관련 제품의 양산이 가능하다는 이점을 가진다. 아울러 환경 오염 문제를 방지할 수 있다는 장점을 가진다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으면 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
도 1은 본 발명의 도금방법에 따른 공정을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 방법에 따라 도금된 마그네슘 또는 마그네슘 제품의 실시 예를 도시한 것이다.

Claims (4)

  1. 도금 가능한 마그네슘 또는 마그네슘 합금의 피도물을 불화물의 산성용액에서 활성화하는 공정;
    활성화가 된 피도물을 물 1L에 대하여 황산아연(ZnSO4) 15 내지 45 , 피로인산소다(Na4P2O7) 90 내지 150 g, 불화칼슘(KH) 5 내지 12g 및 탄산소다(Na2CO3) 3 내지 8 g가 첨가된 pH 10 내지 11의 용액 및 75 내지 90 ℃의 온도 조건에서 징케이트(zincate) 처리하는 단계; 및
    징케이트 처리된 피도물을 동도금을 하는 단계를 포함하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금제품의 도금방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 동도금을 하는 단계는 시안동으로 처리하는 단계와 시안동 처리된 피도물을 황산동으로 처리하는 단계를 포함하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금제품의 도금 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 동도금이 된 이후 니켈 또는 로듐 도금으로 도금하는 단계를 더 포함하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품의 도금 방법.
  4. 산성 용액의 불화물에서 전처리가 된 표면 층;
    표면 층 위에 형성된 아연 본달 층;
    아연 본달 층 위에 형성된 청화 도금 층;
    청화 도금 층 위에 형성된 황산동 도금 층; 및
    황산동 도금 층 위에 형성된 니켈 또는 로듐 도금 층을 포함하고,
    상기에서 아연 본달 층은 전기 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 마그네슘 또는 마그네슘 합금 제품.
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