KR20190076279A

KR20190076279A - 에지 마스크를 구비한 전기 도금 장치

Info

Publication number: KR20190076279A
Application number: KR1020170177950A
Authority: KR
Inventors: 조두환; 조홍래
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-07-02
Also published as: KR102065220B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도금 장치는, 강판을 이송하여 도금용액이 저장된 수평 도금셀의 내부로 공급하고, 인가되는 전원을 상기 강판에 전달하여 상기 강판을 캐소드(cathode) 전극으로 동작하게 하는 도금롤, 상기 수평 도금셀 내부로 유입되는 강판의 상부 또는 하부에 위치하고, 상기 전원이 인가되면 애노드(anode) 전극으로 동작하는 도금전극, 상기 강판의 양쪽 에지부에 인접 배치되며, 상하 비대칭 구조로 형성된 상부 팁 및 하부 팁을 가지는 에지 마스크들, 및 상기 에지 마스크들을 이동하여, 상기 강판에 대한 상기 에지 마스크들의 위치를 조절하는 이동부;를 포함한다.

Description

에지 마스크를 구비한 전기 도금 장치{ELECTROPLATING APPARATUS WITH EDGE MASK}

본 발명은 에지 마스크를 구비한 전기 도금 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 전기 도금 공정에서 강판의 에지(edge) 부분에 전류집중에 의한 덴드라이트성 도금성장을 방지할 수 있는 에지 마스크를 구비한 수평 셀 구조의 전기 도금 장치에 관한 것이다.

일반적으로 수평형 전기도금 방법인 LCC-H (liquid cushion cell-horizontal) 도금 셀(cell)에서는 강판은 음극(cathode)이 되고, 양극(anode)은 산화이리듐을 코팅한 티타늄 금속 소재를 사용한다. 일반적으로 양극은 강판의 폭보다 크게 설계되어 있어서 강판의 양 에지부에 양극으로부터의 전류가 집중되는 현상이 생긴다. 이로 인해 강판의 에지부에는 과도금이 되거나, 덴드라이트성 도금성장을 일어난다. 이로 인해 제품 생산 시 다양한 결함이 유발되는데, 첫째, 에지 부위의 과도금에 의해 강판을 코일로 감을 때 골곡을 발생할 뿐만 아니라 코일의 권취불량 문제가 발생한다. 둘째, 에지부에 나타나는 과도금 혹은 덴드라이트성 도금은 쉽게 탈락되어 후속 공정의 롤(roll)에 압착되어 강판 표면에 덴트(dent)결함을 유발한다. 이로 인해 압착된 도금 조각을 제거하기 위해 가동 중단 또는 저속작업 등으로 조업 생산성이 나빠지는 문제가 있다. 또한 탈락된 도금 조각은 도금용액 중에 떠 다니면서 강판 표면에 부착되어 품질문제를 유발하기도 한다. 특히, 합금도금 및 생산성 향상을 위해 고전류 조업 시 덴드라이트성 도금성장은 더욱 심해지고 이로 인한 결함발생이 크게 증가하는 문제가 있다.

따라서 강판의 양 에지부에 전류 집중을 개선하기 위해 강판의 양 에지부에절연성 소재로 제작된 에지 마스크를 적용하고 있다.

공개특허공보 2014-0122768호

본 발명의 일 실시예에서 해결하고자 하는 과제는, 도금셀 내에 과도금 혹은 덴드라이트성 도금성장을 방지하기 위한 에지 마스크를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기 도금 장치는, 강판을 이송하여 도금용액이 저장된 수평 도금셀의 내부로 공급하고, 인가되는 전원을 상기 강판에 전달하여, 상기 강판을 캐소드(cathode) 전극으로 동작하게 하는 도금롤, 상기 수평 도금셀 내부로 유입되는 강판의 상부 또는 하부에 위치하고, 상기 전원이 인가되면 애노드(anode) 전극으로 동작하는 도금전극, 상기 강판의 양쪽 에지부에 인접 배치되며, 상하 비대칭 구조로 형성된 상부 팁 및 하부 팁을 가지는 에지 마스크들, 및 상기 에지 마스크들를 이동하여, 상기 강판에 대한 상기 에지 마스크들의 위치를 조절하는 이동부를 포함한다.

일 예로, 상기 하부 팁의 길이가 상기 상부 팁의 길이보다 더 길게 형성될 수 있다.

일 예로, 상기 하부 팁의 말단의 두께가 상기 상부 팁의 말단의 두께보다 얇을 수 있다.

일 예로, 상기 에지 마스크는 통전성 소재로 이루어질 수 있고, 상기 통전성 소재는 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP)을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 수평형 전기도금 시 강판의 양 에지부에 전류집중을 차단하여 과도금 혹은 덴드라이트성 도금성장을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 강판에 고밀도 전류의 인가가 가능함으로써 고속도금이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 도금셀을 가지는 전기 도금 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 에지 마스크를 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 에지 마스크를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.

그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 도금셀을 가지는 전기 도금 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기 도금 장치는, 도금롤(10), 도금전극(20), 에지 마스크(edge mask, 30), 이동부(40)를 포함할 수 있다.

도금롤(10)은 강판(1)을 이송하여 도금용액이 저장된 수평 도금셀(100)의 내부로 공급할 수 있다. 도금롤(10)은 수평 도금셀(100)의 전단 및 후단에 각각 배치될 수 있으며, 도금롤(10)은 강판(1)의 상면에 접촉한다. 도금롤(10)이 회전하게 되면, 도금롤(10)과 강판(1)이 접촉하는 표면에서의 마찰력을 이용하여 강판(1)을 이송할 수 있다. 도금롤(10)은 전도성을 가진다. 이때, 전기 도금 장치는 강판(1)의 아래에 위치하는 백업롤을 더 포함할 수 있으며, 상기 백업록은 강판(1)의 하면에 접촉할 수 있다. 강판(1)은 도금롤(10)과 상기 백업롤의 사이에서 수평방향으로 밀려 수평 도금셀(100)의 내부로 공급될 수 있다.

수평 도금셀(100) 내부에는 도금전극(20)이 강판(1)과 간격을 가지면서 설치될 수 있다. 여기서, 도금전극(20)은 강판(1)의 위 및 아래에 위치할 수 있다. 특히, 도금전극(20)이 강판(1)의 위 및 아래에 모두 위치하는 경우에는, 강판(1)의 양면을 동시에 도금하는 것이 가능하다. 강판(1)의 위에 위치하는 도금전극(20)은 상부 도금전극이고, 강판(1)의 아래에 위치하는 도금전극(20)은 하부 도금전극일 수 있다. 여기서, 수평 도금셀(100)의 내부로 공급된 강판(1)은 도금전극(20)과 간격을 가질 수 있다. 강판(1)과 도금전극(20) 사이의 간격에 도금용액이 공급될 수 있다. 도금전극(20)은 상기 도금용액이 공급되는 구멍(H)을 가질 수 있다. 이후, 강판(1)과 도금전극(20) 사이에 기 설정된 도금전압이 인가되면, 강판(1)은 캐소드(cathode) 전극으로 동작하고 도금전극(20)은 애노드(anode) 전극으로 동작하여, 강판(1)의 표면에 대한 전기도금이 수행될 수 있다. 여기서, 도금전극(20)은 불용성 전극(insoluble electrode)일 수 있다.

구체적으로, 전원(미도시)이 도금롤(10)과 도금전극(20) 사이에 연결될 수 있으며, 도금롤(10)과 접촉하는 강판(1)은 도체이므로, 상기 전원에 의하여 강판(1)과 도금전극(20) 사이에 상기 도금전압이 인가될 수 있다. 따라서, 상기 도금용액에 포함된 이온상태의 도금물질이 전기적 인력에 의하여 강판(1)으로 이동하게 되고, 상기 이온상태의 도금물질은 강판(1)으로부터 전자를 받아 강판(1)의 표면에서 석출될 수 있다. 여기서, 상기 석출된 도금물질이 강판(1)의 표면에 달라붙으므로 도금이 진행하게 된다. 예를 들어, 상기 도금용액은 아연이온을 포함하는 것일 수 있으며, 이 경우 강판(1)에 대한 아연도금이 진행될 수 있다. 즉, 상기 아연이온이 상기 도금전압에 의하여 강판(1)으로 이동하게 되며, 상기 아연이온은 강판(1)으로부터 전자를 받아서 석출될 수 있다. 강판(1)의 표면에 석출된 아연에 의하여 강판(1)의 표면이 아연도금될 수 있다.

일반적으로 도체의 첨단부에는 전하가 몰리는 특성이 있으므로, 강판(1)의 에지부에 전하가 집중되는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우, 강판(1)의 중심부에 비하여 에지부에서 상기 도금물질의 석출이 활발하게 수행되므로, 상기 에지부에서 과도금이 발생하거나 덴드라이트성(dendrite) 도금이 형성되는 등의 문제가 발생할 수 있다.

강판(1)의 에지부에 대한 과도금을 방지하기 위하여, 에지 마스크(edge mask, 30)의 구성을 더 포함할 수 있다. 에지 마스크(30)는 도금전극(20)과 강판(1)의 사이에 위치할 수 있다. 에지 마스크(30)는 도 1에 도시한 바와 같이, 수평 도금셀(100)의 측면에 구비될 수 있으며, 강판(1)의 이송방향에 대하여 수직한 방향으로 전진 또는 후진할 수 있다. 에지 마스크(30)는 강판(1)의 양쪽 에지부에 대하여 각각 구비될 수 있다. 에지 마스크(30)은 강판(1)과 상부 도금전극(20) 사이에 배치되는 상부 팁과 강판(1)과 하부 도금전극(20) 사이에 배치되는 하부 팁을 가질 수 있다. 상기 에지 마스크(30)의 구조에 대해서는 도 2를 참조하여 다시 설명한다.

수평 도금셀(100)로 공급되는 강판(1)의 폭이 달라지거나, 강판(1)의 위치가 변경된 경우에는, 강판(1)의 폭에 맞추어 에지 마스크(30)의 위치를 조절할 수 있다. 이동부(40)를 이용하여 에지 마스크(30)를 이동시킬 수 있으며, 이동부(40)의 동작에 의하여 강판(1)에 대한 에지 마스크(30)의 위치가 조절될 수 있다. 앞서 살핀 바와 같이, 이동부(40)는 강판(1)의 이송방향에 대한 수직한 방향으로 에지 마스크(30)를 전진 또는 후진할 수 있으며, 강판(1)의 폭 등을 고려하여, 에지 마스크(30)가 강판(1)의 에지부에 인접하도록 에지 마스크(30)의 위치를 조절할 수 있다.

구체적으로, 이동부(40)는 동작모터(41), 이동프레임(42) 및 지지 로드(43)을 포함할 수 있다. 에지 마스크(30)는 지지 로드(43)에 의해 이동프레임(42)과 연결되고, 이동프레임(42)과 함께 움직일 수 있다. 동작모터(41)는 회전방향에 따라 이동프레임(42)을 전진 또는 후진시킬 수 있다. 따라서, 이동부(40)는 동작모터(41)의 회전수 및 회전방향을 이용하여 에지 마스크(30)의 위치를 조절할 수 있다. 이동프레임(42) 및 지지 로드(43)는 티타늄 등의 금속으로 이루어질 수 있다.

도 3을 참조하면, 종래의 에지 마스크(30')는 절연성 소재로 이루어지고, 상부-하부 대칭형 구조의 팁들로 제작되어 도금전극(20)에서 강판(1)으로의 전류흐름을 차단하는 기능을 수행하였다. 일반적으로 강판(1)은 만곡 혹은 웨이브(Wave)가 존재하고, 수평 도금셀(100, 도 1 참조)에서 처짐 혹은 카테너리(Catenary)를 형성하므로 하부 도금전극(20)과의 거리가 상부 도금 전극(20)과의 거리보다 짧은 경향이 있다. 이에 따라 하부 도금전극(20)으로부터의 전류집중이 상부 도금전극(20)보다 훨씬 심해져 덴드라이트성 도금이 심한 경향이 있다.

도 3을 참조하며, 종래의 에지 마스크(30')은 상부 마스크 팁(30u')과 하부 마스크 팁(30d')이 상하 대칭형으로 설계되고, 강판(1)의 에지부가 삽입될 수 있도록 홈을 가질 수 있다. 즉, 상부 마스크 팁(30u')의 길이와 하부 마스크 팁(30d')의 길이가 서로 동일하다.

강판(1)의 만곡(또는 웨이브) 및 처짐(또는 카테너리) 등에 의해 에지 마스크(30')가 강판(1)의 에지부에 효과적으로 근접하기 어려운 문제점이 있고, 에지 마스크(30')의 상부 및 하부 마스크 팁들(30u', 30d')은 강판(1)의 에지부와 양의 갭(G1)을 가질 수 있다. 양의 갭(G1)은 상부 및 하부 마스크 팁들(30u', 30d')이 강판(1)의 에지부와 중첩되지 않으면서, 특정 간격을 가지는 경우를 의미한다. 또한, 절연성의 재료로 만든 에지 마스크(30')는 과량의 전류가 강판(1)의 에지부에 도달하는 것을 막을 수는 있으나, 상기와 같은 이유로 근접제어가 불가능할 경우가 있으므로 효과적인 전류 차단이 어려운 문제점이 있다. 일반적으로 에지 마스크(30')는 베이크라이트 혹은 폴리에틸렌와 같은 내산성 플라스틱 혹은 섬유강화 플라스틱(FRP)를 사용하여 제작된다.

본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 에지 마스크(30)의 상부 마스크 팁(30u) 및 하부 마스크 팁(30d)의 구조를 상하 비대칭 구조로 제작하여, 에지 마스크(30)가 강판(1)에 근접 가능하도록 하였다.

도 2를 참조하면, 하부 마스크 팁(30d)의 길이가 상부 마스크 팁(30u)의 길이보다 길게 형성된 비대칭 구조를 가지도록 에지 마스크(30)이 제작될 수 있다. 하부 마스크 팁(30d)의 말단의 두께가 상부 마스크 팁(30u)의 말단의 두께보다 얇게 제작될 수 있다. 상부 마스크 팁(30u)가 강판(1)의 에지부와 양의 갭(G1)을 가지는 경우에도, 하부 마스크 팁(30d)은 강판(1)의 에지부와 중첩되어 음의 갭(G2)를 가질 수 있다. 따라서, 하부의 도금전극(20)으로부터 전류 집중을 효과적으로 차단할 수 있다.

또한, 절연성 소재를 이용하여 과량의 전류를 차단하는 방식과 달리, 전류를 흡수할 수 있도록 에지 마스크(30)는 통전성 재료로 제작될 수 있다. 간혹 국부전류에 의한 상부 및 하부 도금전극(20) 간의 전압차이가 발생하여 음(-)의 전기를 띄는 도금전극(20)에 금속이 석출하는 역도금이 발생하는 경우가 생긴다. 상기 통전성 재료로 형성된 에지 마스크(30)는 과량의 전류를 효과적으로 흡수할 수 있으므로, 이와 같은 역도금 문제를 해결하는 방법이 될 수 있다. 상기 통전성 재료로는 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP)가 사용될 수 있다. 에지 마스크(30) 제작 시, 카본섬유 시트를 적층하고 고분자 수지를 함침하여 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP)를 만들 수 있다. 이 때 카본섬유는 비저항이 10^-1 Wm 이하의 제품을 사용하고, 시트로 제조된 것을 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP) 제작 시 표면에 적층하여 사용하고 적층 수는 많을수록 좋다. FRP에 함침되는 고분자 수지는 통상적으로 강도가 우수한 에폭시 수지를 사용하고 폴리에스테르, 비닐에스테르, 나일론 수지가 사용될 수 있다.

실시예

이하, 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명의 구체적인 실시에 대한 일 예로서, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

실시 예1 내지 24 및 비교예 1 내지 8

아래 표 1에 나타낸 바와 같이, 강판의 에지부 전류집중을 방지하기 위한 에지 마스크를 제작하여 덴드라이트성 도금의 발생여부를 평가하였다. 에지 마스크의 팁의 구조는 기존의 대칭형과 본 발명에서 비대칭 구조로 제작하였고, 각각에 대해 유리섬유를 이용한 섬유 강화 플라스틱(FRP)와 카본 섬유를 이용한 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP)로 에지 마스크를 제작하였다. 강판에 대한 에지 마스크의 근접거리 또는 갭(Gap)은 대칭 구조의 에지 마스크인 경우 +10mm로, 비대칭 구조의 에지 마스크인 경우 하부 마스크 팁 기준으로 -5mm로 근접제어 하였다. 또한 전류밀도 값은 각각 저전류 50과 고전류 100A/dm² 에서 실시하였다. 각각의 전류값에 대해 라인스피드 80, 120mpm 및 강판두께 0.45mm, 1.0mm 에서 덴드라이트성 도금의 발생여부를 평가하였다.

실시예들 1 내지 8에서 대칭구조의 마스크 팁이고, 전도성 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP)로 제작된 에지 마스크를 사용할 경우, +10mm 근접제어 시에도 덴드라이트성 도금이 작게 발생하는 효과를 얻었으며, 비교예들 1 내지 8에서 대칭구조의 마스크 팁이고, 일반 섬유 강화 플라스틱(FRP)로 제작된 에지 마스크를 사용할 경우에는 많이 덴드라이트성 도금이 발생하였다. 한편, 실시예들 9 내지 24에서 비대칭 구조의 마스크 팁일 경우, 에지 마스크가 FRP 혹은 Carbon FRP 중 어느 것으로 제작되더라도, -5mm 근접제어가 가능하여 덴드라이트성 도금이 발생하지 않았다. 따라서 본 발명에 의한 비대칭 구조의 마스크 팁을 가진 에지 마스크는 강판의 에지부에 음(-)의 근접제어가 가능하므로, 더불어 전기 전도성으로 인해 도금전극으로부터 전류를 흡수함으로써, 덴드라이트성 도금의 발생을 효과적으로 막을 수 있다.

	Mask 구조	Mask 재질	Mask Gap (mm)	전류밀도 (A/dm²)	Line Speed (mpm)	강판 두께 (mm)	Dendrite성 도금
실시예 1	대칭구조	Carbon-FRP	10	50	80	0.45	○
실시예 2					80	1.00	○
실시예 3					120	0.45	○
실시예 4					120	1.00	○
실시예 5				100	80	0.45	○
실시예 6					80	1.00	○
실시예 7					120	0.45	○
실시예 8					120	1.00	○
실시예 9	비대칭 구조	FRP	-5	50	80	0.45	◎
실시예 10					80	1.00	◎
실시예 11					120	0.45	◎
실시예 12					120	1.00	◎
실시예 13				100	80	0.45	◎
실시예 14					80	1.00	◎
실시예 15					120	0.45	◎
실시예 16					120	1.00	◎
실시예 17		Carbon-FRP	-5	50	80	0.45	◎
실시예 18					80	1.00	◎
실시예 19					120	0.45	◎
실시예 20					120	1.00	◎
실시예 21				100	80	0.45	◎
실시예 22					80	1.00	◎
실시예 23					120	0.45	◎
실시예 24					120	1.00	◎
비교예 1	대칭구조	FRP	10	50	80	0.45	X
비교예 2					80	1.00	△
비교예 3					120	0.45	X
비교예 4					120	1.00	△
비교예 5				100	80	0.45	X
비교예 6					80	1.00	△
비교예 7					120	0.45	X
비교예 8					120	1.00	△

상기 표 1에서 강판의 에지부에 생성되는 덴드라이트 도금성에 대한 평가는 광학현미경을 이용하여 덴드라이트 도금결정의 크기와 양을 상대 평가하여 판정하였다.

미발생 (◎) > 간혹 발생 (○) > 다소발생 (△) > 많이 발생 (X)

이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 통상의 기술자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 강판 10: 도금롤
20: 도금전극 30: 에지 마스크
30u: 상부 마스크 팁 30d: 하부 마스크 팁
40: 이동부 41: 구동모터
42: 이동프레임 43: 지지 로드
100: 수평 도금셀

Claims

강판을 이송하여 도금용액이 저장된 수평 도금셀의 내부로 공급하고, 인가되는 전원을 상기 강판에 전달하여, 상기 강판을 캐소드(cathode) 전극으로 동작하게 하는 도금롤;
상기 수평 도금셀 내부로 유입되는 강판의 상부 또는 하부에 위치하고, 상기 전원이 인가되면 애노드(anode) 전극으로 동작하는 도금전극;
상기 강판의 양쪽 에지부에 인접 배치되며, 상하 비대칭 구조로 형성된 상부 팁 및 하부 팁을 가지는 에지 마스크들; 및
상기 에지 마스크들를 이동하여, 상기 강판에 대한 상기 에지 마스크들의 위치를 조절하는 이동부;를 포함하는 전기 도금 장치.
제1항에 있어서,
상기 하부 팁의 길이가 상기 상부 팁의 길이보다 더 길게 형성된 전기 도금 장치.
제2항에 있어서,
상기 하부 팁의 말단의 두께가 상기 상부 팁의 말단의 두께보다 얇은 전기 도금 장치.
제1항에 있어서,
상기 에지 마스크는 통전성 소재로 이루어진 전기 도금 장치.
제4항에 있어서,
상기 통전성 소재는 카본 섬유 강화 플라스틱(Carbon FRP)을 포함하는 전기 도금 장치.