KR20200093298A - Cr-P 합금 도금액 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 황산크롬(III) 100중량부 기준으로, 포타슘 포메이트 50 내지 70중량부; 포타슘 클로라이드 45 내지 65중량부; 암모늄 클로라이드 30 내지 50중량부; 및 소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트 10 내지 20중량부를 포함하는 도금액 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 도금액 조성물, 특정적으로 Cr-P 합금 도금액 조성물은 친환경적이면서도 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 내식성, 장식성 등을 갖는 크롬도금을 할 수 있는 효과가 있다.

Description

Cr-P 합금 도금액 조성물{Cr-P Alloy Plating Solution Compositions}

본 발명은 Cr-P 합금 도금액 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광택 및 외관 특성이 우수하며 경도와 연성이 높고, 내식성, 내마모성 및 내열성이 좋은 장식 및/또는 산업용 크롬도금을 위한 Cr-P 합금 도금액 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 크롬도금은 내식성, 내마모성 및 내열성이 우수한 도금 형식으로, 장식용뿐만 아니라 산업용 도금제품의 마무리를 하기 위하여 사용되고 있다.

이러한 크롬도금 중 경질 크롬도금의 경우, 그 도금 두께가 일반적인 장식 도금에 비하여 두꺼우며 내식성, 내마모성 및 낮은 마찰계수를 가지므로, 유압 실린더의 로드, 피스톤 로드, 쇼크 업소버 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.

주로 사용되는 크롬도금으로는 무수크롬산에 황산을 1차 촉매로 하는 6가 크롬도금이며, 전류 효율을 보다 높이기 위한 유기물을 2차 촉매로 첨가하는 경우가 많다.

크롬도금 자체는 피막이 경하므로 내부 응력이 높아 도금층에 균열이 발생하는데, 이 균열이 피도금체인 철까지 관통하면 철의 부식이 일어난다. 이처럼 관통된 균열을 줄이거나 없애기 위해서는 촉매를 이용하여 균열을 미소화시켜 균열이 관통하기 힘들게 하는 것이 중요하다.

크롬도금은 도금층이 가지는 우수한 경도, 내마모성 및 미려한 외관 등으로 인하여 1926년 사전트(Sargent)가 기본 크롬 도금액의 조성을 공지한 이래, 내식성 및 내마모성이 필요한 표면처리에 널리 사용되고 있으며, 일반적인 크롬도금액 조성은 무수크롬산(CrO₃) 150 내지 350g/L, 황산근기(SO₄)를 CrO₃/SO₄의 중량비 100 내지 200:1로 첨가하는 것을 기본으로 하며, 양극에는 주석이 함유된 납 양극을, 음극에는 도금하고자 하는 물건 즉 피도금체를 설치한 후, 전기를 걸어 주어 도금을 한다.

하지만 크롬도금의 경우 전류 효율이 낮은 전기 도금으로써 그 효율은 8 내지 13% 정도이며, 나머지는 음극에서 수소발생에 의해 전기가 소비되므로 도금속도가 느리다. 따라서 이 전류 효율을 높임으로써 전기 도금속도를 높임에 따라 생산성 또한 높이는 방법이 많이 제안되어 왔다.

예를 들어, 크롬도금의 전류 효율을 높이기 위하여 불화물(규불화소다, Na₂SiF₆)을 첨가하는 방법이 미국특허 제3310480호에 공지되어 있으며, 전류 효율은 20 내지 25%까지 증가함을 개시하고 있다.

다른 미국특허 제3745097호, 미국특허 제4588481호, 미국특허 제5176813호 등에서는 알킬술폰산(alkylsulfonic acid) 계열의 화합물, 예를 들어 메탄술폰산(MSA), 에탄술폰산(ESA), 메탄디술폰산(MDSA) 등의 유기촉매를 사용하고 있다. 이러한 유기촉매를 첨가제로 사용할 경우 전류 효율은 25 내지 27%까지 상승한다.

한편, 전술한 크롬도금은 주로 6가 크롬을 이용한 도금방법으로써, 6가 크롬을 이용한 도금은 높은 경도(Hv>600), 내마모성, 윤활성, 내식성, 장식성 등 우수한 특성으로 다양한 분야에 적용되어 왔지만, 약 15% 이하의 낮은 전류효율 및 도금속도와 독성으로 인한 공해발생 등의 문제로 RoHS(Restriction of Hazardous Substances) 규정에 따라 2006년 7월 이후 유럽 시장에 수출입 되는 전기/전자 제품의 6가 크롬 사용이 전면 금지되었다.

이에, 국내에서 3가 크롬을 이용한 도금방법을 개발하고자 하였으나, 3가 크롬은 0.5마이크로미터 이하의 얇은 피막으로 인해 내식성, 밀착력 저하 및 도금피막의 크랙발생 등의 문제점이 있어 후공정인 도장을 필요로 하여 설비 및 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 극복하기 위해 창출된 것으로서, 크롬도금에 사용되는 6가 크롬 대신 친환경적인 3가 크롬을 이용하여 6가 크롬 도금시 얻을 수 있는 물리적 특성, 예를 들면 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 내식성, 장식성 등을 충족할 수 있도록 하는 Cr-P 합금 도금액 조성물을 제공한다.

본 발명은

황산크롬(III) 100중량부 기준으로,

포타슘 포메이트 50 내지 70중량부;

포타슘 클로라이드 45 내지 65중량부;

암모늄 클로라이드 30 내지 50중량부; 및

소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트 10 내지 20중량부를 포함하는 도금액 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 도금액 조성물, 특정적으로 Cr-P 합금 도금액 조성물은 친환경적이면서도 높은 경도, 내마모성, 윤활성, 내식성, 장식성 등을 갖는 크롬도금을 할 수 있는 효과가 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

한 가지 관점에서, 본 발명은 황산크롬(III) 100중량부 기준으로, 포타슘 포메이트 50 내지 70중량부; 포타슘 클로라이드 45 내지 65중량부; 암모늄 클로라이드 30 내지 50중량부; 및 소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트 10 내지 20중량부를 포함하는 도금액 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 도금액 조성물은 도금, 특정적으로 크롬도금을 필요로 하는 전기전자 제품, 산업용품, 장신구 등의 피도금체(기재) 표면에 도금하기 위한 도금액 조성물이라면 특별히 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 황산크롬(III)[chromium(III) sulfate, Cr₂(SO₄)₃]은 3가 크롬 화합물인 염화크롬염으로서 크롬도금을 위한 크롬(Cr)-인(P) 합금 도금액 조성물에 크롬을 제공하며, 6가 크롬과 달리 친환경적이다.

본 발명에 따른 합금 도금액 조성물, 특정적으로 Cr-P 합금 도금액 조성물을 구성하는 황산크롬(III)외 나머지 성분들의 함량은 황산크롬(III) 100중량부 기준으로 한다.

본 발명에 따른 포타슘 포메이트(Potassium Formate, KCOOH)는 황산크롬(III) 즉, 3가 크롬 화합물이 수용액 중에서 고분자화 반응이 억제되도록 하기 위한 것으로서, 무색 사방 결정계의 결정이고, 고온으로 가열하면 수소를 방출해 분해하며 옥살산칼륨을 생성한다.

바람직한 포타슘 포메이트의 사용량은 사용자의 선택에 따라 변경 가능하지만, 추천하기로는 황산크롬(III) 100중량부 기준으로 50 내지 70중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 포타슘 클로라이드(Potassium chloride, KCl)는 3가 크롬 화합물이 수용액 중에서 고분자화 반응이 억제되도록 하기 위한 것으로서, 염화칼슘이라고 지칭되며, 점도조절용으로도 사용된다.

바람직한 포타슘 클로라이드의 사용량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 추천하기로는 황산크롬(III) 100중량부 기준으로 45 내지 65중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 암모늄 클로라이드(Ammonium chloride, NH₄Cl)는 도금액 조성물의 크롬도금 착화성을 향상시키기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계에서 통상적으로 사용하는 암모늄 클로라이드라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하고, 그 사용량은 황산크롬(III) 100중량부 기준으로 30 내지 50중량부인 것이 좋다.

본 발명에 따른 소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트(Sodium hypophosphite monohydrate, NaH₂PO₂H₂O)는 크롬도금을 위한 크롬(Cr)-인(P) 합금 도금액 조성물에 인을 제공하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 갖는 당업계의 통상적인 소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트라면 어떠한 것을 사용하여도 무방하다.

바람직한 소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트의 사용량은 황산크롬(III) 100중량부 기준으로 10 내지 20중량부인 것이 좋다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.

[실시예 1]

3가 크롬 화합물인 황산크롬(III) 100g, 포타슘 포메이트 55g, 포타슘 클로라이드 60g, 암모늄 클로라이드 45g, 및 소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트 16g을 혼합하여 도금액 조성물, 특정적으로 Cr-P 합금 도금액 조성물을 제조하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모두 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모두 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 황산크롬(III) 100중량부 기준으로,
   포타슘 포메이트 50 내지 70중량부;
   포타슘 클로라이드 45 내지 65중량부;
   암모늄 클로라이드 30 내지 50중량부; 및
   소듐 하이포포스페이트 모노하이드라이트 10 내지 20중량부를 포함하는 도금액 조성물.