KR20220158137A - 니켈 도금 스테인레스 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 니켈 도금 스테인레스 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 니켈 도금 스테인레스 강판은 스테인레스 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 전해도금되어 형성되는 니켈(Ni)도금층;을 포함하며, 상기 니켈도금층은 상기 베이스 강판의 일면에서부터 순차적으로 적층되는 스트라이크 도금층 및 본도금층을 포함한다.

Description

니켈 도금 스테인레스 강판 및 이의 제조방법 {NICKEL PLATED STAINLESS STEEL SHEET HAVING EXCELLENT PROCESSAIBILITY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 니켈 도금 스테인레스 강판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 스테인레스강(Stainless steel, STS)은 오스테나이트계(300계열), 페라이트계(400계열) 및 마르텐사이트계(400계열)로 대별할 수 있다. 스테인레스강은 정도의 차이는 있지만 표층에 형성된 부동태막(Passivation layer)의 우수한 차폐능력(Barrier성) 때문에 외부 산화성 물질로부터 강판을 보호하는 능력이 우수하여 내식성이 요구되는 산업화 소재는 물론 일반 생활용품으로도 널리 사용되고 있다.
하지만 스테인레스강은 이러한 강력하고 견고한 부동태막의 영향으로 표면 전기 저항이 높아 정전류 혹은 미세 전류 제어가 요구되는 정밀장치 부품으로는 사용이 곤란한 문제점을 가지고 있다.
따라서 본 특허의 스테인레스강을 외피로 사용하여 1차 또는 2차 배터리로 사용되는 코인전지, 버튼형전지 및 원통형전지는 내식성은 우수하지만 앞서 언급한 바와 같이 스테인레스강 표면에 형성된 견고한 부동태막의 영향으로 표면 전도성이 낮아 전지 수명이 짧아지고, 정전류를 유지하기 어려워 정밀기계에 사용이 곤란한 문제점을 가지고 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2021-0020113호(2021.02.23. 공개, 발명의 명칭: 스테인리스 강 물체를 코팅하기 위한 전해 처리 방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 하나의 목적은 전기 전도성, 내산화성, 내식성 및 내약품성이 우수한 니켈 도금 스테인레스 강판에 관한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 베이스 강판과의 부착력, 표면 품질 및 기계적 강도가 우수한 니켈 도금 스테인레스 강판에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 니켈 도금 스테인레스 강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 니켈 도금 스테인레스 강판에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 니켈 도금 스테인레스 강판은 스테인레스 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 전해도금되어 형성되는 니켈(Ni)도금층;을 포함하며, 상기 니켈도금층은 상기 베이스 강판의 일면에서부터 순차적으로 적층되는 스트라이크 도금층 및 본도금층을 포함한다.
한 구체예에서 상기 스트라이크 도금층은 두께가 0.05~0.5㎛ 이고, 상기 본도금층은 두께가 0.5~4.0㎛ 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 본도금층은 무광택 도금층, 반광택 도금층 및 광택 도금층 중 하나 이상 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 니켈도금층은 상기 베이스 강판 일면에서부터 스트라이크 도금층, 및 본도금층으로서 제1 도금층 및 제2 도금층이 순차적으로 적층되고, 상기 제1 도금층은 무광택 도금층이고, 상기 제2 도금층은 광택 도금층 또는 반광택 도금층이며, 상기 제1 도금층은 두께가 0.5~2.5㎛이고, 상기 제2 도금층은 두께가 0.3~1.5㎛ 일 수 있다.
본 발명의 다른 관점은 상기 니켈 도금 스테인레스 강판의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 니켈 도금 스테인레스 강판의 제조방법은 스테인레스 베이스 강판의 부동태층을 제거하는 단계; 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 스트라이크 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 스트라이크 도금층의 상면에 본도금층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 스트라이크 도금층은 염화니켈 및 염산을 포함하는 스트라이크 도금액으로 음극 스트라이크 전해도금하여 형성되며, 상기 본도금층은 염화니켈, 황산니켈 및 붕산을 포함하는 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성된다.
한 구체예에서 상기 스트라이크 도금액은 염화니켈 6수화물(NiCl2·6H2O) 50~400g/L, 염산 40~300cc/L를 포함하며, 상기 제1 도금액은 염화니켈 6수화물 20~100g/L, 황산니켈 6수화물(NiSO4·6H2O) 100~350g/L 및 붕산 20~100g/L 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 본도금층을 형성하는 단계는 상기 스트라이크 도금층 상에 제1 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도금층 상에 제2 도금층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 제1 도금층은 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성되고, 상기 제2 도금층은 황산니켈, 염화니켈, 붕산, 및 광택제 또는 반광택제를 포함하는 제2 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 니켈 도금 스테인레스 강판은 전기 전도성, 내산화성, 내식성 및 내약품성이 우수하고, 베이스 강판과의 부착력, 표면 품질 및 기계적 강도가 우수할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 전기 전도성이 우수하고 니켈 도금 부착력이 우수한 니켈 도금 스테인레스 강판을 제조할 수 있으며, 본 발명은 강판 자체의 내식성, 장수명의 전지 특성과 정전류 특성이 요구되는 정밀 기계 장치, 예를 들면 차량 타이어 압력 측정 장치에 사용되는 코인형 전지용 외피 혹은 무선 이어폰의 소형 원통형 전지용 외피 등의 소재로 적합하게 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 니켈 도금 스테인레스 강판을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 니켈 도금 스테인레스 강판을 나타낸 것이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
니켈 도금 스테인레스 강판
본 발명의 하나의 관점은 니켈 도금 스테인레스 강판에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 니켈 도금 스테인레스 강판을 나타낸 것이다.
상기 도 1을 참조하면 니켈 도금 스테인레스 강판(1000)은 스테인레스 베이스 강판(100); 및 베이스 강판(100)의 적어도 일면에 전해도금되어 형성되는 니켈(Ni)도금층(200);을 포함한다.
한 구체예에서 상기 스테인레스 베이스 강판은 열간강판 또는 냉연강판을 포함할 수 있다. 예를 들면 오스테나이트계, 페라이트계 또는 마르텐사이트계 냉연강판을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스테인레스 베이스 강판은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S) 및 철(Fe)을 포함하며, 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 니켈(Ni) 및 질소(N) 중 1종 이상;을 포함할 수 있다.
예를 들면 상기 베이스 강판은 전체중량을 기준으로 탄소(C) 0.001~1.5 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 2.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.1~2.5 중량%, 인(P) 0 초과 0.5 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.3 중량% 이하 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한 상기 베이스 강판은 티타늄(Ti) 0.01~5.0 중량%, 크롬(Cr) 8~20 중량, 몰리브덴(Mo) 0.1~5.0 중량%, 니켈(Ni) 5~25 중량% 및 질소(N) 0.00001~0.05 중량% 중 1 이상을 더 포함할 수 있다. 상기 성분 및 함량을 포함시, 상기 베이스 강판이 목표로 하는 강도 및 경도 등의 기계적 물성을 확보할 수 있다.
상기 탄소(C)는 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 0.001~1.5 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 본 발명이 목표로 하는 강도 및 경도 등의 기계적 강도를 달성할 수 있다.
상기 실리콘(Si)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여0 초과 2.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 베이스 강판의 연성, 가공성 및 고온 내산화성 등이 우수할 수 있다.
상기 망간(Mn)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여0.1~0.6 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 베이스 강판의 강도 및 경도를 용이하게 확보할 수 있다. 예를 들면 상기 망간은 0.2~0.5 중량% 포함될 수 있다.
상기 인(P)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 0 초과 0.3 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 베이스 강판의 편석 발생 등 결함을 방지하면서, 기계적 강도가 우수할 수 있다.
상기 황(S)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 0 초과 0.3 중량% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 베이스 강판의 편석 발생 등 결함을 방지하면서, 기계적 강도가 우수할 수 있다.
상기 티타늄(Ti)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 0.01~5.0 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 베이스 강판의 열안정성, 용접성 및 강성 등의 기계적 물성과 내식성이 우수할 수 있다.
상기 크롬(Cr)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 8~20 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 베이스 강판의 기계적 물성과 내식성이 우수할 수 있다.
상기 몰리브덴(Mo)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 0.1~5.0 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 베이스 강판의 기계적 물성과 내식성이 우수할 수 있다.
상기 니켈(Ni)은 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 5~25 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 상기 베이스 강판의 기계적 물성과 내식성이 우수할 수 있다.
상기 질소(N)는 상기 베이스 강판 전체중량에 대하여 0.00001~0.05 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 내식성과 기계적 물성이 우수할 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, 니켈도금층(200)은 베이스 강판(100)의 일면에서부터 순차적으로 적층되는 스트라이크 도금층(110) 및 본도금층(120)을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 스트라이크 도금층(110)은 두께가 0.05~0.5㎛ 일 수 있다. 상기 스트라이크 도금층의 두께가 0.05㎛ 미만인 경우, 스테인레스 베이스 강판 표면에 견고한 부동태 층이 잔존하거나, 스트라이크 도금 후 베이스 강판 표면에 부동태 층이 재형성되어, 이어지는 무광택, 광택 혹은 무광택 니켈 본 도금 공정에서 니켈 박리의 원인이 될 수 있다. 또한 스트라이크 도금층의 두꼐가 0.5㎛ 이상인 경우, 필요 이상의 스트라이크 니켈 도금량으로 생산비가 증가하여 경제성이 저하될 수 있다.
한 구체예에서 본도금층(120)은 두께가 0.5~4.0㎛ 일 수 있다. 상기 본도금층의 두께가 0.5㎛ 미만인 경우, 최종 제품으로 건전지 외피로 사용시 표면의 전기 전도성이 저하되어 건전지 외피로서의 기능을 충분히 확보하기 어렵고, 두께가 4.0㎛를 초과하는 경우, 필요 이상으로 니켈 도금이 시행됨에 따른 작업성 저하 및 생산 단가(cost) 상승의 원인이 될 수 있다.
한 구체예에서 본도금층(120)은 무광택 도금층, 반광택 도금층 및 광택 도금층 중 하나 이상 포함할 수 있다. 예를 들면, 전해도금에 의해 형성되는 본도금층은 조건 및 용도에 따라 (a) 무광택 니켈 도금, (b) 광택 니켈 도금, (c) 반광택 니켈 도금, (d) 무광택 니켈 도금 및 광택 니켈 도금 및 (e) 무광택 니켈 도금 및 및 반광택 니켈 도금 등의 다양한 도금 방식을 적용할 수 있다. 또한 상기 5종류 이외에도 합리적으로 구상할 수 있는 도금 조합을 포함 할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 구체예에 따른 니켈 도금 스테인레스 강판을 나타낸 것이다. 상기 도 2를 참조하면, 니켈도금층(200)은 베이스 강판(100)의 일면에서부터 스트라이크 도금층(110), 및 본도금층(120)으로서 제1 도금층(122) 및 제2 도금층(124)이 순차적으로 적층될 수 있다.
한 구체예에서 제1 도금층(122)은 무광택 도금층이고, 제2 도금층(124)은 광택 도금층 또는 반광택 도금층일 수 있다.
한 구체예에서 제1 도금층(122)은 두께가 0.5~2.5㎛일 수 있다. 상기 두께로 형성시 니켈도금층의 부착력이 우수하며, 내식성, 내화학성, 전기전도성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 제2 도금층(124)은 두께가 0.3~1.5㎛ 일 수 있다. 상기 두께로 형성시 니켈도금층의 부착력이 우수하며, 내식성, 내화학성, 전기전도성 및 외관성이 우수할 수 있다.
또 다른 구체예에서 니켈도금층은 베이스 강판 일면에서부터 스트라이크 도금층과, 본도금층으로서 제1 도금층, 제2 도금층 및 제3 도금층이 순차적으로 적층될 수 있다.
상기 제3 도금층은 광택 도금층 또는 반광택 도금층일 수 있다. 한 구체예에서 제3 도금층은 두께가 0.2~1.5㎛ 일 수 있다. 상기 두께로 형성시 니켈도금층의 부착력이 우수하며, 내식성, 내화학성, 전기전도성 및 외관성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 본도금층의 표면은 표면 접촉저항이 7.0 mΩ 이하일 수 있다. 상기 표면 접촉저항은 본도금층의 표면을 표면 접촉저항 측정기(DCT-1R, 동신공업사 제조)를 이용하여 교류 4단자법, 측정전류 50㎂, 0.5mmΦ 금 Probe 및 하중 50g 조건으로 측정한 것이다. 예를 들면 4.5~6.5mΩ 일 수 있다.
본 발명에 따라 제조된 니켈 도금 스테인레스 강판은 전기 전도성, 내산화성, 내식성 및 내약품성이 우수하고, 베이스 강판과의 부착력, 표면 품질 및 기계적 강도가 우수할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면 전기 전도성이 우수하고 니켈 도금 부착력이 우수한 니켈 도금 스테인레스 강판을 제조할 수 있으며, 본 발명은 강판 자체의 내식성, 장수명의 전지 특성과 정전류 특성이 요구되는 정밀 기계 장치, 예를 들면 차량 타이어 압력 측정 장치에 사용되는 코인형 전지용 외피 혹은 무선 이어폰의 소형 원통형 전지용 외피 등의 소재로 적합하게 적용할 수 있다. 예를 들면 본 발명의 니켈 도금 스테인레스 강판은 1회 사용 후 폐기하는 1차 전지 및 충전과 방전을 반복하여 사용하는 2차 전지의 외피로 사용되기 적합할 수 있다.
니켈 도금 스테인레스 강판 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 니켈 도금 스테인레스 강판의 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 니켈 도금 스테인레스 강판의 제조방법은 (S10) 부동태층 제거단계; (S20) 스트라이크 도금층 형성단계; 및 (S30) 본도금층 형성단계;를 포함한다. 보다 구체적으로 상기 니켈 도금 스테인레스 강판의 제조방법은 (S10) 스테인레스 베이스 강판의 부동태층을 제거하는 단계; (S20) 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 스트라이크 도금층을 형성하는 단계; 및 (S30) 상기 스트라이크 도금층의 상면에 본도금층을 형성하는 단계;를 포함한다.
(S10) 부동태층 제거단계
상기 단계는 스테인레스 베이스 강판의 부동태층을 제거하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 베이스 강판의 부동태층을 제거하는 단계 이전에, 상기 베이스 강판을 전처리하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 전처리 단계는 탈지 공정, 수세 공정을 포함할 수 있다. 상기 탈지 공정은 통상의 방법으로 실시할 수 있으며, 베이스 강판 표면의 오일(Oil) 등, 니켈 도금시 불순물로 작용할 수 있는 이물질을 제거할 수 있다면 특별히 제한되지 않는다.
한 구체예에서 상기 부동태층 제거는 상기 스테인레스 베이스 강판을 산성 용액을 이용하여 실시할 수 있다. 상기 부동태층 제거시 상기 베이스 강판 표면에 형성될 수 있는 녹 제거와 동시에 표면을 활성화 시킬 수 있다. 상기 산세 공정시 상기 베이스 강판을 산성 용액에 침적하거나, 바람직하게는 전해 처리가 적용될 수 있다. 상기 산성 용액은 주 성분이 염산, 질산, 황산 등 특별히 한정하지는 않지만 바람직하게는 황산을 이용할 수 있다.
한 구체예에서 3~30 중량%의 황산(H2SO4) 수용액에서 상기 베이스 강판을 양극 전해 또는 음극 전해(산세)하여 베이스 강판 표면에 형성된 부동태층을 제거할 수 있다. 상기 농도 조건의 황산 수용액을 적용하여 전해 처리시, 상기 부동태층을 용이하게 제거할 수 있고, 니켈도금층의 부착력과, 표면 전기저항 특성이 우수할 수 있다.
상기 전해 처리는 전류밀도 1~20 A/dm2 조건으로 실시될 수 있다. 상기 조건에서 베이스 강판이 손상되지 않으면서, 녹 제거 및 표면 활성화 효율성이 우수하고, 부동태층을 용이하게 제거할 수 있고, 니켈도금층의 부착력과, 표면 전기저항 특성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 황산은 순도 95 중량% 이상일 수 있다.
(S20) 스트라이크 도금층 형성단계
상기 단계는 상기 베이스 강판의 적어도 일면에 스트라이크 도금층을 형성하는 단계이다. 상기 스트라이크 도금층은 염화니켈(NiCl2) 및 염산(HCl)을 포함하는 스트라이크 도금액으로 음극 스트라이크 전해도금하여 형성된다.
상기 스트라이크 도금층 형성시, 베이스 강판 표면의 견고한 부동태 층을 파괴함과 동시에, 상기 부동태층의 재형성을 방지할 수 있다.
한 구체예에서 상기 스트라이크 도금액은 염화니켈 6수화물(NiCl2·6H2O) 50~400g/L, 염산 40~300cc/를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 염화니켈 6수화물의 순도는 95%이상이며, 염산의 순도는 30~35% 일 수 있다.
상기 스트라이크 도금액에 염화니켈 6 수화물이 50g/L 미만 포함되는 경우 니켈 도금 효율성이 낮아 도금량 제어가 어렵고, 400g/L를 초과하여 포함시, 지나치게 농도가 증가하여 작업 환경을 저해하고 설비 부식 촉진 및 폐수처리 비용증가 등 문제가 발생된다. 염산 농도를 40cc/L 미만으로 포함시 베이스 강판의 견고한 부동태 피막을 파괴하는 능력이 부족하고, 300cc/L를 초과여 포함시 도금 작업 중 작업 환경 악화, 설비 부식 증가, 폐수처리 비용증가 등 역효과를 발생시켜 바람직하지 않다.
한 구체예에서 상기 스트라이크 도금층 형성시 스트라이크 도금액 온도 30~50℃ 및 전류밀도 2~30 A/dm2 조건으로 실시할 수 있다. 상기 조건으로 실시하는 경우 스트라이크 도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다. 예를 들면 음극 스트라이크 전해도금은 스트라이크 도금액 온도 35~45℃ 및 전류밀도 5~12 A/dm2 조건으로 실시할 수 있다.
한 구체예에서 스트라이크 도금층은 0.05~0.5㎛의 두께로 형성할 수 있다. 상기 스트라이크 도금층의 두께가 0.05㎛ 미만인 경우, 스테인레스 베이스 강판 표면에 견고한 부동태 층이 잔존하거나, 스트라이크 도금 후 베이스 강판 표면에 부동태 층이 재형성되어, 이어지는 무광택, 광택 혹은 무광택 니켈 본 도금 공정에서 니켈 박리의 원인이 될 수 있다. 또한 스트라이크 도금층의 두꼐가 0.5㎛ 이상인 경우, 필요 이상의 스트라이크 니켈 도금량으로 생산비가 증가하여 경제성이 저하될 수 있다.
(S30) 본도금층 형성단계
상기 단계는 상기 스트라이크 도금층의 상면에 본도금층을 형성하는 단계이다. 상기 본도금층은 염화니켈(NiCl2), 황산니켈(NiSO4) 및 붕산(H3BO3)을 포함하는 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성된다.
니켈 본 도금액은 통상적인 전기 니켈 도금액으로 구성 될 수 있다. 예를 들면 니켈 본 도금액으로는 기본적으로 와트(Watt)액, 설파메이트(Sulfamate)등의 산을 포함하는 산성 도금액 일 수 있다.
예를 들면 상기 제1 도금액은 염화니켈 6수화물(NiCl2·6H2O) 20~100g/L, 황산니켈 6수화물(NiSO4·6H2O) 100~350g/L 및 붕산 20~100g/L 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 염화니켈 6수화물, 황산니켈 6수화물 및 붕산은 각각 순도 95 중량% 이상일 수 있다..
상기 염화니켈 6수화물은 상기 제1 도금액 중에서 20~100g/L의 농도로 포함될 수 있다. 상기 농도로 포함시 상기 제1 도금액의 전기전도성과 도금 효율성이 우수하여, 본도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다.
상기 황산니켈 6수화물은 상기 제1 도금액 중에서 100~350g/L의 농도로 포함될 수 있다. 상기 농도로 포함시 니켈 이온의 공급 효과가 우수하고, 본도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다.
상기 붕산은 상기 제1 도금액 중에서 20~100g/L의 농도로 포함될 수 있다. 상기 농도로 포함시 제1 도금액의 pH 변화를 최소화하여, 니켈도금 효율성과 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 본도금층은 상기 제1 도금액 온도 40~70℃ 및 전류밀도 3~40 A/dm2 조건으로 형성할 수 있다. 상기 조건에서 전기전도성과 도금 효율성이 우수하고, 상기 본도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다. 예를 들면 상기 본도금층은 제1 도금액 온도 40~55℃ 및 전류밀도 5~10 A/dm2 조건으로 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 도금액은 pH 3.0~4.8 조건일 수 있다. 상기 조건에서 본도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 도금층을 형성하는 단계는 상기 스트라이크 도금층 상에 제1 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 제1 도금층 상에 제2 도금층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 도금층은 무광택 도금층이고, 제2 도금층은 광택 도금층 또는 반광택 도금층일 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 도금층은 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 도금층은 염화니켈 6수화물 20~100g/L, 황산니켈 6수화물 150~350g/L 및 붕산 20~100g/L 포함하는 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다. 상기 제1 도금액을 이용시 무광택의 도금층이 용이하게 형성되며, 상기 제1 도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다.
상기 제1 도금층은 pH 3.0~4.8에서 제1 도금액 온도 40~70℃ 및 전류밀도 3~40 A/dm2 조건으로 형성할 수 있다. 상기 조건에서 제1 도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 제1 도금층은 0.5~2.5㎛의 두께로 형성할 수 있다. 상기 두께로 형성시 니켈도금층의 부착력이 우수하며, 내식성, 내화학성, 전기전도성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 도금층은 황산니켈, 염화니켈, 붕산과, 광택제 또는 반광택제를 포함하는 제2 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다.
상기 광택제 및 반광택제는 당 업계에서 사용하는 통상적인 것을 제한 없이 포함할 수 있다.
예를 들면 상기 광택제는 포화 또는 불포화 지방족 화합물의 술폰산염; 방향족 화합물의 술폰산염; 1,5-나프탈렌디술폰산나트륨, 젤라틴, 부틴디올, 1,3,6-나프탈렌디술폰산나트륨, o-벤젠술폰이미드 및 황산코발트 등의 무기계 화합물; 에틸렌시안하이드린, 젤라틴, 쿠마린, 포름산니켈 등의 불포화기를 갖는 유기계 화합물; 및 카드뮴, 아연, 황 및 셀렌 등의 금속 화합물; 중 하나 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다
예를 들면 상기 반광택제는 불포화 알코올의 폴리옥시에틸렌 부가물, 불포화 카르복실산포름알데히드, 클로랄 하이드레이트, 포르말린, 쿠마린, 불포화 카르복실산 및 1,4-부틴디올 중 하나 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한 구체예에서 상기 제2 도금층은 제2 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다.
예를 들면 상기 제2 도금액은 염화니켈 6수화물(NiCl2·6H2O) 20~100g/L, 황산니켈 6수화물(NiSO4·6H2O) 100~350g/L, 붕산 20~100g/L, 및 광택제 또는 반광택제를 0.001~30g/L 포함할 수 있다. 상기 농도로 포함시 니켈 이온의 공급 효과가 우수하고, 제2 도금층의 부착력과 도금 품질이 우수하며, 반광택 또는 광택을 갖는 제2 도금층이 용이하게 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 도금층은 제2 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다.
한 구체예에서 상기 제2 도금층은 pH 3.0~4.8에서 제2 도금액 온도 40~50℃ 및 전류밀도 5~20 A/dm2 조건으로 형성할 수 있다. 상기 조건에서 상기 제2 도금층의 부착력과 도금 품질이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 제2 도금층은 0.3~1.5㎛의 두께로 형성할 수 있다. 상기 두께로 형성시 니켈도금층의 부착력이 우수하며, 내식성, 내화학성, 전기전도성 및 외관성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 제1 도금액 및 제2 도금액은 각각 첨가제를 더 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 첨가제는 레벨링제, 핀홀(pin hole) 방지제, 안정제, pH조정제, 도전성염, 방부제 및 소포제 중 하나 이상 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
다른 구체예에서 상기 도금층을 형성하는 단계는 상기 제1 도금층 상에 제2 도금층을 형성하는 단계 후에 상기 제2 도금층 상에 제3 도금층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 잇다.
한 구체예에서 상기 제3 도금층은 제3 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성될 수 있다.
상기 제3 도금층은 광택 도금층 또는 반광택 도금층일 수 있다.
예를 들면 상기 제3 도금액은 염화니켈 6수화물(NiCl2·6H2O) 20~100g/L, 황산니켈 6수화물(NiSO4·6H2O) 100~350g/L, 붕산 20~100g/L, 및 광택제 또는 반광택제를 0.001~30g/L 포함할 수 있다. 상기 농도로 포함시 니켈 이온의 공급 효과가 우수하고, 제3 도금층의 부착력과 도금 품질이 우수하며, 반광택 또는 광택을 갖는 제3 도금층이 용이하게 형성될 수 있다.
상기 제3 도금액 성분은 제2 도금액과 동일한 것을 사용할 수 있다.
한 구체예에서 제3 도금층은 0.2~1.5㎛의 두께로 형성될 수 있다. 상기 두께로 형성시 니켈도금층의 부착력이 우수하며, 내식성, 내화학성, 전기전도성 및 외관성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 및 비교예
실시예 1
(1) 스테인레스 베이스 강판 준비: 두께 0.2mm의 냉간 압연된 스테인레스 베이스 강판(STS430)을 사용하였다.
(2) 부동태층 제거: 상기 베이스 강판을 알칼리 전해 탈지 및 수세하여 표면의 불순물을 제거하고, 5 중량%의 황산(H2SO4) 수용액에서 전류밀도 5 A/dm2 조건으로 상기 베이스 강판을 양극 전해(산세)하여 부동태층을 제거하고, 녹 제거 및 표면 활성화를 실시하였다.
(3) 니켈도금층 형성: 상기 베이스 강판의 편면에 니켈 도금을 실시하였다. 구체적으로 하기 표 1과 같은 조건의 스트라이크(strike) 도금액과, 본도금액을 준비하였다. 하기 표 1에서 반광택제 및 광택제는 당 업계에서 사용되는 통상적인 것을 사용하였다. 그 다음에, 하기 표 1의 조건으로 음극 스트라이크 전해도금 및 제1 도금액을 이용한 음극 전해도금을 실시하여, 상기 베이스 강판의 편면에 스트라이크 도금층 및 제1 도금층을 형성하여 니켈도금 스테인레스 강판을 제조하였다. 상기 실시예 1의 니켈도금층 형성 순서와, 스트라이크 도금층 두께 및 본도금층의 두께를 하기 표 2에 나타내었다.
실시예 2~15
하기 표 1의 본도금액과, 표 2의 니켈도금층 형성 조건을 적용한 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈도금 스테인레스 강판을 제조하였다.
실시예 16
상기 베이스 강판의 양면에 하기 표 2의 조건으로 니켈도금층을 형성한 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈도금 스테인레스 강판을 제조하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 베이스 강판(STS 430)을 준비하되, 알칼리 전해 탈지 및 수세하여 표면의 불순물 만을 제거하였다.
비교예 2
니켈 스트라이크 도금을 실시하지 않은 것을 제외하고 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 니켈도금 스테인레스 강판을 제조하였다.
물성평가
(1) 니켈도금층 박리시험: 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편에 대하여 니켈도금층의 박리여부를 충격 테스트 방법을 적용하여 실시하였다. 구체적으로 충격 테스트 측정시험기(Du-pont type 충격 Tester, TOYOSEIKY사 제조)를 이용하여 충격 하중 500g, 충격 높이 0.5m의 조건으로 실시하였다. 충격에 의해 소성변형(돌출부)된 부위를 육안 혹은 광학 현미경을 이용하여 니켈 도금층의 박리 여부를 확인하여 양호 또는 박리로 판정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
(2) 니켈도금층 표면 접촉저항(mΩ): 실시예 및 비교예를 통해 제조된 시편에 대하여 본도금층의 전기 전도성을 표면 접촉저항을 측정하여 평가하였다. 구체적으로 표면 접촉저항 측정시험기(SCR-1R, 동신공업사 제조)를 이용하여 교류 4단자법, 측정전류 50㎂, 0.5mmΦ 금 Probe, 하중 50g 조건으로 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
Figure pat00001
Figure pat00002
상기 표 2를 참조하면, 상기 비교예 1은 니켈 도금처리를 하지 않은 베이스 강판으로 니켈 도금층을 형성한 실시예 1~16과 표면 저항을 비교하기 위한 것이다. 상기 표 2를 참조하면, 표면 접촉저항 측정 결과에서, 실시예 1~16은 니켈도금층을 형성하지 않은 비교예 1은 실시예 1에 비하여 표면 접촉저항이 약 1.6배 높은 것을 알 수 있다. 즉, 베이스 강판에 니켈도금층을 형성함으로서 표면 접촉 저항을 감소시킬 수 있으며, 결론적으로 본 발명의 니켈 도금 스테인레스 강판을 전지 외피로 사용하는 경우 전지의 수명 연장과 함께, 보다 안정된 출력 전류(정전류)를 기대할 수 있다.
상기 표 2를 참조하면, 본 발명의 니켈 스트라이크 도금층을 미적용한 비교예 2는 스트라이크 도금층 형성 후 베이스 강판의 표면 일부에서 부동태 층이 다시 형성되어, 니켈 본도금층 과의 부착력을 악화시켜 니켈 도금층의 박리가 발생하는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 니켈도금층을 형성한 실시예 1 내지 16의 경우, 니켈 도금 박리 현상은 전혀 관찰 되지 않았으며, 표면 접촉저항값이 비교예 1에 비하여 약 60% 수준으로, 니켈 도금 스테인레스 강판 제품의 주 타켓 제품인 전지 외피로 사용시 전지의 수명 연장과 함께 보다 안정된 출력 전류(정전류)를 기대할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 베이스 강판 110: 스트라이크 도금층
120: 본도금층 122: 제1 도금층
124: 제2 도금층 200: 니켈도금층
1000, 2000: 니켈도금 스테인레스 강판

Claims (7)

  1. 스테인레스 베이스 강판; 및
    상기 베이스 강판의 적어도 일면에 전해도금되어 형성되는 니켈(Ni)도금층;을 포함하며,
    상기 니켈도금층은 상기 베이스 강판의 일면에서부터 순차적으로 적층되는 스트라이크 도금층 및 본도금층을 포함하는 니켈도금 스테인레스 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스트라이크 도금층은 두께가 0.05~0.5㎛ 이고,
    상기 본도금층은 두께가 0.5~4.0㎛인 니켈도금 스테인레스 강판.
  3. 제2항에 있어서, 상기 본도금층은 무광택 도금층, 반광택 도금층 및 광택 도금층 중 하나 이상 포함하는 니켈도금 스테인레스 강판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 니켈도금층은 상기 베이스 강판 일면에서부터 스트라이크 도금층, 및 본도금층으로서 제1 도금층 및 제2 도금층이 순차적으로 적층되고,
    상기 제1 도금층은 무광택 도금층이고,
    상기 제2 도금층은 광택 도금층 또는 반광택 도금층이며,
    상기 제1 도금층은 두께가 0.5~2.5㎛이고,
    상기 제2 도금층은 두께가 0.3~1.5㎛인 니켈도금 스테인레스 강판.
  5. 스테인레스 베이스 강판의 부동태층을 제거하는 단계;
    상기 베이스 강판의 적어도 일면에 스트라이크 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 스트라이크 도금층의 상면에 본도금층을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 스트라이크 도금층은 염화니켈 및 염산을 포함하는 스트라이크 도금액으로 음극 스트라이크 전해도금하여 형성되며,
    상기 본도금층은 염화니켈, 황산니켈 및 붕산을 포함하는 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성되는 니켈도금 스테인레스 강판 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 스트라이크 도금액은 염화니켈 6수화물(NiCl2·6H2O) 50~400g/L, 염산 40~300cc/L를 포함하며,
    상기 제1 도금액은 염화니켈 6수화물 20~100g/L, 황산니켈 6수화물(NiSO4·6H2O) 100~350g/L 및 붕산 20~100g/L 포함하는 니켈도금 스테인레스 강판 제조방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 본도금층을 형성하는 단계는
    상기 스트라이크 도금층 상에 제1 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 도금층 상에 제2 도금층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 제1 도금층은 제1 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성되고,
    상기 제2 도금층은 황산니켈, 염화니켈, 붕산, 및 광택제 또는 반광택제를 포함하는 제2 도금액을 이용하여 음극 전해도금하여 형성되는 니켈도금 스테인레스 강판 제조방법.
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