자료출처 : 주식회사 무룡
도금기술의 종류
1. 양극산화피막처리
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1. 목 적
알루미늄은 원래 대단히 활성적인 금속으로 공기속에 노출되면 금속표면이 즉시 산화물(자연적 산화피막)로 덮이게 되어 순수한 금속면이 생기지 않는데 이로 인해 알루미늄상의 도금 및 다른 금속을 코팅시키기 어렵게 한다. 또한 자연 산화피막은 피막두께의 한계로 공업적 이용가치가 적으므로 자연의 산화피막을 전기적, 인공적인 방법으로 더욱더 두껍게 해서 두께가 10μ이상이 되는 산화물 등을 만들어 사용한다.
2. 특 성
일반적으로 Al의 양극처리가 대부분을 차지하므로 알루미늄의 양극산화로 일컫는다. 양극산화피막(Anodizing)은 일반도금 방법과 반대로 Al소지 제품을 전해액중에서 양극으로(이때 발생기 산소에 의한 산화피막 형성), 음극은 납등 불활성 재료를 사용하며, 소지금속인 알루미늄의 순도가 좋을수록 미려하고 광택이 있는 피막이 가능하다. 국내에서는 전해액은 여러가지 이나 국내에서는 주로 황산을 사용하며, 피막은 전기저항이 크고, 경도가 높으며(→내마모성) 내식성이 뛰어나며, 염색처리가 가능해 외관 장식성도 뛰어나며, 피막층은 다공질층과 BARRIER층의 2중 구조로 되어 있다.
1) 양극산화 피막의 봉공처리(SEALING)
양극산화 피막은 형성초기에는 대단히 활성으로 그대로 방치해 두면 공기속의 가스 등을 흡착하여 결국은 불활성(오염상태로)이된다. 따라서 안정된 산화 피막을 얻기위해 봉공처리를 한다. 양극산화피막의 구멍은 수화 봉공에의한 체적팽창으로 거의 막히게 되어 불활성으로 된다.
2) 봉공처리후의 주요특성 변화로서는,
- 부식매체에 대한 내식성의 향상.
- 오염방지능력의 강화.
- 염색 및 착색된 피막의 안정성, 내광(내후)성 향상.
- 봉공처리의 양호여부가 내식성을 크게 좌우한다.
- 양극산화 피막은 전해 그대로의 피막에서는 충분한 내식성을 얻을수 없으며, 봉공처리를 함으로써 비로소 우수한 내식성을 갖는다.
- Al합금의 균질성도 내식성에 영향을 미치며, 순 Al계 Al-Mn계, Al-Mg계의 합금피막은 내식성이 좋고 Al-Cu계 합금 피막에서는 별로 좋지 못하다.
- 실용 환경에서는 피막에 전면 부식이나 국부적인 부식이 발생하고 있는데 일반적으로 피막은 회산에 대해서는 강하나 알칼리에 대해서는 약간 약하지만 대기환경, 해수,물, 식품류, 약품류에 대해서는 매우 강한 내식성을 나타낸다.
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2. 무전해니켈도금( Electroless Nickel )
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1. 목적
일반적인 목적은 전착니켈도금과 동일하며, 전착니켈도금과 다른점으로는 형상이 복잡한 제품에서도 표면의 도금두께가 균일하고 치밀한 도금층을 얻고자 할 경우에 적용한다.
2.특성
무전해니켈도금층은 비정질(非晶質,AMORPHUS)로써 두께가 커져도 결정입자의 성장이 생기지 않으며, 균일한 표면을 얻을 수 있는 특징이 있어 내식성, 내마모성이 뛰어나다. 무전해 니켈도금층의 경도는 Hv 500~600정도이며 열처리에 의하며 경도를 올리는 것이 가능한데, 400℃에서 열처리하면 Hv 1,000정도가 된다. 열처리후의 최대 경도값은 Hv 1,000~1,100 정도이다. 전착니켈도금에 비하여 비용이 추가되는 단점이 있다.
그러나 EU환경규약에 따라 2003년도부터 전세계적으로 적용되는 중금속(Pb,Hg,Cd,Cr+6) 사용 규제(특히 육가크롬) 계획에 따라 6가크롬을 공정중에 전혀 사용하지 못하는바, 내식성이나 내마모성등 기능용으로 적용되는 경질크롬도금의 대체도금으로 적극적인 활성화가 이루어 질 것이다.
3. 무전해니켈도금의 화학적 조성과 특징
① 화학적 조성 (Chemical composition) : Ni 90-92% P 8-10%
② 비중 (Specific gravity) : 도금 한 상태 7.9
400℃ 열처리 후 재결정된 것 7.8
③ 용해 온도 (Melting point) : 890℃
④ 전기 저항 (Electric resistance) : 도금 후 60 micro-ohm/cm/cm2 400℃ 열처리 후 1/3 이하로 감소
⑤ 열팽창 계수 (Coefficient of thermal expansion) : 13*10-6 cm/cm/*C
⑥ 열 전도도 (Thermal conductivity) : 0.0105~0.0135 cal/cm/sec*C
⑦ 경도 (Hardness) : Hv500(HRC 49) 열처리 후 Hv1000(HRC 70)
⑧ 내마모성 (Abrasion resistance) : 도금 후는 전기 도금 보다 조금 좋은 상태이나 열처리 후는 경질
⑨ 홀 (Holes) : 소재 금속이 평활하고 결함이 없으며 핀홀(pin-hol)이 생기지 않는다
⑩ 균일성 (Uniformity of thickness) : 정밀성이 요구되는 경우 도금두께의 +-10% 이내
⑪ 밀착성 (Adhesion) : 전기 도금에 비하여 우수, 열처리 후에도 좋음 24Kg/㎟
⑫ 자성 (Magnetism) : 300℃ 이상 열처리시 발생
⑬ 조직 : 도금한 상태에서는 완전한 비결정(Amorphous Structure)이나 300℃ Orgnization 이상 열처리하면 결정형태가 되어 석출 경화현상을 나타낸다
⑭ 내식성 (Corrosion resistance) : 전기도금 보다도 우수하다
⑮ 내열성 (Heat resistance) : 철,강의 고온 산화 스케일을 방지한다
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3. 알루미늄 크로메이트처리(Chromate)
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1. 목 적
크로메이트처리는 1935년 미국에서 개발되었고 원래는 아연도금과 내식성을 향상시키기 위해 적용되어 카드뮴도금 대신 사용하게 되었다. 이 크로메이트 처리는 아연도금 및 카드뮴 도금후의 후처리(내식성향상)로 사용되기도 하며, 알루미늄 소지상에 단독처리(내식성 향상)하기도 한다.
1) 외관이 아름다음(무지개빛)
2) 지문등의 더러움 타지 않음
3) 아연도금상의 도장시에 내식성 및 밀착성 향상을 위한 도장 하지용
4) 전도성 부여 및 내식성 피막형성으로 전기부품 접촉부에 좋은 효과를 가져다 줌.
5) 염색가능
6) 피막증은 약 0.25㎛ 정도 두께의 얇고 불활성인 산화피막
7) 피막이 닳은 부분에서 자기치유성(SELF-HEALING)을 가지며 박편(도금층)없이 피막형성
2. 특 성
1) 형성된 크로메이트 피막을 적당한 정도로 건조후 수분을 없애면 미세한 균열이 있는 상태로서(또는 겔라틴상태)경도가 있는 피막이 된다.
2) 내식성은 피막강도 및 피막층의6가크롬 함유량에 따라 결정된다.
3) 열에 약함. 350℃ 이상에서는 파괴되어 분상(粉狀)의 4) 열탕에 침적 또는 장시간 물에 담그면 피막이 팽창되어 6가 크롬이 추출되어 내식성이 없어진다.
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4. 고체윤활피막 처리( Solid Film Lub.)
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1. 목 적
1) 여러 환경에서도 윤활성을 잃지 않는 윤활제를 사용시 적용.
2) 내식과 내마모 유지 및 고열에 의한 소착 내지 손실방지를 동시에 요구되는 곳에 적용.(-68℃∼+204℃)
3) 무광택, 무반사 표면을 요구시 적용.
4) 자주 조작 사용치 않는 기계류.
5) 수명을 위해 기름을 발라야 하는 기계류
6) 오랜기간 부식방지가 필요한 경우.
2. 특 성
1) 내식성, 내마모성, 내열성 우수.
2) 심한 충격 및 하중에도 잘 견딜 수 있는 우수한 윤활 처리.
3) 광범위한 환경에서 서로 다른 윤활유를 사용 할 수 없는 경우 및 대부분의 금속류에 적용 가능하며, 처리한 후에 특성이 다른 표면처리보다 우수해 앞으로 장래성이 풍부한 처리방법.
4) 아주 어두운 회색의 무광택색상을 가진다.
5) 종류
(1) GRAPHITE계 S.F.L처리 : 윤활성은 우수하나 장시간 사용할 때 수분을 흡수해, 소지금속에 전지(電池,Cell)반응에 의한 부식생성을 유발해 현재는 거의 사용안함.
(2) MoS2계 (이황화몰리브덴)계 S.F.L처리 : 현재 거의 이처리를 사용함.
6) S.F.L처리제 제조회사 : 미국 SANDSTROM사외 10여개회사로 알려져 있고 국내에서는 생산이 안되고 있어 전량 수입하여 사용중에 있다.
7) S.F.L 처리제 구성 : 에폭시(EPOXY)수지, 페놀(PHENOL)수지, 실리콘수지(SILICATE) 등의 결합재(BINDER)와 MoS2, GRAPHITE 등의 윤활성 고체(LUBRICATING SOLID) 및 용제(SOLVENT)로 구성된다.
8) S.F.L의 실용화 : S.F.L처리는 최초에 미국에서 연구가 시작되어 1950년대 미해군 항공기의 개스터빈 엔진의 고온 윤활문제를 해결하기 위해 응용된 이래 많은 연구가 수행되어 왔으며 그후 1960년대 부터 우주개발계획에 응용됨에 따라 S.F.L에 대한 적극적인 연구 및 개발이 진전되어 미국, 일본, 서독등 선진국에서는 실용화 되고 있다.
또한 이 S.F.L 처리는 월남전 당시 155mm(M126)포열 후미 MECHANISM(TORSION 판 스프링)에 예기치 않은 요구조건이 발생하게 되어 그 적용이 대두되었다. 이는 습도가 높은 열대 기후에서 부식의 심한가속과 마모의 과다로 인해 발생한 문제이며, 이문제는 해군에서도 발생 하였는데 해안대기의 염분에 의해 해안 설치포에 심한마모와 부식생성으로 새로운 윤활 처리기법이 필요하게 되었다.한편, 한국해군에서는 국내에서 제작된 육상용포를 소형고속정에 설치하여 운용하였으나 해수부식으로 인해 수명이 단축되고, 빈번한 고장발생 및 그 수리로 인하여 운용이 자주 중단되는 등 대공, 대항포로써의 작전능력이 부족하게 되었다. 이에 이러한 문제점을 해결하기 위해 경제성, 호환성 등을 고려한 보호피막위주의 부식 시험을 거쳐 해양분위기에 어떠한 표면처리가 가장 효과적인가를 연구,분석하는 과정에서 S.F.L 처리가 가장 능력을 인정 받아 적용되고 있다. | |
5. 금도금(Gold plating)
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1. 목 적 : 전기/전자부품의 접점부 도금용.
2. 특 성
1) 경 도
일반적으로 시안욕에서는 Hv 40을 약간 상회하는 정도이며 산성욕, 중성욕에서는 보통 Hv 130-190까지 상승시킬수 있다. 그러나 순도가 높아도, 결정구조를 변화시키는 도금조건에서는 Hv 180까지 올릴수 있다.
2) 전도도
순도는 물론 공석하는 미량첨가 금속(경도 및 기능향상목적: Ni,Co,In등) 및 유기물의 종류에 따라 영향을 받는다. 표면의 결정질구조의 차이도 있지만 보통은 도금된 제품(접점부)간의 접촉부에서의 마모나 표면오염으로 인한 전도저항 등에 의해 전도도가 저하되는 양에 비해선 적으며, 더우기 도금적용되는 제품 특성상 접점 등의 접촉부를 가지는 경우가 많으므로 무시할수 있을 정도이다.
3) 다공성
시안욕에서는 치밀성이 떨어지고, 산성 및 중성욕에서는 뛰어나다.
4) 순 도
시안욕에서는 유기불순물의 공석 때문에 99.9%가 한계이며, 중성 및 산성욕에서는 조건의 선택에 따라서 99.99%이상을 확보 할수 있다.
5) 내열성
전자부품의 제조공정중 최고온도는 600℃ 이하이다. 이정도의 온도에서는 금도금층은 문제가 없으나, 소지금속의 확산을 방지할 필요가 있다. 일반적으로 니켈계 하지 도금층이 많고, 보통의 처리 조건에서 도금의 치밀성이 충분히 있으면 2㎛ 이상의 두께만 되어도 좋다.
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6. 은도금(Silver plating)
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1. 목 적
1) 전기단자동과 같은 납땜한 부품에 적용. (도금두께 : 약 7.5㎛ 정도)
2) 비철소지의 내식성향상, 전기전도도향상. (도금두께 : 약 12.5 ㎛ 정도)
3) 전기 접촉부품에 적용. (도금두께 : 약 12.5-25 ㎛ 정도)
2. 특 성
1) 경 도
기본조성만의 욕에서 얻어지는 은도금의 경도는 Hv 70-90 이지만 이것에 광택제를 가하여 결정질을 바꾸게 되면 Hv 110-130으로 상승한다. 그러나 다른 금속을 경화제로 미량 공석시키면 Hv 140-160까지도 가능하다.
2) 윤활성
은도금의 윤활성은 비교적 양호하지만, 경도를 올리면 역으로 나쁘게 되는 경우가 많다. 이것은 인성이 소실된 결과 취약하게 되어 결정질의 파괴 및 마모를 초래하는 것으로 생각된다.
3) 전도도
순은에 비하여 도금된 은은 약간 저항이 높게 되며, 이는 동 또는 알루미늄 정도의 저항수준이 된다.
4) 납땜성
표면상태, 특히 거칠기의 피치와 깊이에 관계가 있다.
5) 내변색성
변색은 피할수 없지만 변색을 어느정도 막으려면 로듐, 금 등의 얇은 도금을 크로메이트 처리 또는 기타의 COATING등으로 보호해 줄 필요가 있다.
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7. 부동태처리
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1. 목 적 : 내식성 향상
2. 특 성
치수변화가 없으며, 극히 얇은 산화피막이 형성된다.
3. 부동태의 정의
부동태란 특수한 환경하에서 어떤금속 또는 합금의 화학반응성이 손실 되는것과 관련된다. 이로써 기전력계열(氣電力係烈)에서는 활성(活性)임에도 불구하고 대단히 느린속도로 부식되는 상태로 변하게 되는 경우이다.
4. 스테인레스강의 부동태처리
스테인레스강의 표면은 얇은 산화막으로 덮여있고 이 피막이 내식성을 가지고 있다.그러나 이 산화피막속에는 철의 산화물을 함유하고 있으며, Cu,Al,고무,에보나이트등에 접촉하여 습기를 받는 환경에 있으면 부식되기 쉽기 때문에 화학적인 처리를 하여 부동태화 시켜준다. 그리고 일반적으로 스테인레스 제품을 크롬산용액에 침적 시키므로써 부동태화 처리를 해준다.
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8. 크롬도금
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1. 목 적
높은 내마모, 윤활성, 내열성, 내식성, 이형성을 필요로 하는 곳에 사용되며, 미려한 장식성 요구되는 (장식크롬)경우나 내약품성을 요구하는 부품에 적용한다.
2. 특 성
1) 장식 크롬도금
① 대기중에서 변색이 안되고, 내구성이 큼.
② 색상이 아름답고, 내마모성과 내식성이 좋음.
③ 도금층을 필요이상 두껍게 하면 도금면에 핀홀(PIN HOLE), 균열등이 많게 되므로 전체적으로 도금두께가 0.5㎛이하가 되어야 함.
2) 공업용(경질) 크롬도금
① 황산기가 첨가된 무수크롬산(CrO3)용액에서 6가크롬(Cr+6)을 전기적으로 환원시키는 방법을 사용한다.
② 타도금에 비해 음극전류효율(제품상에서)이 10-20%정도로 매우 낮아 균일전착성, 피복력등 도금욕의 성질이 대단히 나쁘다.
③ 도금층 결정입자의 미세화와 전착시 발생하는 내부응력으로 Hv 700-1.000의 고경도가 가능하다.
④ 뛰어난 내마모성, 저마찰계수, 윤활성, 내열성, 내식성보유.
⑤ 염산이외의 산에 부식이 않된다.
⑥ 다른물질이 쉽게 떨어지는 이형성이 좋다.(→금형사용)
⑦ 위특성으로 인해 자동차, 항공기, 선박부품, 섬유/인쇄/화공용 산업기계부품,공구,금형등 사용범위가 광범위하다.
3) 경질 크롬도금의 표면피복특성
크롬도금은 소재의 표면상태에 상당히 민감한데 석출되고, 凹부에는 도금이 두껍게 석출하지 않는 경향이 다른도금에 비해 대단히 심하다. 이와 같이 제품 두께별 편차 및 표면 조도차에 의하여 균일전착성이 상당히 나쁘게 되므로 이에 알맞은 양극 및 보조음극을 사용해야 한다. 방지할수 있다.
4) 소지표면형상과 경질크롬도금의 피복능력관계
소재에 핀홀이나 주물소, 갈라짐 같은 것이 있는 경우 이것을 크롬도금으로 메우는 것은 크롬도금의 부착성이 나쁘므로 곤란하다. 즉 크롬 도금은 그 두께의 증가와 더불어 표면의 결함이 확대되는 것이 일반적인 경향이다. 따라서 이와 같은 구멍이나 갈라짐은 크롬도금의 문제점으로 되는 경향이 많으므로 소지에 이와 같은 결함이 있어서는 곤란하다.
5) 경질(공업용) 크롬도금의 내식성
크롬도금의 내식성을 생각할 때에는 크롬자신의 내식성과 도금에의 내식성을 분리해서 생각해야 한다.크롬금속은 화학약품에 대하여 내식성이 있어서 내마모성이 필요하지 않더라도 다만 내식성 때문에 사용되는 경우도 많다. 공업용 크롬도금은 일반적으로 도금층에 갈라짐이 발생한다. 이 갈라짐은 도금두께가 50㎛ 까지는 소재까지 관통하고 있어서 침입한 액(부식성)에 의하여 소재가 부식되거나 또는 그 액을 전해액으로 하는 소재와 크롬의 국부전지 작용에 의하여 소재가 급속히 부식된다. 예를 들면, 철에 크롬도금 한 것을 물속에 담궈 놓았을 경우, 크롬도금의 핀홀이나 갈라짐이 소재까지 관통되고 있지 않다면, 도금면은 부식되지 않는다. 그러나 만일에 소재까지 관통된 핀홀이나 갈라짐 같은 것이 있다면 물속에 전해질에 의해 철, 크롬사이에서 국부전지가 형성되어 철이 급속하게 용해된다. 크롬은 철보다 이온화경향이 크지만 대기중에서 부동태화 되므로써 철이 양극이 되어 용해하게 된다. 크롬도금의 갈라짐 발생은 도금욕의 조성이나 전착조건에 의하여 크게 달라지는 것이며,이런점을 보완한 크랙후리(CRACK FREE)크롬도금은 내식성은 뛰어나지만 경도가 낮으며 수요관계가 적어 널리 쓰이지 못하고 있다. 이상과 같이 공업용 크롬도금의 갈라짐은 내식성에 큰 관계가 있으나 도금의 조건 이외에도 도금후의 그라인더 연삭 같은것에 의해서도 그 발생상황이 달라진다. 그라인더 연삭으로 끝맺음질을 한 도금면은 100㎛ 도금두께에서 갈라짐이 소재까지 관통되어 있을 경우가 대부분이며, 때로는 200㎛의 두꺼운 도금에서도 좋은 내식성이 얻어지지 못할때가 있다. 더욱이 도금의 내식성에는 도금의 밀착성도 관계되고 있는 것같다. 물속이나 습기가 많은 상태에서 사용되는 두꺼운 크롬도금의 부식상황을 관찰해 보면 밀착력의 양호여부는 밀착면적이 크고 작은데에도 관계가 되고 있다.밀착력이 약한 도금일 때에는 밀착된 부분과 밀착되지 않은 부분이 있어 이 때문에 사용할때의 가열, 냉각의 되풀이와 외부로부터 압력의 되풀이 등에 의하여 상당히 두꺼운 도금이라도 갈라짐이 소재에 까지 관통되어 부식이 일어나게 되는 것이다. 이 때문에 도금두께는 충분하더라도 두께에 관계없이 소재가 전기화학적으로 급속하게 부식 당하는 경우가 가끔씩 나타나게 된다.
6) 부식성 분위기에서의 사용부품과 부식양상 :
내마열성과 내식성이 요구되는 부품에 대해서 크롬도금이 많이 사용되고 있는데,가끔 부식으로 인한 클레임이 있을 경우가 있다. 크롬도금은 크랙(갈라짐)이 있는층이 몇중으로 겹쳐져서 구성되어 있기 때문에 두꺼운 도금이라도 소지까지 통하는 세공(細孔)이 존재한다. 실용상으로서는 꽤 큰 내식성을 기대할 수도 있지만, 그것은 사용중에 다른 개재물로 인해서 아워지든가 또는 구불구불한 세공이기 때문에 부식성인자가 소지까지 도달하지 못하기 때문 이다.그러나 수용액 등에 접하는 경우에는, 이것이 모세관 현상으로 인해서 소지까지 도달 하므로써 소지의 부식을 가져다 주는것이며, 펌프축류에서 흔히 볼수 있는 현상이다.
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9. 전기니켈도금
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1. 목 적
방식(防飾)이나 장식목적으로 사용되며, 각종 소지금속상에 크롬,라듐,금,은도금등의 하지도금으로 널리 사용되고 있다.
2. 특 성
니켈도금은 각종 소지상에 직접적이고도 밀착성이 양호한 도금이 가능하며, 내식성 양호(방식목적)하고 경도와 유연성 양호하며, 백색을 띤다.
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10. 전기동도금
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1. 목 적
하지도금(Ni,NI-Cr 도금등) 및 침탄방지용 도금으로 주로 사용한다.
2. 특 성
동도금은 1가,2가의 어느 것이나 석출시킬 수 있다. 1가 이온은 주로 시안화구리 도금욕으로부터, 그리고 2가이온은 황산동,붕불화동,피로 인산동, 슬파민산등의 도금으로부터 석출한다. 산성동도금은 전착성이 안 좋고,철강위에 직접도금을 하면 밀착력이 나쁘다. | |
11.주석도금
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1. 목 적
주석도금은 주로 납땜할 부품용( 도금두꼐 2.5∼6.4㎛), 마손(磨損)이나 응착방지용(도금두께 5∼10㎛), 소지금속의 부식방지용(도금두꼐 7.5㎛ 이상),질화처리중 경화층 형성방지용 (도금두께 5-15㎛)의 목적으로 사용된다.
2. 특 성
융점이 낮고(231.9℃), 전연성이 풍부하며 대기중에서 변색이 잘 되지 않으며,묽은산, 특히 유기산에서 거의 용해되지 않으며 식품에 포함된 산에는 침식되지 않는다는 점과 다른 금속에 비해 독성이 적으므로 식품용기구의 도금에 많이 이용된다. 비교적 유연한 금속이므로 기계의 습동부분에 많이 이용되고 도금에는 산성욕(2가 주석)과 알칼리성욕(4가 주석)의 두가지 방법이 있다.
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12. 철강상의 흑색산화피막처리
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1. 목 적
흑색산화피막은 피막을 입힘으로써 치수가 커지게 되면 안되는 활동부품(Sliding Part)에 특히 적합하다. 그러나 내식성은 양호하지 못해 장기간 보관할 부품에는 적당하지 않다.이피막은 흑색을 나타내므로 장식용이나 광선 반사를 감소시키는데 자주 사용된다. 페인트나 락카를 사용하기 위한 예비처리로써 흑색산화피막을 사용하지 않으며, 그러한 용도에는 인산염피막이 더 적절하며 내식성도 좋다.
2. 특 성
① 밀착성이 좋고, 내식성이 양호하다.
② 내마모성이 양호해 습동부에 이용된다.
③ 피막의 두께치수변화가 극히 적어 정밀부품의 방청에 이용된다.
④ 피막의 두께는 통상 0.2 ∼ 5.0 ㎛의 매우 얇은 피막이다.
⑤ 피막의 조성은 사삼산화철 (Fe₃O₄,유사형태 : FeO · Fe₂O₃)이다.
⑥ 내열성이 좋아 400℃까지의 온도에 견딘다.
⑦ 피막은 안정되어 있으나, 크랙이 많다.
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13. 아연상의 크로메이트처리
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1. 특 성
기본적인 특성은 Al상에서의 방법과 동일하다. 적용대상 용품은 아연도금강판 및 아연다이캐스팅(Die-Casting)제품등이다. 참고로 알루미늄상의 크로메이트와의 차이점은 전반적인 공정은 유사하나, 크로메이트액의 농도차가 있다. 즉, 아연상의 크로메이트는 알루미늄상의 크로메이트보다 크롬산(CrO₃) 농도가 더 높다.
2. 용 도
크로메이트피막의 일차적인 목적은 정지된 물,고습도의 대기, 염수, 해양중에 노출되는 표면이나 주기적으로 농축하거나 건조할 때에 노출되는 표면에 백색부식물의 형성을 막거나 늦추기 위한것. 크로메이트의 어떤 형태는 페인트 칠을 하기에 알맞다는 것이 입증 되었다.
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14. 전기아연도금
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1. 목 적
아연도금은 아연(Zn)과 철이 조합되어 아연은 부식되고 (즉,희생도금)철은 방식(防蝕) 되는 성질을 이용하여 철강의 부식을 방지할 목적으로 발달하였다. 아연은 우리나라에서 현재 자급할 수 있는 유일한 금속이며, 최근 아연도금의 사용이 크게 확대된 것은 극히 당연한 것이다. 또한 아연도금의 용도가 확대된 원인중의 하나는 아연도금 자체의 내식성을 향상시킬 목적으로 도금후에 크로메이트(CHROMATE)처리를 추가적으로 실시하는데, 이로써 아연 자체의 내식성은 더욱 증가되고 아울러 외관의 아름다움(광택)을 향상시켜 장식용이나 도장하지용으로 사용된다. 아연도금 방법에는 전기도금, 세라다이징(확산침투), 용융도금, 용사등이 있으나 순수한 아연을 도금하는 점에서 전기도금이 우수하다.
2. 특 성
1) 전기화학적 성질
아연의 전위는 -0.76Ⅴ, 철은 -0.44Ⅴ로서 아연은 양극이 되어 부식되고, 철은 음극으로 되어 방식되는 효과, 즉 희생피막의 역할을 한다. 철이 부식환경에서 표면에 아연이 있으면, 우선 아연이 철대신 산화하면서 철이 부식되는 것을 방지해준다. 아연은 철대신 녹이 슬며 아연도금중에 핀홀(PIN HOLE)이 있어도 철을 보호해(크롬도금의 경우와 반대)주는데, 이때 아연자신은 산화아연, 탄산아연, 염기성아연의 흰가루(백색부식물)가 되어 소모된다.
2) 가공성
모오스경도 2.5로서 순철의 4.5배에 비교하여 약간 무르지만 상온에서는 취약하고, 도금후의 굴곡가공에는 다소 문제가 있다. 단, 100∼115℃에서 전연성이 증대하여 대단히 가공성이 좋게 되나, 200℃이상에서 다시 취약하게 되는 성질이 있다.
3) 도전성
전기저항은 5.9×10-6Ω㎝로서 철의 9.8× 10-6Ω㎝에 비하여 낮으나 아연이 부식되면 저항이 높아지므로 크로메이트피막을 실시하여 내식성을 좋게할 필요가 있다. (크로메이트 피막은 도전성이 있음)
4) 취 성
고장력강에 아연도금을 실시할 경우 도금시 발생하는 수소에 의한 취성이 발생될 수 있으며, HRC 40이상의 고경도강에 도금하는 경우 아연도금에서 특히 심하다. 같은 아연도금에서도 산성욕이 알카리성욕(특히 시안용)보다 취성이 적다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 아연도금후 4시간 이내에 대략 200℃ 온도에서 수시간 가열하여 수소를 방출시키는 방법을 채택하여야 한다. 아연도금은 관리가 용이한 것의 하나로서, 용도에 따른 도금욕의 종류가 많고 금속에 직접도금이 가능하며 박리도 산으로 간단하게 할 수 있다. 욕(Bath)의 작업조건 범위가 넓고 도금속도가 빠르며 크로메이트처리가 간단하여 대단히 유효하다.
3. 용도에 따른 아연도금두께 (일반사항)
구 분 두 께
나사등과 같이 치수허용치가 작은 부품 약 5㎛ 도금
환경이 양호한 내장부품 약 5㎛ 도금+크로메이트
외장부품 약 25㎛ 도금+유색크로메이트
4. 아연도금한 제품의 사용범위
아연도금은 아연의 융점(419.5℃) 이상에서 사용되는 것은 무리이며 실제로 기능상300℃ 정도까지는 견딘다. 아연도금상에 크로메이트피막은 열에 따른 내식성이 약하기 때문에 130℃이상 에서의 사용은 어렵다. 크로메이트피막은 연해서 내마모성은 대단히 약하므로 마모를 일으킬 부위에는 사용을 피하도록 해야한다. 아연도금은 강판의 도장하지로서는 우수하지만, 인산염으로 처리할 경우 도장의 밀착성 및 내식성이 더욱 양호해진다.
5. 아연도금후 크로메이트처리의 목적과 내식성관게
아연도금은 도금한 상태로는 변색이 되기 쉽고 또한 지문이 묻기 쉬우며, 특히 습기가 있는 공기중에서는 백색반점이 생기기 쉽다. 이떄 보조처리로써 크로메이트처리를 하면 내식성이 수배 증가하며, 광택있는 도금면을 얻을 수 있다. 일명 유니크롬(UNICHROME) 이라고도 하는데 1935년 미국의 UNITED CHROME사에서 시작한 것에 기인하며 처음에는 아연도금의 내식성을 향상시키기 위해 카드뮴도금대신 사용되었으며, 1946년에는 유색 크로메이트가 개발되었다. 크로메이트에는 광택용과 피막용의 두가지가 있는데, 광택용 크로메이트에도 유색과 무색이 있으며 유색의 것은 오렌지색, 녹청색, 황색등이 있고 무색인 것은 청색과 백색(반투명)이 있다. 어느것이나 이처리를 행하면 아연도금만을 행한 것 보다 내식성이 증대하며 일반적으로 수배에서 수십배로 된다. 아래표는 크로메이트에 의한 내식성을 염수분무시험을 한 결과로 나타내고 있다.
6. 크로메이트처리후의 건조온도와 내식성과의 관계
크로메이트처리후의 건조온도는 내식성에 크게 영향을 미치며, 60℃ 부근에서 건조하는 것이 안전하다. 70℃이상에서는 내식성이 감소하며, 80℃에서는 내식성이 심하게 나빠지고 크로메이트의 효과가 상당히 적어진다. 이원인은 건조온도가 70℃이상이 되면은 크로메이트 피막에 금이 가는데, 금간것이 많게되면 내식성이 떨어지기 떄문이다. 또한 금이가는 이유는 크로메이트피막에 수분이 들어 있는데 이것이 피막으로부터 방출될떄 일어나기 때문이다. 일반적으로 저온(약60℃정도)에서 장시간(약30분정도) 건조 하는 것이 가장 내식성이 양호하다고 한다.
7. 크로메이트성분과 내식성과의 관계
내식성은 피막의 강도와 피막중의 6가크롬함유량에 따라 결정된다. 피막의 두께는 건조하기 전에는 수㎛이지만 건조후에는 0.5㎛이하(주로 0.03-0.07㎛)이다. 또 열탕에 침적하거나 오랫동안 물에 담그면 피막이 팽창되어 6가크롬이 추출되어 내식성을 잃게 된다.
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15. 인산염피막처리
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1. 목 적
인산염피막처리는 금속(주로 철강)을 묽은 인산과 화학적으로 반응시켜 금속의 표면을 난용성의 결정질 인산염으로 만들어 금속의 고유성질을 바꾸는 것이다.
2. 특 성
1) 인산아연계 (Z형)
(1) 색상 : 연회색 - 진한회색(처리할 금속의 탄소량이 증가할수록 입자크기가 작아져 색상이 짙어짐)
(2) 처리방법
- 분무식 : 1-10 g/㎡ 피막중량 가능
- 침적식 : 1.5-40g/㎡ 피막중량 가능
(3) 용도 : 도장하지용, 냉간성형, 내마멸성, 내식성
2) 인산망간계 (M형)
(1) 색상 : 검은색을 띤 흑갈색, 피막내의 MnO₂량에 따라 갈색이 짙어짐. 보통은 OIL을 흡착시켜 사용하므로 OIL이 검은색을 강화시켜 검은색을 띠게된다.
(2) 처리방법
- 침전식만 가능
- 피막중량은 5∼30 g/㎡ 가능
(3) 특성 :
- 치밀한 미립자로된 피막이 요구된다.
- Mn게 피막은 Zn계에 비해 처리 비용이 많이드나 두꺼운 피막이 가능
(4) 용도 : 내마멸성 개선
＊ 이외의 종류로 인산철계, 인산납계, 인산주석계, 인산아연칼슘계 피막처리가 있다.
3. 응용범위
1) 도장 하지용
인산염피막을 도장하지용으로 사용하는 경우 습기와 수분에 대한 내식성증가 및 부식의 퍼짐을 방지할 수 있다.
2) 내식성
인산염피막은 수분이 금속표면과 직접접촉 하는것을 막아서 금속의 부식을 억제시킴. 내식성을 증가시키기 위해 방청유나 WAX등의 후막(厚漠)을 덧붙여 사용하기도 한다.
3) 냉간가공용
강을 인발(DRAWING)시 강의 표면과 DIE사이에는 매우 큰 마찰이 생기며 이것을 줄이기 위해 사용하기도 한다.
4) 내마멸성
강표면에 피막처리를 하여 내마멸성을 증가시킬 수 있다.
4. 피막의 제조 방법별 적용
구분 침적식 분무식 비 고
망간계 O X 주로사용
아연계 O O 주로사용
철 계 O O
·침적식 : 두꺼운 피막, 모양이 복잡한 부품. 시설비가 저렴하나 넓은 작업장 필요,열발산 적음.
·분무식 : 피막형성속돠빠름 경제적이나 시설투자비가 침적식보다 5-10배 소요 (철계: 액 조절용이. 질좋은 피막가능) 주로 부피가 커서 침적이 곤란한 곳에 사용
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16. 마그네슘 NON CHROMATE 화성처리
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1. 개요
마그네슘합금은 지구상에서 존재하는 실용 금속중에서 가장 비중이 가볍고, 비강도가 크고, 주조성, 절삭성, 치수안정성, 찍힘에 대한 내구성 등에 매우 우수한 특성을 가지고 있다. 이에따라 경량화가 요구되어지는 자동차 부품, 통신부품, 전자 부품, 컴퓨터, 비디오 카메라,오디오, 휴대폰 및 낚시용, 스포츠용품의 재료로서 널리 주목받고 있다. 그러나 마그네슘 합금은 실용 금속중에서 가장 공기중에서 부식하기 가장 쉬운 금속으로 구성되어 있으므로 방청을 위해 표면처리가 불가피하다.
Mg합금의 방청처리 방법으로서는 10종류의 처리법이 규정되어 있다. 이 방법은 처리액에 크롬산을 포함한 용액, 혹은 피막화성후에 도막의 밀착성을 향상시키기 위해 크로메이트 처리를 하는 등 크롬산염이 널리 사용되어 왔다. 크롬산은 그 유해성, 작업환경, 폐수 등의 규제가 오래전부터 시행되어왔다. 최근에는 폐기된 처리품에서 산성등에 의해 6가 크롬이 용출하여 환경을 오염시키는등 문제가 발생되고 있다.
ISO 14000에서 관심이 높아지고 환경보호의 관점에서 크롬산의 사용을 자제하는 움직임이 나타나고 있다. 지구환경의 보호를 부르짖고 폐기에 이르기까지 제품의 환경부하가 파괴되어가고 있는 오늘날 이것들의 유해물질을 사용하지 않는 처리법의 필요성이 높아져가고 있다. 이 요망에 대하여 크롬산염이나 중금속을 포함하지 않는 화성처리법의 검토를 하여 CHROMATE법을 능가하는 내식성과 도장 부착성이 띄어난 화성피막을 개발하였다. 그래서 당사는 본 PROCESS를 MAGTEC-PROCESS라고 명명하였다.
2. 마그네슘합금
마그네슘 합금은 비중 1.74로서 알루미늄 합금의 2/3, 철강의 1/4, 아연합금의 1/3과 같이 실용 금속 재료로서는 제일 가볍고, 비강도가 높으며, 진동흡수성이 좋아 절삭저항이 낮고, 치수의 안전성이 매우 좋은점등 구조재료로서 아주 이상적인 성질 갖고 있다.
Mg합금은 ASTM에 의한 표시가 일반적으로 사용되어지고 있다. 이 표시방법은 AZ91D를 예로들면, AZ는 주가 합금원소로서 A는 Al, Z는 Zn이다. 합금 원소의 기호는 A:Al, Z:Zn, M:Mn, K:Zr, E:Re, H:Th, Q:Ag, S:Si, L:Li이다. 91의 숫자는 주된 합금 원소계의 분할을 표시 Al 9%, Zn 1%가 된다. 기호 D는 동일 합금의 종류 중에서도 규격화된 순위를 표시하고 있다. AZ 91합금에서는 A, B, C, D의 4종류가 있으며, A가 최초의 합금, D는 가장 새로운 규격의 합금이다. 고순도 마그네슘의 내식성은 알루미늄 합금이나 철강재료 보다도 우수한 것이다. 마그네슘은 은백색의 금속으로 되어 있으나, 공기중에 방치되어 있으면 서서히 산화 되어 염기성 탄산마그네슘과 합금원소의 산화물에 의해 생긴 피막을 생성한다. 이 피막은 알칼리성으로서 건조상태에서는 얇고 반투명 상태이나, 습한 상태에 있을 때는 두껍게 성장하여 색도 검게 된다. 이 피막은 알루미늄의 산화피막 정도의 치밀한 것은 아니다. 마그네슘중에는 철, 니켈, 구리등의 불순물이 혼입되기도 하고, 기계 가공에 의해 중금속류의 분말이 표면에 잔존되기도 하고, 다른 종류의 금속과 전기적으로 접촉해서 영향을 미치면 심하게 부식한다. 또한 동일한 재료일지라도 처리에 기인하는 조직의 변화에 따라서 내식성은 크게 달라진다. Mg합금은 염소이온·산·염류에는 부식되기 쉽고, 전위차에 의한 전식이 일어나는것이 최대의 결점이다.
3. 마그테크 프로세스에 의한 NON CHROMATE 처리법
MAGTEC PROCESS에 의한 NON CHROMATE 화성처리공정과 종전 방법인 CHROMATE처리공정을 기록하였다
1) MAGTEC PROCESS : 탈지-->수세-->에칭-->수세-->활성화-->수세-->화성처리-->수세-->후처리-->건조
2) CHROMATE PROCESS : 탈지-->수세-->에칭-->수세-->화성처리-->수세-->후처리-->건조
4. 마그테크 프로세스에 의한 NON CHROMATE의 특징
(1) 처리액에 환경에 유해한 크롬산을 전혀 사용하지 않았다.
(2) 내식성이 CHROMATE에 비하여 띄어나다.
(3) 전자, 통신부품에 대하여 저항값을 만족시킨다.
(4) 도장의 부착성이 좋다.
(5) 처리 COST가 낮다.
(6) 처리 JIG에 특수한 금속을 필요로 하지 않는다.
(7) 배수, 폐수처리가 용이하다.
(8) 요구 성능에 대응하는 처리를 선택 가능하다.
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