무전해 니켈 도금 단점 - mujeonhae nikel dogeum danjeom

무전해 니켈 도금은 전기를 사용하지 않고 산화-환원 반응에 의해 이뤄지는 도금입니다. 기본적으로 황산니켈과 차인산소다가 주성분으로 대부분 공장에서 생상 된 제품을 사용하고 있습니다. 주로 와셔나 자동차 샤프트 등 전기도금 시 문제가 되는 뾰족한 부분이나 구멍이 많은 제품, 자성을 가지면 안 되는 제품에 사용됩니다.

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1. 인 함량에 따른 도금액 구분
2. 용액 관리
수정무전해 니켈 도금
수정무전해 도금의 종류
수정무전해 도금의 장단점
수정무전해 니켈 도금의 용도
수정결언
수정참고자료

장 단점을 알려드릴게요. 장점으로는 복잡한 형상에 균일한 도금이 가능합니다. 전기도금의 경우 전기가 많이 먹는 부분에는 높이 도금이 됩니다. 그리고 비자성을 가지며 인 함량에 따라 경도를 조절할 수 있습니다. 또한 비전도 모재에도 도금이 가능합니다. 단점은 전기도금에 비해 가격이 비싸요. 그리고 도금 속도가 늦고 약품 관리가 어렵습니다. 하지만 균일하고 비자성을 가지기 때문에 많은 산업에서 사용하고 있습니다.

1. 인 함량에 따른 도금액 구분

무전해 니켈 도금액은 인(P)의 함량에 따라 구분이 됩니다. 저인(4% 이하), 중인(7~9%), 고인(10% 이상)으로 구분됩니다. 이렇게 인(P) 함량이 다른 이유는 사용처가 다른 이유겠죠? 큰 이유는 경도입니다. 도금 후, 열처리 후 경도가 다르기 때문입니다.

일반적으로는 중인을 사용합니다. 관리가 용이하고 작업성이 좋기 때문입니다. 일반 적으로 무전해 니켈 도금이요 하면 중인 도금입니다. 경도는 550Hv(50g) 정도이며 열처리를 통해 1000Hv 이상으로 올릴 수 있습니다. 주로 대량생산이 필요한 와셔, 샤프트 등에 사용됩니다.

저인 도금은 도금 후 열처리 전 경도가 750Hv(50g)으로 중인 보다 강함을 알 수 있습니다. 그래서 컴프레샤 스크롤에 사용되는 경우가 많습니다. 스크롤의 경우 컴프레셔가 안정될 때까지 스크롤 표면을 보호해야 하기 때문입니다. 단점으로는 약품 관리가 어렵고 니켈 함량이 높다 보니 다른 약품에 비해 가격이 높습니다. 그리고 모재와 부착성이 좋지 못하여 스트라이크층의 도금을 진행해야 합니다. 공정이 추가되는 문제가 있습니다. 주로 일본산 약품 사용

고인은 도금은 다른 도금에 비해 경도가 낮습니다. 이로 인해 모재를 보호해야 는 경우와 도금층을 가공해야 하는 경우에 사용합니다. 주로 프레스 금형에 표면에 사용합니다. 이유는 금형 한 개의 가격이 어마 무시합니다. 대량 공장의 경우 여러 개를 사용하니 관리하 필요합니다. 도금층을 두껍게 올린 뒤 100미크론 이상 한 뒤 필요에 따라 도금층을 깎아 두께를 조절합니다. 이때 다른 도금들과 달리 무르기 때문에 도금층 탈락이 일어나지 않습니다. 단점으로는 석출 속도가 엄청나게 느립니다. 앞선 중인, 저인에 비해 3분의 1로 생각하시면 됩니다. 그렇다 보니 균일하게 올리는 게 어렵습니다. 국산에서 생산되는데 취급하는 곳이 몇 군데 없습니다.

	저인	중인	고인
인함량	1~4%	7~9%	10% 이상
경도(열처리 전)	Hv 700	Hv 500	Hv 500
경도(열처리 후)	Hv 900	Hv 1000	Hv 1000
도금속도	15㎛/h	20㎛/h	5㎛/h
내식성	보통	보통	우수

열처리를 통해 NiP 구조에서 Ni3P로 구조가 바뀝니다. 그래서 경도가 증가합니다.

2. 용액 관리

자동화 라인의 경우 약품탱크에서 자동적으로 나오지만 대부분은 말통으로 사용한다고 생각 하합니다. 이 약품이 생각보다 추위에 관리가 필요합니다. 추위에 용액에서 분리가 일어나기 때문입니다. 아래 사진은 설 명절 이후에 혹시나 해서 확인했던 용액입니다. 황산니켈이 결정화가 일어났습니다. 처음에는 약품이 불량으로 생각했습니다.

이 약품을 사용해 보충을 하면 기존의 탱크의 약품도 조성이 깨지기 때문에 사용면 안 됩니다. 또한 도금 탱크가 100도 가까이 되니 녹지 않을까라는 생각과 뜨거운 물에 넣어 녹여서 쓸 수 있지 않을까 하실 겁니다. 하지만 절대 녹지 않습니다. 제가 신기해서 이것만 봉투에 담아 보관을 했습니다. 절대 녹지 않습니다. 얼음결정이 아니라 종유석 같은 결정으로 보셔야 합니다.

좌) 차인산소다 분리로 인한 필터막힘 / 우)니켈결정

미개봉품은 수분 및 산소 접족이 안되어 있어 이런 일이 적지만 개봉품의 경우 이런 일이 일어나니 조심하셔야 합니다. 사용하기 전에 흔들어보고 소리를 확인해야 합니다. 저는 흔들었을 땐 몰랐는데 약품을 보충해도 농도가 오르지 않아서 약품을 모두 빼봤더니 저렇게 되어 있었습니다. 역시나 새 약품으로 보충후 온도를 올리니 탱크가 아작이 나서 결국은 폐기했습니다. 3 턴 정도 됐던 걸로 기역 하는데 아깝게 버리고 힘만 썼죠 ㅋㅋ

3.pH관리

pH는 암모니아수로 관리를 진행합니다. 물과 희석해서 넣어야 합니다. 원액 들이부으면 약품에 충격이 가기 때문입니다. 그리고 pH를 많이 낮춰야 한다면 황산니켈이 들어있는 A제를 보충하길 추천드립니다. 또는 더미를 이용해서 작업을 진행하시기 바랍니다. 조금이야 황산을 넣을 수도 있지만 추천드리지 않습니다. 넣어야 한다면 이것도 물에 충분히 희석해야 합니다. 그리고 물에다 황산을 조금씩 넣어 희석해야 합니다. 황산에 물을 넣으면 터집니다. 조심하시기 바랍니다.

4. 결론

갑자기 무전해 니켈 도금이 생각나서 주저리주저리 작성했습니다. 도움이 되셨는지 모르겠네요. 도금은 참 신기하지만 약품이 참 독합니다. 다들 힘내시고 방독마스크 사용하세요. 몸 배려요. 그리고 산성가스, 염기성 가스에 따라 필터가 다릅니다. 먼지 용하고 다른 겁니다. 확인해서 구매하시기 바랍니다.

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목차...

1 무전해 니켈 도금
- 1.1 무전해 도금의 종류
- 1.2 무전해 도금의 장단점
- 1.3 무전해 니켈 도금의 용도
- 1.4 결언
- 1.5 참고자료

수정무전해 니켈 도금

(이자료는 무전해니켈도금 세미나 번역 자료임)

예로부터 무전해도금은 공업적으로 은경 반응을 이용한 레코드판 등의 제작에 사용하였다.

1940년대 미국의 A. brenner 와 G.riddel 에 의하여 무전해 니켈이 발명하게 되었다. 두 사람은 니켈과 텅스텐 합금도금을 연구하던 중 우연히 차아인산염을 첨가하게 되었다. 그런데 계산결과 이상하게 전류효율이 120 % 이상 나오는 것을 알게 되었다. 이 연구 결과 차아인산염이 화학적으로 환원 효과가 있다는 것을 알게되어 1946년 경 미국 특허를 얻게 되었다.

공업용으로는 1950년초 역시 미국의 GATC (General America Trasfortation and Co.)사가 도금속도등의 특성을 개량하여 가성소다 운반용 탱크로리에 철 부식을 방지하기 위하여 무전해도금을 시도하여 오늘에 이르게 되었다.

우리나라에서는

우리나라에 있어서 무전해니켈도금은 일반 금속용으로의 도입은 오래전에 사용되었으나, 1980년초 플라스틱의 무전해구리도금을 대치 하기 위하여 알카리 무전해니켈 도금방법을 사용한 것이 아마도 공업적으로 대량 사용된 시초인 것으로 생각된다.

전세계적으로는 1983년부터 무전해 니켈도금이 서서히 증가하여 1984년에서 1986년 까지는 약 10 % 정도 증가하여 멈추었으나, 1990년 초, 급속히 발전된 메모리 하드디스크의 영향과 전자산업부품의 발전으로 인하여 증가 하였고, 최근 증가로 한때 원자재 공급의 부족현상이 빛어지는 사태까지 이르게 되었다.

이로서 무전해니켈은 특이한 기능을 가진 독보적인 습식도금으로 자리하게 되었으며, 전자산업 부품의 발달과 더불어 기능도금으로서 무전해 구리도금과 함께 없어서는 않될 자리를 차지하게 되었다.

수정무전해 도금의 종류

금속이온을 수용액 상태에서 석출시키는 방법으로, 외부로 부터 어떠한 전기를 사용하지 않고 자기 촉매 방법에 의한 목적된 금속을 도금하는 방법을 무전해도금 이라 할수 있다. 무전해도금은 크게 치환 도금과 화학 환원 도금(무전해도금)으로 나눌수 있다.

치환도금

황산구리 용액중에 금속 철편을 넣으면 표면이 용해하며 구리가 치환되는 것을 볼 수 있다. 이것은 이온화경향에 의하여 전자의 이동으로 소재의 철이 환원제 역할을 한 것이다. 그러나 치환 반응은 어느 정도 두께까지 환원이 진행된후 피복이 완성되면 반응이 정지하여 두꺼운 도금을 할수 없는 단점을 가지며 이것이 밀착력을 나쁘게 한다.

무전해도금

무전해 도금은 비촉매형 화학 환원 도금과 자기촉매형 화학 환원 도금으로 나눌수 있다. 전자는 자기촉매성이 없어 두꺼운 도금에는 한도가 있으며 반응이 물체와 용액 내에서 동시에 발생하여 그 도금액은 다시 사용할 수 없다. 일예로 은경반응이 이에 해당한다.

후자는 현재 공업용으로 넓게 사용되고 있는 무전해 니켈 · 무전해 구리 도금으로 모두 자기 촉매형 무전해 도금 방법이다. 도금 용액중의 금속이 환원제에 의한 촉매반응으로 작용하며, 도금반응은 타 도금체의 표면에 환원되고, 보급에 의하여 연속 사용이 될 수 있다.

수정무전해 도금의 장단점

장점

외부 전원이 필요 없다
전류 분포의 문제가 없이 균일한 두께의 도금이 가능하다.
한번에 대량의 생산이 가능하다
부도체상의 도금이 가능하다
특수한 목적의 도금이 가능하다.

단점

금속이온의 공급이 약품에 의존하여 생산비가 높다
반응 부생산물의 축적으로 액의 노화가 빠르다.
사용액의 재이용이 거이 불가능하다. (현재는 개선 연구중)

수정무전해 니켈 도금의 용도

무전해 니켈도금의 주용도는 기능용으로 사용되어 왔으나, 현재는 전기도금의 특성인 광택을 가진 제품으로 균일전착의 목적과 미려한 외관을 가진 무전해도금으로 기존 전기도금을 대체하고 있다.

부식방지
균일한 피복성
우수한 경도
윤활성 목적
납땜성 및 접착성
비정질용 (무결정/비자성)

기능에 의한 분류

기계적 특성
항장력, 피로 및 연전성, 경도, 내마모성, 내부응력, 마찰, 박리, 정밀가공 등..
화학적 특성
내식성, 내약품성, 침탄/질화방지, 세척성, 내변색성, 방청효과, 확산방지 등..
전기/자기적 특성
전도율(비저항), 접촉저항, 고주파 특성, 자성(비자성), 전자파 차단 등..
광학적 특성
반사 방지성, 광 선택 흡수성, 광반사성 등..
열 적특성
내열성, 열전도성, 용접성, 납땜성, 변색 등..

용도에 의한분류

자동차산업 / 항공 (10 μm 전후)
브레이크, 보디, 브레이크 피스톤, 크러치, 연료노즐, 오일펌프, 캠, ABS, 수압계 기기, 스크류, 배관, 엔진 등
전자부품 산업 (1~5 μm)
리드프레임, 세라믹 패캐지, 프린트 기판, 커넥터, 톤덴서, 저항체, 칩저항 등
전자 OA 부품(3~10 μm)
하드디스크, 드라이브 하우징, 스핀들, 프린터, 헤드 드럼, 카드리더, 고무 접착로라, 트레이 등..
산업기계 (10~50 μm)
펌프, 밸브, 반응조, 열교환기, 샤프트, 실린다, 노즐, 피스톤 로드, 필터, 교반기, 유량계, 베어링, 전해조, 수송관 등..
기타 (3~15 um)
낙시 바늘, 버튼류, 형상 기억 합금, 수소 흡장 합금, 열기전력체, 측정기 부품 등

목적에 따른 분류

피복성 Ni-P (산성), 복합도금
부식방지 Ni-P
경도 Ni-P (열처리), Ni-B, 복합도금
윤활성 Ni-P (고인), Teflon 복합도금
내약품성 Ni-P (산성)
납땜성 Ni-B (저보론, 1 % 이하), 복합도금
다이오드 접합 polyalloy, Ni-B (1 % 이하)
비자성 복합도금
자성(메모리) Ni-Co-P, Ni-Co-B, Co-P, Ni-Co-Fe-P
전기전도체 Ni-B (0.2 % 이하, 5.8~6 mohm/cm/cm2)
전기저항 복합도금 , Ni-P (고인)
로듐 대체용 Ni-B (1~3 % 보론)
금 대체용 Ni-B (저 보론, 0.1~0.3 %), Ni-B (고 보론, 0.5~1 %
복합도금 (0.5 % P 혹은 B)

무전해 복합도금 (Polyalloy)

복합도금은 여러 가지 특이한 물질 (3~4 종류의) 복합적인 상태로 석출하여 특별한 용도로 사용된다. 경도의 증가, 마찰력의 개선, 특별한 저항체 등에 사용되고 있으며, 현재 가장 많이 사용되며 연구중인 도금은 Teflon 복합도금과 다이야몬드 복합도금으로, 전자제품의 소형 경량화와 저 소비 전력을 위한 마찰계수의 저하와 높은 내마모성을 목적으로 복합도금은 앞으로도 많이 응용될 것으로 본다.

기타의 복합체로는 SiC, 다이야몬드, WC, Al2O3, ZrO2, CBN, TiO2, Cr2O3, TiC, B4C, TiN, CeO2, TiB2, ThO2, BN, MoS2 등이 사용되고 있다

내마모성 향상
SiC, BN 과 Ni-P 의 복합 도금으로 경질크롬과 유사함
다이야몬드를 20~30 % 함유한 복합도금은 경질크롬의 4 배 내마모성
BN, Si3N4 등의 무기질 및 저 PTFE 분산도금
플라스틱 금형
SiC 를 분산제로한 복합도금은 금형의 수명을 연장
PTFE 복합도금
자기 윤활성, 비점착성, 발수성, 발유성 등의 복합특성
고경도 피막 도금
SiC 복합도금으로 400 ºC 열처리에 최고 MVH 1500 에 도달함
다이야몬드 복합도금
치과용 드릴, 공구용 연마줄, 반도체 웨이퍼 캇트 등..

수정결언

현재 무전해도금은 그 사용에 있어서 응용과 생산의 증가로 전자산업의 발달과 더불어 많은 발전을 하였으며 현재도 많은 응용으로 폭넓게 사용 되고 있다.

한 예로 발포 우레탄에 Ni-P/Ni 도금은 Ni-MH 2차 전지의 정극제로 사용되며, ITO 의 Ni-P/Au 도금은 액정 디스플레이 패널로, 포리스틸렌 구슬에 NI-P/Au 도금은 LSI 의 실장의 전도재로 사용며 Ni-P 와 구리 등의 복합도금을 이용하여 열기전력차를 온도 센서등이 사용되고 있다.

한층 무전해도금 방법은 초기에 비하여 많은 기술의 진보로 생산 코스트의 절감, 가격 및 품질의 안정성 등의 많은 개량으로 생산원가의 절감으로 이어졌다.

그러나 무전해도금은 전기를 사용하지 않고, 약품에 의한 금속염의 공급으로 사용액은 산화생성물, 기타 보급염의 축적으로 인한 노화와 강한 착염제로 인한 금속의 착염이 쉽게 이루어지는 문제가 있다.

현재는 많은 학자들의 연구로 열산화 방법, 전해 방법등의 재활용 방법의 진척이 있어, 한층 사용하기 쉬운 무전해도금으로 습식도금의 하이테크의 한분야로 자리하게 될 것이다. 아울러 예전에는 화학도금 이라고도 일부 불러 졌으나, 이 호칭은 너무 광범위한 용어 이므로 "무전해도금"이라 통일 명칭을 사용하는 것이 좋겠다.