수정 니켈도금액의 개요
^ Review to Nickel Plating Baths
장식용으로는 광택니켈도금, 사틴니켈도금, 반광택니켈도금 또는 흑색니켈도금 등 다양한 니켈 도금 방법이 있다.
부식보호
- 부드럽게 전착된 니켈은 부품이 마모되지 않도록 보호한다.
- 니켈 도금의 경도는 도금 공정 변수에 따라 관리할 수 있다.
낮은 마찰계수
- 강자성 부품 (강철) 은 자기 특성을 변경하지 않고 니켈도금을 할 수 있다.
- 낮은 응력의 도금 피막은 피로강도가 중요한 전기주조 및 응용분야에서 중요한 도금 방법이다.
니켈도금의 기본
- 전기 도금은 가장 널리 사용되는 니켈 도금 방법이다. (대체 방법은 무전해 니켈도금).
니켈도금욕 종류
- 와트욕
- 설파민산욕
- 염화물욕
- 황산-염화물욕
- 황산욕
양극
- 티타늄바스켓 용으로 절단된 고순도 니켈 (니켈 라운드 또는 니켈 사각형)을 양극으로 사용한다.
- 니켈 라운드 치수: 직경 25 mm 및 최대 두께 12 mm.
니켈 사각형의 치수: 25×25 mm 및 최대 12 mm 두께.
- 니켈 판과 니켈 봉도 양극으로 사용된다.
전류효율
- 니켈욕의 양극전류효율은 거이 100 % 가 된다. 니켈 용해가 수산기 이온 (OH-) 방출을 동반할 때 높은 ㏗ 에서는 감소할 수도 있다.
- 니켈욕의 음극전류효율은 90~97 % 다. 전류의 3~10 % 는 수소 이온 (H+) 을 방출하여 음극 표면에 기체 상태의 수소 (H2) 기포를 형성함으로써 소모된다.
피트 방지제
- 음극표면에 부착된 수소기포는 표면에 피트를 발생할 수 있다. 기포 제거를 향상시키기 위해 도금액에 피트방지제를 사용한다.
- 피트 방지제로 라우릴황산소다는 음극의 표면장력을 감소시키고 표면에서 수소 기포를 빨리 떨어지게 한다.
여과
공기 교반
온도
- 니켈 전기도금 공정은 온도가 높게되면 전해액의 저항이 낮아지므로 전압을 낮출 수 있고, 액중에 용해를 돕고 붕산 및 기타 성분의 침전도 방지한다.
니켈도금두께
- 니켈 도금의 두께는 패러데이법칙으로 계산할 수 있다.
- Nickel coating thickness:
니켈도금 두께:
H = 0.205 X C X D X T
H - 도금두께, ㎛
C - 음극전착계수 (about 0.95)
D - 전류밀도 A/dm²
T - 시간 min.
수정 도금욕의 종류
Watts 와트욕은 1916년 Oliver P. Watts
에 의해 개발되었다. 지금까지도 사용되는 니켈 전기도금욕으로는 비교적 비용이 저렴하고 간단하다.
도금욕 조성
240~300 g/l Nickel sulphate
30~90 g/l Nickel chloride
30~45 g/l Boric acid
㏗ : 3.0~4.5
- 온도 : 40~65 ℃
- 음극전류밀도 : 2~10 A/dm²
- 인장응력 : 345~485 MPa
- 신율 : 10~30 %
- 경도 : 130~200 HV
- 내부응력 : 125~185 MPa
광택제
- 캐리어 광택제 첨가량 0.75~23 g/l
paratoluene sulfonamide, benzene sulphonic acid) - 미세입자 형성
- 레벨러 첨가량 0.0045~0.15 g/l (2차 광택제)
allyl sulfonic acid, formaldehyde chloral hydrate) - 캐리어와 함께 광택 형성
- 보조광택제 첨가량 0.075~3.8 g/l
sodium allyl sulfonate, pyridinum propyl sulfonate
- 무기첨가제 첨가량 0.075~3.8 g/l
Cobalt, zinc - 추가적인 광택효과
설파민산니켈욕은 전기주조 및 기능성 니켈 도금에 사용된다. 전착된 니켈 피막은 내부 응력이 가장 낮다. 설파메이트욕의 높은 니켈 농도는 높은 전류 밀도에서 작업할 수 있다
도금욕조성
300~450 g/l Nickel sulphamate
0~30 g/l Nickel chloride
30~45 g/l Boric acid
㏗ : 3.5~4.5
- 온도 : 40~60 ℃
- 음극전류밀도 : 2~25 A/dm²
- 인장응력 : 415~610 MPa
- 신율 : 5~30 %
- 경도 : 170~230 HV
- 내부응력 : 0~55 MPa)
전 염화물욕은 낮은 전압으로 두꺼운 도금이 가능하다. 모든 염화물욕의 단점은 피막의 내부 응력이 높은 도금이 된다.
도금욕조성
225~300 g/l Nickel chloride
30~35 g/l Boric acid
㏗ : 1~3
- 온도 : 43~65 ℃
- 음극전류밀도 : 2.5~10 A/dm²
- 인장응력 : 620~930 MPa
- 신율 : 4~20 %
- 경도 : 230~260 HV
- 내부응력 : 275~340 MPa
Sulphate-Chloride 황산-염화욕은 전 염화욕보다는 내부 응력이 낮은 도금이 된다. 이 욕은 Watts bath 보다 낮은 전압에서 작업하며, 와트욕에 비하여 높은 속도(높은 전류)로 전착할 수 있다.
도금욕조성
150~225 g/l Nickel sulphate
150~225 g/l Nickel chloride
30~45 g/l Boric acid
㏗: 1.5~2.5
- 온도 : 43~52 ℃
- 음극전류밀도 : 2.5~15 A/dm²
- 인장응력 : 480~725 MPa
- 신율 : 5~25 %
- 경도 : 130~200 HV
- 내부응력 : 200~275 MPa
붕불화욕은 와트욕 보다 높은 니켈 농도로 인해 높은 비율의 도금이 된다. 붕불화욕은 주로 전주 및 두꺼운 피막의 전착에 사용된다.
도금욕조성
225~300 g/l Nickel fluoborate
0~15 g/l Nickel chloride
15~30 g/l Boric acid
㏗ : 2.5~4.0
- 온도 : 3870 ℃
- 음극전류밀도 : 3~25 A/dm²
- 인장응력 : 380~600 MPa
- 신율 : 5~30 %
- 경도 : 125~300 HV
- 내부응력 : 90~200 MPa
전 황산욕은 주로 불용성양극이 필요한 응용 분야로 도금 튜브 및 소형 피팅에 사용된다.
도금욕조성
225~400 g/l Nickel sulphate
30~45 g/l Boric acid
㏗: 1.5~4.0
- 온도 : 38~70 ℃
- 음극전류밀도 : 1~10 A/dm²
- 인장응력 : 415~485 MPa
- 신율 : 10~30 %
- 경도 : 200~390 HV
- 내부응력 : 200~300 MPa
경질 니켈도금욕은 높은 인장강도와 경도가 요구되는 용도로 사용된다.
도금욕조성
180 g/l Nickel sulphate
25 g/l Ammonium chloride
30 g/l Boric acid
㏗ : 5.6~5.9
- 온도 : 43~60 ℃
- 음극전류밀도 : 2.5~5 A/dm²
- 인장응력 : 415~610 MPa
- 신율 : 5~30 %
- 경도 : 170~230 HV
- 내부응력 : 0~8000 psi (0~55 MPa)