현장도금기술7
수정현장도금기술
책에 나오지 않는 도금7 - 실험관리
수정실험 관리
실험 분석관리는 현장 도금액 관리에 있어서 아주 중요한 항목이다. 잘못된 분석 및 실험은 현장 작업 방향을 엉뚱한 곳으로 유도하기도 하며, 실험실 담당과 현장 담당자간의 불신을 쌓기도 한다.
현장 도금액의 관리 상태 유무를 가장 잘 알수 있는 사람은 틀림없이 현장에 종사하는 작업자로, 현장 도금액의 이상 유무와 원인을 가장 잘 알수 있는 사람이다. 그러나 현장 작업자는 생산과 외적 환경에 치우친 나머지 작업자가 만든 불량을 잊어버리고, 사건이 커진 뒤에야 알게되는 경우가 종종 있다.
즉 불량은 이미 발생하였고, 이 불량은 최종 포장단계의 작업자가 불량의 유무를 생산 담당자에게 알려준 경우 이미 많은 제품의 불량을 만들어 냈을 것이다. 도금 생산의 불량은 현장의 담당자가 그 즉시 판단하고 조치해야 한다.
한번 발생된 불량은 금전적으로 2배, 3배 그 이상의 손실을 가져오며, 나아가 소재를 변상하는 경우와, 거래처간 신뢰를 회복할수 없는 사태가지 이르는 경우가 종종 있다.
도금 현장에서 최고 관리자는 작업전에 정류기의 이상유무, 양극상태, 브로워 등의 장비 점검의 보고와, 각 부분 담당자들은 도금액의 상태 즉, 액의 온도, pH, 농도, 여과상태 등을 실험실과 협력하여 기록 관리 해야 한다.
단, 하나 중요한것은 실험실에서 분석 및 관리는 실험 관리자가 실험 결과를 오판하기 전에 실험 데이타는 틀림없이 확실한 것으로 보면 된다. 그외의 상황은 대부분이 현장의 작업환경이 좌우하기 때문에 현장에서 찾아 개선해야 한다. 필자는 도금현장의 관리기술은 전에도 언급한것 처럼 현장 작업관리가 80%, 실험실 10%, 자연해소 10% 정도의 결과를 얻을 수 있다. 대부분이 현장에서 찾지 않으면 않되며, 실험실에서는 도금액의 이상유무만 확인된다고 보면 된다.
수정양극부동태
정류기는 현대도금에 있어서 생명이다. 예전에 지금처럼 DC 공급원이 부족하던 시절에는 AC 전원을 이용하여 DC 모터(변류기)를 사용하여 변환하는 방법도 이용했다. 무전해 도금을 제외한 대부분의 도금은 전원이 공급되지 않는다면 작업이 불가능하다.
그 중에 액속에 잠긴 양극에 관하여 설명한다. 이론적으로나 실험적으로도 양극의 측면과 배면으로도 대략 10~15 % 정도의 전기량이 공급된다. 좋은 전기효율의 도금을 하려면 일정거리를 도금조 측면에서 간격을 두어야 한다. 특히 티타늄 바스켓을 사용하는 경우 내부에 주 공급원인 금속이 없다면 전류를 흐르지 않게 된다.
특히 상변화를 이용한 정류방식은 정류기 용량을 최대로 활용하지 않으면 효율이 낮아짐은 물론 전류단속과 맥류도 흐를수 있어 주의해야 한다.
티타늄 바스켓은 통전되면 액중에 바로 산화피막이 발생하여 100% 가깝게 통전이 차단되고, 티타늄에 접촉된 금속에서 통전을 하게 된다. 즉, 가급적 많은 량의 금속 아노드를 채워 넣어야만 효과적인 전류효율의 도금이 될 수 있다.
양극이 부족하면 위에 설명한대로 통전이 차단되어 도금 석출은 중단된다. 몇몇 도금업소들의 정류기에 전압 전류계가 파손된 경우를 종종 보아왔다. 훌륭한 기술자라면 전압 전류계만 보면 양극상태와 통전 상태를 알수 있다. 액전압이 평소보다 높게 걸린다면 양극이 부족하던지, 부동태가 되었다는 증거이며, 낮은 액전압이라면 전기가 흐르지 않던지 액에 전도염의 농도가 과잉인 경우이다.
황산구리도금을 예로 들자면, 황산 농도가 높아지면 첫 단계로 양극 용해가 증가하여 액중의 구리 이온이 증가하게 된다. 어느 정도 증가하게 되면 이젠, 더 이상 양극이 녹을 필요가 없게 되는 농도까지 이르게 된다. 급기야 양극용해가 중단되면서 자동으로 전원의 흐름을 방해하고, 정류기 전압계는 최고 전압을 나타내며, 전류계는 '0"에 가까워 지게된다.
이때가 보통 이야기하는 "양극부동태 현상" 이다. 이 부동태 피막은 잘 제거되지 않아, 작업을 중단한 채 수작업으로 피막을 벗기는 수밖에 없다. 액중에 방치하면 일부 용해 될수도 있으나, 이미 액중 황산구리 이온이 증가되어 양극 또는 도금조 벽에 결정으로 석출되어 통전을 방해하기 때문에, 빨리 도금액을 분석하여 적정 농도까지 희석 해야 한다.
어찌 되었건 정류기의 미터를 보면 양극의 용해 상태와 액의 이온 공급 상태, 도금의 두께 등을 예측할 수 있으므로, 파손되거나 작동을 멈춘 계기는 빨리 교체하는 것이 좋다.
수정정류기
현대도금에서 정류기는 필수항목이다. 정류기가 없으면 (?)..대량 생산없는 실험실 생산만 가능하겠다..
일반적으로 우리가 사용하는 상용전기는 AC 전원이며, 일부 지하철에는 DC를 사용하고 있다. AC 전원의 가장 큰 장점은 필요 전압으로 변압이 쉽기 때문이다. 반면 DC 전원은 AC 보다 안전하나 마음대로 변압을 할수 없다. 그런 이유로 변전소에서 고압의 AC를 송전하여 저압의 AC, 즉, 110 V, 220, 380V 등으로 변환하여 사용하는 것이다.
이런 AC 를 우리가 도금에 이용하기 위하여 DC 로 바꾸는 무언가 필요할 것이다. 최근 많이 이용하는 것이 실리콘 정류 소자다. 이 실리콘 소자를 이용한 DC의 변환이 우리가 도금에 사용하는 전원 공급원이다.
AC 에서 DC로의 변환 과정도 여러 방법이 있다. 반파정류, 전파정류, USP, IGBT 등 이 있는데, 모두가 출력 전원에 AC 성분(맥류)을 줄이기 위한 방법이라고 보면 된다. 가장 완벽한 DC 전원은 우리가 보통 사용하는 밧데리 이다. AC 전원을 정류하면 3상 전피의 경우 95% 내외로 보면된다. 여기에 리액터와 콘덴서(형활회로)를 부착하면 98% 까지 직류를 만들수 있다.
일반적으로 95% DC 라면 주석, 금, 크롬 도금 등에 이용 가능하고, 그외의 도금은 그 이하의 DC 라도 가능하다. 단 정류효율이 좋지 못하면 이론 석출량에 부족하게 되어 도금속도가 저하하게 되며, 석출도금의 이상 원인도 될수 있다.
그외 최근에 연구 대상이 되고 있으며 일부 실용화된 펄스 전원이 있다. 펄스 전원은 도금되는 시간과 정지 시간, 그리고 거꾸로 역전류를 흐르는 시간을 조정할 수 있다. 이와 비슷한 방법으로는 예전부터 사용해온 시안화구리도금의 PR 전해법이 있다.
도금제품에는 고전류부와 저전류부가 있다. 제품에 정상적인 (-) 전류를 흘려 도금하면 제품은, 고전류부와 저전류부의 두께 편차가 크게 된다. 일정 시간 정상 작업을하고, 역전류(+)를 흘리면 역으로 제품에서 금속이온이 녹아 나오게 된다. 일정시간동안 고전류부만 용해되고 저전류부는 상대적으로 남아 있게 된다. 시간조정을 잘하였다고 가정하면 최종적으로 저전류부의 도금두께를 개선할 수도 있을 것이다.
이런 방법은 모든 도금액에 해당되는것은 아니다. 제품이 양극이 되어 용해될때 소지의 손상 위험도 있으며, 도급된 부분을 역으로 제거하므로, 두께에 따른 전류효율도 극히 나빠지게 되므로 주의하여야 한다.
펄스전원도 위와 마찬가지나 우리가 보통 사용하는 상용 주파수 (60헬즈) 가 아닌 수 KHz~수백 KHz 의 주파수를 이용한다. 이론적으로 고전압 전류를 도금이 타지 않는 수 ms 만 도금하고 전원을 차단 한다. 그러면 제품에 석출된 금속 이온은 아마도 타지는 않고 두꺼운 도금이 되었을 것이다.
높은 전류를 흘렸으니, 일반도금보다 저전류 침투도 좋았을 것이다. 이것을 PR 전해와 마차가지로 역전류를 흘리는 과정을 반복하면 고저전류의 차가 없는 도금을 만들수 있을것 이다. 최근 많이 이용하는 부분이 PCB 회로의 스루홀도금이나, LCD 백판넬의 비어홀 등에 사용된다. 단 이런 도금의 경우 각종 도금액과 첨가제등이 펄스전원과 사용가능하게 지원되어야만 가능하다.
SCR 정류기는 사용상 몇가지 주의해야할 점이 있다. 정류기는 원래 2차측 또는 1차측에 강압을 위한 여러개의 탭을 만들고 이 탬의 위치를 변경하므로서 출력 전압을 조정한다. 우리가 사용하는 AC 전기는 360 도 회전하는 전기로 생각하면된다. 그 반은 (+) 전기를 띠고, 그 반은 (-) 전기를 띤다. DC 를 만드는 방법은 (-) 부분을 (+)로 바꾸어 이용하는 것이다.
SCR 소자는 이전압의 크기를 변화시키는 방법이 아니라 전압의 전체면적 (1 사이클) 의 크기, 즉 위상각을 잘라 쓴다. 그러다 보니 최고 출력이 되지 않을 때는 순간적으로 전기가 흐르지 않는 시간이 나오게 된다. 1/120 초 만큼, 잘라쓴 크기 만큼 전기가 흐르지 않게 되므로, 이를 보완하지 않는다면 크롬 도금 등에서는 타는 도금 등의 원인이 되므로, SCR 정류기는 전체용량의 항시 80 % 이상을 사용해야 좋은 DC를 만들수 있다.
정류기에서 도금조 까지의 송전은 가급적 최대한 짧게, 충분한 용향의 부스바를 사용해야 한다. 부스바에 열이 발생하지 않도록 충분한 크기로 설치하여야 한다. 몇몇 공장에서는 설치비를 절감하기 위하여 알미늄바, 또는 용량이 작아 열이 발생하는 부스바를 사용하는데, 이 열손실 비용을 1년 모으면 아마도 구리 부스바로 설치한 경비가 빠지고도 남을것이다.
