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습식도금기술과 관련된 기술을 정리한 노트로, 책을 보듯 그대로 읽으면서 링크를 클릭하면 됩니다.

수정무전해 니켈 도금

 

(이자료는 무전해니켈도금 세미나 번역 자료임)

 

수정개요

 
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.
 
① 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.


② 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

 

⑴ 장점
  • 외부 전원이 필요 없다
  • 전류 분포의 문제가 없이 균일한 두께의 도금이 가능하다.
  • 한번에 대량의 생산이 가능하다
  • 부도체상의 도금이 가능하다
  • 특수한 목적의 도금이 가능하다.
 
⑵ 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)

 

⑴ 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..

 

⑵ 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


⑶ 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)


⑷ 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.

 

 

수정참고자료

 

  1. 무전해도금의 현황과 장래 (표면기술협회)
  2. 무전해도금의 새로운 전개 (표면기술협회)
  3. 표면기술 48권 4호
  4. 표면기술 42권 11호
  5. Trend intro electroless nickel industry (By Ronald. E. miller)
  6. Electroless nickel plating (Volume 1. No,3 /MFSA)
  7. Electroless nickel Plating (Wolfgang Riedel)
  8. 기능도금 피막의 물성 (전기도금 연구회)