수정 아연-니켈 합금도금
아연도금에 니켈이 5~10 % 함유된 도금액으로
- 수소취성이 적으며,
- 용접성 등의 가공성과 가열 내식성이 우수하며,
- 산성욕과 알칼리욕이 있다.
크로메이트가 어려워 후도금으로 얇은 아연도금을 하여 크로메이트처리 하기도 한다. 아연 도금보다 경도가 좋아 (Hv 150~170) 자동차 부품에 사용된다.
아연-니켈 합금도금 은 아연에 비하여 내식이 좋으며 황산욕ㆍ염화욕ㆍ시안화욕 등 여러가지 욕이 있으나 자동차 산업의 발달로 최근에 실용화 되었다.
아연-니켈 합금도금욕 조성
일반적으로 바렐욕과 라크욕으로 염화암모늄욕을 많이 이용하고 있다. 하였으나 최근 알칼리욕이 많이 이용되고 있다.
- 금속농도 비가 중요한 관리 포인트로 Ni2+ / Zn2+ = 0.6~0.8 범위의 관리가 필요하다.
- 액의 온도관리 범위도 타액에 비하여 상당히 좁은 편인데, 액중의 Ni 공석율이 온도에 따라 크게 달라지기 때문이다. 액온이 높으면 Ni 공석율이 높게된다.
- 양극은 보통 아연과 니켈을 사용한다. 니켈 양극은 면적비 전체양극에 15~25 % 범위로, 아연 양극용과는 별도의 정류기를 이용하는 것이 액중의 아연과 니켈금속 관리를 쉽게 할수 있다.
- 일반적인 작업에서 음극 전류효율은 100 % 에 가깝고, 4 A/dm2 의 전류밀도에 1분간 1㎛ 의 도금도 가능하다.
- 도금피막은 10% 내외의 니켈을 함유하고 있어, 전기화학적으로 아연보다 (+)로 된다. 도금의 색상은 스테인리스와 유사하며 아연도금과 비슷한 광택도금도 가능하다. 일반적인 피막의 경도는 Hv 150~180 으로 조금 높은 편이며, 연성은 광택 염화아연 도금과 비슷하다.
- 융점은 아연 420 ℃ 보다 높은 750~800 ℃ 를 나타내어 내열성이 우수하며 납땜성 · 용접성 · 도장 밀착성 등도 아연보다 좋은 결과를 나타낸다. 이 합금 피막은 전기절연성이 높아 부식 생성물에 의한 보호작용과 마이크로 크랙에 의한 부식전류의 분산효과가 알려져 있다.
- 아연도금에서 부식이 형성되는 백녹은 처음에 Zn(OH)2 되고 차후 ZnO 로 변화한다. ZnO 는 전기전도성이 있고 이것이 부식을 억제하지 못한다. 아연-니켈 합금도금은 니켈이 Zn(OH)2 의 ZnO 의 변화를 억제한다 Zn(OH)2 는 전기절연성이 높고, 도금의 부식속도를 늦추게 된다. 부식의 진행면에서 아연도금과 크게 다르다.
- 아연도금은 크로메이트 피막이 종방향으로 부식이 진행되어 철소지에 도달한고, 이후 횡방향으로 진행된다. 이것은 철소지가 어느 정도 노출되고, 아연도금의 자기의성 방식효과가 없게 되어 붉은 녹이 발생한다.
- 아연-니켈 합금도금은 부식에서 먼저 아연이 선택적으로 용해된다. 이때 도금피막 중의 인장응력이 발생하나 육안으로는 보이지 않는 마이크로 크랙이 만들어 진다. 이 마이크로 크랙은 부식이 진행됨에 따라, 더욱 미세화되어 부식전류를 분산하되 되어 부식을 늦추게 된다.
- 아연-니켈 합금도금은 고내식성이 요구되는 자동차부품, 내열 방식성을 요구하는 엔진주변의 부품에 많이 이용된다. 이 합금은 수소취성을 일으키지 않는데 착안하여, 항공기 관련 부품에 이용
이 검토되고 있다.
- 항공기 부품의 도금은 고내식성 외에 낮은 수소취성이 요구되므로, 현재 카드뮴-티타늄 합금도금이 이용되고 있으나, 카드뮴의 공해문제로 인하여, 아연-니켈 합금도금으로의 대체가 검토되고 있다.
- 고가의 니켈이 사용하며, 니켈 공석율은 10 % 정도에 도금두께 5 ㎛ 정도로도 충분한 효과를 얻을 수 있으므로, 이후 적용범위가 넓어질 것으로 생각된다.
Better Alloy Control of Alkaline Zinc Nickel Baths, PFonline
What are Zinc-Nickel (Zn-Ni) Coatings, aerospace fastener industry
광택 아연-니켈 합금석출~, Tran. Inst. Metal Finishing, 86권 2호
~Complexing Agent on Electrodeposited Zn-Ni Alloy, applied sciences, 13호 2023년
A new Zinc-Nickel ELectroplating Process, Grace F. Hsu, Boeing Materials Tech.