수정침지 금도금욕

Immersion Gold Plating

침지 금도금에서는 기초금속 (electromotive 시리즈에서 금보다 위에 있는 금속) 위의 얇은 층이 금의 전기분해로 녹아서 용액으로 부터 금과 치환된다. 이 치환된 금은 기초 금속의 표면에 석출된다. 금속의 표면이 일단 금층으로 덮이면 더 이상의 치환은 일어나지 않고 그 과정은 제한적이 되어 최종 금도금층은 극도로 얇게 된다.

이것은 외부 환원제에 의해 촉매적으로 환원되어 금속이 도금되고 (은 거울 또는 무전해 Nickel 도금이 그 예이다) 두께에 있어서 제한이 없는 무전해 도금방법과 다르다.

침지 금도금은 기초 금속과 치환의 조건에 따라 그 두께가 0.000001 에서 0.00001 까지 다양하다. 그런 도금은 보호적 가치가 전혀 없으리라 생각될 수도 있으나 금이 조밀한 형태로 석출되므로 그렇지는않다.

예로써 구리위의 금 석출의 경우를 보면, 치환 반응은 :

Cu + 2 KAu(CN)₂ → 2 Au + K₂Cu(CN)₄ (침전)

황산구리 63 무게는 금 394 무게를 치환한다. 금의 비중이 19.3이고 구리는 8.9이므로 금속 표면위로 석출된 금의 실제 양은 용해된 구리 양의 3배에 가깝다.

금 전기분해 작용으로 두께 tc 의 구리층이 용해된다. 면적 A 에 용해하는 이 구리 무게는 Atc dc 이고 여기서 dc 는 구리의 밀도이다. 치환된 금 층의 무게는 Atg dg 이고 여기서 tg는 금층의 두께이고 dg 는 금의 밀도이다. 화학반응으로부터 구리 63 무게는 금 394 무게를 치환함을 알고 있다.

따라서 :

A · tc · dc / A · tg · dg = 63 / 394
위 아래의 A 를 지워버리고 밀도 값 (주어진 비중)을 넣으면 tg 를 다음과 같이 풀 수 있다

Tg = 2.9 · tc

즉, 금 층은 용해된 구리 층보다 약 3배 더 두껍게 될 것이다. 그러나 실제 두께는 기초 금속과 반응의 조건에 의존한다. 그럼에도 불구하고 이 식은 치환속도와 양을 예측하게 한다.

수정침지 금도금 조성

3.4 g/l 시안화제일금칼륨

25 g/l 시안화소다 (NaCN)

38 g/l 인산수소나트륨 (Na₂HPO₄)

• 인산수소나트륨을 물에 녹이고 시안화물, 다음에 금 염을 녹인다. 이 욕의 조작 온도는 60~70 °C 이다.

3.8 g/l 시안화제일금칼륨

25 g/l 시안화칼륨

23 g/l 주석산칼륨

7.2 g/l 탄산칼륨

7.6 g/l EDTA 4Na

• 60~70 °C 의 온수에 탄산나트륨과 주석산칼륨을 물에 녹이고 다음에 시안화나트륨과 금염을 녹인다.
• 탱크 : 이 용액을 도금조는 에나멜화 스틸·파이렉스 유리·스테인레스 스틸·폴리프로필렌 또는 테프론 처리된 소재를 사용한다.

수정실용적 요점들

• 침적에 의해 쉽게 도금될 수 있는 금속은 구리·황동 그리고 주석 함량이 높지 않은 청동 등 이다. 니켈은 금 위의 불활성 막을 형성시켜 전착되지 않고 알루미늄, 아연과 마그네슘은 비부착성 형태로 금을 침전시킨다.

• 주석 역시 밀착성 금의 전착을 좋지 않게 한다. 따라서 구리나 황동를 제외한 다른 모든 금속들은 금의 침지도금이 필요할 경우에는 구리 또는 황동와 함께 도금해야 한다. 선택을 한다면 황동전기도금이 이 목적으로는 최고인데, 치환작용이 더 빠르고 최종 금 도금의 색이 더 좋기 때문이다.
• 작업물의 표면은 침적 도금되기 전에 확실하게 깨끗이 해야 한다. 이 규칙은 침수 도금뿐 아니라 모든 도금에서 적용되는 기본적인 (주요한) 규칙이다.
• 큰 물건은 침지에 의해 만족스러운 도금을 할 수가 없는데, 불규칙성과 액의 오염을 쉽게 유발할수 있다. 마무리는 핀, 버튼 등과 같은 작은 물품에 적당하다. 이런 식으로 마무리 될 도금물은 금 용액에서 물건을 침지시킬 몇 종류의 바스켓 도금을 사용하는 것이 일반적이다.
• 바스켓은 금속이나 또는 세라믹, 플라스틱, 고무 같은 비금속으로 만들어져 있다. 비금속 바스켓은 사용되는 금속에 따라 반응이 가속화 또는 지연될 수 있다.
  
  그러므로 바스켓 물질로 알루미늄이 사용되었다면 알루미늄이 electromotive 시리즈에서 황동나 구리보다 더 상위에 있으므로 couple (사실상 알루미늄) 이 양극으로, 황동이나 구리가 음극으로 작용하는 소형 갈바닉 밧데리 또는 cell을 형성하여 도금은 직류의 작용으로 가속화된다. 그러나 그런 바스켓의 단점은 용액에서 바스켓이 용해하고 금이 비부착성 형태로 그 위로 침전된다는 것이다.
  
  금은 떨어져 나와 새로운 알루미늄 표면이 노출되어 더 많은 금이 침전되고 낭비된다. 이 낭비된 금은 시안화물에 의해 재용해되나 항상 그렇지는 않으므로 이 방법은 추천되지 않는다. 구리 바스켓은 반응을 어느 정도 지연시키고, 황동은 역 효과가 일어나서 도금되어 나온다. 스테인레스 스틸은 효과가 거의 없다.
• 균일한 마무리를 얻으려면 금 용액은 물건의 모든 부분에 접해야 하므로 바스켓내에서 작업물을 흔들어 주는 것이 중요하다. 더욱이 바스켓 자체가 가능한한 많은 홀을 가져야 한다. 침지 바스켓을 진동하는데에 유용한 도구로 진동바렐이 사용될 수 있다.
• 욕을 70 'C 이상으로 가열하지 않아야 한다. 이 온도에서는 시안화물이 빨리 분해하기 때문이다.
• 시안화물 함량이 주어진 양보다 10 % 이상 과량이어서는 안며 이는 석출된 금을 부분적으로 재용해시키기 때문이다. 게다가 과량의 노출은 시안화물의 공격을 야기하므로 바람직한 금색을 될 정도로만 용액에서 작업물을 침지하여야 한다.
• 금 함량이 높다면 빨리 그리고 더 좋게 작업이 진행되나, 용액내 금 함량의 drag-out 손실과 금 농도 감안해서 항시 최고치의 높은 농도를 유지해야 좋다.
• 욕이 일정한 온도를 유지하고 적당한 양의 금과 시안화물을 함유한다면 금의 석출은 일정하게 될 것이다. 석출 금 두께는 상당히 얇기 때문에 다소 투명하기도 하고 이런 이유에서 구리 위의 침지에 의해 석출된 금은 다소 색이 붉고 황동위에 석출된 금은 더 황색으로 보일 수 있다.
• 침지중 빠른 작업은 밝은 황색이 나타나며 느리게 진행하면 깊은 황색이 나온다.
• 침지욕의 온도가 높이면 보다 밝은 황색으로 더 빠르게 도금 된다.

수정침지 금도금 문제점 해결

침지 금도금욕에서 가장 흔한 문제점은 어느 일정 기간동 사용후에는 도금욕은 자기 오염으로에 비 균일한 금색이 나타나게 된다. 일정한 작업을 위해서는 구리의 침지 금도금에 나온 화학식에서 이미 나타났듯이 구리와 아연 이 기초 금속으로서 반드시 용해되어 있어야 한다.

일정시간 경과 후에 침지 금도금욕의 금 함량이 시안화물 함량과 일정하게 유지된다고 해도 구리와 아연 이온의 생성이 크기 때문에 도금과정을 방해하게 된다. 그러므로 높은 구리 함량을 가진 도금액에 한 조각의 황동을 떨어뜨리면 순간적으로 표면위에 금이 석출된 후에 표면과 접촉한 용액이 일시적으로 금이 부족하게 되며, 다량의 구리 이온이 존재할 경우 약간의 구리도 석출 되어 침지 금도금은 붉은 색이 나타나게 된다.

• 금속불순물이 너무 많다 → 욕이 상당이 오래동안 사용하였고 (이것은 상대적인데, 작업량에 따라 다르다), 금과 시안화물 함량이 일덩하다 해도 용액을 버리고 새 것으로 조제하는 것이 좋다. 금을 침전시키고 이 과에서 나오는 금은 정제를 위해 보관한다.
  새 욕으로 위의 결과가 나오면 금 함량이 낮은 경우이므로 분석 수정한다.
• 금함량이 낮다 → 금함량이 적당하다면 시안화물 함량을 분석하고 수정한다.
• 온도가 너무 낮다 → 적절한 작업 온도까지 온도를 높인다.
• 진동이 약하다 → 도금용액과 균일한 접촉을 위해 작업물을 보다 더 강하게 흔들어 준다.

• 금향량이 낮다 → 금 농도를 체크하고 낮으면 추가한다.
• 온도가 낮다 → 온도를 체크하고 낮으면 높인다.
• 시안화물 농도가 낮다 → 시안화물을 체크하고 낮으면 수정한다.　

• 소량의 표면활성제 (비이온성)를 침지금도금욕에 첨가하면 개선 효과를 감지할수 있다. 용액의 표면 장력을 감소시켜 소재에 침투력을 좋게하여 보다 균일한 도금을 만들 수 있게 한다.

수정참고

• 금도금
• 치환도금
• 무전해도금