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(주)동진금속

자료실 기술자료실

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전기 아연도금 (ZINC PLATING, ELECTRODEPOSITED)

2017-06-19 07:26:15 6539

3.1 목적
 ① 아연도금은 아연(Zn)과 철이 조합되어아연은 부식되고 (즉,희생도금)철은 방식(防蝕) 되는 성질을
     이용하여 철강의 부식을 방지할 목적으로 발달하였다.(내식성이 주목적)
 ② 아연은 우리나라에서 현재 자급할 수 있는 유일한 금속이며, 최근 아연도금의 사용이 크게 확대된 것은 극히 당연

     한 것이다.
 ③ 또한 아연도금의 용도가 확대된 원인중의 하나는 아연도금 자체의 내식성을 향상시킬 목적으로 도금후에 크로메

     이트(CHROMATE)처리를 추가적으로 실시하는데, 이로써 아연 자체의 내식성은 더욱 증가되고 아울러 외관의 아

     름다움(광택)을 향상시켜 장식용이나 도장하지용으로 사용한다.
 ④ 아연도금 방법 : 전기도금, 세라다이징(확산침투), 용융도금, 용사등이 있으나 순수한 아연을 도금하는 점에서 전

     기도금이 우수하다. 

 

3.2 특성
 ① 전기화학적 성질
    아연의 전위는 -0.76Ⅴ, 철은 -0.44Ⅴ로서 아연은 양극이 되어 부식되고, 철은 음극으로 되어 방식되는
    효과, 즉 희생피막의 역할을 한다. 철이 부식환경에서 표면에 아연이 있으면, 우선 아연이 철대신
    산화하면서 철이 부식되는 것을 방지해준다. 아연은 철대신 녹이 슬며 아연도금중에
    핀홀(PIN HOLE)이 있어도 철을 보호해(크롬도금의 경우와 반대)주는데, 이때 아연자신은 산화아연,
    탄산아연, 염기성아연의 흰가루(백색부식물)가 되어 소모된다.
 ② 가공성
    모오스경도 2.5로서 순철의 4.5배에 비교하여 약간 무르지만 상온에서는 취약하고, 도금후의
    굴곡가공에는 다소 문제가 있다. 단, 100∼115℃에서 전연성이 증대하여 대단히 가공성이 좋게 되나,
    200℃이상에서 다시 취약하게 되는 성질이 있다.
 ③ 도전성
    전기저항은 5.9×10-6Ω㎝로서 철의 9.8x10-6Ω㎝에 비하여 낮으나 아연이 부식되면 저항이
    높아지므로 크로메이트피막을 실시하여 내식성을 좋게할 필요가 있다. (크로메이트 피막은 도전성이 있음)
 ④ 취 성
    고장력강에 아연도금을 실시할 경우 도금시 발생하는 수소에 의한 취성이 발생될 수 있으며, HRC
    40이상의 고경도강에 도금하는 경우 아연도금에서 특히 심하다. 같은 아연도금에서도 산성욕이
    알카리성욕(특히 시안용)보다 취성이 적다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는, 아연도금후 4시간
    이내에 대략 200℃ 온도에서 수시간 가열하여 수소를 방출시키는 방법을 채택하여야 한다.
 ⑤ 작업성
    아연도금은 관리가 용이한 것의 하나로서, 용도에 따른 도금욕의 종류가 많고 금속에 직접도금이
    가능하며 박리도 산으로 간단하게 할 수 있다. 욕(Bath)의 작업조건 범위가 넓고 도금속도가 빠르며
    크로메이트처리가 간단하여 대단히 유효하다. 

 

3.3 생성기구
 3.3.1 전기아연도금
       (생성반응은 현재 가장 공업화가 많이 되어 있는 시안화 아연도금을 위주로 설명)

       화학반응식

    ⓐ Zn(CN)₂+ 2NaCN → Na₂Zn(CN)₄
    ⓑ 2Zn(CN)₂+4NaOH → Na₂Zn(CN)₄ + Na₂ZnO₂+ 2H₂O
    ⓒ Na₂Zn(CN)₄-²↔2Na+ + Zn(CN)₄-² : 1차 해리
    ⓓ Zn(CN)₄-²↔ Zn + 4CN              : 2차 해리
    ⓔ Zn+²+ 2e → Zn  : 음극에서 Zn 석출
    ⓕ Zn+2CN+2e → Zn(CN)-² : 양극에서 Zn 석출

 

위의 전기화학 반응식중 ⓐ,ⓑ는 순수 화학반응식이며 ⓒ,ⓓ,ⓔ,ⓕ는 전기화학적인 반응이다.
도금액은 pH13 - pH13.5 의 알칼리성이며, 위의반응으로 도금이 된다.
이 경우 시안화 아연산나트륨에서의 2차해리에서 도금될 때 치밀한 광택도금을 얻을 수 있다.
 

 3.3.2 크로메이트처리 (보조처리)

        화학반응식

    Zn + 2HNO₃→ Zn(NO₃)₂+ H₂
    Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄+ H₂
    3Zn + 5CrO₃= 3ZnCro₄+Cr₂O₂
    ZnCrO₄+ H₂SO₄→ ZnSO₄+ H₃CrO₄
    ZnCrO₄+ 2HNO₃→ Zn(NO₃)₂+ H₂CrO₄
    Za₂Cr₂O + H₂SO₄→ 2CrO₃+ Na₂SO₄+ H₂O
    X Cr₂O₃+ Y CrO₃= X Cr₂O₃Y CrO₃

 

크롬산 또는 크롬산염 용액중에 아연 도금품을 침지하면 크롬산과 아연이 반응하여 아연 도금층의 일부가 용해되고 동시에 크롬산 아연을 함유한 피막을 생성한다.
크로메이트액은 무수크롬산 및 중크롬산나트륨을 주체로하여 황산, 질산을 가하여 사용한다. 크로메이트처리는 위의 반응에 따르며 최후에 크롬산의 피막이 아연도금면에 생긴다.
이조성은 XCr₂O₃-YCrO₃-ZH₂O 로 대표되는 것이며 환원이 진행되면 X는 Y보다 크게된다.

 

3.4 제조설비 및 재료
 3.4.1 재료
      ① 아연도금액(시안욕) : 시안화나트륨, 시안화아연, 가성소다, 광택제 (시판품. 예 : SUPER 80)
      ② 크로메이트제 : 크롬산을 주성분으로 하여 각종첨가제가 첨가됨.
      ③ 표면청정 : 각종탈지제, 산세액등.
 3.4.2 사용설비
      ① 전처리 : 탈지도, 수세조, 산세조, 정류기, 배기설비.
      ② 도금시설 : 도금조, 여과기, 정류기, 배기설비
      ③ 후처리 : 크로메이트 처리조, 수세조, 건조로
      ④ 열처리조(수소 취성제거용. 200℃정도의 온도를 유지하기 적합한 시설)
      ⑤ 시험 : 염수분무시험기, 두께 측정기, 굴곡시험기(맨드렐)

 

3.5 기타
 3.5.1 용도에 따른 아연도금두께 (일반사항)

 

 구  분

두  께 

 나사등과 같이 허용치가 작은부품

 약 5㎛ 도금

 환경이 양호한 내장 부품

 약 5㎛ 도금 + 크로메이트 

 외장 부품

 약 25㎛ 도금 + 유색크로메이트

 

 3.5.2 아연도금한 제품의 사용범위
      아연도금은 아연의 융점(419.5℃) 이상에서 사용되는 것은 무리이며 실제로 기능상 300℃정도 까지는 견딘다.
      아연도금상에 크로메이트 피막은 열에 따른 내식성이 약하기 때문에 130℃이상 에서의 사용은 어렵다.
      크로메이트 피막은 연해서 내마모성은 대단히 약하므로 마모를 일으킬 부위에는 사용을 피하도록 해야한다.

      (타자지우개정도로도 벗겨짐)
      아연도금은 강판의 도장용 하지로서는 우수하지만, 인산염으로 처리 할경우 도장의 밀착성 및 내식성이 더욱 양

      호해진다.

 3.5.3 아연도금 후의 크로메이트처리
  3.5.3.1 크로메이트처리의 목적과 내식성관계
      아연도금은 도금한 상태로는 변색이 되기 쉽고 또한 지문이 묻기 쉬우며, 특히 습기가 있는 공기중에서는 백색반

      점이 생기기 쉽다.
      이때 보조처리로써 크로메이트처리를 하면 내식성이 수배 증가하며, 광택있는 도금면을 얻을 수 있다.
      일명 유니크롬(UNICHROME)이라고도 하는데 1935년 미국의 UNITED CHR-OME사에서 시작한것에 기인하며 처

      음에는 아연도금의 내식성을 향상시키기 위해 카드뮴도금대신 사용되었으며, 1946년에는 유색크로메이트가 개발

      되었다.
      광택용 크로메이트에도 유색과 무색이 있으며 유색의 것은 오렌지색, 녹청색, 황색 등이 있고 무색인 것은 청색과

      백색(반투명)이 있다.
      어느것이나 이처리를 행하면 아연도금만을 행한것보다 내식성이 증대하며 일반적으로 수배에서 수십배로 된다.
      아래표는 크로메이트에 의한 내식성을 염수분무시험을 한 결과로 나타내고 있다.

 

크로메이트의 내식성 (도금두께 : 7.5 - 17.5㎛), hr

녹의 상태

도금만

행 한것 

광택용 크로메이트

(청색) 

황색

크로메이트 

올리브색 크로메이트(담황색) 

 백색반점이 발생때 까지의 시간

 8

24-100

100-200 

100-500 

 붉은녹이 발생할때 까지의 시간

 150-400

250-750 

250-1000 

500-1000 

 

 

 3.5.3.2 크로메이트처리후의 건조온도와 내식성과의 관계
      크로메이트처리후의 건조온도는 내식성에 크게 영향을 미치며, 60℃부근에서 건조하는것이 안전하다. 70℃이상

      에서는 내식성이 감소하며, 80℃에서는 내식성이 심하게 나빠지고 크로메이트의 효과가 상당히 적어진다. 이 원

      인은 건조온도가 70℃이상이 되면은 크로메이트 피막에 금이 가는데, 금간것이 많게 되면 내식성이 떨어지기 때

      문이다. 또한 금이가는 이유는 크로메이트피막에 수분이 들어있는데 이것이 피막으로 부터 방출될 때 일어나기

      때문이다. 일반적으로 저온 (약60℃정도)에서 장시간(약 30분정도)건조 하는것이 가장 내식성이 양호하다고 한다.
  3.5.3.4 크로메이트성분과 내식성과의 관계
      내식성은 피막의 강도와 피막중의 6가크롬함유량에 따라 결정된다. 피막의 두께는 건조하기 전에는 수㎛이지만

      건조후에는 0.5㎛이하 (주로0.03-0.07㎛)이다.
      또 열탕에 침적하거나 오랫동안 물에 담그면 피막이 팽창되어 6가크롬이 추출되어 내식성을 잃게 된다.