금의 전기 성형이란 무엇이며 특수 소재에 어떻게 적용되나요?
금도금의 이해: 기술, 이점 및 응용 분야
소개:
일렉트로포밍은 주로 금과 그 합금을 사용하여 독립된 금속 부품을 만드는 고급 전기 도금 기반 제조 공정입니다. 기존 도금과 달리 두껍고 정밀한 층을 형성한 다음 기판에서 분리하는 데 중점을 둡니다. 이 책에서는 동시 또는 순차 증착과 같은 특정 도금 솔루션과 방법을 사용하여 장식 조각이나 치과용 크라운과 같은 복잡한 금 합금 제품을 만드는 방법을 설명합니다. 또한 스테인리스 스틸 및 티타늄과 같은 까다로운 소재를 도금할 때 특수 표면 처리가 중요한 이유를 자세히 설명하고 전자 제품에서 항공 우주에 이르는 응용 분야에서 접착력과 기능적 성능을 보장하기 위해 패시베이션 레이어를 처리하는 방법도 설명합니다.
금의 전기 성형이란 무엇이며 특수 재료에 어떻게 적용되나요?
목차
섹션 I 전기 성형 금 및 금 합금
일렉트로포밍은 금속 전기 도금을 기반으로 하는 제조 공정으로, 소재 코팅을 목적으로 하는 전기 도금과는 다릅니다. 일렉트로포밍의 차이점은 전기 도금 후 다양한 방법으로 소재를 분리하고 제품은 금속 전기 도금 층만 남는다는 것입니다. 전기 도금과 비슷해 보일 수 있지만 일렉트로포밍은 더 발전된 기술이며 더 높은 전기 도금 기술이 필요합니다. 특히 도금 층의 전류 분포와 내부 응력 측면에서 전기 도금보다 더 전문화되어 있습니다.
일렉트로포밍은 그 시작부터 100년이 넘는 역사를 가지고 있습니다. 1840년 네토(F. V. W. Netto) 박사는 구리 도금 용액을 사용하여 평면 또는 3차원 물체, 모델링, 유사 모형, 인쇄 또는 주조에 고밀도 구리 복제품을 만드는 전기 성형에 관한 논문을 처음 발표했습니다.
현재 전기 성형에 사용되는 재료는 주로 구리와 니켈이며, 전기 도금을 위해 고농도 도금 용액에 소량의 첨가제를 첨가합니다. 전기 성형 금의 부상은 최근의 발전이지만, 진정으로 이상적인 전기 성형 금 도금 솔루션은 아직 존재하지 않습니다.
1. 전기 성형용 금도금
일렉트로포밍을 위한 도금 용액에는 여러 종류가 있습니다. 일반적으로 사용되는 도금 용액은 시안화물 도금 용액이며, 아황산염, 염화물 또는 이러한 화합물의 혼합 용액도 있습니다. 일반적으로 전기 도금에 사용되는 구연산염 도금 용액은 일렉트로포밍에 사용할 수 없습니다. 지금까지 전기 성형에는 리드와 골디가 발명한 금 도금 용액을 사용해 왔습니다(표 1-118). 이러한 도금 기술에는 역사적 한계가 있고 실용적인 문제도 있습니다. Rogers는 온도 65℃, 3.2A/dm의 조건에서 14.1g/L 시안화칼륨, 18.3g/L 시안화칼륨, 14.1g/L 탄산칼륨, 11.4g/L 붕산을 포함하는 도금 용액에서 100~125μm/h 금 도금 층을 얻었습니다.2 (그러나 전기화학적 등가 계산에 따르면 전류 효율이 100%에 도달하더라도 약 60μm의 도금층만 얻을 수 있습니다). 1967년 일본과 영국은 인산으로 중화시킨 28~36g/L의 금을 함유한 시안화칼륨 칼륨 중성 도금 용액(pH 6.5)에서 7kg의 전기 성형 금을 얻었습니다.
나트륨, 칼륨 또는 암모늄 이온 유형 아황산염 전기 성형 금 용액에 전기 성형용 비소 화합물이 포함된 금 증착 입자 정제제(DOS 2249658, 1972)를 첨가하면 600μm의 금 층을 생성할 수 있습니다.
표 1-118 일렉트로포밍 솔루션의 구성 및 작동 조건
| 시안화물 도금 솔루션 | 작동 조건 |
|---|---|
|
1. 시안화칼륨 칼륨 무료 시안화 칼륨 인산이 수소 칼륨 온도 전류 밀도 활발한 |
6. 8 〜 10g/L 31g/L 31g/L 50 〜 60℃ 2. 5 A/dm2 음극 교반 |
|
2. 시안화칼륨 칼륨 과망간산 칼륨 시안화 칼륨 온도 전류 밀도 |
30g/L 200g/L 7.5g/L 85 ℃ 3 〜 5
|
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3. 시안화칼륨(II) 칼륨 시안화 칼륨 터키 레드 오일 온도 전류 밀도 |
30g/L 70g/L 0. 5mL/L 60 〜 65℃ 0. 4 〜 1 A/dm2 |
|
4. 시안화칼륨 칼륨 시안화 칼륨 수산화칼륨 칼륨 설파메이트
4-하이드록시-3-메톡시벤잘데히드 온도 전류 밀도 |
18g/L 120g/L 4g/L 4g/L 4g/L 80℃ 0. 5 〜 1. 8A/dm2 |
| 염화물 도금 솔루션 | 작동 조건 |
|---|---|
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금(염화물) 염산 염화나트륨 황산 온도 전류 밀도
|
25 〜 40g/L 23. 8 〜 55g/L 10 ~ 30g/L 10 〜 20g/L 23 ℃ 8. 6 〜 11. 0A/dm2 |
| 염화 시안화물 도금 솔루션 | 작동 조건 |
|---|---|
|
금(염화물) 페로시아나이드 칼륨 탄산칼륨 온도 전류 밀도 |
10g/L 40g/L 40g/L 30 〜 50℃ 0. 1A/dm2 |
| 산성 도금 솔루션 | 작동 조건 |
|---|---|
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시안화칼륨 칼륨 에틸구아니딘 포름산(85%) ρH 온도 전류 밀도 |
30g/L 10g/L 250g/L 4. 0 50℃ 0. 2A/dm2 |
| 시안화물이 없는 도금 솔루션 | 작동 조건 |
|---|---|
|
금 아황산나트륨 인산 칼륨 아황산나트륨 삼산화 비소 ρH 온도 전류 밀도 |
10g/L 30g/L 50g/L 30mg/L 9 〜 10 90℃ 0. 1 〜 0. 6A/dm2 |
| 합금 전기 도금 솔루션 | 작동 조건 | |
|---|---|---|
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1.Au-Cu 합금 도금 솔루션 Au(시안화칼륨 금 형태) Cu(Na2Cu EDTA) Cu(Na2Cu EDTA) PO4-3 (85% HPO 형태)3) 아황산나트륨 ρH 온도 전류 밀도 강수량 양극 Au의 합금 비율
|
(1) 6 〜 6. 5g/L 16 ~ 18g/L - 25mL/L - 7. 0 〜 7.5 65℃ 0. 6 〜 0. 6 A/dm2 10 〜 12. 7μm/h 플래티넘 55% 〜 95%
|
(2) 6 〜 6. 5g/L - 16 〜 18g/L 25mL/L 6 〜 8mL/L 7. 0 〜 9. 0 65℃ 0. 6 〜 0. 6A/dm2 10 〜 12. 7/μm/h 플래티넘 55% 〜 95% |
|
2. Au-Cu-Cd 합금 도금 솔루션 금(시안화칼륨 칼륨 형태) Cu(시안화 구리 칼륨 형태) Cd(시안화칼륨 카드뮴 형태) Ag(시안화은 칼륨) 무료 시안화 칼륨 ρH 온도 현재 도금용 전류 밀도 조건: 음극 전류 밀도 도금 시간 양극 전류 밀도 도금 시간 |
- 1 〜 3g/L 6 〜 13g/L 0. 1 〜 0. 8g/L 0. 01 〜 0. 1g/L 3 〜 8g/L 9 〜 11 60 〜8 0℃ PR 방식(음극 60초, 양극 4초) 0. 5 〜 1. 5 A/dm2 4 〜 20s 1.0 〜 3. 0A/dm2 0. 5 〜 2s 18K Au-Cu-Cd 합금 도금
|
|
2. 전기 성형 방법
금 합금 전기 성형의 일반적인 방법은 다음과 같습니다: 동시 증착 방법과 ② 순차 증착 방법이 있습니다.
(1) 동시 입금 방법
이 방법은 금과 2~3개의 다른 금속을 동시에 증착하여 합금을 전기 성형하는 방식입니다. 증착된 합금의 조성은 도금 용액 조성뿐만 아니라 전류 밀도 및 온도에 따라 달라집니다. 특정 합금 증착 비율을 유지하려면 도금 두께가 100~300μm에 달해야 합니다. 18K 금-구리-카드뮴 삼원계 금 합금의 전기 성형 침전의 일관성을 보장하는 등 합금을 전기 성형 할 때 도금 용액의 온도와 금속 이온의 농도를 센서로 자동 제어하고 컴퓨터가 전체 전류와 제품의 표면적을 모니터링하는 방식으로 전기 도금의 전 과정을 컴퓨터로 관리하는 방식으로 수행됩니다.
금-구리-카드뮴 합금 전기 도금 후 전기 성형된 층은 불활성 가스 분위기에서 열처리해야 합니다. 처리 장비에 대한 투자가 매우 큽니다(도금 용액의 구성은 표 1-118의 두 가지 유형의 금 합금 도금 용액과 동일합니다).
최근에는 카드뮴에 대한 환경적 우려와 열처리의 복잡성으로 인해 금 이외의 합금 성분은 일반적으로 은만 사용합니다. 표 1-119의 조건을 사용하여 8K에서 18K까지의 금-은 합금을 전기 성형합니다. 일본 특허 쇼와 58-130293은 최소한의 조성 변화와 150μm의 두께로 금-은 합금 전기 도금 층을 얻었습니다.
표 1-119 8K 금-은 합금의 동시 증착 전기 포밍을 위한 도금 용액의 구성 및 조건
| 구성 및 작동 조건 | 매개변수 |
|---|---|
|
시안화칼륨 칼륨 시안화칼륨 칼륨 습윤제 시안화 칼륨 텔루르산 pH 온도 전류 밀도 |
9g/L 4. 5g/L 1mL/L(인산으로 부분 에스테르화) 80g/L 2g/L(TeCl 4g/L, KTeO 형태) 11. 0 40℃ 1.0A/dm2 (100μm 도금 가능 100/μm 12K Au-Ag 합금 도금)
|
US PAT. 3427231은 PR 전기화 방법(음극 60초-양극 4초)을 포함한 실험 결과를 기록합니다. 스위스 특허 CH 529843은 사이클 비율이 5 ~ 10 대 1인 PR 방법을 사용합니다.
US PAT. 3427231은 전류 밀도를 100A/dm 이상으로 높일 수 있는 일렉트로포밍에 초음파를 사용할 때의 효과를 설명합니다.2 초음파 교반 및 여과를 사용하면 첨가물을 피할 수 있습니다.
(2) 순차적 침전 방법
이 방법을 사용하면 전기 성형 합금의 다양한 구성 요소가 한 번에서 수십 또는 수백 회에 이르는 주기로 순차적으로 침전됩니다. 침전물은 서로 다른 금속의 다층을 형성합니다. 침전물을 열처리한 후 금속 성분이 서로 확산되어 균일한 합금을 형성합니다. 표 1-120의 도금 용액과 조건을 사용하여 특정 코팅 두께를 전기 도금한 후 합금을 위해 열처리를 수행합니다.
표 1-120 순차 침전법용 도금 용액의 구성 및 조건
| 구성 및 작동 조건 | 매개변수 |
|---|---|
|
금(시안화칼륨 칼륨) Ag(시안화은 칼륨) Cu(시안화 구리 칼륨) KCN 중탄산 칼륨 pH 온도 |
6g/L 0. 5g/L 35g/L 5g/L 100g/L 9.0 60℃ |
| 위의 도금 용액을 기본 조건으로 사용하여 전류 밀도를 변경하여 두 가지 유형의 합금을 반복적으로 도금합니다. 300μm 2중 복합 코팅을 도금한 후 800℃에서 30분간 열확산 처리하면 Au75%-Agl2%-Cul3%의 18K 금 합금을 얻을 수 있습니다. | |
|
(1) 금-은 합금 전기 도금 조건 전류 밀도 0. 5A/dm2 전기 도금 층의 두께 0. 8μm(4분) (2) 금-구리 합금 전기 도금 조건 전류 밀도 1. 2A/dm2 전기 도금 층의 두께 0. 64μm(4분) |
침전물 구성: Au 82% Ag 16% Cu 2% 침전물 구성: Au 65% Ag 5% Cu 30%
|
이 방법으로 얻은 금 합금 도금은 다음과 같은 장점이 있습니다:
금-은-구리 합금의 구성은 임의로 조정할 수 있습니다.
열 확산 후 금-은-구리 합금의 경도는 일반 전기도금 층보다 훨씬 높습니다.
내식성이 우수합니다. 금-은-구리 합금 전기 도금 층은 합금이 아니라 공융 도금 층입니다. 열 확산 후에는 완전히 합금화되어 금-은 또는 금-구리 전기 도금 층보다 훨씬 높은 야금 제조 합금과 동등한 내식성을 갖습니다.
금-구리-카드뮴 합금 도금 용액을 사용하지 않습니다. 18K 층의 도금 용액에는 카드뮴이 포함되어 있지 않아 환경 친화적이고 안전합니다.
3. 전기 성형 금의 응용
(1) 펜던트 및 기타 장식용 아이템의 용도
US PAT. 446421 공 모양의 사출 성형물을 전기 성형하여 만든 작은 속이 빈 지구본. 전기 성형 후 지구본에 작은 구멍을 뚫고 가열하여 지구본 내부의 플라스틱을 제거하여 속이 빈 금속 구를 얻습니다. 이 특허 공법은 구리, 은, 금 및 기타 금속을 순차적으로 전기 도금한 후 열처리 합금을 통해 제품을 생산하는 방식입니다.
GB PAT. 2031024 실제 꽃을 전기 성형한 후 전기로에 넣어 24시간 동안 열처리한 다음 고압의 물을 꽃 줄기 윗부분에서 불어 잔여물을 제거하여 전기 성형한 꽃 장식을 얻습니다.
일본 특허(쇼와 59-80788)와 같은 다른 특허에서는 금 합금 시계 외부 부품을 전기 성형으로 제조하는 방법에 대해 자세히 설명합니다. 골드 펜던트의 제조 방법은 표 1-121에 나와 있습니다.
표 1-121 금 합금 장식품의 제조 방법
| 단계 | 방법 |
|---|---|
| 모델 |
(1) 디자인에 따라 파라핀으로 장식을 만들고 모델을 은색으로 주조한 후 마무리합니다. 은색 모형으로 고무 모형을 만든 후 사출 성형하기 (2) 필요한 수의 모델을 주조합니다. 이때 주로 Pb-Zn-Bi 합금과 Zn 합금(Zn96%-A14%)을 사용합니다. |
| 전처리 |
(1) 파라핀 왁스, 금속 기판 표면 버 및 울퉁불퉁 한 표면을 제거해야하며, 그렇지 않으면 제품의 최종 품질에 영향을 미칩니다. (2) 재료가 파라핀 인 경우 표면 반도체를 수행해야하며 다음 두 가지 방법이 있습니다. 플라스틱 도금, 화학 구리 도금 금속 화 전도성 니트로 래커로 코팅, 표면 전도성 함침 |
| 기본 도금 |
(1) 기판이 금속이고 연마되고 산성 구리로 도금된 경우. 목적은 모래 구멍, 기공 등의 기판을 막는 것입니다. (2) 파라핀 소재의 경우, 금을 전도시킨 후 바로 전기 성형하는 경우 금속 베이스 층을 추가해야 합니다. 파라핀 왁스는 녹는점이 약 70°C에서 수분이므로 도금 용액의 온도가 약 40°C가 되도록 해야 합니다. 그렇지 않으면 파라핀 왁스 위에 직접 금을 전기 성형할 수 없습니다. |
| 전기 성형 금 |
가장 일반적으로 사용되는 도금 용액은 Au-Cu-Cd 합금 용액입니다. 다음은 합금 도금 프로세스입니다. 도금 용액 구성 ： 도금 용액 구성 Au 6g/L 도금 용액 온도 70℃. Cu 45g/L 전류 밀도 0.5~2A/dm2 Cd 1g/L 전류 효율 1.5A/dm2 , 오후 1시 KCN 18g/L 합금 구성: Au 5% pH 10 Cu 13% Cd 7% |
| 삼원 합금을 전기도금하는 동안 전류 밀도의 변화는 전류 효율과 금의 증착 비율에 큰 변화를 일으키므로 전기도금 시 도금 용액의 금속 농도와 전류 밀도를 엄격하게 제어하는 것이 필수적입니다. | |
| 후처리 |
(1) 금을 전기 성형하는 것은 질산, 염산 및 기타 무기산을 사용하여 합금을 용해시켜야합니다. 불활성 가스에 용해 후 400 ~ 500 ℃, 30 분 가열 처리, 제품의 내부 응력을 제거하기 위해 (2) 금 합금 용접 재료로 닫힌 구멍 |
| 섬세한 마무리 | 부품의 미세 연마, 전체 도금 표면의 연마 |
그림 1-107 전류 밀도와 증착률의 관계
그림 1-108 금 함량과 강수율의 관계
(2) 치과용
치과용 크라운과 인공 치아는 모양이 복잡하고 두께가 얇기 때문에 높은 강도와 내식성이 요구됩니다. 여기에는 의학 외에도 여러 다른 분야의 기술도 포함됩니다. Rogers, Vr-ijhoef 등은 이러한 전문 기술에 대한 많은 연구 보고서를 제안했습니다.
(3) 기능적 목적 탐지 장비
기능 테스트에는 전자, 계측기, 통신 및 기타 분야와 관련된 장비가 포함됩니다.
X-선 포토마스크 일본 특허 쇼와 58-224427호
일본 특허 쇼와 58-200535
적외선 필터 격자 G. 차닌
나선형 마이크로미터 영 오범
돌출 패드 라인 US PAT.4125441
미국 표준국에서 제조한 나선형 현미경은 금과 니켈 도금을 번갈아 가며 구현합니다. 도금층의 두께를 전류로 제어하고 측정할 수 있기 때문에 전자 현미경의 보정에 사용할 수 있습니다.
섹션 II 특수 재료 금도금
1. 스테인리스 스틸 전기 도금
스테인리스 스틸은 표면의 수동 산화막으로 인해 내식성이 뛰어납니다. 하지만 스테인리스 스틸의 수동 피막에 전기 도금을 하는 것은 매우 어렵습니다. 현재 침전 결합 강도가 우수한 방법은 스테인리스 스틸을 활성화하면서 임펄스 니켈 도금 용액에 초박형 니켈 층을 침전시키고, 임펄스 니켈 층에 도금된 금층을 완전하고 단단하게 결합하는 것입니다. 그러나 이 방법에는 스테인리스 스틸의 내식성을 심각하게 저하시키는 중대한 단점이 있습니다. 다음은 스테인리스 스틸에 내식성 금층을 전기 도금할 때 발생하는 주요 문제입니다.
니켈 도금 중간층을 사용하지 말고 스테인리스 스틸에 금을 직접 전기 도금하세요.
모공 형성을 촉진하기 위해 염화수소산을 사용하지 마세요(염산 활성화는 금지됨) ② 모공 형성을 촉진하기 위해 염화수소산을 사용하지 마세요.
접착력이 좋은지 확인합니다.
위의 요구 사항을 충족하기 위해 1971년, HAu(CN)4 제조 방법 및 HAu(CN)4 도금 용액의 범위 조정 방법이 개발되었습니다. 이 도금 용액은 금 리간드, 구연산, 인산염 또는 인산과 같은 약산으로 구성된 pH 0.1 ~ 3.0 범위 내에서 매우 잘 작동합니다.
1979년 칼륨 금(III) 시안화물 도금 용액을 사용하여 스테인리스 스틸에 금판을 플래시(스트라이크 금도금)하는 방법이 시작되었습니다. 전도성 염인 질산칼륨, 리간드인 에틸렌디아민 염산염, 니켈, 코발트, 아연, 인듐 등의 합금 성분을 도금 용액에 첨가하여 pH를 1.5 이하로 조절하여 사용했습니다.
도금 용액에 스테인리스강에 좋지 않은 염소가 포함되어 있기 때문에 무염소 칼륨 금(III) 시안화물 도금 용액이 개발되어 널리 사용되었습니다. 이러한 칼륨 금(III) 시안화물 도금 용액은 특히 코발트와 합금된 브러시 금 도금에 사용되었습니다(표 1-122 참조).
표 1-122 스테인리스 스틸용 플래시 금도금 솔루션
| 구성 및 작동 조건 | 매개변수 | 구성 및 작동 조건 | 매개변수 |
|---|---|---|---|
| KAu(CN)4(Au로 계산) | 2g/L | pH | < 0. 8 |
| 코발트 | 0. 2g/L | 온도 | 35 ℃ |
| 황산 | 10mL/L | 전류 밀도 | 1. 5A/dm2 |
| 인산 | 100mL/L | 도금 시간 | 30 〜 60s |
표 1-123 스테인리스강 금도금의 부식 원리
| 일련 번호 | 부식의 원리 | 피팅 부식 다이어그램 |
|---|---|---|
| 1 |
스테인리스 스틸 표면은 고농도의 염산으로 활성화하는 과정에서 함몰이 발생하기 쉽습니다. 표면의 함몰과 같은 결함이 있는 부분은 금도금 과정에서 기공 형성을 촉진하는 원인이 됩니다. |
|
| 2 | 염화물이 포함된 플래시 금도금 용액(1)의 경우와 마찬가지로 염소 처리된 기판의 표면에 결함이 발생합니다. |
|
| 3 | 시안화칼륨[KAu(CN)4] 인산염 용액을 사용한 금 플래시 도금의 경우 염산과 염화물을 사용하지 않기 때문에 스테인리스 스틸 표면에 움푹 들어간 자국이 생기지 않습니다. |
![시안화칼륨[KAu(CN)4] 인산염 용액을 사용한 금 플래시 도금의 경우 염산과 염화물을 사용하지 않기 때문에 스테인리스 스틸 표면에 움푹 들어간 자국이 생기지 않습니다.](https://sobling.jewelry/wp-content/uploads/2025/11/3.png)
|
IC용 스테인리스 스틸 리드 프레임의 얇은 금층과 관련하여 금도금 두께가 300Å(30nm) 이상일 때 용접성 및 와이어 본딩 성능이 좋은지, 450℃ 1분 정도에서 용접 성능이 좋은지, 200Å 이상일 때 모든 금 와이어 본딩이 좋은지에 대한 보고가 있었습니다.
이때 금도금 층의 두께는 300Å로 매우 얇습니다. 스테인리스 스틸의 표면 거칠기가 거칠면 금도금 층의 균일성에 영향을 미쳐 기공과 같은 결함이 발생합니다. 따라서 스테인레스 스틸 표면의 활성화 처리에서 표면을 매끄럽게하고 접착력을 향상시키기 위해 무기 혼합 산 및 유기 부식 억제제를 처리제로 사용할 수 있습니다.
내식성 외에도 IC 스테인리스 스틸(SUS430) 기판의 금과 은 도금 층을 460℃의 대기에서 각각 0초, 30초, 60초, 240초 동안 가열합니다. 그런 다음 용접성 및 금선 접합 성능을 테스트합니다. 스트라이크 니켈 도금에는 와트 배스가 사용되며, 니켈 도금층에 중간 도금층이 추가됩니다. 가장 바깥층이 금 도금인 경우 중간층으로 은 도금층과 니켈-코발트 합금 도금층이 더 좋은 효과를 나타냅니다. 가장 바깥쪽 층이 은도금인 경우 팔라듐-니켈 합금 도금층(0.1μm)과 무전해 니켈 도금층(니켈-인, 0.1μm)을 중간층으로 사용하면 더 나은 효과를 볼 수 있습니다. 또는 중간층 없이 스트라이크 니켈 층을 스트라이크 니켈-코발트 합금 층(0.02μm)으로 대체하면 귀금속 도금 층의 내열성을 향상시킬 수 있습니다. 이 효과는 특히 금도금의 중간층으로 사용할 때 두드러집니다. 니켈-코발트 합금 도금층이 철의 열확산층 역할을 할 수 있기 때문입니다.
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2. 티타늄 및 티타늄 합금 도금
티타늄 금속은 가볍고 비강도(강도/밀도)가 강철의 2배에 달합니다. 대기 및 산성 환경에서 내식성과 내열성이 뛰어나 항공기 및 항공우주 산업 제조에 널리 사용됩니다. 바늘의 표준 전극 전위는 E=-1.75V로 알루미늄보다 음성이지만 산성 환경에서는 산화막을 형성하여 쉽게 부동태화됩니다. 패시베이션 필름의 두께는 약 100Å에 달하므로 티타늄에 전기 도금을 할 때 좋은 접착력을 얻기가 어렵습니다.
(1) 부식 방법
나트륨 전기 도금에 대한 연구는 1952년부터 약 33건이 보고되었습니다. 이러한 방법은 모두 부식을 사용하여 나트륨 표면의 산화물 층을 제거하고 노출된 활성 표면에 도금층을 증착하는 데 중점을 둡니다. 문헌에서 요약한 공정 흐름은 표 1-124에 나와 있으며, 다양한 부식 솔루션은 표 1-125에 시리즈별로 요약되어 있습니다.
표 1-124 티타늄의 전기 도금 방법 요약
| 일련 번호 | 에칭 용액 구성 | 작동 조건 | 표면 도금 |
|---|---|---|---|
| 1 |
에틸렌 글리콜 HF |
아노다이징 에칭 15분 ~ 30분 |
시안화 구리 충격 도금 불소 붕산 구리 도금 |
| 2 |
(1) 에틸렌 글리콜 79% - HF 15% H2O2 6% (2) H3PO4 54% HF 12.5% NH4HF2 15. 5% H2O2 18. 1% (3) 에틸렌 글리콜 800mL/L - HF 200mL/L 불화 아연 100g/L
|
아노다이징 에칭 55 〜 60분 5A/dm2 15분 ~ 30분 아노다이징 에칭 3 ~ 5A/dm2 35 〜 45℃ 5분 ~ 10분 아노다이징 에칭 0. 6 〜 1. 2A/dm2 25℃ 3 ~ 10분
|
시안화 구리 충격 도금 - - - 시안화 구리 충격 도금 - - - - 시안화 구리 충격 도금 - - |
| 3 |
(1) 빙초산 875mL/L HF 125mL/L (2) 빙초산 875mL/L HF 125mL/L
|
함침 시간 15분 음극 부식 40 ~ 60V 사이클 전기 분해 - |
구리 시안화물 도금 구리, 니켈 크롬 - |
| 4 |
농축 염산 1000mL - |
20 〜 40분 90 〜 100℃, 10 〜 15s
|
세척 없이 직접 충격 니켈 도금 - |
| 5 |
(1) 에틸렌 글리콜 800mL/L - HF 200mL/L (2) 에틸렌 글리콜 800mL/L - HF 200mL/L ZnF2 100mL/L
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음극 부식 5A/dm2 음극 부식 20 〜25℃ - 6V 1 암페어/디엠비2
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구리, 니켈 - - - 구리, 니켈 - - |
| 6 |
(1) 중크롬산 나트륨 390g/L HF 50mL/L (2) 중크롬산 나트륨 250g/L HF 25mL/L (3) 중크롬산 나트륨 250g/L HF 25mL/L CuSQ4 5g/L (4) CUSO4 225g/L HF 10mL/L
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82 ℃ 20분 82℃ 20분 82℃ 1분 - 93℃ 30s
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| 7 |
에틸렌 글리콜 800mL/L - HF 200mL/L ZnF2 100mL/L -
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4A/dm210분 구리 도금 양극 전기 분해 2A/dm2, 10분 음극 전기 분해 50%、HNO3
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| 8 |
불화 크롬 40g/L HCl 40mL/L
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80 ℃ 3분
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| 9 |
35% HCI 900mL/L 40% HF 100mL/L FeCl2 50g/L
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10 〜 15s 2회 함침 -
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무전해 니켈 도금 - - |
| 10 |
30% H2SO4 - - - - |
93℃ 함침 2. 7 A/dm2 양극 전기 분해 5 A/dm2 음극 전기 분해
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충격 니켈 도금 - - - - |
| 11 |
- 클로로플라틴산 0.5g/L 농축 염산 100mL/L -
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5% 사수화물(복합) 타르타르산염으로 세척 후, 사수화물(복합) 타르타르산염 구리 도금 용액으로 도금합니다. | |
| 12 |
HF 200 〜 250mL/L HNO3 45 〜 50mL/L H2SO4 400mL/L
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함침 70 〜 80℃ 0. 5 〜 10분
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| 13 |
NaF 100g/L HCl 100g/L 옥살산 50 〜 100g/L CTAB 0. 2 〜 10g/L
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- 양극 전기 분해 30 〜 80℃ 0. 5 〜 10분
|
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| 14 |
HNO3 45 〜 50mL/L 옥살산 나트륨 200g/L
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70℃、5분 - |
알칼리성 니켈 도금 - |
| 15 |
(1) HF 130mL/L 빙초산 830mL/L HNO3 40mL/L (2) 농축 염산 82℃ (3) CrQ3 • 6시간2O 210 〜 250g/L - 농축 염산 1L
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- - - 82℃, 양극 전기 분해 10 ~ 50A/dm2 100℃, 양극 전기 분해 30 〜 100A/dm2
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| 16 |
(1) HNO3 300mL/L HF 200mL/L 농축 염산 100mL/L (2) 에틸렌 글리콜 750mL/L - HF 150mL/L - ⑶ CuSO4-5H2O 225g/L H2SO4 50g/L Al2(SO4)3 50g/L 계면활성제 1g/L 중크롬산 나트륨 100g/L CuSO4 5g/L HCl 50mL/L
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5분 함침 - 끓는 함침 음극 전기 분해 5A/dm2 50 ~ 60℃ 5분 ~ 30분 함침 - - - 90℃ 1분 함침 -
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철 도금 - - - - - - - - - - - - - - |
| 17 |
HF 200mL/L HNO3 45 〜 50mL/L - CrO3 HF -
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함침 25℃ 15분 함침 50℃ I 30분
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니켈 설파메이트 - 무전해 니켈 도금 - - - |
| 18 |
농축 염산 - |
함침 3분
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타르트산염 4수화물로 함침 후 타르트산염 4수화물이 포함된 구리 도금 용액에 도금합니다. |
표 1-125 다양한 에칭 솔루션의 구성
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1. HF-HCl 2. HF-HCl-FeCl3 3. HF-HNO3 4. HF-CH3 COOH 5. HF-CUSO4 6. HF-CrO3 7. HF-Na2 Cr2 O7 8. HF-Na2 Cr2 O7 -CuSO4 9. HF-에틸렌디아민 10. HF-에틸렌디아민-ZnF2
|
11. HF-H3 PO4 -NH4 H F2 -H2 O 12. HCl 13. HCl-CrO3 14. HCl-CrF3 15. HCl-H2 PtCl6 16. HCl-NaCr2 O7 -CuSO4 17. HCl-NaF-옥살산-CTAB 18. H2 SO4 19. H2 SO4 -CuSO4 -Al2 (SO4 )3 -계면 활성제 20. HNO3 -구연산 나트륨
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표 1-126 주요 프로세스 절차 및 테스트 결과 개요
| 아니요. | 기본 프로세스 | 표면 도금 | 본딩 | 종합적인 판단 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 도금 외관 | 구부린 후 | 480℃ 가열 후 2시간 | ||||
| 1 |
에칭(12%HF + 1%HNO3) 15분 양극 (13%HF + 83%CH3COOH) 에칭 40℃, 1.6A/dm2 6분
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니켈 설파메이트 25μm
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O | X | X | O |
| 2 |
에칭(5% HF + 40% HNO3) 15분 에칭(10%HF + 10g/L CrO3) 30분
|
무전해 니켈 도금 3μm
|
X | X | X | X |
| 3 |
에칭(10%HF + 70%HNO3) 15분 끓인 후 3분 후 CONCHCI 가스 생성 시안화 구리 충격 도금 1분 충격 니켈 도금 3분
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무전해 니켈 도금 25μm
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O | X | X | O |
| 4 |
침지 에칭(10%HF + 70%HNO3) 15분 양극 부식(10%HF + 70%HNO3) 5분 시안화 구리 충격 도금 1분 충격 니켈 도금 3분
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무전해 니켈 도금 30μm
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X | X | X | O |
| 5 |
에칭(10%HF + 70%HNO3) 15분 끓는 CONCHCl 10분 시안화 구리 충격 도금 1분 충격 니켈 도금 3분
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밝은 니켈 25μm
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O | X | △ | △ |
| 6 |
에칭(10%HF + 70%HNO3) 15분 끓는 CONCHCl 10분 시안화 구리로 충격 도금 1분 충격 니켈 도금 3분
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밝은 니켈 25μm
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X | X | X | X |
| 7 |
에칭(Na2Cr2O7 + 60% HF) 충격 니켈 도금 3분
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밝은 니켈 25μm
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X | X | X | X |
| 8 |
에칭 (20% HNO3 - 20% 구연산 나트륨) - |
알칼리성 무전해 니켈 도금 10μm
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O | X | X | X |
| 9 |
양극 에칭 빙초산 875mL/L HF 125mL/L 에칭(위와 동일)
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밝은 니켈 25μm
|
O | X | X | X |
| 10 |
양극 에칭 에틸렌 글리콜 800mL/L HF 125mL/L
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밝은 니켈 25μm
|
O | X | X | X |
| 11 |
에칭 i 황산구리 200g/L 황산 48g/L 황산알루미늄 24g/L 에칭 II 중크롬산 나트륨 100g/L 황산구리 5g/L 염산 5mL/L
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밝은 니켈 25μm
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O | X | X | X |
| 참고: ○-좋음, △-보통, ×-좋지 않음 | ||||||
(2) 염산 활성화
염산을 식각액으로 처리한 후 티타늄 표면은 검은색 메쉬 패턴으로 나타나며, 그 위에 직접 전기 도금을 하면 접착력이 우수합니다. 다양한 공정 단계에서의 니켈 도금 층의 접착 강도 비교 결과는 표 1-127에 나와 있습니다. 그 중 3번 공정을 사용한 열처리 후 도금층의 접착 강도 테스트 결과는 표 1-128에 나와 있습니다. 결과에서 끓는 시료 1 + 1 HC1을 30분간, 2 + 1HC1을 15분간, 2 + 1HC1을 5분간 처리한 후 니켈로 전기 도금했습니다. 그 후 샘플을 300℃에서 30분간 열처리한 후 굽힘 테스트를 진행했습니다. 그 결과 2+1의 효과가 가장 우수하여 300℃에서 30분 이상 열처리가 필요하다는 것을 알 수 있었습니다.
표 1-127 티타늄 전기 도금 공정 단계
| 프로세스 | 1 | 2 | 3 |
|---|---|---|---|
| 1. 유기 용제 세척 | O | O | O |
| 2. 알칼리성 탈지 | O | O | O |
| 3.물 세척 | O | O | O |
| 4. 농축 염산 에칭 | O | O | O |
| 5.물 세척 | O | O | O |
| 6.HF(46%) 처리 | O | O | X |
| 7.물 세척 | O | O | O |
| 8.충격 니켈 양극 전기 분해, 2.2A/dm2, 2분 | O | O | O |
| 9.충격 니켈 양극 전기 분해, 2.2A/dm2, 2분 | O | O | O |
| 10.물 세척 | O | O | O |
| 11.밝은 니켈 도금 | O | O | O |
표 1-128 전기 도금 층의 열처리 온도와 시간 및 접착 강도 간의 관계
| 열처리 온도 / ℃ | 가열 시간/분 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 30 | 60 | |||||||||||
| 400 | O | O | ||||||||||
| 300 | O | O | ||||||||||
| 250 | X | X | ||||||||||
| 200 | X | X | ||||||||||
(3) 금도금
바늘 재료의 금도금 공정은 그림 1-109에 나와 있습니다.
(4) 기타 방법
티타늄 소재를 대기 중에서 열처리하면 표면에 안정적인 산화막이 생성되고 수용성 환원제와 티타늄을 녹이는 처리 용액으로 산화막을 제거한 후 바로 도금을 합니다. 이 과정은 그림 1-110에 나와 있습니다.
1단계 처리: 100~600℃에서 50~60분간 열처리.
2단계 처리: 수용성 환원제(차아인산나트륨, 히드라진 등)와 티타늄을 녹이는 염(산성 암모늄, 불화 나트륨)의 수용액을 사용하여 활성화 처리합니다.
Liu 등은 티타늄 표면에 미세 기공을 생성하는 방법을 사용했는데, 미세 기공의 수, 크기, 깊이를 제어하는 것이 매우 중요합니다. 이 과정은 그림 1-111에 나와 있습니다. 코팅의 크기, 미세 기공 수, 결합 강도 간의 관계는 그림 1-112 및 1-113에 나와 있습니다.
그림 1-112 피팅 직경과 본드 강도 간의 관계
그림 1-113 피트 수와 결합 강도 간의 관계
(5) 요약
티타늄 소재에 금도금 층을 잘 접착하기 위한 핵심은 다음과 같습니다:
티타늄 표면의 산화물을 빠르게 제거하고 산화가 일어나기 전에 즉시 전기도금합니다.
티타늄 표면에 생성된 미세 기공의 고정 효과로 결합 강도가 향상됩니다.
열처리 방법은 코팅의 표면과 가스에서 나트륨을 제거합니다.
