KR101768394B1

KR101768394B1 - 도금방지공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법

Info

Publication number: KR101768394B1
Application number: KR1020160134186A
Authority: KR
Inventors: 김창민; 강호길
Original assignee: 덕산산업주식회사
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2017-08-16

Abstract

본 발명은 도금방지 공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법을 개시한다.
본 발명에 따르면, 피도금물이 되는 모재의 표면을 도금에 적합하도록 조성하는 전처리공정과, 상기 전처리공정을 거친 모재의 표면에 수용성 플럭스 처리를 수행한 후 모재의 표면에 용융 알루미늄을 도금시키는 도금공정과, 상기 도금단계를 거친 모재의 표면에 기계적인 가공을 부가하여 정밀도를 향상시키는 후처리공정을 포함하는 용융 알루미늄 도금방법에 있어서, 상기 전처리공정은, 모재를 550℃ 내지 700℃까지 승온시킨 소둔로 내에서 일정시간 동안 가열 유지시키는 소둔처리단계; 상기 소둔처리단계에서 소둔된 모재의 특정 부분에 도금층이 형성되지 않도록 도금방지 테이프를 부착하는 도금방지처리단계; 상기 도금방지 테이프가 부착된 특정 부분을 제외한 모재의 나머지 부분에 도금층의 밀착성을 향상시키기 위해 산의 수용액이 저장된 산세조에 침지시켜 모재 표면을 활성화하는 산세단계; 및 상기 산세단계에서 산세처리된 모재를 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시켜 모재의 표면에 묻은 산용액을 제거하는 수세단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

도금방지공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법{Hot dip aluminium coating method including prevention process of coating}

본 발명은 용융 알루미늄 도금방법에 관한 것으로, 상세하게는 도금이 불필요한 부분은 도금이 되지 않도록 하는 도금방지공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법에 관한 것이다.

일반적으로 모재가 되는 금속재료의 표면에 다른 종류의 금속 또는 합금을 얇은 막 형태로 피복하는 도금방법은 표면경화나 장식적인 개념뿐만 아니라, 모재가 가지지 못하는 기계적, 화학적 특성(방식성, 내마모성, 내후성, 전기전도성, 내열성등)을 도금되는 금속이나 합금에 의하여 모재의 표면에 부여하기 위한 것으로서, 수용액 중에 이온 형태로 존재하는 목적 금속을 전기에너지를 이용하여 모재의 표면에 환원 석출시키는 전기도금과, 도금조 내부의 금속이온을 화학 환원제로 환원시켜 모재의 표면에 금속층을 석출시키는 화학도금과, 도금조 내부의 용융금속에 모재를 침지 시켰다가 꺼낸 다음 모재의 표면에 부착된 용융금속을 응고시키는 용융도금을 포함하여, 물리 증착이나 화학 증착과 같은 다양한 종류의 도금방법이 행하여지고 있다.

상기와 같은 각종 도금 방법 중에서 도금조 내부에 저장된 용융금속으로 모재를 침지 시키는 용융도금방법은, 모재의 표면에 도금층이 다소 두껍게 형성되기 때문에 긴 수명을 가지는 도금층을 형성시키고자 할 때 주로 사용되며, 가장 일반적인 것으로는 아연 철판(함석)이나 가이드레일, 강관이나 강선 등과 같이 야외나 땅속에서 장기간 사용되는 금속재료의 부식을 방지하기 위한 아연(Zn) 용융도금과, 자동차용 머플러와 같이 내열성과 내후성 및 내식성이 요구되는 부품에 적용되는 알루미늄(Al) 용융도금을 들 수 있다.

상기한 용융도금 방법 중에서 알루미늄 용융도금 방법은 대부분이 탈지와 산세 및 수세처리로 이루어지는 전처리를 통하여 모재의 표면을 도금에 적합하도록 조성한 후, 순도 99.7% 이상의 순수 알루미늄이 용융상태로 저장되어 있는 도금조의 내부로 모재를 침지시켜 모재의 표면에 알루미늄을 도금시킨 다음, 도금된 모재를 냉각시켜 도금 표면을 경화시키고 화학세정과 같은 부가적인 후처리 가공을 통하여 도금표면을 매끄럽게 하는 과정으로 이루어진다.

그러나 상기와 같은 일반적인 용융 알루미늄 도금방법에 의하면, 약 700℃ 정도의 도금온도로 말미암아 고온욕 중에서 알루미늄의 산화가 빈번히 발생하게 되므로, 피도금물이 되는 모재의 표면을 철저하게 전처리시킨다 하더라도 모재의 표면 일부가 도금이 되지 않거나, 도금층에 핀홀(Pin-hole)이 발생하여 모재와 도금층의 밀착성이 저하되는 것과 같이 도금제품의 품질에 좋지 못한 영향을 미치는 요인이 발생하게 된다.

상기와 같은 종래의 용융알루미늄 도금방법이 가지는 문제점을 해결할 수 있도록, 수용성 플럭스와 용융플럭스의 2중 플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 알루미늄을 도금시킴으로써, 모재 표면의 부도금율과 핀홀 발생율을 거의 제로(Zero)화시켜 도금제품의 내식, 내열성을 향상시킬 수 있도록 한 것이, 본 출원인에 의하여 대한민국 등록특허 제10-0436597호에 공고된 바 있다.

그런데 실제 산업현장에서 피도금물을 도금할 때 모든 부분을 도금하는 것이 일반적이나, 필요에 따라 도금이 불필요하거나 도금이 되어서는 안되는 부분이 발생하기도 한다.

예를 들어, 도금처리가 완료된 배관을 서로 용접할 경우 용접하는 부분에 처리된 도금은 제거해야 하는 문제가 발생한다. 왜냐하면, 용접부위에 도금이 남아 있으면, Porosity(기공)이 과다하게 발생하고, 용접 비드가 거칠어져 그라인딩 작업이 추가로 발생하며, 용접 작업시 분진이나 유해가스의 발생으로 작업자의 안전을 침해하는 문제가 있기 때문이다.

이러한 문제 때문에 도금층을 강제로 제거한 후에 용접을 실시하게 되어 인력과 시간의 이중적인 낭비를 초래한다.

기존에 도금을 방지하기 위해 피도금물에 마스킹 테이프를 부착한다든지, 도료를 도장하기도 하지만, 용융 알루미늄 도금은 불화합물의 2중 플럭스 공정이 있고 용융 온도가 높기 때문에, 고온을 견디지 못하여 도금을 방지하기 위해 효과적이지 못했다.

대한민국 등록특허 10-0436597(2004.6.8)"알루미늄 용융 도금방법" 대한민국 등록특허 10-0126273(1997.10.14)"방열판이 실장된 집적회로 패키지의 도금방법 및 도금방지용 테이프" 대한민국 등록특허 10-0142135(1998.3.27)"반도체패키지의 히트싱크에 도금을 방지하는 테이프의 디테이프 방법" 대한민국 공개특허 10-2015-0043502(2015.4.22)"부분도금을 위한 전처리방법, 알루미늄 재료들을 위한 부분 도금 방법, 및 알루미늄 재료들을 도금하기 위한 레지스트"

따라서, 본 발명의 목적은 내고온성과 내화학성 및 내구성을 가진 도금방지 테이프를 사용하여 도금을 방지할 수 있는 공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법을 제공함에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도금방지공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법은, 피도금물이 되는 모재의 표면을 도금에 적합하도록 조성하는 전처리공정과, 상기 전처리공정을 거친 모재의 표면에 수용성 플럭스 처리를 수행한 후 모재의 표면에 용융 알루미늄을 도금시키는 도금공정과, 상기 도금단계를 거친 모재의 표면에 기계적인 가공을 부가하여 정밀도를 향상시키는 후처리공정을 포함하는 용융 알루미늄 도금방법에 있어서, 상기 전처리공정은, 모재를 550℃ 내지 700℃까지 승온시킨 소둔로 내에서 일정시간 동안 가열 유지시키는 소둔처리단계; 상기 소둔처리단계에서 소둔된 모재의 특정 부분에 도금층이 형성되지 않도록 도금방지 테이프를 부착하는 도금방지처리단계; 상기 도금방지 테이프가 부착된 특정 부분을 제외한 모재의 나머지 부분에 도금층의 밀착성을 향상시키기 위해 산의 수용액이 저장된 산세조에 침지시켜 모재 표면을 활성화하는 산세단계; 및 상기 산세단계에서 산세처리된 모재를 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시켜 모재의 표면에 묻은 산용액을 제거하는 수세단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 도금방지 테이프는, 실리카를 함침시킨 유리섬유(glass cloth)로 이루어지는 내열층과, 상기 내열층의 일측면에 형성되고 실리콘 러버를 포함하는 보강층과, 상기 내열층의 타측면에 형성된 점착층을 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 보강층은 실리콘 러버 40 ~ 50 중량%, 실리콘 20 ~ 30 중량%, 트리메틸레이티드 실리카 30 ~ 40 중량%을 포함하는 조성물로 이루어지고, 상기 점착층은 디메틸실록산 80 ~ 90 중량% 및 트리메틸실록시실란 10 ~ 20 중량%를 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 고내열성과 내구성 및 내화학성을 가지는 도금방지 테이프를 사용하여 알루미늄 도금을 수행함으로써 도금이 불필요하거나 도금을 보류해야 하는 부분에 효과적인 도금방지처리가 수행될 수 있고, 공정 중에 테이프의 점착층이 제거되어 잔존하지 않게 되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 도금방지공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법의 공정을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 도금방지 테이프의 단면을 나타내는 단면도.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 도금방지공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법의 공정을 나타내는 순서도이다.

본 발명에 의한 도금방지 공정이 포함된 용융알루미늄 도금방법은 도시된 바와 같이, 소둔처리단계(S11)와 도금처리방지단계(S12)와 산세단계(S13)와 수세단계(S14)로 이루어지는 모재 표면의 전처리공정(S10)을 거친 후, 수용성 플럭스 처리단계(S21)와 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)로 이루어지는 도금공정(S20)을 거치게 된다.

한편, 상기 도금공정(S20)을 거친 후에는, 도금 처리된 모재를 염욕조에 침지시키는 부가공정(S30)으로서의 염욕단계(S31) 또는 정밀부품에 대한 도금일 경우 원심분리단계(S31)거치며, 그 이후에 도금 표면에 대한 화학세정단계(S41)와 수세단계(S42)를 포함하는 후처리공정(S40)이 진행되며, 볼트나 너트와 같은 정밀부품에 대한 도금작업이 이루어진 경우 상기 후처리공정(S40)에 도금 표면의 연마단계(S43)와 수세 및 선별단계(S44)가 추가로 수행된다.

먼저, 모재가 되는 금속재료(주로 탄소강 소재가 됨)의 표면을 도금에 적합하도록 조성하는 전처리공정(S10)으로서, 소둔처리단계에 대해 설명한다.

기존에 사용되었던 탈지 공정은 모재의 표면에 묻은 수분에 의해 도금방지용 테이프 부착의 효과가 떨어지는 단점이 있어서 탈지 공정 대신 소둔처리 공정으로 대체하였다.

상세하게, 상기 소둔처리단계(S11)는 모재가 되는 금속재료에 부착된 산화 스케일(Scale) 절삭유나 프레스유, 인발가공에 따른 감마제, 연마가공에 따른 연마유나 금속분과 같은 각종 이물질을 제거하는 동시에 배관 제작시 용접 및 절곡 등에 의한 금속 모재의 응력 (Stress)를 사전에 제거하기 위한 공정으로 용융 알루미늄 도금시 도금욕조의 고열에서 모재의 열변형 방지 목적도 가지고 있다.

상기 소둔처리단계(S11)에서는 모재인 금속 변태점 이상인 550℃~700℃까지 승온 후 소둔로 내에서 1시간 정도 유지시킨 후 다음 공정인 도금방지처리단계로 진행된다.

상기와 같은 소둔 단계(S11)를 거친 후에는, 본 발명의 핵심인 도금방지처리단계(S12)를 거친다. 도 2는 본 발명의 도금방지 테이프의 단면을 나타내는 단면도이다.

상기 도금방지처리단계(S12)는 모재에서 도금이 불필요하거나 도금이 수행되어서는 안 되는 부분을 테이핑함으로써 도금을 방지하는 처리를 수행하는 단계이다.

본 발명에서는 소둔 처리된 모재의 특정 부위에 도금층이 형성되지 않도록 도금방지 테이프를 부착한다.

이때, 상기 도금방지 테이프는 도 2에 도시된 바와 같이 내열층(100), 보강층(200), 점착층(300)을 포함하여 이루어진다.

상기 내열층(100)은 유리섬유(glass cloth)를 실리카에 함침 시키고 건조한 후 제조되는 것으로 고내열성 및 우수한 기계적 강도를 가진다. 따라서, 고온에서 도금시 내열성을 가지면서, 외부의 압력으로부터 도금방지 테이프의 변형을 방지하는 지지체 역할을 한다.

그리고 상기 보강층(200)은 상기 내열층(100)의 일측면에 형성되는 것으로서 실리콘 러버를 포함한다.

상세하게는 상기 보강층(200)은 실리콘 러버 40 ~ 50 중량%, 실리콘 20 ~ 30 중량%, 트리메틸레이티드 실리카 30 ~ 40 중량%을 포함하는 조성물로 이루어져, 고내열성 및 우수한 기계적 강도를 가진다.

상기 보강층(200)은 가장 외측면에 형성되어 열에 직접 노출되기 때문에 고내열성을 가져야 하므로, 실리콘 러버, 실리콘, 트리메틸레이티드 실리카를 사용하게 된다.

이러한 보강층(200)은 상술한 조성물을 용융시키고, 상기 내열층(100)을 언와인딩기에 장착하여 풀어주면서 용융한 보강층(200) 조성물을 코팅하는 방식으로 만들 수 있다.

그리고 상기 내열층(100)의 타측면, 즉 상기 보강층(200)의 반대편에 점착층(300)이 형성될 수 있다.

상기 점착층(300)은 실리콘 점착제로 이루어질 수 있으며, 상세하게는 디메틸실록산 80 ~ 90 중량% 및 트리메틸실록시실란 10 ~ 20 중량%를 포함하는 조성물로 이루어질 수 있다.

상기 점착층(300)은 도금방지 테이프에 점착성을 부여하여 모재에 부착할 수 있도록 한다. 그리고 상기 점착층(300)은 적절한 두께를 형성함으로써, 충분한 부착효율을 가지면서, 도금공정시 녹아 모재에 잔존하지 않아야 한다.

바람직한 것은 상기 도금방지 테이프의 점착층(300)에는 이형층(400)이 더 구비되어 점착층(300)의 오염을 방지하도록 할 수 있다.

바람직한 것은 상기 이형층은 엠보(Embo)처리된 필름 형태를 가질 수 있고, 폴리염화비닐과 디옥틸프탈레이트를 포함하여 이루어질 수 있다.

부가적으로 상기 점착층(300)과 내열층(100) 사이에는 보강층(200)이 더 형성될 수 있다.

참고로 상술한 바와 같은 도금방지 테이프는 적절한 성분과 두께를 가져 도금방지 효과를 충분히 보장하면서, 동시에 도금공정을 지나면서 도금을 방지하되, 점착층은 녹아 없어져 잔존하지 않게 된다.

상기와 같은 소둔처리단계(S11)와 수세단계(S12) 및 도금방지처리단계(S13)를 거친 후에는, 산(酸)의 수용액이 저장된 산세조의 내부로 모재를 침지시키는 산세단계(S13)를 거치게 되는 바, 이러한 산세단계(S13)는 모재의 표면에 형성된 스케일(Scale)이나 산화막 등을 제거하고, 모재의 표면에 산 부식에 의한 에칭(Etching) 효과를 부여하여 도금층의 밀착성을 향상시키기 위한 모재 표면의 활성화 단계가 된다.

상기 산세단계(S13)에 사용되는 산의 수용액 또한 모재의 재질에 따라 염산(HCl)이나 황산(H2SO4) 또는 질산(HNO3)과 같은 각종 산의 수용액이나 이들의 혼산 수용액을 선택적으로 적용시킬 수 있으나, 탄소강 소재에 가장 보편적으로 사용되는 것을 예로 들자면 염산(HCl)의 농도가 10 ~ 20% 정도인 수용액을 들 수 있으며, 산세처리가 모재 표면의 도금율에 기여하는 바가 매우 크기 때문에 모재의 재질에 따라 선택된 산의 수용액이 산세조의 내부에서 항상 일정한 농도로 유지되도록 하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 전처리공정(S10)을 거친 후에는 도금공정(S20)이 수행되는바, 상기 도금공정(S20)은 모재에 대한 수용성 플럭스 처리단계(S21)와, 모재의 용융플럭스 처리 및 모재의 표면에 대한 알루미늄-실리콘 도금작업을 행하는 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)가 순차적으로 수행된다.

상기 수용성 플럭스 처리단계(S21)는, 전처리공정(S10)을 거친 모재를 수용성 플럭스가 용해되어 있는 플럭스 처리조에 침지 시킴으로써, 알루미늄 용융도금 이전에 모재의 표면에 산화피막 또는 산화스케일(Scale)이 형성되는 것을 억제시키는 한편, 도금시 알루미늄 성분의 확산 침투가 원활히 이루어지도록 하여 양호한 도금층이 형성되도록 하는 약품피막 등을 모재의 표면에 형성시키기 위한 단계이다.

상기 수용성 플럭스 처리단계(S21)에 사용되는 수용성 플럭스는, 염화칼륨(KCl) 35 ~ 50중량%, 빙정석(Cryolite) 5 ~ 10중량%, 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 중에서 택일한 플루오르화물 40 ~ 60중량%의 성분비율로 이루어진다.

상기와 같은 성분비율로 이루어지는 수용성 플럭스를 물 100중량%를 기준으로 하여 10 ~ 30중량%로 첨가 및 용해 시킴으로써 플럭스 용제를 제조한 다음, 이와 같이 제조된 플럭스 용제를 플럭스 처리조에 저장하여 플럭스 용제의 온도를 40 ~ 90℃ 범위내로 유지시킨 상태에서, 전처리공정(S10)을 거친 상기 모재를 플럭스 용제에 약 1 ~ 10분간 침지 시키는 공정과정으로 진행된다.

상기 수용성 플럭스에 사용되는 각각의 성분과 그 혼합비율은, 수용성 플럭스 처리단계(S21) 이후의 공정단계로 진행되는 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)에서 도금조에 첨가되는 용융플럭스와 함께 모재의 표면에 대한 알루미늄의 부도금율을 거의 제로(Zero)화시킬 수 있도록 모재의 표면 전체에 걸쳐 수용성 플럭스에 의한 약품피막을 일정한 두께로 형성시킬 수 있는 최적의 성분비율을 한정한 것이다.

한편, 상기 수용성 플럭스를 10중량% 미만의 농도로 물과 함께 용제화 시키게 되면, 모재의 표면에 형성되는 약품 피막의 두께가 비교적 얇게 됨은 물론, 약품피막의 건조에 많은 시간이 소요되어 플럭스 처리된 모재를 다음 공정단계에 즉시 적용하기가 부적합하며, 수용성 플럭스가 30중량%를 초과한 농도로 물과 함께 용제화되더라도 약품 피막층의 두께는 일정 범위 이상으로 상승되지 않기 때문에, 30중량%를 초과한 농도범위는 비경제적이 된다.

또한, 플럭스 용제의 온도를 40℃ 이하로 유지시키게 되면, 모재의 표면에 약품피막층을 형성시키는 데에 10분 이상의 과도한 시간이 소요되고, 플럭스 용제를 90℃ 이상의 온도로 유지시키게 되면, 모재의 표면에 약품 피막층을 형성시키는 시간을 1분 정도로 단축시킬 수는 있으나, 플럭스 용제로부터 수분의 증발이 촉진되어 플럭스 용제의 농도를 적정 수준으로 유지하기가 어렵게 된다.

한편, 플럭스 용제의 온도를 40 ~ 65℃의 범위로 설정한 경우에는 수용성 플럭스 처리단계(S21)와 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)의 사이에 약품 피막층의 완전한 건조를 위하여 짧은 건조단계를 두는 것이 바람직하고, 플럭스 용제의 온도를 65 ~ 90℃의 범위로 설정한 경우에는 플럭스 용제로부터 모재를 꺼냄과 동시에 약품 피막층의 건조가 이루어지기 때문에 별도의 건조단계는 필요하지 아니하다.

상기와 같은 수용성 플럭스 처리단계(S21)를 거친 후에는, 플럭스 처리된 모재를 용융플럭스가 첨가된 알루미늄-실리콘 도금액의 내부로 침지 시킴으로써, 모재의 표면에 알루미늄 합금층(Fe-Al alloy)을 형성시키고 그 위에 알루미늄-실리콘 도금층이 형성되도록 하는 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)가 수행된다.

상기 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)는, 알루미늄 100중량%를 기준으로 3 ~ 15중량%의 실리콘을 첨가하여 이를 600 ~ 750℃의 온도로 가열 및 용해시킴으로서 용융도금액을 조성하는 한편, 이와 같이 조성된 용융도금액의 표면에 용융플럭스를 뿌려 녹인 상태에서, 수용성 플럭스 처리된 모재를 약 1 ~ 20분간 용융도금액속에 침지 시켰다가 꺼내는 과정을 거쳐서 이루어진다.

상기와 같이 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)에서 용융알루미늄에 실리콘을 첨가시키는 이유는, 실리콘 성분이 도금시 형성되는 합금층의 과도한 확산을 억제함으로서, 모재의 표면을 따라 균일한 두께의 도금이 가능하기 때문이며, 이로 인하여 중, 대형구조물뿐만 아니라 볼트나 너트와 같은 소형의 정밀부품에도 내열성 알루미늄 도금을 적용시킬 수 있기 때문이다.

따라서, 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 3중량% 미만의 실리콘이 첨가되면, 알루미늄 합금층의 과도한 확산을 억제하는 기능이 제대로 발현되지 아니하고, 용융알루미늄 100중량%를 기준으로 하여 실리콘이 15중량%를 초과하여 첨가되면, 실리콘의 높은 융점으로 인하여 도금조의 관리가 까다롭게 되므로 바람직하지 못하다.

이와 더불어, 실리콘이 함유된 용융알루미늄 도금욕을 조성하는 방법은 여러 가지의 방법이 적용될 수 있으나, 가장 대표적인 예를 들자면, 25% 실리콘이 함유된 알루미늄 합금괴를 일차적으로 용해시킨 후, 순도 99.9%의 순수 알루미늄 잉곳(Ingot)을 중량 대비 비율로 투입하여 실리콘 3 ~ 15중량%의 욕조를 조성한 다음, 실리콘 함량에 맞추어 욕조의 온도를 600 ~ 750℃ 정도로 상승시킨 상태에서 용탕을 충분히 교반하여 조성토록 하는 것이다.

한편, 상기 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)에 사용되는 용융플럭스는, 염화나트륨(NaCl) 25 ~ 35중량%, 염화칼륨(KCl) 15 ~ 25중량%, 빙정석(Cryolite) 20 ~ 30중량%, 플루오르화 수소산 암모늄(NH4HF2)이나 플루오르화 암모늄(NH4F) 또는 플루오르화 알루미늄(AlF3) 중에서 택일한 플루오르화물 20 ~ 30중량%의 성분비율로 이루어지며, 이러한 용융플럭스의 분말입자를 골고루 혼합시킨 상태에서 모재의 침지 이전에 용융도금액의 표면으로 뿌려 녹이게 된다.

보다 상세하게는, 알루미늄-실리콘 합금으로 조성된 용융도금액 100중량%를 기준으로 상기 용융플럭스를 5 ~ 10중량%로 하여 도금액의 표면으로 투입시킨다는 것이며, 이와 같이 투입된 용융플럭스는 용융도금액의 상부에 부상(浮上)한 상태로 플럭스층을 형성시키게 된다.

상기 용융플럭스의 성분과 그 혼합비율은, 용융도금액의 상부면 전체에 걸쳐 일정한 두께의 플럭스층을 형성시킴으로써, 용융알루미늄-실리콘 성분과 외부공기와의 접촉을 차단하여 각종 불순물이나 산화알루미늄(Al2O3)의 발생을 효과적으로 방지하고, 수용성 플럭스 처리에 의하여 모재의 표면에 피복된 약품 피막층과의 상호작용으로 모재의 표면에 대한 알루미늄의 부도금율을 거의 제로(Zero)화시킬 수 있도록 한 최적의 범위이다.

이와 더불어, 상기 용융플럭스의 성분과 그 혼합비율에 의하면, 플럭스층의 우수한 유동성을 확보하여 모재를 도금조의 내부로 침지시킬 경우에는 모재에 대한 저항과 외부공기와의 접촉으로 인한 산화알루미늄의 생성을 최소화시킬 수 있으며, 모재를 도금조로부터 꺼낼 경우에는 모재의 표면에 부착되는 플럭스량을 최소화시킬 수 있게 된다.

따라서, 용융알루미늄-실리콘으로 조성된 용융도금액 100중량%를 기준으로 하여 상기 용융플럭스를 5중량% 미만으로 첨가하게 되면, 용융도금액의 상부에 형성되는 플럭스층의 두께가 비교적 얇게 되므로, 모재를 도금조에 침지시키거나 꺼내는 과정에서 용융도금액과 외부공기와의 접촉이 발생할 우려가 높아진다.

이와는 달리, 용융알루미늄-실리콘으로 조성된 용융도금액 100중량%를 기준으로 하여 상기 용융플럭스의 첨가량이 10중량%를 초과하게 되면, 외부공기와의 접촉과 용융도금액으로부터의 열발산은 효과적으로 차단할 수 있으나, 모재의 도금면에 부착되는 용융플럭스량이 다소 증가하여 도금과정에 좋지 못한 영향을 미치게 된다.

상기와 같이 용융플럭스를 사용하여 용융알루미늄-실리콘으로 조성된 용융도금액의 상부면에 플럭스층이 형성되도록 도금조의 상태를 세팅하여 놓은 다음, 도금조의 내부로 수용성 플럭스 처리된 모재를 침지시켜 1 ~ 20분간 모재의 표면에 도금작업을 행하게 되면, 모재의 표면에 걸쳐 매우 우수한 알루미늄 합금층 및 알루미늄-실리콘 도금층을 형성시킬 수 있게 된다.

다시 말해서, 상기 용융플럭스에 의하여 제공된 플럭스층이 각종 불순물과 산화알루미늄(Al2O3)의 발생을 억제하는 한편, 미량의 불순물이나 산화알루미늄은 모재의 표면에 피복된 수용성 플럭스 성분에 의하여 거의 대부분이 용해 및 제거됨으로서, 모재의 표면에 알루미늄 성분이 매우 쉽게 융착된다는 것이다.

이로 인하여, 모재의 표면에 부도금된 면이나 핀홀(Pin hole)이 존재하지 않은 상태로 매우 우수한 알루미늄 합금층을 형성시킬 수 있는 것이며, 용융도금액의 상부면에 존재하는 플럭스층이 외부로의 열방출을 차단시킴으로서, 도금조로부터 외부로의 열손실을 방지하여 연료 및 에너지의 절감 또한 가능하게 된다.

상기 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)에서 모재의 표면에 도금작업을 수행하는 데 소요되는 시간은 도금조에 세팅된 온도, 즉 용융도금액의 온도와 모재의 두께 및 형상에 따라 다소 차이가 있으나, 용융알루미늄-실리콘 도금액의 온도범위를 600 ~ 750℃ 범위내로 할 경우, 20 ~ 30mm 두께의 철재평판을 600℃의 온도조건하에서 도금하는 데에는 약 15분 정도, 750℃의 온도조건하에서는 약 4분 정도의 도금시간이 소요된다.

상기와 같이 수용성 플럭스 처리단계(S21)로부터 용융플럭스 처리 및 도금단계(S22)에 이르기까지의 도금공정(S20)을 거친 후에는, 도금처리된 모재를 염욕조에 침지시키는 염욕단계(S31) 또는 원심분리단계(S31)가 부가공정(S30)으로 수행된다.

상기 염욕단계(S31)는, 도금처리된 모재를 650 ~ 700℃의 염욕속에 침지시켜 5 ~ 20분간 유지시키는 과정을 거쳐서 이루어지며, 상기 염욕은 여러 가지 종류의 염화물을 사용하여 조성시킬 수 있지만, 염화칼륨(KCl) 40 ~ 60중량%와 염화나트륨(NaCl) 40 ~ 60중량%의 성분비율을 가지는 염화물을 융해시켜 조성하는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같은 염욕단계(S31)는 모재의 표면에 도금된 알루미늄 합금층과 그 위에 형성된 알루미늄-실리콘 코팅층을 확산시켜 도금층이 모재의 표면으로 깊숙히 확산 침투되도록 함으로서, 모재와 알루미늄 합금층과의 밀착력 및 알루미늄 합금층과 알루미늄-실리콘 코팅층간의 밀착력을 한층 더 견고히 하는 기능을 수행한다.

이와 더불어, 상기 염욕단계(S31)를 거침으로서 볼트나 너트와 같은 소형 정밀부품에 있어 나사산 등과 같이 좁고 협소한 부분에 맺혀 있는 잉여 알루미늄이 도금표면을 따라 균일하게 펴져 나가도록 유도함으로써, 모재의 치수정밀도를 향상시키는 측면에도 기여할 수 있게 된다.

한편, 상기 원심분리단계(S31)는 도금처리된 모재로서 볼트나 너트와 같은 소형 정밀부품을 원심분리기에 투입시킨 다음, 고속으로 회전시킴으로써, 원심력에 의해 나사산과 같이 좁고 협소한 부분에 부착된 잉여 알루미늄을 제거하는 것이다. 이러한 것은 해당 모재의 치수정밀도를 한층 더 우수하게 할 수 있을 것이다.

다음으로 염욕단계(S31)나 원심분리단계(S31)를 거친 후에는 상온 조건하의 공기 중에서 모재를 냉각시키는 공랭단계(S32)를 거치게 되는바, 이는 모재를 최대한 서냉 시킴으로써 모재의 급냉시 발생하는 도금층의 괴리나 균열을 미연에 방지토록 한 것이다.

상기와 같이 도금공정(S20) 부가공정(S30)을 거친 후에는, 도금 처리된 모재의 후처리공정(S40)을 거치게 되는바, 상기 후처리공정(S40)은 통상적인 도금방법과 마찬가지로 모재의 도금 표면에 대한 화학세정단계(S41) 및 수세단계(S42)가 포함된다.

상기 화학세정단계(S41)는 도금 처리된 모재를 질산(HNO3)의 5 ~ 15% 수용액 속에 약 3 ~ 10분간 침지 시킴으로서, 도금 표면에 부착되어 남아 있을지도 모르는 잔여 플럭스 분말을 별도의 기계가공 없이 매우 빠른 시간 내에 손쉽고 완벽하게 제거토록 하는 한편, 산의 부식작용을 이용하여 모재의 도금 표면을 평활하고 매끄럽게 하는 공정단계이다.

상기와 같이 후처리공정(S40)으로서 진행되는 화학세정단계(S41)는, 전처리공정(S10)과는 달리 도금제품의 품질 향상 측면에서 중요한 단계이므로, 화학세정조의 내부에 저장된 화학용액의 농도를 수시로 체크하여 화학세정조 내부의 화학용액이 항상 일정한 농도범위로 유지되도록 하여야 한다.

상기와 같은 화학세정단계(S41)를 거친 후에는, 세정 처리된 도금제품을 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시켜 도금표면을 물세척하는 수세단계(S42)를 거치며, 이와 같이 수세단계(S42)를 거친 도금제품을 최종적으로 건조 시키게 되면, 본 발명에 따른 용융알루미늄 도금방법이 일차적으로 완료된다.

한편, 본 발명에 따른 용융알루미늄 도금공정에 적용되는 모재가 볼트나 너트와 같은 소형의 정밀 부품인 경우에는, 도금된 모재의 표면을 추가적으로 가공하여 치수정밀도를 보다 더 향상시킬 수 있도록, 상기 후처리공정(S40)으로서 화학세정단계(S41)와 수세단계(S42)를 거친 후에, 도금 표면의 연마단계(S43)를 거치는 것이 바람직하다.

상기 연마단계(S43)에 적용될 수 있는 대표적인 표면처리 방식으로서, 진동연마 또는 샌드블라스팅(Sand blasting)을 들 수 있는바, 상기 진동연마 방식은 미세한 입자의 세라믹볼과 광택제 및 물을 모재와 함께 처리조의 내부로 투입시켜 해당 처리조를 진동 또는 회전시킴으로서 모재의 도금 표면을 처리하는 방식이고, 샌드블라스팅 방식은 모재의 표면으로 미세한 모래입자를 분사시켜 모재의 도금 표면을 처리하는 방식이다.

상기와 같은 진동연마 또는 샌드블라스팅 방식은 표면처리 기술분야에서 널리 사용되는 공지의 기술이고, 해당작업을 수행할 수 있는 장치 또한 매우 다양한 종류가 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 세라믹볼과 모래의 입도는 표면처리가 요구되는 모재의 치수정밀도에 맞추어 선택하면 되고, 모재가 소형 정밀부품이 아닌 중, 대형구조물인 경우에도 본 연마단계(S43)가 적용될 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 연마단계(S43)는 모재의 치수정밀도를 조정하는 기능과 함께 도금 표면에 가공경화를 부여하여 도금층의 강도를 보다 향상시키는 기능을 추가로 제공하므로, 모재의 종류에 상관없이 가급적 수행하는 것이 바람직하며, 상기 연마단계(S43)를 거친 후에는 도금제품의 표면을 최종적으로 물세척한 다음, 도금제품을 종류별로 분리하고 불량제품을 가려내는 수세 및 선별단계(S44)를 거침으로서, 본 발명의 공정단계가 모두 완료된다.

상기와 같이 후처리공정(S40)으로서의 연마단계(S43)를 본 발명의 공정과정에 포함 시키게 되면, 볼트나 너트와 같은 소형 정밀부품에 대한 내열성 도금작업을 한층 더 우수한 치수정밀도를 확보하는 조건하에서 수행할 수 있는 한편, 나사산과 같이 좁고 협소한 부분에 부착된 극소량의 잉여 알루미늄을 제거하는 작업 또한 매우 손쉽고 용이하게 수행할 수 있게 된다.

이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

S10 : 전처리공정 S11 : 소둔처리단계
S12 : 도금방지처리단계 S13 : 산세단계
S14 : 수세단계
S20 : 도금공정 S21 : 수용성 플럭스 처리단계
S22 : 용융 플럭스 처리 및 도금단계
S30 : 부가공정 S31 : 원심분리 또는 염욕단계
S32 : 공랭단계
S40 : 후처리공정 S41 : 화학세정단계
S42 : 수세단계 S43 : 연마단계
S44 : 수세 및 선별단계
100 : 내열층 200 : 보강층
300 : 점착층 400 : 이형층

Claims

피도금물이 되는 모재의 표면을 도금하기 위해 전처리하는 전처리공정과, 상기 전처리공정을 거친 모재의 표면에 수용성 플럭스 처리를 수행한 후 모재의 표면에 용융 알루미늄을 도금시키는 도금공정과, 상기 도금단계를 거친 모재의 표면에 기계적인 가공을 부가하여 정밀도를 향상시키는 후처리공정을 포함하는 용융 알루미늄 도금방법에 있어서,
상기 전처리공정은,
모재를 550℃ 내지 700℃까지 승온시킨 소둔로 내에서 일정시간 동안 가열 유지시키는 소둔처리단계;
상기 소둔처리단계에서 소둔된 모재의 특정 부분에 도금층이 형성되지 않도록 도금방지 테이프를 부착하는 도금방지처리단계;
상기 도금방지 테이프가 부착된 특정 부분을 제외한 모재의 나머지 부분에 도금층의 밀착성을 향상시키기 위해 산의 수용액이 저장된 산세조에 침지시켜 모재 표면을 활성화하는 산세단계; 및
상기 산세단계에서 산세처리된 모재를 상온의 물이 저장된 수세조에 침지시켜 모재의 표면에 묻은 산용액을 제거하는 수세단계;를 포함하여 이루어지고,
상기 도금방지 테이프는, 유리섬유(glass cloth)를 실리카에 함침시키고 건조한 후 제조되는 내열층과, 상기 내열층의 일측면에 형성되고 실리콘 러버를 포함하는 보강층과, 상기 내열층의 타측면에 형성된 점착층을 포함하여 이루어지며,
상기 점착층과 상기 내열층 사이에는 보강층이 더 형성되고,
상기와 같은 수용성 플럭스 처리를 수행하는 수용성 플럭스 처리단계를 거친 후에는, 플럭스 처리된 모재를 용융플럭스가 첨가된 알루미늄-실리콘 도금액의 내부로 침지 시킴으로써, 모재의 표면에 알루미늄 합금층(Fe-Al alloy)을 형성시키고 그 위에 알루미늄-실리콘 도금층이 형성되도록 하는 용융플럭스 처리 및 도금단계가 수행되고,
상기와 같이 수용성 플럭스 처리단계로부터 용융플럭스 처리 및 도금단계에 이르기까지의 도금공정을 거친 후에는, 도금처리된 모재를 염욕조에 침지시키는 염욕단계 또는 원심분리단계가 부가공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 도금방지 공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 보강층은 실리콘 러버 40 ~ 50 중량%, 실리콘 20 ~ 30 중량%, 트리메틸레이티드 실리카 30 ~ 40 중량%을 포함하는 조성물로 이루어지고,
상기 점착층은 디메틸실록산 80 ~ 90 중량% 및 트리메틸실록시실란 10 ~ 20 중량%를 포함하는 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도금방지 공정이 포함된 용융 알루미늄 도금방법.