본 연구에서는 도금전처리 공정에서 사용되는 다양한 조성의 맞춤형 알칼리계 탈지제를 개발하고, 탈지제의 수명을 예측함으로 효율을 높임과 동시에 공정품의 불량을 줄이고자 하였다. 알칼리계 탈지제는 침지형 탈지제로 NaOH, $Na_2CO_3$, $Na_2SiO_3$, SLS 등을 일정비율로 첨가하여 제조하였으며, 제조된 탈지제의 성능평가를 위해 알칼리계 탈지액의 온도를 $40{\sim}50^{\circ}C$로 설정하여 30~40 min 동안 오염된 철 시편을 넣은 후 오염물을 제거하였다. 오염물이 제거된 시편은 물방울 맺힘실험과 Hull-cell 도금분석을 통해 탈지제의 성능 및 수명을 확인하였다. 최적 탈지제의 조성은 NaOH (30 g/L) + SLS (6.0 g/L) + $Na_2SiO_3$ (2.0 g/L) + $Na_2CO_3$ (40 g/L)을 추천할 수 있으며, 물방울맺힘 실험과 Hull-cell 도금 분석 결과 최적 탈지조건은 $50^{\circ}C$, 35 min인 것으로 나타났다.
본 연구에서는 도금전처리 공정에서 사용되는 다양한 조성의 맞춤형 알칼리계 탈지제를 개발하고, 탈지제의 수명을 예측함으로 효율을 높임과 동시에 공정품의 불량을 줄이고자 하였다. 알칼리계 탈지제는 침지형 탈지제로 NaOH, $Na_2CO_3$, $Na_2SiO_3$, SLS 등을 일정비율로 첨가하여 제조하였으며, 제조된 탈지제의 성능평가를 위해 알칼리계 탈지액의 온도를 $40{\sim}50^{\circ}C$로 설정하여 30~40 min 동안 오염된 철 시편을 넣은 후 오염물을 제거하였다. 오염물이 제거된 시편은 물방울 맺힘실험과 Hull-cell 도금분석을 통해 탈지제의 성능 및 수명을 확인하였다. 최적 탈지제의 조성은 NaOH (30 g/L) + SLS (6.0 g/L) + $Na_2SiO_3$ (2.0 g/L) + $Na_2CO_3$ (40 g/L)을 추천할 수 있으며, 물방울맺힘 실험과 Hull-cell 도금 분석 결과 최적 탈지조건은 $50^{\circ}C$, 35 min인 것으로 나타났다.
In this study, the alkaline degreasing agent was developed for electroplating pretreatment process, and the efficiency and the durability was predicted. The alkaline deeping degreasing agent was prepared by blending sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate ($Na_2CO_3$), sodium silicate (...
In this study, the alkaline degreasing agent was developed for electroplating pretreatment process, and the efficiency and the durability was predicted. The alkaline deeping degreasing agent was prepared by blending sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate ($Na_2CO_3$), sodium silicate ($Na_2SiO_3$), and sodium lauric sulfate (SLS). The performance tests of the degreasing agent were evaluated in the $40{\sim}50^{\circ}C$ of the degreasing temperature and 30~40 min of the degreasing time. The efficiency and durability of the prepared degreasing agent were tested by the waterdrop formation test and Hull-cell plating test. The optimum ratio of alkaline degreasing agent was NaOH (30 g/L) + SLS (6.0 g/L) + $Na_2SiO_3$ (2.0 g/L) + $Na_2CO_3$ (40 g/L). Also, the optimum degreasing conditions were $50^{\circ}C$ of the degreasing temperature and 35 min of the degreasing time.
In this study, the alkaline degreasing agent was developed for electroplating pretreatment process, and the efficiency and the durability was predicted. The alkaline deeping degreasing agent was prepared by blending sodium hydroxide (NaOH), sodium carbonate ($Na_2CO_3$), sodium silicate ($Na_2SiO_3$), and sodium lauric sulfate (SLS). The performance tests of the degreasing agent were evaluated in the $40{\sim}50^{\circ}C$ of the degreasing temperature and 30~40 min of the degreasing time. The efficiency and durability of the prepared degreasing agent were tested by the waterdrop formation test and Hull-cell plating test. The optimum ratio of alkaline degreasing agent was NaOH (30 g/L) + SLS (6.0 g/L) + $Na_2SiO_3$ (2.0 g/L) + $Na_2CO_3$ (40 g/L). Also, the optimum degreasing conditions were $50^{\circ}C$ of the degreasing temperature and 35 min of the degreasing time.
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문제 정의
금속제품의 표면오염물은 재질, 형상, 제조공정, 제조환경에 따라 달라지며, 오염물의 완전한 제거는 매우 어렵다. 따라서 본 연구에서는 니켈-크롬도금의 하지도금공정인 구리도금 전처리과정 중 탈지 과정에 사용될 수 있는 맞춤형 알칼리계 탈지제를 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 니켈-크롬도금의 하지도금공정인 구리도금 전 오염물의 제거를 위한 침지형 알칼리계 탈지제를 개발하고 탈지조건을 해석하고자 하였다.
간이 검사방법으로는 물방울맺힘 검사, 육안검사, 중량검사, 테스트펜(잉크) 검사, 자외선조사법, 접촉각 검사 등이 있으며, 정밀검사방법에는 ESCA, SEM 등의 기기분석방법 및 도금특성 확인을 위한 Hull-cell 도금분석 등이 있다. 본 연구에서는 제조된 탈지제의 탈지성능을 평가하기 위해 물방울맺힘 실험과 Hull-cell 도금분석을 수행하였다. 물방울맺힘 실험은 재료표면에 물방울을 떨어뜨리거나 스프레이를 이용하여 그 퍼짐현상을 관찰하므로써 간접적으로 표면의 청결도를 검사하는 방법이며, Hull-cell 도금분석은 음극과 양극사이의 거리가 다른 267 mL의 Hull-cell 조를 이용하여 한번 도금 시에 여러 가지 전류밀도로 도금표면을 관찰할 수 있는 방법으로 도금된 시편의 표면특성을 관찰할 수 있는 분석방법이다.
제안 방법
탈지온도와 탈지시간 변화에 따른 물방울맺힘 실험과 Hull-cell 도금분석 결과를 Table 2에 나타내었다. Hull-cell 도금분석은 50 ℃의 온도에서 전전류(total current) 2 A로 5 min 간 도금하였으며, 왼쪽(고전류밀도)에서 오른쪽(저전류밀도) 부분의 균일한 도금특성을 관찰하게 위해 수행하였다. 물방울맺힘 검사의 경우 탈지 온도 50 ℃ 이상의 조건에서 35 min 이상 탈지한 경우 우수한 탈지성능을 보임을 확인할 수 있었으며, Hull-cell 도금분석의 경우에도 탈지 온도 50 ℃ 이상의 온도에서 30 min 이상 탈지한 경우 저전류밀도에서 고전류밀도까지 균일한 도금특성을 나타내어 탈지효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
NaOH 30 g/L, SLS 6.0 g/L, Na2SiO3 2.0 g/L, Na2CO3 40 g/L의 조성으로 제조된 맞춤형 알칼리계 탈지제를 이용하여 탈지온도와 탈지 시간에 따른 탈지과정의 최적화실험을 수행하였다. 탈지온도는 40∼55 ℃의 범위에서 일정하게 유지하였고, 탈지시간은 25∼40 min으로 설정하였다.
의 농도변화에 따른 탈지성능을 비교하였다. NaOH와 SLS의 농도를 각각 30 g/L, 6.0 g/L로 고정한 가운데 50 ℃에서 40 min 간 탈지성능을 확인하였다. Na2SiO3의 농도범위를 0.
그러나 Na2SiO3의 가격이 Na2CO3에 비해 고가이므로 첨가비율을 Na2CO3를 고농도로 Na2SiO3를 저농도로 맞춰 실험을 수행하였다. NaOH의 농도를 30 g/L, SLS 6.0 g/L, Na2SiO3 2.0 g/L을 기본탈지조성으로 하여 Na2CO3농도에 따른 탈지성능을 알아보았다. Na2CO3의 농도범위는 20∼50 g/L로 설정하여 Figure 5에 나타내었다.
건조된 철시편에 기계유 및 프레스 공정에 사용되는 식물성유지를 일정하게 도포하여 건조한 후 제조된 알칼리계 침지탈지용액 500 mL에 넣어 40∼50 ℃의 온도에서 30∼40 min 간 침지시켜 탈지과정을 수행한 후 탈지성능을 평가하였다.
0 g/L이상의 조성에서 Na2CO3의 경우에는 40 g/L 이상의 조성에서 우수한 탈지성능을 나타내었다. 그러나 Na2SiO3의 가격이 Na2CO3에 비해 고가이므로 첨가비율을 Na2CO3를 고농도로 Na2SiO3를 저농도로 맞춰 실험을 수행하였다. NaOH의 농도를 30 g/L, SLS 6.
0 g/L 이상의 SLS가 첨가될 경우 고전류부분에서 미도금 현상이 관찰되지 않았다. 따라서 SLS의 농도는 6.0 g/L를 추천할 수 있었으며, 알칼리계 탈지제의 기본조성을 NaOH 30 g/L, SLS 6.0 g/L로 설정한 후 Na2SiO3 및 Na2CO3 등 다른 알칼리계 탈지시약을 첨가하여 비율에 따른 탈지성능을 알아보았다.
따라서 본 연구에서는 최적 탈지온도와 탈지시간을 각각 50 ℃, 35 min으로 설정하였으며, 이 조건에서 탈지성능의 내구성을 확인하였다. Figure 8은 반복횟수에 따른 탈지율을 나타낸 그림이다.
알칼리계 탈지제에서 NaOH에 비해 탈지력이 큰 Na2SiO3와 Na2CO3를 첨가하므로써 탈지성능을 개선할 수 있으므로 Na2SiO3와 Na2CO3의 농도변화에 따른 탈지성능을 비교하였다. NaOH와 SLS의 농도를 각각 30 g/L, 6.
알칼리계 탈지제용액의 기본이 되는 NaOH에 대한 금속의 부식성을 알아보기 위하여 20∼35 g/L NaOH 수용액에 유지가 도포된 철시편을 침지시킨 후 각각의 표면 상태를 관찰하였다.
Figure 8은 반복횟수에 따른 탈지율을 나타낸 그림이다. 최적 탈지 온도와 탈지시간인 50 ℃에서 35 min 간 매회 동일하게 실험을 수행하였으며, 목표탈지율을 95% 이상으로 설정하여 실제 공정에서의 알칼리탈지제의 교체주기를 예측하고자 하였다. 반복횟수가 증가함에 따라 탈지율은 감소하는 경향을 나타내었으나 9회 반복까지 95% 이상의 탈지율을 나타내었다.
알칼리계 탈지제용액의 기본이 되는 NaOH에 대한 금속의 부식성을 알아보기 위하여 20∼35 g/L NaOH 수용액에 유지가 도포된 철시편을 침지시킨 후 각각의 표면 상태를 관찰하였다. 탈지온도는 50 ℃로 설정하였으며, 40 min 탈지 후 탈지율(degreasing ratio)과 물방울맺힘 실험을 통해 탈지성능을 확인하였다. 본 연구에서는 탈지율은 식 (2)와 같이 계산하였다.
탈지제 조성 중 계면활성성제인 SLS의 영향을 알아보기 위해 50 ℃에서 NaOH의 농도는 30 g/L로 고정한 가운데 SLS의 농도를 2∼8 g/L로 변량하여 40 min 간 탈지성능을 알아보았다.
대상 데이터
실험에 사용된 철시편(6.5 × 12 cm)은 55 ℃에서 10 min 간 초음파로 세척하여 건조한 후 사용하였다.
성능/효과
1) 도금 전처리공정에 사용될 수 있는 알칼리계 탈지제는 NaOH, Na2CO3, Na2SiO3, SLS 등을 일정비율로 첨가하여 제조하였으며, 최적 탈지제의 조성은 NaOH (30 g/L) + SLS (6.0 g/L) + Na2SiO3 (2.0 g/L) + Na2CO3 (40 g/L)을 추천할 수 있다.
2) 제조된 알칼리계 탈지제의 성능평가는 물방울맺힘실험과 Hull-cell 도금분석을 통해 수행하였으며, 최적 탈지조건으로 50 ℃의 온도에서 35 min 이상 탈지한 경우 우수한 탈지성능을 나타냄을 확인할 수 있었으며, 9회 반복실험까지 95% 이상의 탈지율을 나타내었다.
Na2SiO3와 Na2CO3 모두 농도가 증가할수록 탈지율은 증가하였으며, Na2SiO3의 첨가가 Na2CO3에 비해 우수한 탈지율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한 물방울맺힘 실험과 Hull-cell 도금분석 결과 Na2SiO3의 경우에는 2.
0 g/L 이상의 농도에서는 탈지율이 변화하지 않았다. 또한 물방울맺힘 실험 결과 6.0 g/L 이상의 SLS가 첨가될 경우 표면에 물방울이 맺히지 않았으며, Hull-cell 도금 분석결과에서도 4.0 g/L 이상의 SLS가 첨가될 경우 고전류부분에서 미도금 현상이 관찰되지 않았다. 따라서 SLS의 농도는 6.
에 비해 우수한 탈지율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 또한 물방울맺힘 실험과 Hull-cell 도금분석 결과 Na2SiO3의 경우에는 2.0 g/L이상의 조성에서 Na2CO3의 경우에는 40 g/L 이상의 조성에서 우수한 탈지성능을 나타내었다. 그러나 Na2SiO3의 가격이 Na2CO3에 비해 고가이므로 첨가비율을 Na2CO3를 고농도로 Na2SiO3를 저농도로 맞춰 실험을 수행하였다.
Hull-cell 도금분석은 50 ℃의 온도에서 전전류(total current) 2 A로 5 min 간 도금하였으며, 왼쪽(고전류밀도)에서 오른쪽(저전류밀도) 부분의 균일한 도금특성을 관찰하게 위해 수행하였다. 물방울맺힘 검사의 경우 탈지 온도 50 ℃ 이상의 조건에서 35 min 이상 탈지한 경우 우수한 탈지성능을 보임을 확인할 수 있었으며, Hull-cell 도금분석의 경우에도 탈지 온도 50 ℃ 이상의 온도에서 30 min 이상 탈지한 경우 저전류밀도에서 고전류밀도까지 균일한 도금특성을 나타내어 탈지효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
Na2CO3의 농도가 증가함에 따라 탈지성능은 증가하였으나 Na2CO3의 농도가 40 g 이상 첨가할 경우 탈지 성능의 변화는 크게 나타나지 않았다. 물방울맺힘 실험 및 Hull-cell 도금분석 결과 30 g 이상의 Na2CO3가 첨가될 경우 물방울 맺힘현상과 저전류 및 고전류 부분의 탄도금 및 미도금 현상이 관찰되지 않았다. 따라서 최적 Na2CO3의 농도를 40 g으로 설정하여 최적 알칼리계 탈지제의 조성은 NaOH (30 g/L) + SLS (6.
최적 탈지 온도와 탈지시간인 50 ℃에서 35 min 간 매회 동일하게 실험을 수행하였으며, 목표탈지율을 95% 이상으로 설정하여 실제 공정에서의 알칼리탈지제의 교체주기를 예측하고자 하였다. 반복횟수가 증가함에 따라 탈지율은 감소하는 경향을 나타내었으나 9회 반복까지 95% 이상의 탈지율을 나타내었다.
이상의 결과로부터 도금 전처리과정에서 사용될 수 있는 침지형 알칼리계 탈지제를 제조할 수 있었으며, 오염물의 종류에 따른 추천할 수 있었으며, 맞춤형 탈지제의 제조가 가능함을 확인할 수 있었다.
후속연구
2% 범위로 나타났으며, 물방울맺힘 실험결과 모든 조건에서 물방울이 맺혔다. 따라서 NaOH만으로는 탈지제로의 이용이 불가능하였으며, 계면활성제와 다른 알칼리계 시약들의 첨가가 이루어져야 할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
도금공정이란?
도금공정이란 금속 또는 비금속 물질의 표면상태를 개선하기 위해 다른 금속의 얇은층을 피복하는 과정으로 크게 탈지과정- 활성화과정 - 도금과정- 후처리과정으로 나누어진다. 이중 탈지과정은 도금공정에 있어서 매우 중요한 부분으로 금속표면에 부착되어 있는 산화물, 수산화물, 금속염 및 유지류 등의 오염물을 제거를 목적으로 하며, 오염물의 종류에 따라 알칼리계, 유기용매계 및 에멀션계 탈지로 분류된다[1-5].
탈지과정의 목적은?
도금공정이란 금속 또는 비금속 물질의 표면상태를 개선하기 위해 다른 금속의 얇은층을 피복하는 과정으로 크게 탈지과정- 활성화과정 - 도금과정- 후처리과정으로 나누어진다. 이중 탈지과정은 도금공정에 있어서 매우 중요한 부분으로 금속표면에 부착되어 있는 산화물, 수산화물, 금속염 및 유지류 등의 오염물을 제거를 목적으로 하며, 오염물의 종류에 따라 알칼리계, 유기용매계 및 에멀션계 탈지로 분류된다[1-5]. 알칼리계 탈지과정의 경우 동식물성유지를 제거하기 위한 수용성 탈지과정으로 친유성오염물의 경우 계면활성제를 첨가하여 탈지능을 개선한다[6-9].
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