[논문]니켈 도금층의 기계적 성질에 미치는 전해조건의 영향

강수영; 이정자; 양승기; 황운석

doi:10.5695/jkise.2015.48.2.62

니켈 도금층의 기계적 성질에 미치는 전해조건의 영향
Effect of Electrolysis Condition on Mechanical Property of Ni Electrodeposits 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.48 no.2, 2015년, pp.62 - 67

강수영 (인하공업전문대학 금속재료과) , 이정자 (인하대학교 신소재공학부) , 양승기 (인하대학교 신소재공학부) , 황운석 (인하대학교 신소재공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Nickel is a commercially important and versatile element in electroplating. The applications of nickel electroplating fall into three main categories: decorative, functional and electroforming. In decorative applications, electroplated nickel is most often applied in combination with electrodeposited chromium. Nickel is deposited on surfaces to improve corrosion and wear resistance or modify magnetic and other properties. Electroforming is electroplating applied to the fabrication of products of various kinds. Nickel is deposited onto a substrate and then removed from it to create a part made entirely of nickel. In this study, mechanical property of Ni electrodeposits in various manufacturing condition such as temperature, current density, pH and electrolyte content, was investigated to understand effect of electrolysis condition on mechanical property. Vickers hardness increased as the temperature and pH increased and current density and electrolyte content decreased and pH increased. The results were explained by cathode overvoltage and hydrogen evolution.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

니켈도금의 니켈 공급원으로서 가장 중요한 성분인 설파민산 니켈의 농도가 전기 도금층의 경도에 미치는 영향을 분석하였다. 50℃, 2.
일반적으로 금속의 변형정도에 따라 기계적 성질이 변화하듯 전기도금층의 경우도 전해조건에 따라 기계적 성질이 변화한다. 여기에서는 용액조건과 전해조건의 변화에 따른 기계적 성질에 미치는 제조조건의 영향을 검토하고자 한다.

가설 설정

1. 온도가 증가하면 경도가 증가한다. 이를 음극과전압이 감소하고 이에 기인하여 수소의 발생량이 감소로 설명하였다.
2. 전류밀도가 증가하면 경도가 감소한다. 전류밀도가 증가하면 음극과전압이 증가하여 수소발생량이 많아짐에 기인한다.
3. 니켈의 농도가 증가하면 경도가 감소한다. 니켈의 농도가 증가하면 음극과전압이 감소하여 수소 발생량이 적어짐에 기인한다.

제안 방법

제작된 도금 층의 온도에 따른 경도변화를 그림 6에 나타내었다. 2.5 A/dm², pH 3.5의 조건에서 40 ~60℃범위에서 도금 층이 경도에 미치는 영향을 검토하기 위해 전착시험을 하였다. 40℃에서는 185 VHN, 50℃는 228 VHN, 60℃에서는 280 VHN으로, 전착용액의 온도 상승에 따라 경도는 거의 직선적으로 상승하였다.
도금 층의 전류밀도에 따른 경도 값의 변화를 그림 1에 나타내었다. pH 3.5, 50℃로 고정하고 전착 전류밀도를 0.5 ~ 4 A/dm²범위에서 변화시키며 전류밀도가 전착 층의 경도 값에 미치는 영향을 분석하였다. 1A/dm²에서 268VHN, 2A/dm²에서는 241VHN, 3 A/dm²에서는 217 VHN으로 전류밀도가 증가하면 경도가 감소하였다.
공정조건 2.5A/dm², 50℃에서 pH범위를 2.8 ~ 4.0까지 변화시키며 pH의 변화가 전착 층의 경도에 미치는 영향을 실험하였다. 실험 결과를 그림 8에 나타내었다.
이러한 pH의 변화를 완화시켜주는 역할을 붕산이 하게 된다. 도금액의 pH 변화를 완화시키는 완충제인 붕산의 농도를 10 ~ 50 g/l 범위에서 변화를 주어 그 영향을 검토하였으며, 그 결과를 그림 7에 나타내었다. 전착 액 중에 붕산농도가 증가하면 경도가 상승하였다.
본 연구에서는 전해조건에 따라 기계적 성질을 광범위하게 조절할 수 있으며, 용액 조성이 간단하여 관리와 유지가 용이한 장점이 있는 설파민산을 기본용액으로 하여 제조하였다. 온도, 전류밀도, pH와 설파민산 농도 등의 전해조건에 따른 기계적성질의 영향을 검토하였고, 음극과전압에 기인한 수소발생과 연관하여 해석하였다.
음극의 전류밀도에 따른 반응의 이해를 위해, 불용성 양극을 활용하여 양극에서는 산소만 발생하게 하여 실험하였다. 불용성 양극으로는 티탄판재에 백금도금을 한 전극을 사용하였다.
불용성 양극으로는 티탄판재에 백금도금을 한 전극을 사용하였다. 전기량을 21,0000 C/dm²으로 일정하게 하여 전류밀도에 따른 pH변화를 측정하여 그림 2에 도시하였다. 전류밀도가 0.
전류밀도가 증가함에 따라 수소의 발생이 증가하는 현상은 다음절(3.2절)에 관련한 기초적인 실험으로 설명과 해석을 추가하였다.
전해조는 15 cm × 30 cm × 12 cm의 PVC 재질로 제작하여 사용하였으며, 전극간의 거리를 10 cm로 유지하였다.

대상 데이터

원활한 액교반을 위하여 액순환 방식의 펌프를 사용하였으며, 양극으로는 니켈을 사용하였는데, 티탄 바스켓을 제작하여 이 안에 니켈을 넣고 모직포로 바스켓 전체를 감싸 사용하였다. pH 실험시 불용성 양극을 사용하였는데, 양극은 티탄 판재에 백금 도금하여 사용하였다. 도금은 1.
도금용액의 기본조성을 표 1에 정리하였다. 니켈의 공급원으로서 설퍼민산을 사용하였고, 완충제로는 붕산을 사용하였다.
pH 실험시 불용성 양극을 사용하였는데, 양극은 티탄 판재에 백금 도금하여 사용하였다. 도금은 1.5 mm 두께로 제작하였고, 표 2에 기본적인 전해조건을 명시하였다.
본 연구에서 사용된 음극은 2 mm 스텐인레스 304를 사용하였고 도금시 노출면적은 50 mm × 90 mm이 되도록 마스킹하여 사용하였다.
본 연구에서는 전해조건에 따라 기계적 성질을 광범위하게 조절할 수 있으며, 용액 조성이 간단하여 관리와 유지가 용이한 장점이 있는 설파민산을 기본용액으로 하여 제조하였다. 온도, 전류밀도, pH와 설파민산 농도 등의 전해조건에 따른 기계적성질의 영향을 검토하였고, 음극과전압에 기인한 수소발생과 연관하여 해석하였다.
음극의 전류밀도에 따른 반응의 이해를 위해, 불용성 양극을 활용하여 양극에서는 산소만 발생하게 하여 실험하였다. 불용성 양극으로는 티탄판재에 백금도금을 한 전극을 사용하였다. 전기량을 21,0000 C/dm²으로 일정하게 하여 전류밀도에 따른 pH변화를 측정하여 그림 2에 도시하였다.
전해조는 15 cm × 30 cm × 12 cm의 PVC 재질로 제작하여 사용하였으며, 전극간의 거리를 10 cm로 유지하였다. 원활한 액교반을 위하여 액순환 방식의 펌프를 사용하였으며, 양극으로는 니켈을 사용하였는데, 티탄 바스켓을 제작하여 이 안에 니켈을 넣고 모직포로 바스켓 전체를 감싸 사용하였다. pH 실험시 불용성 양극을 사용하였는데, 양극은 티탄 판재에 백금 도금하여 사용하였다.

데이터처리

0 N으로 5초간 수행 후, 압흔자국을 측정하여 경도값으로 환산하였다. 12회 측정하여 최고값과 최저값을 제외한 나머지 10회 측정치의 평균한 값을 경도값으로 채택하였다. 전착조건에 따른 표면의 형상의 관찰 위하여 일본 케이엔스(모델명: VHX-200)사의 광학현미경을 이용하여 분석을 하였다.

이론/모형

12회 측정하여 최고값과 최저값을 제외한 나머지 10회 측정치의 평균한 값을 경도값으로 채택하였다. 전착조건에 따른 표면의 형상의 관찰 위하여 일본 케이엔스(모델명: VHX-200)사의 광학현미경을 이용하여 분석을 하였다.
전착층의 경도는 일본 미츠도요(모델명: MVK-E3)사의 경도기를 이용하여 측정하였고, 하중 1.0 N으로 5초간 수행 후, 압흔자국을 측정하여 경도값으로 환산하였다. 12회 측정하여 최고값과 최저값을 제외한 나머지 10회 측정치의 평균한 값을 경도값으로 채택하였다.

성능/효과

4. 붕산의 양이 증가하면 수소발생을 위한 수소이온의 양이 감소한다. 이에 기인하여 수소의 발생량이 감소함에 기인한다.
5. pH가 증가하면 상대적으로 수소이온의 양이 적어 수소 발생량 역시 감소한다.
6. 피트방지제가 없는 니켈 도금의 제조조건은 일반적인 제조조건과는 상반된 경향이 나타났는데 이는 수소발생에 기인한 피트의 발생에 기인한다.
첨가제가 없는 니켈도금의 경우는 과전압의 증감으로 설명하기에는 반대의 현상이 일어났다. 전류밀도가 증가하면 경도가 감소하고, 농도가 증가하면 경도는 증가하고, 온도가 상승하면 경도가 증가하였다. 이를 수소의 발생에 기인한 핀 홀 발생과 연계하여 설명하였다.
이를 수소의 발생에 기인한 핀 홀 발생과 연계하여 설명하였다. 전류밀도가 증가하면 수소발생이 증가하여 경도가 감소하고, 농도가 증가하면 수소발생이 감소하여 경도는 증가하고, 온도가 상승하면 수소발생이 감소하여 경도가 증가한다. 즉 수소발생이 증가하면 핀 홀의 발생이 증가하여 기계적 성질은 감소하고 수소발생이 감소하면 핀 홀의 발생이 감소하여 기계적 성질이 증가한다.

후속연구

7. 여기에서 나온 결과물은 도금층 기계적 물성의 기본적인 이해로 관련된 산업과 도금과 소성학 등의 발전에 기여할 수 있다.
첨가제가 없는 니켈도금의 기초 연구는 많이 존재하지 않으면 그 시험결과의 해석 또한 많지는 않다. 여기에서 첨가제가 없는 니켈도금의 이해를 기반으로 니켈 첨가제의 영향 및 니켈합금도금의 추가 연구를 진행하고자 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	전기 도금층의 기계적 성질은 어떤 인자에 영향을 받는가?	니켈 도금층은 내식성과 기계적 성질이 우수하여 산업의 여러 분야에서 응용되고 있으며, 기계적 성질을 향상시키기 위해 다양한 연구가 이루어지고 있다14-17). 전기 도금층의 기계적 성질은 전해조건에 따라 변화하는 것으로 알려져 있고, 그 미세조직 및 표면현상과 관계가 있다. 그러므로 전기도금층의 기계적 성질 변화에 대한 이해는 매우 중요하다.
	니켈도금에 사용되는 설파민산 용액의 특징은?	니켈도금은 그 전착용액의 특성에 따라 기계적 성질이 크게 달라 질 수 있으며, 염화 용액, 와트용액과 설파민산 용액 등이 있다. 여기에서 사용된 설파민산 용액의 가장 큰 특징은 전착의 내부응력이 작고, 저온에서도 고 전류밀도를 사용할 수 있다. 또한 용액의 조성이 간단하여 관리와 유지가 용이할 뿐만 아니라, 첨가제와 공정조건에 따라 니켈 전착의 물리적 성질과 전착응력을 광범위하게 조절할 수 있다6-13).
	니켈의 특징은?	니켈은 철족에 속하는 전이금속원소로 원자량 58.70, 비중이 8.9인 면심입방격자를 가진 은백색의 금속이며, 원자가는 2가이다. 니켈도금은 각종 금속 소지상에 직접적으로 밀착성이 양호한 도금이 가능하며 내식성이 우수하고 경도와 유연성이 양호하다.

참고문헌 (19)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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