[논문]TiO2 함량에 따르는 무전해 Ni-P-TiO2 복합도금층 특성 연구

변영민; 김호영; 이재웅; 황환일

doi:10.5695/jkise.2019.52.4.187

TiO2 함량에 따르는 무전해 Ni-P-TiO2 복합도금층 특성 연구
Characterization of the Morphology and Corrosion Resistance in Electroless Ni-P-TiO2 Composite Coating Prepared by TiO2 Contents 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.52 no.4, 2019년, pp.187 - 193

변영민 (한국건설생활환경시험연구원) , 김호영 (한국건설생활환경시험연구원) , 이재웅 (인하대학교 금속재료공정공학과) , 황환일 (한국폴리텍대학)

Abstract ▼ AI-Helper

Electroless Ni-P coatings are widely used in the chemical, mechanical, and electronic industries because of their excellent wear and abrasion resistance. In this study, the effect of $TiO_2$ particles of composite coating was investigated. To improve the corrosion resistance, electroless $Ni-P-TiO_2$composite coating was studied by varying the $TiO_2$ content. The morphology and phase structure of $Ni-P-TiO_2$ composite coatings were analyzed by scanning electron microscopy(SEM), X-ray diffractometry(XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). The result showed that $Ni-P-TiO_2$composite coating is composed of Ni, P, Ti and O. It exhibits an amorphous structure, high hardness and good corrosion resistance to the substrate. $Ni-P-TiO_2$ composite coatings have higher open circuit potential than that of the substrate, which obtained at $TiO_2$ content of 5.0 g/L optimal integrated properties.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. Flow chart of electroless Ni-P-TiO₂ composite coatings with various TiO₂ contents.
표 Table. 1. Composition and procedure conditions of electroless Ni-P-TiO₂ composite bath.
그림 Fig. 2. Surface morphology images of electroless Ni-P-TiO₂ composite coatings with various TiO₂ contents ; (a) 1.0 g/L, (b) 3.0 g/L, (c) 5.0 g/L, and (d) 10.0 g/L.
그림 Fig. 3. EDS analysis of electroless Ni-P-TiO2 composite coatings with various TiO₂ contents.
그림 Fig. 4. Cross-section morphology images of electroless Ni-P-TiO₂ composite coatings with various TiO₂ contents ; (a) 1.0 g/L, (b) 3.0 g/L, (c) 5.0 g/L, and (d) 10.0 g/L.
그림 Fig. 5. XRD analysis of electroless Ni-P-TiO₂ composite coatings with various TiO₂contents ; (a) 1.0 g/L, (b) 3.0 g/L, (c) 5.0 g/L, and (d) 10.0 g/L.
표 Table. 2. Chemical composition (wt%) by the EDS analysis on Ni-P-TiO₂composite coatings with various TiO₂ contentsvalues.
그림 Fig. 6. XPS spectra of (a) Ni2p and (b) Ti2p for Ni-P-TiO₂ composite coatings
그림 Fig. 7. Hardness of Ni-P-TiO₂ composite coatings with various TiO₂ contents.
표 Table. 3. XPS surface element analysis of (a) Ni2p and (b) Ti2p for Ni-P-TiO₂ composite coatings
표 Table. 4. Hardness values of electroless Ni-P-TiO₂ composite coatingwith various TiO₂ contents.
그림 Fig. 8. Polarization curves of Ni-P-TiO₂ composite coatings with various TiO₂ contents.
표 Table. 5. Results of tafel analysis of electroless Ni-P-TiO₂composite coatings with various TiO₂ contents.

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 TiO₂ 함량에 따른 Ni-P-TiO₂ 복합도금 시 일반적인 Ni-P 도금과 비교하여 표면 형상 및 내부식성 특성에 미치는 영향에 대하여 연구를 하였다.
본 연구에서는 금형 표면처리에 있어 내식성 및 내구성을 향상시키고자 Ni-P-TiO₂ 복합도금을 수행하였으며, TiO₂ 함량에 따른 최적조건은 선정하고자, 표면형상 및 내식성 시험 등을 통해 다음과 같은 결론을 도출하였다.

제안 방법

5 wt.%의 NaCl을 넣은 Flat cell kit에 노출면적을 1 cm²으로 고정하였으며, 상대전극(Counter electrode)은 Platinum mesh, 기준전극 (Reference electrode)은 Ag/AgCl(0.01 N KCl)으로 하고 전위를 안정시키고자 Open Circuit을 1 분간 진행한 후 안정화된 Open Circuit 값을 바탕으로 scan rate를 10 mV/s로 설정하여 Tafel plot으로 부 식전위 값을 측정하였다.
TiO₂함량에 따른 무전해Ni-P-TiO₂복합도금의 Morphology 분석은 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy, S-4300, HITACHI, JAPAN)와EDS(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)을 사용하였으며, 상분석 및 결정구조를 확인하기 위하여 XRD(X-ray Diffraction, DMAX 2500, Rigaku)를이용하여 분석하였다.
또한 무전해 Ni-P-TiO₂ 복합도금시 TiO₂ 함량에 따른 특성을 확인하기 위하여 Titanium dioxide(TiO₂) 첨가량을 1.0, 3.0, 5.0 및 10.0 g/L 로 첨가 후 24시간 교반 복합도금 실험을 진행하였다. 표 1에 무 전해 Ni-P-TiO₂ 복합도금의 조성 및 공정조건을 나 타내었다.
복합도금에 앞서 시편의 가공류 및 기타 불순물 을 제거하기 위하여 기계적인 전처리 공정으로 시 편 표면을 SiC grinding paper(2000 grit)을 이용하 여 polishing한 후, 시편에 부착되어 있는 유지류 및 산화피막을 제거하기 위해 전해탈지공정(Electrolytic degreasing) 및 산세처리공정(Pickling)을 실시하였다.

대상 데이터

무전해 Ni-P 복합도금액 조성은Nickel sulfate(NiSO4), Sodium hypophosphite(NaPO2H2), Sodium citrate(Na3C6H5O7) Thiourea(CH4N2S)이며, 첨가된 입자는 Sigma Aldrich사의 5 μm의 TiO2(≥ 99.9%)을 사용하였다.
본 연구에서 사용된 시편은 Hullcell Fe cathode 을 사용하였으며 시편 사이즈는 65 mm × 50 mm × 0.3T의 크기로 가공하여 실험을 진행하였다.

데이터처리

복합도금에 대한 정밀한 경도값을 도출하기 위하 여 Nanoindentation(HM500, Helmut Fischer) 장비를 이용하여 분석을 진행하였으며, 평균값 및 표준 편차를 계산하여 그결과를 도출하였다.

이론/모형

또한 복합도금의 TiO₂ 함량에 따른 부식특성을 확 인하기 위하여 전기화학적 측정방법인 동전위분극 실험(Potentiodynamic test)으로 Potentiostat Galvanostat(Bio-Logic, Model SP-150)을 이용하였다. 실험조건으로는 3.

성능/효과

06 wt.%으로 감소하는 것을 확인하였다.
1. Ni-P-TiO₂ 복합도금시 SEM 분석결과 TiO₂ 입자가 Ni-P matrix 내부에 공석 되었고, TiO₂ 5 g/L에서 공석량이 가장 많은 것을 확인하였다. 반면 1 g/L으로 함량이 적으면 공석이 잘 이루어지지 않았다.
2. TiO₂의 첨가량이 일정 이상 증가하게 되면 입자 간의 충돌로 인해 분산과 응집을 반복하게 되며 이로 인해 Ni-P matrix 내공석량에 영향을 미쳐 입 자가 공석 될 확률은 줄어들게 된다.
3. XRD 분석결과 Ni-P-TiO2복합도금의 결정구조는 결정상의 TiO2와 비정질의 Ni-P matrix의 혼합 회절패턴으로 TiO2 입자가 Ni-P 매트릭스에 거의 영 향을 주지 않고 공석된 것을 확인하였다.
4. Ni-P-TiO₂ 복합도금의 미세경도는Ni-P matrix내의 TiO₂ 공석률에 따라 기존 열처리 전 Ni-P 도금 Hv 470에서 세라믹인 TiO₂의해 Hv 560으로 크게 개선된 것을 확인하였다.
5. Ni-P-TiO₂ 복합도금시 표면에 기공생성을 일으키지 않으며, 공석량이 가장 많은 TiO₂ 5g/L에서 내 식성이 가장 우수하였다. 결과적으로 안정한 산화 물을 갖는 TiO₂ 인해 부식저항성 향상으로 내식성이 증가한 것으로 확인되었다.
TiO₂가 공석된 Ni-P-TiO₂ 복합도금의 경우 소재인 Fe Hullcell의 경도보다 높으며, 일반 Ni-P 도금의 경도와 비교해서 TiO₂ 공석시 경도가 향상된 것으 로 확인하였다. 이것은 세라믹인 TiO₂가 Ni matrix에 공석 되어 경도값이 향상된 것으로 사료된다²³⁾.
Ni-P-TiO₂ 복합도금시 표면에 기공생성을 일으키지 않으며, 공석량이 가장 많은 TiO₂ 5g/L에서 내 식성이 가장 우수하였다. 결과적으로 안정한 산화 물을 갖는 TiO₂ 인해 부식저항성 향상으로 내식성이 증가한 것으로 확인되었다.
그 결과 동전위분극곡선에서 Ni-P-TiO₂ 복합도금 의 내식성은 소재인 Fe(Hullcell)에 비해 내식성이 우수한 것으로 확인되었으며, 특히 TiO₂ 공석량이 가장 많은 5.0 g/L일 때 내부식성이 가장 우수한 것으로 확인하였다.
따라서 Ni-P-TiO₂ 복합도금시 TiO₂ 5.0 g/L일 때 우수한 내부식성을 확인하였다.
또한 TiO 25.0 g/L 첨가시 가장 큰 경도값을 확 인하였으며, 이것은 TiO₂의 공석량이 많을수록NiP-TiO₂ 복합도금의 경도값이 향상된 것으로 확인하였다.
복 합도금의 표면형상을 SEM을 이용하여 그 결과를 나타낸 것이다. 무전해 Ni-P-TiO₂ 복합도금시 TiO₂ 입자가 흰색반점으로 Ni-P-matrix에 공석된 것을 확인할 수 있었다.
. 본 연구인 Ni-P-TiO₂ 복합도금은 동전위분극실험결과 Ni-P 도 금과 같은 비정질 구조로 내식성이 우수한 것을 확 인하였으며, TiO₂공석량이 가장 많은5.0 g/L의 경 우 가장 높은 내식성을 확인하였다. 이것은 산화물 인 TiO₂ 입자 공석으로 인한 장벽효과로 복합도금 의 내부식성이 향상된 것으로 사료된다^25-26).

후속연구

6. 본 Ni-P-TiO₂복합도금 연구에서는 TiO₂ 첨가시 기계적인 특성 및 내식성이 우수한 것으로 확인되 었으나, TiO₂ 입자가 도금에 거칠게 공석되어 표면이 매끄럽지 못한 단점으로 추후 레빌링제 및 분산 제 등 유기첨가제를 이용하여 TiO₂입자가 균일하게 공석 되는 연구개발이 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Ni-P 도금의 특성은?	무전해 도금 중 Ni-P 도금은 내마모성 및 내부식 성 등이 우수하고, 무전해 도금 특성상 복잡한 형 상의 제품에 대하여 균일한 피막을 형성할 수 있는 특성을 가지고 있어 다양한 산업분야에 널리 적용 되고 있다1-4).
	고체상인 세라믹 입자에 균일한 분산에 영향을 주는 요인은?	하지만 TiO2뿐만 아니라 기능성을 부여하는 복합 도금액의 핵심기술은 고체상인 세라믹 입자가 균일 하게 분산 되어있을 때만 좋은 결과를 얻을 수 있으 며, 균일한 분산을 위해서는 분산된 입자의 물리적 특성, 분산, 입자크기, pH 및 교반속도 등 다양한 공 정조건에 의해 영향을 받는 것으로 알려져 있다17).
	Ni-P-TiO2 복합도금에서 TiO2 함량이 증가할수록 어떤 영향을 미치는가?	2. TiO2의 첨가량이 일정 이상 증가하게 되면 입 자 간의 충돌로 인해 분산과 응집을 반복하게 되며 이로 인해 Ni-P matrix 내공석량에 영향을 미쳐 입 자가 공석 될 확률은 줄어들게 된다.

참고문헌 (27)

Y.W. Song, D.Y. Shan, E.H. Han, Available online at www.sciencedirect.com Electrochimica Acta 53 (2008) 2135-2143High corrosion resistance of electroless compositeplating coatings on AZ91D magnesium alloys, Electrochim. Acta 53 (2008) 2135.

상세보기
S. Alirezaei, S.M. Monirvaghefi, M. Salehi, et al., Wear 262 (2007) 978-985

상세보기
Wear behavior of Ni-P and Ni-P- $Al_2O_3$ electroless coatings, Wear 262 (2007) 978.

상세보기
Y.T. Wu, H.Z. Liu, B. Shen, et al., The friction and wear of electroless Ni-P matrix with PTFEand/or SiC particles compositeTribol. Int. 39 (2006) 553.

상세보기
M. Ebrahimian-Hosseinabadi, K. Azari-Dorcheh, S.M. MoonirVaghefi, Wear behavior of electroless Ni-P-B4C composite coatings, Wear 260(2006) 123.

상세보기
J. Novakovic, P. Vassiliou, K.I. Samara, et al., Processes and properties of electroless Ni-PZrO2 composite coating on AZ91D magnesium alloy, Surf. Coat. Technol. 201 (2006) 895.

상세보기
G. Straffelini, D. Colombo, A. Molinari, Surface durability of electroless Ni-P composite deposits, Wear 236 (1999) 179.

상세보기
Y.W. Song, D.Y. Shan, R.S. Chen, et al., Chin. J. Nonferr, Processes and properties of electroless Ni-P-ZrO2 composite coating on AZ91D magnesium alloy, Met. 16 (2006) 625.
B. Szczygiel, A. Turkiewicz, J. Serafinczuk, Surface morphology and structure of Ni-P, Ni- P- $ZrO_2$ ,Ni-W-P,Ni-W-P- $ZrO_2$ coatings deposited by electroless method, Surf. Coat. Technol. 202 (2008) 1904.

상세보기
A.A. Aal, S.M. El-Sheikh, Y.M.Z. Ahmed, Electrodeposited composite coating of Ni-W-P with nano-sized rod- andspherical-shaped SiC particles, Mater. Res. Bull. 44 (2009) 151.

상세보기
G.H. Zhou, H.Y. Ding, F. Zhou, et al., J. Structure and Mechanical Properties of Ni-P-Nano $Al_2\;O_3$ Composite Coatings Synthesized by Electroless Plating, Iron Steel Res. Int. 15 (2008) 65.
J. Novakovic, P.Vassiliou, Kl. Samara, Th. Argyropoulos, Electroless NiP- $TiO_2$ compositecoatings: their production and properties, Surf. Coat. Technol. 201(2004) 895-901.
M. Momenzadeh, S. Sanjabi, The effect of $TiO_2$ nanoparticle codeposition on microstructure and corrosion resistance of electroless Ni-P coating, Corr. 63 (2012) 614-619.
A. Lasia, A. Rami, Kinetics of hydrogen evolution on nickel electrodes, J. Electroanal. 294 (1990) 123.

상세보기
J.P. Diard, B. Le Gorrec, S. Maximovich, Deuxieme Forum sur les Impedances Elect rochimiques, Electrochim. Acta 35 (1990)1099.

상세보기
H. Chen, S. Trasatti, Cathodic behaviour of $IrO_2$ electrodes in alkaline solution: Part 2. Kinetics and electrocatalysis of H2 evolution J. Electroanal. Chem. 357 (1993) 91.

상세보기
S. Trasatti, in: H. Gerischer, C.W. Tobias (Eds.), Advances in Electrochemical Science and Engineering, vol. 2, VCH, Weinheim, 1992, p. 2.
K. Hiratsuka, Y. Abe, S. Kawashima, Effect of in-situ electroless plating on friction and wear of metals, Wear[J], 910 (2003) 916.
Weiwei Chen , Wei Gao, Yedong He, A novel electroless plating of Ni-P- $TiO_2$ nano-composite coatings, Surface & Coatings Technology 204 (2010) 2493-2498.

상세보기
C.T.J.Low et al., Electrodeposition of composite coatings containing nanoparticles in a metal deposit, Surface & Coatings Technology, 201 (2006) 371-383.

상세보기
J. S. Hans Ferkel, Nanostructured Ni- $Al_2O_3$ films prepared by DC and pulsed DC electroplating, Scripta Mater, 44 (2001) 1813-816.

상세보기
Weiwei Chen, Wei Gao, Yedong He, A novel electroless plating of Ni-P- $TiO_2$ nano-composite coatings, Surface & Coatings Technology 204 (2010) 2493-2498.

상세보기
XiaoyanWu,JianMao, Zhongke Zhang, Yun Che, Improving the properties of 211Z Al alloy by enhanced electroless Ni-P- $TiO_2$ nanocomposite coatings with $TiO_2$ sol, Surface & Coatings Technology 270 (2015) 170-174.

상세보기
P Gadhari, P Sahoo, Optimization of Coating Process Parameters to Improve Microhardness of Ni-P-TiO2 Composite Coatings, Materials Today: Proceedings. 2 (2015) 2367-2374.
Y. G. Ko, K. M. Lee, K. R. Shin, D. H. Shin, Effect of Potassium Permanganate on Corrosion Behavior of Magnesium Alloy Prepared by MicroArc Oxidation, Kor. J. Met. Mater, 48 (2010) 724-729.
G. Lu, P. Evans, G. Zangari, Investigations of the effect of chromate conversion coatings on the corrosion resistance of Ni-based alloys J. Electrochem. Soc. 49 (2004) 1461-1473.
J. Novakovic, P. Vassiliou, Kl. Samara, Th. Argyropoulos, Electroless NiP-TiO2 composite coatings: Their production and properties, Surface & Coatings Technology 201 (2006) 895-901.

상세보기

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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