알루미늄 합금위에 직접 전기 니켈 도금하는 기술

최근에 제 블로그를 보시고 가장 문의 메일을 많이 주시는 기술이 알루미늄 상에 직접 전기 니켈도금을 하는 기술입니다.

얼마 전에 큰 도금업체 연구소장이라는 분이 저한테 전화를 주셔서 만나고 싶다고 하면서 제 전화번호는 제가 다녔던 직장의 기능장님이 알려 주셨다고 그럽니다. 23 년전에 기술사 문제 출제 위원도 하고 1차 합격자들 2차 면접위원으로 면접 심사도 한 사람 한테는 기능장이고 기술사고 의미가 없지요. 질문이 있으면 전화로 하지 말고 메일로 보내라고 했더니, 알루미늄 상에 직접 전기 아연도금하는 뿌리기술 관련 정부과제를 수행하는데 도와 달라는 것입니다. 알루미늄 위에 직접 전기 아연 도금하는 것은 기술이 아니고 원리만 알면 그냥 되는 것입니다.

알루미늄은 산소와의 친화력이 워낙 강하기 때문에, 표면을 일반 대기 중에 놓아두면 얇고 아주 치밀한 자연 산화피막이 생성됩니다. 이러한 이유 때문에 알루미늄을 납땜을 하거나 브레이징을 하거나 용접을 하려고 하면 알루미늄과 도금층 사이의 밀착 불량이 심하게 발생됩니다. 그래서 이러한 밀착 불량을 막기 위해 알루미늄 상의 피막을 제거하는 플럭스를 사용하거나 환원 가스를 사용하여 피막을 제거 하고 용접을 하게 됩니다.

그러나 최근에는 알루미늄의 용도가 점차 늘어나 이차전지 생산공정 등에 알루미늄 위에 도금을 한 후에 그 위에 납땜이나 브래이징 또는 용접을 시도하는 경우가 상당히 늘어나고 있습니다. 그러나 이 경우에 알루미늄과 도금 층 계면이 열적인 충격에도 버틸 수 있는 강한 화학적 결합을 하지 않으면 땜납이나 브레이징을 하는 순간 도금 층이 알루미늄으로부터 박리되어 버리는 현상이 일어납니다.

현재 일반적으로 알루미늄상의 도금은 본달 처리라는 아연치환 피막을 알루미늄 상에 형성시킴으로서 시작됩니다. 이유는 알루미늄 상의 자연 산화피막이 아연 입자와 알루미늄 입자의 치환반응이 생성되면서 없어지고 아연 입자가 표면을 덮게 됨으로서 치환된 아연 입자 형성층은 치밀한 산화피막을 생성하지 않으므로 후속도금으로 밀착성 있는 도금을 할 수 있기 때문입니다. 그러므로 이러한 방법으로 생성된 알루미늄 상의 도금피막의 밀착성은 전적으로 본달 처리의 완벽성 정도에 따라 달라집니다. 그래서 본달 처리를 한번 하는 경우보다 2번 3번 하면 아연 입자가 더 치밀하여 져서 밀착성이 향상되는 경우가 많이 있습니다. 그런 경우에는 도금 공정수가 아주 많아지고 처리단가가 올라가고 그렇다고 내식성이 아주 좋은 것도 아닙니다.

지금까지 도금공장에서 사용되고 있는 알루미늄 합금의 도금공정은 탈지 - 산침적 - 아연 치환처리(본달처리) - 박리 - 아연 치환처리(본달처리) - 시안 동 스트라이크 전기도금 - 산침적 - 화학 또는 전기 니켈도금의 8단계 공정을 거치게 됩니다. 내식성이 부족하면 여기에 니켈도금을 다중으로 여러 번 하는 경우도 있습니다.

이러한 문제점을 해결하는 알루미늄 상의 도금공정을 지금 사용하는 8 단계의 공정에서 탈지 - 산처리 – 전기 니켈도금의 3 단계 공정으로 줄일 수 있는 기술을 15 년 전에 상용화 개발을 완료하고 현재 노하우로 보유 중입니다. 알루미늄 합금상의 도금 밀착성도 90도 벤딩 시험에서 기존의 8 단계로 무전해 도금을 한 시편은 굽혀진 부분이 박리되는 현상이 나타났지만 직접 전기 도금한 시편은 아주 미세한 크랙만 보였지 박리는 전혀 없었습니다. 염수분무 시험을 한 경우에도 8 단계의 공정을 한 무전해 니켈 도금 시편은 염수 분무시간 24시간이 지나면서 부식이 시작되었지만, 직접 전기 니켈도금한 시편은 염수분무시간 72 시간이 지나도 부식 발생이 없었습니다.

얼마 전에 리튬 이차전지 제조하는 회사에서 현장을 방문 부탁을 받고 어떤공정으로 하고 있는지 궁금해서 방문 한적이 있습니다. 알루미늄 표면처리 라인을 설치해 놓았는데 일부분에서는 알루미늄에 무전해 도금라인을 설치해 놓았는 것을 보았습니다. 무전해 도금은 솔더링 할때 밀착성에 영향을 주고 내구성 내식성에도 문제를 일으킬 수 있으므로 철저한 관리가 필요합니다. 제가 개발한 이기술은 무전해 도금기술보다 내구성 밀착성 내식성에서 월등합니다.

 

                                 사진 일반적인 8단계 공정에 의한 알루미늄 상의 무전해 니켈도금의 염수분무 72시간 후의 사진

 

 

                                     사진 3단계 공정에 의한 알루미늄 상의 니켈 전기도금 시험편의 염수분무 72시간 후의 사진