금속 표면처리 무전해 니켈 도금(저인,중인,고인) 관리방법

무전해 니켈 도금은 전기를 사용하지 않고 산화-환원 반응에 의해 이뤄지는 도금입니다. 기본적으로 황산니켈과 차인산소다가 주성분으로 대부분 공장에서 생상 된 제품을 사용하고 있습니다. 주로 와셔나 자동차 샤프트 등 전기도금 시 문제가 되는 뾰족한 부분이나 구멍이 많은 제품, 자성을 가지면 안 되는 제품에 사용됩니다.

장 단점을 알려드릴게요. 장점으로는 복잡한 형상에 균일한 도금이 가능합니다. 전기도금의 경우 전기가 많이 먹는 부분에는 높이 도금이 됩니다. 그리고 비자성을 가지며 인 함량에 따라 경도를 조절할 수 있습니다. 또한 비전도 모재에도 도금이 가능합니다. 단점은 전기도금에 비해 가격이 비싸요. 그리고 도금 속도가 늦고 약품 관리가 어렵습니다. 하지만 균일하고 비자성을 가지기 때문에 많은 산업에서 사용하고 있습니다. 

1. 인 함량에 따른 도금액 구분

무전해 니켈 도금액은 인(P)의 함량에 따라 구분이 됩니다. 저인(4% 이하), 중인(7~9%), 고인(10% 이상)으로 구분됩니다. 이렇게 인(P) 함량이 다른 이유는 사용처가 다른 이유겠죠? 큰 이유는 경도입니다. 도금 후, 열처리 후 경도가 다르기 때문입니다.

일반적으로는 중인을 사용합니다. 관리가 용이하고 작업성이 좋기 때문입니다. 일반 적으로 무전해 니켈 도금이요 하면 중인 도금입니다. 경도는 550Hv(50g) 정도이며 열처리를 통해 1000Hv 이상으로 올릴 수 있습니다. 주로 대량생산이 필요한 와셔, 샤프트 등에 사용됩니다. 

저인 도금은 도금 후 열처리 전 경도가 750Hv(50g)으로 중인 보다 강함을 알 수 있습니다. 그래서 컴프레샤 스크롤에 사용되는 경우가 많습니다. 스크롤의 경우 컴프레셔가 안정될 때까지 스크롤 표면을 보호해야 하기 때문입니다.  단점으로는 약품 관리가 어렵고 니켈 함량이 높다 보니 다른 약품에 비해 가격이 높습니다. 그리고 모재와 부착성이 좋지 못하여 스트라이크층의 도금을 진행해야 합니다. 공정이 추가되는 문제가 있습니다. 주로 일본산 약품 사용

고인은 도금은 다른 도금에 비해 경도가 낮습니다. 이로 인해 모재를 보호해야 는 경우와 도금층을 가공해야 하는 경우에 사용합니다. 주로 프레스 금형에 표면에 사용합니다. 이유는 금형 한 개의 가격이 어마 무시합니다. 대량 공장의 경우 여러 개를 사용하니 관리하 필요합니다. 도금층을 두껍게 올린 뒤 100미크론 이상 한 뒤 필요에 따라 도금층을 깎아 두께를 조절합니다. 이때 다른 도금들과 달리 무르기 때문에 도금층 탈락이 일어나지 않습니다. 단점으로는 석출 속도가 엄청나게 느립니다. 앞선 중인, 저인에 비해 3분의 1로 생각하시면 됩니다. 그렇다 보니 균일하게 올리는 게 어렵습니다. 국산에서 생산되는데 취급하는 곳이 몇 군데 없습니다. 

	저인	중인	고인
인함량	1~4%	7~9%	10% 이상
경도(열처리 전)	Hv 700	Hv 500	Hv 500
경도(열처리 후)	Hv 900	Hv 1000	Hv 1000
도금속도	15㎛/h	20㎛/h	5㎛/h
내식성	보통	보통	우수

열처리를 통해 NiP 구조에서 Ni₃P로 구조가 바뀝니다. 그래서 경도가 증가합니다. 

2. 용액 관리 

자동화 라인의 경우 약품탱크에서 자동적으로 나오지만 대부분은 말통으로 사용한다고 생각 하합니다. 이 약품이 생각보다 추위에 관리가 필요합니다. 추위에 용액에서 분리가 일어나기 때문입니다. 아래 사진은 설 명절 이후에 혹시나 해서 확인했던 용액입니다. 황산니켈이 결정화가 일어났습니다. 처음에는 약품이 불량으로 생각했습니다.

이 약품을 사용해 보충을 하면 기존의 탱크의 약품도 조성이 깨지기 때문에 사용면 안 됩니다. 또한 도금 탱크가 100도 가까이 되니 녹지 않을까라는 생각과 뜨거운 물에 넣어 녹여서 쓸 수 있지 않을까 하실 겁니다. 하지만 절대 녹지 않습니다. 제가 신기해서 이것만 봉투에 담아 보관을 했습니다. 절대 녹지 않습니다. 얼음결정이 아니라 종유석 같은 결정으로 보셔야 합니다. 

좌) 차인산소다 분리로 인한 필터막힘 / 우)니켈결정

미개봉품은 수분 및 산소 접족이 안되어 있어 이런 일이 적지만 개봉품의 경우 이런 일이 일어나니 조심하셔야 합니다. 사용하기 전에 흔들어보고 소리를 확인해야 합니다. 저는 흔들었을 땐 몰랐는데 약품을 보충해도 농도가 오르지 않아서 약품을 모두 빼봤더니 저렇게 되어 있었습니다. 역시나 새 약품으로 보충후 온도를 올리니 탱크가 아작이 나서 결국은 폐기했습니다. 3 턴 정도 됐던 걸로 기역 하는데 아깝게 버리고 힘만 썼죠 ㅋㅋ

3.pH관리

pH는 암모니아수로 관리를 진행합니다. 물과 희석해서 넣어야 합니다. 원액 들이부으면 약품에 충격이 가기 때문입니다. 그리고 pH를 많이 낮춰야 한다면 황산니켈이 들어있는 A제를 보충하길 추천드립니다. 또는 더미를 이용해서 작업을 진행하시기 바랍니다. 조금이야 황산을 넣을 수도 있지만 추천드리지 않습니다. 넣어야 한다면 이것도 물에 충분히 희석해야 합니다. 그리고 물에다 황산을 조금씩 넣어 희석해야 합니다. 황산에 물을 넣으면 터집니다. 조심하시기 바랍니다. 

4. 결론

갑자기 무전해 니켈 도금이 생각나서 주저리주저리 작성했습니다. 도움이 되셨는지 모르겠네요. 도금은 참 신기하지만 약품이 참 독합니다. 다들 힘내시고 방독마스크 사용하세요. 몸 배려요. 그리고 산성가스, 염기성 가스에 따라 필터가 다릅니다. 먼지 용하고 다른 겁니다. 확인해서 구매하시기 바랍니다. 

2021.12.08 - [표면처리(부동태,도금)] - 부동태(Passivation)란?

부동태(Passivation)란?