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니켈도금(Nickel Plating)

1. 니켈도금의 개요: 니켈도금은 각종 소지상에 직접적이고도 밀착성이 양호한 도금이 가능하며, 내식성 양호(방식목적)하고 경도와 유연성 양호하며, 백색을 띤다. 방식(防飾)이나 장식목적으로 사용되며, 각종 소지금속상에 크롬,라듐,금,은도금등의 하지도금으로 널리 사용되고 있다.
1) Ni의 특징 ① 원자가 : 2(Ni²⁺),원자량 : 58.71비중:8.9(20℃),용융점:1445℃
             ② 변색이 적고 방청력이 크다.
             ③ 경도, 유연성이 좋고 은백색으로 장식용으로도 좋다.
             ④ 질산에 박리되며, 황상과 염산에 약간 녹는다.
             ⑤ 내식성, 내마모성, 납땜성이 좋다.

2) 용도 니켈도금은 최종 下地도금으로 많이 쓰이며, 전주도금, 특수도금, 방식과 장식도금 등 도금 중 가장 많이 사용되고 있다.

3) 종류 : 광택니켈(Bright Nickel),무광니켈, 특수용도 니켈도금 

① 니켈 스트라이크
- 3중 니켈 도금시 중간에 밀착을 양호하게 하기 위해 스트라이크 도금을 해준다.
* (청화동도금 금지→밀착불량의 원인)
② 무광택 Satin니켈
- 비전도성 초립자 (0.2∼0.8㎛)첨가.
- 무광택 유백색 색상을 준다.

③ 미세기공니켈
- 광택니켈후 도금액 내에 특수한 불용성 초립자(0.02㎛이내)가 표면에 부착되면 그 부분이 도금이 되지 않게 하는 방법이다.
- 내식성이 좋은 미소다공성 도금을 하는 방법이다.

④ 전주용 설파민산니켈
- 고속도, 고광택, 저내부 응력, 고평활성이 요구되는 도금에 쓰인다.

⑤ 붕플루오르화 니켈
- 유연성이 좋고, 내부응력이 적어 전주용 도금에 쓰인다.

⑥ 설폰산 니켈 : 저 내부응력, 전주용 고속도금이다.

2. 무광택 니켈도금

* 도금액의 조성과 조건
성분과 조건	보통욕	왓트욕	회전욕
황산니켈암모늄	-	-	-
황산니켈	150~200	240	70~150
염화니켈	-	45	-
염화암모늄	15	-	30
붕산	15	30	30
라우릴 황산나트륨	-	-	-
PH	5.4~6.2	1.5~6.0	5.0~5.5
온도	20~35	40~50	30~40
음극전류밀도	10.5~1.5	2~10	-

①      무광택 니켈은 니켈염, 염화물, 붕산이 주체가 된다.
* 니켈염 : 황산니켈, 황산니켈 암모늄
* 염화물 : 염화니켈, 염화암모늄, 염화나트륨
② 광택제를 첨가하지 않고 특수한 미립자로 액속에서 물건에 때려 무광택으로 만드는 방법이다.
③ 샌드블라스트 등으로 미리 표면에 쇠가루로 때려 무광을 내는 경우도 있다.

3. 광택 니켈 도금
1) 도금액의 조성 및 조건

성분 및 조건	Udylite사 조건	비 고
NiSO4·6H2O g/ℓ	240~320	240
Nicl2·6H2O g/ℓ	45 ∼ 60	45
H3BO3 g/ℓ	45~60	45
광택제 ㎖/ℓ	적정량	적정량
온 도 ℃	55~65	55
전류밀도 A/d2	1~12	2-8
교 반	공기교반	-
여 과	상시여과	-
P H	3.5~4.5	5
시 간 분	5~15	10
양 극	전해니켈	-

※ 완충작용 : PH 변화를 안정하게 해주는 역활
※ 완충제 : 붕산, 의산니켈
※ 붕 산 : 4.5∼5.5 PH
※ 의산니켈 : 2.5∼4.0 PH

2) 도금액 성분의 역활
1> NiSO₄: 니켈함유량-22.3%
① 도금의 주성분이며, 니켈이온의 공급원이다.
② 농도가 감소하면 광택이 저하하고 충분한 도금 두께가 되지 않고 도금 속도도 느리다.

2> NiCl₄: 니켈함유량 - 24.7%
① 양극 용해를 좋게 하고, 액의 전기 전도도 향상.
② 밀착성, 평활성이 향상되어 전류밀도가 넓어진다.
③ 과잉되면 Pit와, 피막를 경화 시키며, 적을때는 광택이 떨어진다.
④ 양극 분극을 감소시켜 욕의 전도성을 좋게 해준다.
  - 수소가스의 방해

3> H₃BO₃
① 백색 결정 또는 미세한 분말로 80℃ 이상에서 잘 용해되며, 액의 온도가 낮으면 도금액 중에서 결정으로 된다.
② PH의 완충제 역활을 하며, 광택범위 확대, 평활성, 내부응력 감소, 균일 전착성 향상, 검게 타는 현상감소 등의 역할을 한다.
③ 부족 시 도금 색이 뿌옇고 PH 변동이 심하며, 고전류밀도부가 타는 현상을 가져온다.
* 양극분극 : 가용성의 양극분극에서는 용해된 금속 이온이 축적되고 농도가 짙어져 있기 때문에 용해되려고 하는      방해하려는 움직임.

4> 광택제
① 1차 광택제와 2차 광택제로 분류한다.
② 1차 광택제
-  2차 광택제 보호와 소지가 가지고 있는 광택을 유지하고 내부응력으로 강한도금을 좀더 유연성 있는
   도금으로 해준다.
- 1차 광택제가 모자라면 도금이 취약해지고 내부응력이 커진다.
* 종류 : 1.3.6-나프탈렌, 사카린, 슬폰산소다, 슬폰아미드 등이 있다.
③ 2 차 광택제 - 면을 보다 평활하게 좋은 광택을 만들어 준다.
- 광택도금에 있어 고속도, 저 PH욕에서 도금을 할 때는 Pit가 생기기 쉽다.
  계면 활성제인 피트방지제를 사용 할 필요가 있다.
* 종류 : 젤라틴, 부텐디올, 쿠마린, 포르말린 등이 있다.

3) 도금액의 관리
가) 니켈 농도
① 소모량과 니켈양극의 용해 부족으로 농도가 낮아지므로 보오메로 측정 보충한다.
② 1주일에 한번은 분석에 의해서 조정 해준다.

나) 염화물 ① 물건에 묻어 감소하므로 분석에 의해 보충한다.
          ② 적으면 양극용해, PH가 떨어지며, 평활작용, 유연성이 적어진다.
다) pH 완충제                                                                                           ① pH 저하 ㄱ. 양극용해가 나쁜 것을 의미 Pit가 생기기 쉽다.
            ㄴ. pH를 높이는 약품은 탄산니켈 4%의 가성소다, 수산화 암모늄 등이 있다.
② PH 증가 ㄱ. 양극 용해가 좋은 것을 의미하며 구름이 끼기 쉽고, 도금이 취약하게 되기 쉽다.
            ㄴ. PH 안정제 약품은 붕산, 황산, 염산 등이 있다.
            ㄷ. 붕산의 과량은 도금에 지장은 없으나 온도가 낮을 때 여과기에 의해 제거 소모되는 경향이 있다.
라) 광택제 ① 물건에 묻어 나오는것, 분해, 전착, 활성탄처리 등에 의해 소모된다.
           ② 광택제는 전류량(A×h), 도금상태, 분석에 의해 보충한다.
마) 온 도  ① 액온도가 70℃ 이상이면 광택제가 분해 될 수 있다.② 온도가 낮으면 고전류밀도 부분이 타기 쉽다.
바) 교 반 -교반은 성분, 농도, 온도를 균일하게 유지하고 전류밀도를 높여 고속도로 도금하며 완전광택을 얻는다.
사) 여 과 -액 중의 먼지, 양극슬로지, 수세과정에서 유입되는 각종불순물이 불량의 원인이며 상시여과를 한다.
아) 피트 방지 ① 피트 방지제는 라우릴 황산나트륨이 사용된다.
              ② 피트는 유.무기 불순물이나 광택의 비율이 맞지 않을 경우 일어나기 쉽다.
              ③ 피트 방지제는 표면장력을 저하시켜 수소의 기포가 표면에서 이탈되어 피트가 방지된다.
자) 유기 불순물 불순물 혼입의 경로 - 버프연마제, 먼지, 콤프레셔로부터 공기와 더블어 윤활유 혼입 기타방법에
                                    의한 방청유, 기계유 유입탈지, 수세부족 등이 있다. (활성탄 처리로 제거) 차) 무기 불순물 ① Zn, Fe, Pb, Cu는 0.5A/d㎡로 약전해 하면 거의 제거할 수 있다.
                ② 불순물이 없을 경우 약전해 판이 백색이 된다.

4. 2중 니켈도금
① 장식니켈 도금법인 Cu-Ni-Cr의 도금 공정을 Ni-Ni-Cr의 공정으로 변형하는 방법이다.
② 하층은 평활성과 연성을 갖는 S(황) 성분이 없는 반광택니켈 도금을 하고, 상층은 광택니켈 도금을 하여 내식성 향상이 주목적 이다.
③ 도금의 두께
* 반광택니켈을 약 14㎛(75%)로 하고
* 광택니켈을 약 6㎛(25%)로 행하고 있다.
④ 수도꼭지, 파이프, 특히. 아연 다이캐스팅 등 내식성을 필요로 하는 도금에 행해진다.

1) 2중 니켈 도금공정 탈지 → 전해탈지 → 산 침지 → 반광택 니켈 → 광택 니켈 → 크롬도금
2) 도금 층이 내식성을 주는 이유
① 반광택 니켈은 전기화학적으로 광택니켈보다 적은 전위를 가지고 있어 광택니켈에 부식이 일어나면 반광택
   니켈 층에서 저지된다.
② S이 없는 니켈은 S이 있는 니켈보다 화학적 용해도가 작다.
③ 광택니켈이 엷을 때 옥외 노출시험, 가속 부식시험, Etching을 시키면 pinhole이 많고 광택 니켈층이 속히
   부식된다는 것을 알 수 있다.

3) 니켈 층간의 밀착성 관리
① 수세하는 도중 공기 중 피막이 생기므로 간단하고 빠르게 한다.
② 액 중 유,무기물의 접촉에 의해 밀착성이 떨어진다.
③ 대기 중 불활성 물질을 처리하기 위해 내부환기를 철저히 한다.
④ 2중 니켈 도금은 하지용으로 무광택욕을 써도 좋으나 작업성이 나쁘기 때문에 약간의 광택제를 함유하고 있는
   것을 사용하는 것이 좋다.

4) 반광택 니켈 도금의 광택제
① 1.4 부텐디올 → 0.2g/ℓ
② 포르말린 → 1㎎/ℓ
③ 쿠마린 → 0.1g/ℓ
④ 쿠마린 → 0.1g/ℓ + 포르말린 1㎎/ℓ
⑤ 쿠마린 → 0.1g/ℓ + 1.4 텐디올 0.05g/ℓ

5. 3중 니켈 도금
① 광택과 반광택 중간에 극히 엷은(0.3∼0.8㎛)스트라이크 니켈도금을 하는 것이다.
② 기본 액의 성분은 광택니켈 도금액과 같다.
③ 도금공정:  반광택 니켈 → 니켈 스트라이크 → 광택 니켈 (수세 공정 없음)
④ 도금액 조성 및 작업조건

성분및 조건
NiSO4·6H2O g/ℓ	250~350
Nicl2·6H2 g/ℓ	60~110
H3BO3 g/ℓ	30~40
첨가제 cc/ℓ	적정량
P H	10~25
온 도 ℃	2~3.5
음극전류밀도 A/dm2	40~50
여 과	활성탄 사용불가

6. 전주니켈 도금 (슬파민산니켈 도금)
- 전기화학 작용을 이용하여 주물을 만드는 것이다.
- 기능도금의 일종으로 도금을 이용 물품을 만드는 제조기술이다.
- 전주는 모형의 표면에 두꺼운 도금을하여 이것을 모형에서 분리하여 모형과
완전히 반대편 형상의 제품을 얻거나 또는 그 얻어진 제품의 표면에서 박리
처리를 하여 같은 모양의 두꺼운 도금에 의해 모형의 표면과 같은( ＿ , ↕ )
제품을 얻는 방법이다.
- 전주에서의 두께는 일반적으로 전기도금보다 두껍고 보통 0.025㎛ ∼ 25㎛ 정도이며, 전기도금의 10∼50배이다.
1) 용 도
전기면도날망, 레코드 스템프, 비디오디스크 스템프, 로켓트 노줄, 광학 부품 (렌즈, 반사경, 프리즘), 기계 부품( 기어, 켐 ) 등...
2) 도금액의 종류
슬파민산니켈 , 붕불화니켈, 염화암모늄, 염화니켈, 왓트, 슬폰 아미드산 니켈욕 등이 있으며 이 중 슬파민산니켈 과 왓트액이 가장 많이 사용된다.
3) 전주 작업 공정
원형 → 모형제작 → 전도성 부여 → 전주니켈도금 → 박리처리 → 끝손질 (불필요한 부분제거, 크롬도금 )
* 모형 제작 재료 : 황동, 알루미늄, 아연다이캐스팅, 플라스틱, 스테인레스강, 아연, 목재, 석고
- 목재나 석고는 왁스나 락카를 도포한다.
* 전도성 부여 : 흑연, 동분말, 스파터링-은경처리
4) 도금액 조성 및 조건

watt 니켈		슬파민산 니켈
황산니켈	225~300	황산니켈암모늄	315~450
염화니켈	37.5~52.5	염화니켈	0~22.5
붕산	30~45	붕산	30~45
온도	44~65	온도	30~60
교반	공기.기계	교반	공기 기계5
PH	3.0~4.2	PH	3.5~4.5
양극	니켈판	양극	니켈판
음극전류밀도	2.7~10.8	음극전류밀도	5~32.3
여과	상시	여과	상시

① 슬파민산은 무기물의 결정체이며, 흡수성이 없어 증발하지 않는다.
② 슬파민산은 독성과 냄새가 없고 가스 발생도 없다.
③ 도금후 다음 작업을 위해 약전해를 해 주어야 한다.
④ 양극판은 바스켓을 쓰는 것이 좋다.
⑤ 특징은 경도, 내마모성, 인장강도, 기계적 강도가 크다

7. 니켈 스트라이크 도금

① 스테인레스 위에 밀착이 좋은 도금을 얻기 위해 행하는(전처리 과정)
도금으로 3중 니켈 도금용으로 좋다.
② Watt니켈 도금액 이라고도 말한다.
③ 염산의 가스가 발생하므로 배기설비를 해야 한다.
④ 도금액 조성 및 조건

성분	조건
Nicl2·6H2O	240 g/ℓ
HCL g/ℓ	125 g/ℓ
온 도 ℃	상온
음극전류밀도 A/dm2	5~10
전 압	6
시간 sec	20~120
양극	니켈판,탄소판

8. 흑색 니켈 도금

① 흑니켈은 장신구, 광학기기, 군용 등으로 빛의 반사를 방지하고 은은한 감각을 주기 위해 하는 도금이다.
② 일반적으로 내식성이 낮아 장식용으로 이용된다.
③ 밀착력은 양호, 내마모성과 유연성은 좋지 않아 두께를 얇게 하는 것이 좋다.
④ 변색방지을 위해 투명락카 코팅을 한다.
⑤ 액 종류는 황산니켈욕과 염화니켈욕 두가지가 있으며 염화니켈욕이 우수하다.

◎ 도금액 조성 및 조건

성분 및 조건	염화물
Nicl2·6H2O g/ℓ	75	* 로단가리 :흑색증가   아연: 적색증가   * 최종수세는 얼룩지기 쉬우므로 증류수를 사용한다.
염화암모늄 g/ℓ	30
로단가리 g/ℓ	15
염화아연 g/ℓ	30
P H	5.0~5.5
온 도 ℃	상온
전류밀도 A/dm2	0.2

◎ 황산니켈 도금액 조성 및 조건

- 황산니켈 → 75 g/ℓ, 황산니켈 암모늄 → 45 g/ℓ, 황산 아연 결정 → 40 g/ℓ, 로단가리 → 20 g/ℓ
- P H → 5.6∼5.9, 온도 → 상 온, 전류밀도 → 0.05∼0.2, 전압 → 0.5∼1.5

9. 바렐 니켈 도금

① 도금액 조성 및 작업조건

성분 및 조건
황산니켈 g/ℓ	200~300
염화니켈 g/ℓ	40~50
붕산 g/ℓ	30~40
온도	45~65
PH	4.5~5.0

② 도금상 주의 할점
ㄱ. 양극, 음극, 부스바아, 접점 등을 깨끗히 한다.
ㄴ. 양극의 표면적, 바렐의 구멍을 크게 하는 것이 좋다.
ㄷ. 회전수는 물건에 따라 다르게 한다.
ㄹ. 온도는 70℃ 이하로서 되도록 높게 유지한다.
ㅁ. 양극용해 촉진 약품이 부족하지 않도록 한다.
ㅂ. 묻어 나오는 액량을 계속 보충한다.

③ 회 전 수
ㄱ. 직경이 작은 바렐 : 15∼20 rpm
ㄴ. 직경이 큰 바렐 : 5∼15 rpm
ㄷ. 보통 : 6∼8 rpm

10. 니켈 양극
① 전해 니켈 양극
ㄱ. 순도 99.98%며 불순물은 Fe, Cu, Pb, C, S 등이다.
ㄴ. 양극용해가 나쁘기 때문에 양극전류밀도를 2A/d㎡이하로 해야 한다.
ㄷ. 양극은 적은 것을 여러개 사용하는 것이 좋다

② 카아보 나이즈드 양극 (C-Ni니켈양극)
ㄱ. 양극 전류밀도는 5∼6A/d㎡로 높고, 전기니켈을 용해하여 C(0.3~0.39%)와Si(0.3~0.35%) 성분이 첨가시킨
    후 주조한 뒤 압연한 것이다.
ㄴ. C와Si 성분이 불용성 물질이 있기 때문에 양극주머니를 씌워준다.

④ S니켈 라운드 양극
ㄱ. 전기니켈에 소량의 황[S](0.01-0.02%)을 넣어서 양극 용해가 잘 되게 만든 것이다.
ㄴ. 지름 25 mm정도의 단추모양으로 티타늄 바스켓에 넣어서 사용한다.
ㄷ. 바스켓의 수명을 길고 양극 슬라임이 적다.
ㄹ. 양극 불용성이 적어 널리 사용된다

광택니켈 도금액 중의 결함, 원인 및 대책

결함	원인	대책
밀착불량	① 전처리 불량 ② 액의 혼탁 ③ 불순물 ④ 2중 도금되어 있다.	① 전처리법 검토 ② 여과 ③ 구리,철,아연,유기물,불순물에 주의. ④ 전원 파형, 접촉에 주의한다.