도금 (鍍金 plating)
금속재료의 표면을 다른 종류의 금속 또는 합금의 얇은 막으로 피복(被覆)하는 것. 방식(防蝕)·장식(裝飾)·표면경화 등을 목적으로 하고, 또 자성박막(磁性薄膜)·도체박막(導體薄膜)·저항체박막·초전도박막(超電導薄幕) 등의 특수한 기능을 갖는 박막을 제작하기 위하여 실시한다. 고대의 금도금은 거의 아말감법에 의해 이루어졌다. 그 방법은 우선 금 1에 대해 수은 2∼3의 비율로, 수은에다 금을 녹여 아말감을 만든다. 다음에 깨끗이 닦은 주물(鑄物) 표면에 아말감을 입혀 표면을 350℃ 정도로 가열하면 수은은 증발하고 금의 층만 남아 금도금이 된다.
피복형성에 따른 분류
오늘날의 도금은 피복을 형성하는 방법에 따라 다음과 같이 7가지로 분류할 수 있다.
전기도금
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수용액 중에 이온 형태로 존재하는 목적금속을 전기에너지를 이용하여 물품표면에 환원·석출(析出)시켜 피복층을 얻는 방법. 수소보다도 이온화 에너지가 큰 금속 또는 수용액 중에서 수소과전압(水素過電壓)이 큰 금속이 전착(電着) 가능하다. 철강제품에서는, 방식과 장식을 겸한 구리-니켈-크롬의 다층도금(多層鍍金), 방식만을 목적으로 한 아연·카드뮴·주석 등의 단층도금 등이 시행되고 있다. 구리합금제품 등에 장식을 위하여 금·은·팔라듐·로듐 등의 귀금속 도금을 하는 경우도 있다. 특수한 기능을 부여하기 위한 도금에는 코발트-인 합금, 코발트-니켈 합금 등의 자성박막, 니오브-주석 합금, 납-비스무트 합금 등의 초전도박막, 금-티탄탄화물(炭化物), 금-텅스텐탄화물 분산합금 등의 양전도성·내마모성 박막 등이 있다.
화학도금
도금욕(鍍金浴) 중인 금속이온을 화학환원제의 작용에 의해 환원하여 물품표면에 금속층을 석출·형성시키는 방법. 도금하기 위해서 외부에서 전류를 흘리지 않기 때문에 무전해도금(無電解鍍金)이라고도 한다. 니켈의 화학도금이 가장 많이 행해지고 있으며, 환원제로는 하이포아인산염·수소화붕소화합물·히드라진 등이 사용된다. 하이포아인산염을 사용할 때는 니켈-인 합금이, 수소화붕소화합물을 사용할 때는 니켈-붕소 합금이 석출된다. 화학도금은 비금속물질 특히 합성수지의 표면을 금속화하기 위해 많이 이용된다.
용융도금
용융금속욕 중에 물품을 담갔다가 꺼내어 물품표면에 부착한 용융금속을 응고시켜 도금층을 만드는 방법. 도금이 두껍게 되기 때문에 긴 수명의 방식도금을 얻고 싶을 때 사용한다. 가장 일반적인 것은 용융아연도금으로 아연철판(함석)·가드레일·강관·강선 등 야외나 땅속에서 장기간 사용되는 것에 시행된다. 이 밖에도 음식용캔에 용융주석도금강판(양철)이, 또 내열성과 내식성이 요구되는 자동차머플러용 재료로서 용융알루미늄 도금강판도 제조되고 있다.
용사(溶射)
용융금속을 압축공기에 의해 분무상(粉霧狀)으로 해서 물품표면에 분사하여 물품표면에서 용융금속을 응고시켜 도금층을 얻는 방법. 메탈리콘이라고도 한다. 두꺼운 도금층을 얻을 수 있지만, 분무상의 금속입자 표면이 공기산화되기 때문에 응고퇴적한 입자 사이에 산화물이 개재(介在)하여 도금층은 아무래도 다공질(多孔質)이 된다. 교량·철탑 등의 대형강제구조물에는 아연용사를 한 후 봉공피복(封孔被覆)으로서 유기도장(有機塗裝)을 한다. 용선식 (溶線式)·분말식·플라스마식의 용사기가 사용되고 있다.
물리증착
물리증착에 속하는 것에는 진공증착·스패터링·이온플레이팅 등이 있다. 진공증착은 고진공 속에서 금속을 가열하고 증발시켜 그 증발분자를 물품표면에서 응고시켜서 도금층을 형성하는 방법이다. 스패터링은 진공에 가까운 저압력 아르곤가스 중에서의 글로방전(放電)에 의해 생성한 아르곤이온을 원료물질의 표적에 가속충돌시켜 표적의 물질을 비산(飛散)시킨 후 이 비산입자를 물품표면에 퇴적시켜 도금층을 얻는 방법이다. 이온플레이팅은 진공에 가까운 저압력 아르곤가스 속에서 증발시킨 원료물질의 분자 또는 원자를 물품표면 근처에 만든 글로방전 영역을 통과시킴으로써 일부를 이온화 및 들뜸시켜 다른 중성상태의 입자와 함께 음(陰)의 고전압이 걸려 있는 물품표면 위에 석출시킨다. 진공증착과 스패터링에 의해 반도체 소자나 집적회로가 만들어지고, 이온플레이팅에 의해서 강철의 알루미늄도금과 가스터빈 날개의 내열합금도금이 이루어진다.
화학증착
원료물질을 가열, 기화시켜 이 가스와 다른 반응성 가스를 물품표면 근처에서 반응시키거나 원료물질의 가스를 직접 물품표면과 반응시킴으로써 물품표면에 반응생성물의 도금층을 형성하는 방법. 기상도금(氣相鍍金)이라고도 한다. 텅스텐선(線)의 붕소도금, 세라믹분말의 몰리브덴도금, 강관(鋼管) 내면의 탄탈도금, 공구강(工具鋼) 표면의 티탄탄화물피복 등이 이 방법으로 이루어진다.
침투도금
철강을 다른 금속의 분말 속, 또는 기체 속에서 가열하여 그 금속을 철강 속에 확산·침투시켜 표면에 내식성·내열성·내마모성이 뛰어난 합금층을 형성하는 방법. 메탈릭 시멘테이션(metallic cementation)이라고도 한다. 내열성을 목적으로 알루미늄·크롬을, 내식성을 목적으로 크롬·아연·규소 등을, 내마모성을 목적으로 붕소·황 등을 확산·침투시킨다.
한국에서의 도금의 역사
고대 낙랑고분의 출토물 중 색깔 있는 칠(漆)을 한 무늬나 그림을 넣은 것과 금은박을 입힌 것들이 보이는데, 이것들이 최초의 금속도금물이다. 그 뒤 불교의 전래와 함께 불상에 도금하는 방법도 전해져 백제에서는 청동불상을 주조하고 수은에 금을 흡수시킨 아말감으로 금도금하는 기법이 뛰어났다. 삼국시대에 어느 정도 발달한 도금기술은 일본에 전해졌는데, 749년에 완성된 일본 나라[奈良(내량)]에 있는 도다이사[東大寺(동대사)] 대불(大佛)이 이를 증명해 주고 있다. 당시의 기록에 따르면 도금은 <도금(塗金)> 또는 <도련금(塗鍊金)>이라고 표현하였다. 보통 <금동(金銅)>이라 하면 구리합금에 금을 도금한 것을 가리키며 <금동>이라는 이름이 붙은 불상은 모두 금도금을 한 것이다. 이러한 도금법은 삼국시대에서 통일신라시대를 거쳐 고려·조선시대까지 그대로 전수되어 왔다. 한편 조선시대에는 건물에 금박을 입히는 것이 한 때 유행하였으며 임진왜란 때는 도자기기술과 금속기술이 일본에 이식되기도 하였다. 특히 이 시기의 것으로 현재까지 거의원형 그대로 보존되어 전해지는 당시 영의정이었던 유성룡(柳成龍)의 갑옷에 있는 투구는 주석가루에 내식성을 높이기 위해 납가루를 섞고, 가열한 철판을 이 속에 넣어 붙이고 더 가열하여 주석층을 완전히 녹여서 도금층을 만든 것이 현미경을 통한 관찰에 의해 판단되었다. 그 외의 조선시대 도금에 관한 기록으로는 건국 당시의 은으로 만든 사리기(舍利器)에 금도금을 한 것과 말기의 <금속상감법(金屬象嵌法)>으로 철제품의 표면에 줄을 그어 자국을 내고 거기에 은이나 오동(烏銅) 등을 박은 후, 녹여서 도안화한 길상문(吉祥紋)·문자 등 입사문(入絲紋)으로 된 것이 있다. 그 후 일제강점기에는 일본에서 행해지던 표면처리법이 한국에서도 사용되었는데, 이 기술은 6·25 때까지 이어졌다. 표면처리법은 도금층을 연마하여 광택을 내고 탈지(脫脂)·산세(酸洗) 등 전기처리를 한 후 그 위에 다시 다른 도금을 해야 하는 낙후된 방법이다. 1956년에 미국에서 니켈·구리·아연 등의 전기도금용 광택제를 처음으로 도입하였고, 독일에서는 알루미늄의 전해연마법을 도입하였다. 1960년경에는 본격적으로 니켈광택제를 도금에 사용함으로써 구리·니켈·크롬도금에서 버프연마(buffing)없이 광택이 좋은 도금을 할 수 있게 되었고, 와트형의 니켈도금이므로 그 속도도 빨라졌다. 1965년에는 일본으로부터 미국제 황산구리광택제를 도입하면서 광택뿐만 아니라 평활성(平滑性)이 더욱 좋은 도금을 할 수 있게 되었다.