금속이 화학 용액에서 제거되어 충전된 표면에 침전되는 증착 과정입니다. Show 전기 도금 은 직류 를 통해 금속 의 양이온 을 감소 시켜 고체 기판에 금속 코팅 을 만드는 공정의 일반적인 이름입니다 . 부분은 코팅으로서 작용 될 캐소드 (음극 전극 의 AN) 전해 셀 ; 전해질은 A는 용액 (A)의 염을 코팅 할 수있는 금속; 상기 애노드 (양극)는 일반적으로 그 금속 블록 또는 불활성 일부 중 하나 인 도전성 재료. 전류는 외부 전원 공급 장치에서 제공됩니다.. 전기 도금은 마모 및 부식에 대한 내성 , 윤활성 , 반사율 , 전기 전도도 또는 외관 과 같은 물체의 표면 품질을 개선하기 위해 산업 및 장식 예술 에서 널리 사용됩니다 . 또한 언더 또는 마모 된 아웃 부품의 두께, 복잡한 형상이라는 프로세스로 제조 금속 플레이트에 구축하기 위해 사용될 수있다 전기 주조를 . 또한 구리 와 같은 금속을 정화하는데도 사용됩니다 . 용어 "전기 도금"은 또한 은 / 염화은 전극 을 만들기 위해은 와이어 상에 염화은 을 형성하는 것과 같이, 고체 기판 상 에 음이온의 산화 를 달성하기 위해 전류를 사용하는 공정에 때때로 사용될 수있다 . 전해 금속 물체의 표면으로부터의 금속 양이온을 제거하는 전류를 사용하는 프로세스, 전기 도금의 양으로 간주 될 수있다. [1] 프로세스 [ 편집 ] 전도성 물체 (음극, "Me", 회색)에 구리 (주황색)를 전기 도금하는 단순화 된
다이어그램. 전해질은 황산구리, CuSO 의 용액입니다. 전해질은 증착 될 금속의 양이온 (양이온)을
포함해야합니다. 이러한 양이온은 0가 상태에서 음극에서 금속으로 환원됩니다. 예를 들어, 구리 도금 용 전해액 은 구리 (II) 황산염 용액 일 수 있으며 , 이는 Cu 2+ 양이온과 SO2- 양극이 코팅 금속으로 만들어지면 거기에서 반대 반응이 일어나 용해 양이온으로 변할 수 있습니다. 예를 들어, 구리 는 두 개의 전자를 잃어 양극에서 Cu 2+ 로 산화됩니다 . 이 경우 양극이 용해되는 속도는 음극이 도금되는 속도와 동일하므로 전해질 욕조의 이온이 양극에 의해 지속적으로 보충됩니다. 그 결과 양극 소스에서 음극으로 금속이 효과적으로 전달됩니다. [2] 대신 양극은 납 이나 탄소 와 같은 전기 화학적 산화에 저항하는 재료로 만들어 질 수 있습니다 . 그러면 산소 , 과산화수소 또는 기타 부산물이 대신 양극에서 생성됩니다. 이 경우 도금 될 금속의 이온이 용액에서 빠져 나올 때 수조에 주기적으로 보충되어야합니다. [삼] 도금은 가장 일반적으로 합금이 아닌 단일 금속 원소 입니다. 그러나 일부 합금, 특히 황동 및 솔더는 전착 될 수 있습니다 . 도금 된 "합금"은 실제 합금, 즉 고용체가 아니라 도금되는 금속의 개별적인 작은 결정입니다. 도금 된 땜납의 경우, 때때로 "진정한 합금"이 필요한 것으로 간주되며 도금 된 땜납을 녹여 주석과 납이 결합하여 진정한 합금을 형성합니다. 진정한 합금은 도금 된 합금보다 부식에 강합니다. 많은 도금 조에는 증착 될 금속의 시안화물 외에 다른 금속의 시안화물 (예 : 시안화 칼륨 등 )이 포함됩니다. 이러한 유리 시안화물은 양극 부식을 촉진하고 일정한 금속 이온 수준을 유지하고 전도성에 기여합니다. 또한 탄산염 및 인산염 과 같은 비금속 화학 물질을 첨가하여 전도도를 높일 수 있습니다. 기판의 특정 영역에 도금이 필요하지 않은 경우 욕이 기판과 접촉하는 것을 방지하기 위해 스톱 오프가 적용됩니다. 일반적인 중단에는 테이프, 포일, 래커 및 왁스가 포함 됩니다. [4] 균일하게 덮는 도금의 능력을 던지는 힘 이라고합니다 . 던지는 힘이 좋을수록 코팅이 더 균일합니다. [5] 스트라이크 [ 편집 ]처음에는 스트라이크 또는 플래시 라고하는 특수 도금 증착물을 사용하여 기판에 대한 높은 품질과 우수한 접착 성을 가진 매우 얇은 (일반적으로 0.1μm 미만 두께) 도금을 형성 할 수 있습니다. 이는 후속 도금 공정의 기초 역할을합니다. 스트라이크는 높은 전류 밀도와 낮은 이온 농도의 수조를 사용합니다. 프로세스가 느리기 때문에 원하는 스트라이크 두께가 얻어지면보다 효율적인 도금 프로세스가 사용됩니다. 스트라이킹 방법은 또한 다른 금속 도금과 함께 사용됩니다. 내식성을 향상시키기 위해 한 가지 유형의 증착물을 금속 위에 도금하는 것이 바람직하지만이 금속이 본질적으로 기판에 대한 접착력이 좋지 않은 경우, 두 가지 모두와 호환되는 스트라이크를 먼저 증착 할 수 있습니다. 이러한 상황의 한 가지 예는 아연 합금 에 대한 전해 니켈 의 열악한 접착력입니다 .이 경우 구리 스트라이크가 사용되어 양쪽 모두에 우수한 접착력을 갖습니다. [삼] 전기 화학 증착 [ 편집 ]전기 화학적 증착은 일반적으로 다음과 같은 장점 때문에 금속 성장 및 금속 산화물 전도에 사용됩니다. 전기 화학적 매개 변수를 조정하여 나노 구조의 두께와 형태를 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 비교적 균일하고 조밀 한 퇴적물은 템플릿 기반 구조에서 합성 될 수 있습니다. 더 높은 증착 속도가 얻어진다; 높은 진공 또는 높은 반응 온도가 필요하지 않기 때문에 장비가 저렴합니다. [6] [7] [8] 펄스 전기 도금 [ 편집 ]펄스 전기 도금 또는 펄스 전착 (PED) 프로세스는 두 개의 서로 다른 값 사이에서 전위 또는 전류를 신속하게 교대 하여 0 전류로 분리 된 동일한 진폭, 지속 시간 및 극성의 일련의 펄스를 생성합니다. 펄스 진폭과 폭을 변경하여 증착 된 필름의 구성과 두께를 변경할 수 있습니다. [9] 펄스 전기 도금의 실험 매개 변수는 일반적으로 피크 전류 / 전위, 듀티 사이클, 주파수 및 유효 전류 / 전위로 구성됩니다. 피크 전류 / 전위는 전기 도금 전류 또는 전위의 최대 설정입니다. 듀티 사이클은 전류 또는 전위가 적용된 특정 전기 도금 기간의 유효 시간 부분입니다. 유효 전류 / 전위는 전류 또는 전위의 듀티 사이클과 피크 값을 곱하여 계산됩니다. 펄스 전기 도금은 전기 도금 된 필름의 품질을 개선하고 빠른 증착 중에 축적 된 내부 응력을 해제하는 데 도움이 될 수 있습니다. 짧은 듀티 사이클과 고주파의 조합은 표면 균열을 줄일 수 있습니다. 그러나 일정한 유효 전류 또는 전위를 유지하기 위해 높은 전류 / 전위 및 빠른 스위치를 제공하려면 고성능 전원 공급 장치가 필요할 수 있습니다. 펄스 전기 도금의 또 다른 일반적인 문제는 역 전기 도금 중에 양극 재료가 도금되고 오염 될 수 있다는 것입니다. 특히 고가의 불활성 전극 (예 :백금 . 펄스 전기 도금에 영향을 미칠 수있는 다른 요인으로는 온도, 양극 간 간격 및 교반이 있습니다. 때때로 펄스 전기 도금은 아 레니 우스 법칙에 따라 온도에 따라 거의 모든 화학 반응의 속도가 기하 급수적으로 증가하기 때문에 증착 속도를 높이기 위해 가열 된 전기 도금 조에서 수행 될 수 있습니다. 양극-음극 간극은 양극과 음극 사이의 전류 분포와 관련이 있습니다. 샘플 면적 비율에 대한 작은 간격은 전류의 고르지 않은 분포를 유발하고 도금 된 샘플의 표면 토폴로지에 영향을 미칠 수 있습니다. 교반은 벌크 용액에서 전극 표면으로의 금속 이온의 전달 / 확산 속도를 증가시킬 수 있습니다. 교반 설정은 금속 전기 도금 공정에 따라 다릅니다. 브러시 전기 도금 [ 편집 ]밀접하게 관련된 프로세스는 브러시 전기 도금으로, 국소 영역 또는 전체 항목이 도금 용액으로 포화 된 브러시를 사용하여 도금됩니다. 브러시는 일반적으로 도금 용액을 유지하고 도금되는 항목과의 직접 접촉을 방지 하는 흡수성 천 재료로 싸인 스테인리스 스틸 본체로 저전압 직류 전원 의 양극 과 도금 할 항목에 연결됩니다. 음극에 연결 . 작업자는 브러시를 도금 용액에 담근 다음 항목에 적용하고 브러시를 계속 움직여 도금 재료가 고르게 분포되도록합니다. 브러시 전기 도금은 이동성, 어떤 이유로 인해 탱크 도금이 불가능한 품목을 도금하는 능력 (하나의 적용은 건물 수복물에서 매우 큰 장식지지 기둥의 일부 도금), 마스킹 요구 사항이 낮거나 없음 등 탱크 도금에 비해 몇 가지 장점이 있습니다. 및 비교적 낮은 도금액 볼륨 요구 사항. 탱크 도금에 비해 단점은 작업자의 개입이 더 많고 (탱크 도금은 최소한의주의로 자주 수행 할 수 있음) 플레이트 두께를 크게 달성 할 수 없다는 것입니다. 브러시 전기 도금의 경질 크롬 [ 편집 ]경질 크롬은 강도, 저항성 및 매끄러운 마감으로 인해 경질 도금 및 전기 도금에 사용되는 가장 일반적인 도금 재료 중 하나입니다. 그러나 크롬은 6가 상태 에서 매우 위험 합니다. 흡입하거나 섭취하면 공기 중의 Cr 6+ [JT2]가 폐암과 관련이 있으며 인후, 입 및 코에 손상을 입 힙니다. 이는 6가 상태에서 크롬이 발암 성 및 기형을 유발하여 세포에 돌연변이를 일으키는 영향을 미치기 때문입니다. 매년 558,000 명의 미국 기술자가 작업장에서 6가 크롬에 노출되고 있으며, 높은 수준의 Cr 6+ 화합물 에 대한 노출 증가로 인해 전기 도금, 용접 및 도장 산업에서 일하는 사람들이 가장 위험 합니다. [10] 6가 크롬과 관련된 위험성 때문에 더 안전하고 친환경적인 대안을 찾는 것이 지난 10 년 동안 브러시 전기 도금 연구의 주요 동인이었습니다. 개발 된 대안 중 하나는 MMC ( Metal Matrix Composites )입니다. MMC는 경도, 내마모성 및 고온에서의 산화 방지를 포함하여 금속 도금 솔루션에 독특하고 우수한 특성을 제공합니다. 이 크롬 대체 MMC에는 코발트 크롬 카바이드 , 니켈 텅스텐 카바이드 및 니켈 크롬 카바이드가 포함 됩니다. [11] 배럴 도금 [ 편집 ]이 전기 도금 기술은 많은 수의 작은 물체에 대해 업계에서 가장 일반적으로 사용되는 기술 중 하나입니다. 물체를 통 모양의 비전 도성 케이지에 넣은 다음 그 위에 도금 할 금속의 부유 원자가 들어있는 화학 조에 담근다. 그런 다음 배럴이 회전하고 배럴의 다양한 부분을 통해 전류가 흐르고 서로 접촉 할 때 회로를 완성합니다. 결과는 매우 균일하고 효율적인 도금 공정이지만 최종 제품의 마감은 도금 공정 중에 마모가 발생할 가능성이 높습니다. 장식이 심하거나 정밀하게 설계된 품목에는 적합하지 않습니다. [12] 청결도 [ 편집 ]오일 분자 층 이 코팅의 접착을 방지 할 수 있기 때문에 성공적인 전기 도금을 위해서는 청결 이 필수적 입니다. ASTM B322는 전기 도금 전 금속 세척을위한 표준 가이드입니다. 세척에는 솔벤트 세척, 고온 알칼리성 세제 세척, 전기 세척 및 산 처리 등이 포함됩니다. 청결에 대한 가장 일반적인 산업 테스트는 표면을 철저히 헹구고 수직으로 유지하는 방수 테스트입니다. 오일과 같은 소수성 오염 물질은 물이 비드와 부서지게하여 물이 빠르게 배수되도록합니다. 완벽하게 깨끗한 금속 표면은 친수성입니다.비드거나 배수되지 않는 깨지지 않은 물 시트를 유지합니다. ASTM F22는이 테스트의 버전을 설명합니다. 이 테스트는 친수성 오염 물질을 감지하지 못하지만 용액이 수성이므로 전기 도금으로 쉽게 대체 할 수 있습니다. 비누 와 같은 계면 활성제 는 시험의 민감도를 감소 시키므로 철저히 헹궈 야합니다. 효과 [ 편집 ]전기 도금은 공작물의 화학적, 물리적, 기계적 특성을 변경합니다. 화학적 변화의 예는 니켈 도금이 내식성을 향상시키는 경우 입니다. 물리적 변화의 예는 외형의 변화입니다. 기계적 변화의 예는 툴링 산업에서 필수 속성 인 인장 강도 또는 표면 경도 의 변화입니다 . [13] 기본 구리 또는 니켈 도금 회로에 산성 금을 전기 도금하면 접촉 저항과 표면 경도가 감소합니다. 연강의 구리 도금 영역은 이러한 영역의 케이스 경화가 바람직하지 않은 경우 마스크 역할을합니다. 주석 도금 된 강철은 주석의 산화로 인한 표면의 흐릿함을 방지하기 위해 크롬 도금됩니다. 전기 도금 또는 무전 해 도금은 방사성 차아 인산염 32 P 이온 을 포함하는 니켈- 인 정광으로 제조 된 수용액을 사용하여 금속 부품을 방사성 으로 만드는 방법으로 사용할 수 있습니다 . [14] 전기 도금의 대안 [ 편집 ]전해 환원을 포함하지 않는 고체 기판에 금속 코팅을 생산하는 여러 가지 대체 공정이 있습니다.
역사 [ 편집 ]최초의 전기 도금은 파르티아 제국 시대 에 이루어 졌을 것입니다 . Wilhelm König는 1930 년대 에 이라크 국립 박물관의 조수였습니다. 고대 이라크에서 매우 얇은 금으로 도금 된 매우 미세한은 물체를 여러 개 관찰했으며, 그 물체가 전기 도금되었다고 추측했습니다. [15] [16] [ 순환 참조 ] . 그는 1938 년 에 페르시아 의 파르티아 제국 ( 기원전 150 ~ 223 년)과 사사 니아 제국 ( 서기 224 ~ 650 년) 의 수도 인 크테 시폰 (Ctesiphon) 의 대도시 근처에서 발견 된 파르티아 포대 를 언급함으로써 자신의 생각을 확증했습니다.. 이 장치가 실제로 배터리 였는지 여부와 그에 사용 된 장치는 연구자들 사이에서 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. [17] 현대 전기 화학은 이탈리아어 화학자에 의해 발명되었다 루이지 발렌티노 Brugnatelli Brugnatelli 그의 동료 사용 1805 년 알레산드로 볼타 오년 이전의의 발명에 따르면, 동 전기 더미 최초의 전착을 촉진하기 위하여. Brugnatelli의 발명품은 프랑스 과학 아카데미에 의해 억제되었으며 이후 30 년 동안 일반 산업에서 사용되지 않았습니다. 1839함으로써, 과학자 영국 과 러시아는 독립적으로의 전기 도금 구리에 대한 Brugnatelli의 유사 금속 증착 공정 고안 한 보도 인쇄 플레이트. 러시아의 Boris Jacobi 는 갈바 노 플라스틱을 재발견했을뿐만 아니라 전기 타이핑 과 갈바 노 플라스틱 조각을 개발했습니다 . Galvanoplastics는 발명가 Peter Bagration , 과학자 Heinrich Lenz 및 공상 과학 소설 작가 Vladimir Odoyevsky 와 같은 사람들이 모두 기술 개발에 기여 하면서 러시아에서 빠르게 유행했습니다 . 중반 19 세기 전기 사용의 가장 악명 높은 사례 중 러시아의 거대한 galvanoplastic 조각이었다 성이 삭 성당 에서 상트 페테르부르크 와 금 전기 도금 돔 의 그리스도 구세주 성당 에서가모스크바 , 세계에서 가장 높은 정교회 . [18] 얼마 지나지 않아 영국 버밍엄의 John Wright 는 시안화 칼륨 이 금과은 전기 도금에 적합한 전해질 임을 발견했습니다 . Wright의 동료 인 George Elkington 과 Henry Elkington은 1840 년에 전기 도금에 대한 최초의 특허를 받았습니다.이 두 사람은 버밍엄 에서 전기 도금 산업을 설립 하여 전 세계로 퍼졌습니다. 현재 버밍엄 과학 박물관의 Thinktank 에있는 1844 년 의 Woolrich 전기 발전기 는 업계에서 사용되는 최초의 발전기입니다. [19] Elkingtons 에서 사용했습니다 . [20] [21][22] NORDDEUTSCHE AFFINERIE 에서 함부르크는 1876 년에 생산을 시작하는 최초의 현대 전기 도금 공장이었다 [23] 전기 화학 의 과학이 성장함에 따라 전기 도금과의 관계가 이해되고 다른 유형의 비 장식 금속 전기 도금이 개발되었습니다. 니켈 , 황동 , 주석 및 아연 의 상업적 전기 도금은 1850 년대에 개발되었습니다. Elkingtons의 특허를 기반으로하는 전기 도금 조 및 장비는 수많은 대규모 물체의 도금을 수용하고 특정 제조 및 엔지니어링 응용 분야를 위해 확장되었습니다. 도금 산업은 19 세기 후반 발전기 개발의 도래로 큰 활력을 얻었습니다 . 더 높은 전류를 사용할 수 있으므로 부식 방지 및 향상된 마모 특성이 필요한 금속 기계 부품, 하드웨어 및 자동차 부품은 더 나은 외관과 함께 대량으로 처리 될 수 있습니다. 두 차례의 세계 대전과 성장하는 항공 산업은 경질 크롬 도금 , 청동 합금 도금, 설파 메이트 니켈 도금 및 기타 수많은 도금 공정 과 같은 공정을 포함한 추가 개발 및 개선에 박차 를가했습니다. 도금 장비는 수동으로 작동되는 타르 라이닝 된 목재 탱크에서 시간당 수천 킬로그램의 부품을 처리 할 수있는 자동화 장비로 발전했습니다 . 미국 물리학 자 Richard Feynman 의 첫 번째 프로젝트 중 하나는 플라스틱에 금속을 전기 도금하는 기술을 개발하는 것이 었습니다 . Feynman은 친구의 원래 아이디어를 성공적인 발명품으로 발전시켜 고용주 (및 친구)가 자신이했지만 다른 방법으로는 이행 할 수 없었던 상업적 약속을 지킬 수 있도록했습니다. [24] 선체 셀 [ 편집 ]선체 세포 질적으로 전해 욕의 상태를 확인하는 데 사용되는 시험 세포의 유형이다. 전류 밀도 범위 최적화, 첨가제 농도 최적화, 불순물 효과 인식 및 매크로 투사 능력 표시가 가능합니다. [25] 선체 세포는 실험실 규모의 도금 욕을 복제. 정류기에 연결된 적절한 양극 인 도금 용액 샘플로 채워집니다 . "작업"은 수조의 "건강"을 표시하기 위해 도금 될 선체 세포 테스트 패널로 대체됩니다. 선체 셀은 267 mL의 용액을 담는 사다리꼴 용기입니다. 이 모양을 사용하면 테스트 패널을 양극과 비스듬히 배치 할 수 있습니다. 결과적으로 퇴적물은 선체 셀 눈금자로 측정 할 수있는 다른 전류 밀도로 도금됩니다. 용액 부피는 첨가제 농도의 정량적 최적화를 가능하게합니다. 267mL에 1g을 추가하면 도금 탱크에서 0.5oz / gal에 해당합니다. [26] Haring–Blum 세포 [ 편집 ]Haring–Blum 셀은 도금 조의 매크로 투사 력을 결정하는 데 사용됩니다. 셀은 중간에 고정 양극이있는 두 개의 병렬 음극으로 구성됩니다. 음극은 1 : 5의 비율로 양극에서 떨어진 거리에 있습니다. 매크로 투사 전력은 특정 시간 동안 직류가 흐를 때 두 음극의 도금 두께에서 계산 됩니다. 셀은 방풍 또는 유리로 제작됩니다 . [27] [28] 참조 [ 편집 ]
참고 문헌 [ 편집 ]
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Electroplating 공정 - Electroplating gongjeong
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