자동차 부품용 Zn-Ni합금도금의 품질 향상

기술지원

2008. 07. 31.

지원기관 : 한국기계연구원 부설

재료연구소

참여기업 : 금강금속

지 식 경 제 부

제 출 문

지 식 경 제 부 장 관 귀 하

본 보고서를 “자동차 부품용 Zn-Ni합금도금의 품질향상에 관한 기술지원”(지원기간

: 2007 07. 01. ~ 2008. 06. 30.)과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다.

2008. 07. 31.

지원기관 ： 한국기계연구원 부설 재료연구소

(대표자) 김 학 민

참여기업 : 금강금속

(대표자) 박 귀 용

지원책임자 : 장 도 연(KIMS)

참여연구원 : 이 규 환(KIMS)

〃 : 이 상 열(KIMS)

〃 : 조 영 국(KIMS)

〃 : 박 귀 용(금강금속)

〃 : 문 춘 득(금강금속)

〃 : 정 윤 정(금강금속)

기술기원성과 요약서

과제고유번호 연구기간 2007. 07. 01.〜2008. 06. 30.

연구사업명 부품소재전문기업기술지원사업

지원과제명 자동차 부품용 Zn-Ni합금도금의 품질향상 기술지원

지원책임자 장 도 연 지원연구원수

총 : 4 명

내부 : 4 명

외부 : 명

총

사업비

정부: 90 천원

기업: 90 천원

계: 180 천원

지원기관명한국기계연구원부설

재료연구소소속부서명 표면기술연구부

참여기업 기업명 : 금강금속 기술책임자 : 박 귀 용

요약(연구결과를 중심으로 개조식 500자 이내)보고서

면수193 page

희생양극의 원리를 이용한 방식코팅 방법의 하나로 ZnᅳNi, Zn-Fe 합금도금이

개발 되었으며 이들 도금층은 순 아연 도금층에 비하여 4-5 배의 내식성을 갖을

뿐만 아니라 열처리에 의해서도 내식성이 60-80% 유지되기 때문에 도금 단가가

높음에도 불구하고 고내식성을 요구하는 자동차 부품에 적용된다.

본 사업에서는 다음과 같은 내용을 수행함으로써 자동차 부품용 Zn-Ni 합금 도

금 제품의 품질 안정화 및 특성 향상 및 불량률을 최소화함으로써 매출액의 증

대, 수출물량 수주, 생산성의 향상이 이루어 졌다.

- Zn-Ni 합금도금공정 표준화 및 최적 도금 조건 확립

- 도금액 및 크로메이트 용액 관리 표준화

- 도금층의 성능평가 방법 확립

ᅳ 불량원인 분석 및 해결방안 도출로 불량 발생율 최소화

색 인 어

(각 5개 이상)

한 글합금도금, 아연-니켈, 내식성, 3가 크로메이트, 자동차

부품

영 어alloy plating, Zn-Ni, corrosion resistance, trivalent

chromium chromate, automotive prats

기술지원성과 요약문

1. 사업목표

자동차 부품용 Zn-Ni 합금 도금 제품의 품질 향상

- 현장 도금공정 표준화 및 최적 도금 조건 확립

- 도금액 및 크로메이트 용액 관리 표준화

- 도금층의 성능평가 방법 확립

- 도금층의 품질향상 방안 강구

- 불량 발생율 최소화

2. 기술지원내용 및 범위

- 부품 종류별 소재 결함 및 도금 조건별 불량 원인 분석 및 해소방안

- 현장 도금공정 표준화 및 최적 도금 조건 확립

- 도금액 및 크로메이트 용액 관리 표준화

- 도금층의 성능평가 방법 확립

- 도금층의 품질향상 방안

3. 지원실적

지원항목지원내용

비고기술지원前 기술지원後

ο 생산 공정 검토 및 작업 표준화 공정개선 및 작업

표준서 재작성

ο 액분석 방법 및 관리방안 설정 도 금 액 분 석 방 법

도출

ο 도금층 특성개선 및 평가방법 확립

- 외관불량(건/월)

- 내식성(염수분무시험, hr.)

- 도금두께 관리

- 균일전착성

- 합금조성

800

20 %

10-20 wt.%

1

>1, 000

15 %

30 % 향상

12-18 wt.%

ο 불량원인 분석 및 해결방안 도출

- 불량률 감소10 건/ 월 1 건/월

4. 기술지원 성과 및 효과

1) 해당기술 적용제품

ο 적용제품명 : Bolt, Nut, Bracket,

ο 모 델 명 : 아연 및 아연합금도금 자동차 부품

2) 품질 및 가격

구 분 경쟁 제품해당기술 적용제품

비 고지원전 지원후

경쟁제품 대비 품질Zn-Ni

합금도금제품10건/월 1건/월

납품업체 품질검사

내식성 1,000시간

경쟁제품 대비 가격Zn-Ni

합금도금제품1,800원/kg 1,400원/kg 도금단가

※ 객관화 된 DATA를 근거로 작성

3) 원가절감 효과

구 분 절 감 금 액 비 고

원부자재 절감 180 백만원/년 ( 60 %)

인건비 절감 120 백만원/년 ( 40 %)

계 300 백만원/년 ( 100 %)

※ 공정개선 및 품질향상 등으로 인한 절감효과 반영

4) 적용제품 시장전망(매출성과)

구 분 당해연도 매출 차년도 예상매출 전년대비 증가비율 비고

내 수2, 230

백만원/년

3, 032

백만원/년36 %

수 출 0 천달러/년 200 천달러/년 > 100 %

계2, 230

백만원/년

3, 240

백만원/년45 %

참고) 1. 적용제품 주요수출국 : 일본

2. 작성당시 환율기준 : 1, 039 원 / US $

5) 수입대체효과

모델명 당해연도 수입액 차년도수입액 수입대체금액 비 고

천달러/년 천달러/년 천달러/년

천달러/년 천달러/년 천달러/년

계 천달러/년 천달러/년 천달러/년

6) 해당기술의 기술력 향상 효과

- 수출용 아연도금 부품의 내식성 향상으로 수출규격 합격

(수출개시 2008년 5월, 수출금액 약 2만 달러/월)

- 기술력 향상에 의한 기업능력 향상 인증 획득

• 이노비즈

• 유망중소기업 확인

• 벤처기업 확인서

7) 기술적 파급효과

- 생산공정 개선 및 작업 표준화에 의한 공정 안정화로 생산성 안정

- 액분석 방법 설정 및 관리방안 설정으로 품질 안정화

- 도금층 특성 개선으로 품질 향상

- 불량률 감소로 인한 생산성 향상 및 생산원가 절감

5. 적용기술 인증, 지적재산권 획득여부

1) 규격, 인증획득

인증명 품목 인증번호 승인기관 인증일자

INO-BIZ 제8021-0524호부산 울산 지방

중소기업청2008. 3. 5.

유망중소기업지정 제2007232호 부산은행 2007. 11. 2.

벤처기업 제20080200533호 기술보증기금 2008. 3. 11.

2) 지적재산권

종 류 명칭 번호발명자

(고안자)권리자 실시권자

비고

(등록, 출원)

6. 세부지원실적

항 목지원

건수지 원 성 과

기술정보제공 32 건 Zn-Ni 합금 도금 관련 국내외 기술정보 자료

시제품제작 0 건

양산화개발 0 건

공정개선 0 건

품질향상 6 건밀착불량, 이물질 부착, 내식성 개선 등과 관련 된 불

량원인 분석

시험분석 4 건

- Zn-Ni합금 도금액의 Zn, Ni 성분 분석

- 3가 크로메이트 처리액의 처리량에 따른 금속 성

분 변화량(Cr, Fe, Zn) 분석(2건)

- Zi-Ni합금 도금액 및 아연말 처리후의 도금액 성분

변화 분석

수출 및 해외바이어발굴 0 건

교육훈련 6 건

- 아연도금의 전처리 관리 기술

- 아연 도금욕의 관리 포인트

- 아연계 합금 도금의 관리 포인트

- 크로메이트 처리액의 관리 포인트

- 아연도금의 기초적인 지식

- 크로메이트 처리의 방법

기술마케팅/경영자문 0 건

정책자금알선 0 건

논문게재 및 학술발표 0 건

사업관리시스템

지원실적업로드 회수18 건

참여기업 방문회수 18 건 Zn-Ni합금 도금층의 내식성 향상 기술 협의 외 17건

기 타 0 건

※ 상기 세부지원실적에 대한 세부내용 첨부

7. 종합의견

- 본 기술지원사업을 통하여 생산 공정의 종합적 검토 및 작업표준 설정, 도금

공정과 관련 된 액의 분석 방법 및 관리 방법 습득으로 공정 안정화와 이에 따

른 품질 안정화 달성

- 불량발생의 원인분석 및 해결을 통하여 원가절감 및 생산성 향상은 물론 제품

납기지연 문제를 해결

- 기업의 기술력 향상 및 매출증가에 의한 재정적 견실로 이노비즈, 유망중소기

업, 벤쳐기업 확인서 획득

ᅳ 도금층의 품질향상을 통하여 수출규격 합격으로 아연도금 자동차 부품의 수

출 가능

□ 연구과제(세부과제) 성과

1. 과학기술 연구개발 성과

□ 논문게재 성과

2. 사업화 성과

□ 특허 성과

○ 출원된 특허의 경우

○ 등록된 특허의 경우

□ 사업화 현황

□ 고용창출 효과

□ 세부지원실적 증빙 내용

1. 참여기업 현장방문 : 18건

2. 기술정보제공 : 32 건

3. 시제품제작 : 건

4. 시험분석 : 4 건

5. 기술지원실적 업로드 : 18 건

목 차

제 1 장 사업의 개요

제1절 기술지원 필요성

제2절 기술지원 목표

제3절 기술지원 내용

제2장 국내외 기술현황

제1절 세계적 수준

제2절 국내 수준

제3절 국내·외의 연구현황

제 3 장 기술지원 수행 내용 및 결과

제1절 기술지원 수행 내용

제2절 기술지원 성과

제 4 장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도

제1절 지원목표의 달성도

제2절 기술발전 기여도

제 5 장 기술지원결과의 활용계획

제 6 장 참고 문헌

부 록

제 1 장 사업의 개요

제 1 절 기술지원 필요성

ο 참여기업의 현황 및 애로기술

금강 금속은 각종 자동차 부품을 도금하여 매출의 약 70% 이상을 현대자동차에 납

품하는 업체이다. 기존에 적용해오던 아연도금을 아연-니켈(Zn-Ni) 합금도금으로

전환되면서 이에 따른 자동차 원청업체로 부터의 고내식성 제품을 요구받고 있으

나, 도금약품 및 도금공정의 불안정으로 인하여 제품의 품질이 균일하지 않은 관계

로 내식성이 떨어지고, 원가상승과 납품시기 지연 등의 문제가 있어 이에 대한 해

결이 시급한 실정이다.

< 애로 기술 >

- 공정검토에 의한 품질안정화 및 생산성 향상

- 전처리 용액, 도금용액, 크로메이트 용액 등의 분석 및 관리방안

- 도금층의 특성 평가 기술 확립 및 품질 향상

- 도금불량(균일성, 밀착성, 얼룩 등)의 원인분석 및 해결방안 도출

제 2 절 기술지원 목표

ο 자동차 부품용 Zn-Ni 합금도금 제품의 품질 향상

- 현장 도금공정 표준화 및 최적 도금 조건 확립

- 도금액 및 크로메이트 용액 관리 표준화

- 도금층의 성능평가 방법 확립

- 도금층의 품질향상 방안 강구

- 불량 발생율 최소화

제 3 절 기술지원 내용

ο 생산공정 검토 및 작업표준 설정

- 전체 생산공정 검토

- 작업조건 변수에 따른 물성변화 측정

- Database 작성 및 작업표준 설정

ο 처리액 분석 및 액관리 방안 설정

- Zn-Ni 합금도금액

- 3가 크롬 크로메이트 용액

ο 도금층 특성개선 및 평가 방법 확립

- 외관 및 내식성

- 도금두께 및 균일전착성

- 합금조성

ο 불량 항목 조사 및 원인 분석

- 소재, 공정, 형상 별 불량유형 분석

- 불량원인 분석 및 해결방안 도출

ο 기술정보 자료제공

제 2 장 국내외 기술현황

제 1 절 세계적 수준

희생양극의 원리를 이용한 아연도금이 사용된 이래 내식성을 증가시키기 위한 방안

의 하나로 Zn-Ni, Zn-Fe 합금도금이 개발되었으며 이들 합금 도금층은 순 아연 도

금층에 비하여 4-5배의 내식성을 갖을 뿐만 아니라 열처리에 의해서도 내식성이

60-80% 유지 되기 때문에 도금 단가가 높음에도 불구하고 고내식성을 요구하는

자동차 부품에는 이의 적용이 지속적으로 증가되고 있는 상황이다. Zn-Ni 합금도금

액은 황산욕, 염화욕, 알칼리욕, 암모니아욕 등이 있으며 현재 현장에서는 알칼리욕

이 많이 사용되고 있다.

타 도금에서와도 마찬가지로 이 합금도금의 약품들은 유럽의 Coventya사나

Atohtech 사 등에서 개발되어 국내에서도 수입되어 판매 사용되고 있으며 국내시장

의 주류를 이루고 있다. 일본에서는 Dipsol 사와 日本表面化學주식회사 등에서 개

발되어 판매되고 있으나 유럽 시장의 제품에 비하여 단점이 많이 노출되어 일본 제

품의 국내의 사용량은 축소되어 있는 실정이다.

이들 도금의 산업분야에 적용을 위해서는 도금액의 수명과 성능이 개선되어야 하며

도금층의 외관과 균일전착성의 향상, 불순물에 대한 민감도 저하 등을 위하여 도금

액 조성의 modify 및 첨가제의 개발이 필요하다.

또한, Zn-Ni 도금층의 내식성은 Ni의 함량이 13 % 일 때 가장 높은 것으로 알려져

있으며 도금층 단독으로 사용되기 보다는 크로메이트 처리를 병용하여 염수분무시

험 1, 000 시간 이상의 내식성을 가질 수 있다. 근래에 와서는 3가 크롬 크로메이

트를 사용해야 하기 때문에 이에 대한 지속적인 연구개발도 필요하다.

제 2 절 국내수준

국내에서의 Zn-Ni 합금도금은 주로 내식성이 크게 요구되는 자동차부품을 중심으

로 적용되고 있으며 매년 약 20%의 매출 증가를 보이고, 주로 bolt류, pipe류, clip

류 등에 적용된다. 현대 자동차에서는 아연도금이 적용되던 많은 부분의 조립부품

에 Zn-Ni 합금도금으로 전환하여 적용하고 있으며 그 물량은 일본에서 사용하고

있는 양보다 적지 않은 것으로 알려져 있다.

사용되는 도금액은 도금 부품의 신뢰성을 확보하기 위하여 전량 국외에서 수입하고

있으며 전 작업조건 범위 내에서 합금 조성량이 균일하고 균일전착성이 우수한 알

칼리욕을 주로 사용한다. 그러나 알칼리욕은 다른 황산욕이나 염화 물욕에 비하여

기술적 자료가 적고 국내에서도 개발의 역사가 짧은 3가 크롬 크로메이트를 병용하

여 사용하기 때문에 품질에 문제가 생기는 사례가 잦은 편이다

제 3 절 국내·외의 연구현황

제 3 장 기술지원 수행 내용 및 결과

제 1 절 기술지원 수행 내용

1. 표준공정 설정

가. 아연 니켈합금 도금라연 공정도

나. 아연 도금라인 공정도

다. 작업 현장 사진

라. 도금액 성능 평가

정해진 작업 조건을 관리하는데 있어서 도금액 기본 조성 성분 분석은 쉽게 분석하

여 수행할 수 있지만, 미량의 유기물과 그 분해 생성물질 그리고 금속 불순물에 대

한 미량 분석은 쉽게 실시하기 곤란하기 때문에 이들 불순물과 분해 생성물 등이

도금에 어떠한 영향을 미치는지를 알 수 있는 방법이 바로 할셀시험으로 가능한 것

이다. 뿐만 아니라 전류밀도 분포, 성분 변동, 첨가제 허용범위, 도금 작업 온도,

pH, 교반비율, 양극 효율 등 많은 작업 조건까지도 작은 규모로 만들어진 할셀시험

장치를 사용함으로써 신속하게 알아 볼 수 있게 된다. 따라서 전기도금에 있어서

도금액 관리나 도금기술 개발에는 할셀시험이 많이 사용되고 있다. 할셀을 사용하

면 음극 전류밀도, 온도, pH등의 전기 적용 상태를 파악하고, 도금액 조성과 첨가

제 그리고 불순물이 도금의 특성에 미치는 영향력을 검사할 수 있다. 할셀시험에서

음극 시편에 석출된 도금 표면을 관찰하면 적정 전류밀도 범위를 알 수 있고, 그

범위 내에서 주어진 도금액의 온도, pH, 도금액 조성, 첨가제 그리고 불순물 등을

기술적으로 관리하여 훌륭한 도금을 할 수 있게 된다. 뿐만 아니라 음극에 석출된

도금으로 정상적인 물리적, 기계적 성질을 파악할 수도 있으므로 도금액의 성능을

평가할 수 있는 훌륭한 도금 장치이다. 그림 1에 사다리꼴형 표준 할셀(267㎖)의

모형도를 나타내었다.

그림 1. 사다리꼴형 267㎖ 표준 할셀 모형도

그림에서 나타나듯이 할셀시험에서 음극면은 양극면에 대해서 평행이 아닌 경사면

(29°)이 되도록 할셀에 설치하는데 그 이유는 양극 표면을 기준으로 음극표면의 경

사면이 양극에서 멀어질수록 전류밀도가 적어지게 하여 공급되는 총 전류가 양극에

서 가까운 곳과 먼 곳의 표면에 규칙적으로 변화된 전류밀도로 형성되어지게 하기

위해서 일정한 경사면이 되도록 규정되어진 것이다.

이러한 연유로 높은 전류밀도에서부터 낮은 전류밀도에 이르기까지 규칙적인 전류

밀도로 1개의 음극표면에 도금이 되도록 하여 도금된 표면을 관찰함으로써 도금 상

태를 비교 평가 할 수 있게 한 것이다.

본 실험에 사용된 도금액 조성과 할셀 시험 조건은 다음과 같다.

소재는 철판을 사용하였으며, 도금된 할셀시편을 금강금속과 KIMS에서 각각 전류

밀도별로 형광 도금두께 시험기로 도금 두께를 측정하여 비교하였고, 정확한 두께

확인을 위하여 단면을 절단하여 광학 현미경으로 두께를 관찰하여 형광 도금두께

측정기의 데이터와 비교 분석을 하였다.

표 1. Hull Cell 도금층 두께 측정 비교

도금 두께 측정을 한 결과 금강 금속에서 X-Ray도금두께 측정기로 측정한 값은 현

미경 측정값의 근사치로 결과가 나왔는데 비해, KIMS에서 보유하고 있는 CMI 형광

도금두께 측정기로 측정한 결과치에서는 오류가 있는 것으로 판단되었으며, KIMS

표준 시편에 문제가 있는 것을 판단되어 금강금속의 X-Ray 도금두께 측정기의 표

준시편으로 Calibration하여 두께를 측정하였다. 또한 전 전류밀도 범위에서 광택이

양호한 도금층을 얻을 수 있었다.

2. 도금 및 크로메이트욕 분석 및 관리

가. 도금액 분석 방법

(1) Zn 및 NaOH 성분 분석

※ 계산 : 금속 Zn (g/ℓ) = 1.308 x 0.1M-EDTA 소비 ㎖ (B ㎖) x factor

NaOH (g/ℓ) = 8 x 1M HCI 소비 ㎖ (A ㎖) x factor

(2) Na2CO3 성분 분석

※ 계산 : Na2CO3 (g/ℓ) = [(A - B - 0.153 x Zn 농도(g/ℓ)/f] x 10.6 x factor

나. 도금액의 Zn 및 Ni 성분비율 분석 및 분석방법 검토

아연-니켈합금 도금액을 작업 기준에 따라 액을 건욕하고 작업을 진행함에 따라 아

연과 니켈의 성분비의 변화를 관찰하기 위하여 건욕을 하였을 때와 아연말 처리를

하였을 때, 그리고 작업을 어느 정도 진행하였을 때의 변화를 표2에 나타내었다.

또한 표 3에 ICP와 습식분석을 통한 성분 Data를 상호 비교하여 보았다.

표 2. 아연-니켈합금도금액에서 작업 시간에 따른 아연과 니켈의 성분변화

표 3. 아연-니켈합금도금액의 분석방법에 따른 성분 변화

ICP 분석 결과 건욕을 하였을 때와 아연말 처리를 하였을 때에는 Zn성분은 미달되

었으며, Ni성분은 기준보다 초과하는 양이 검출되었고, 일정한 작업을 수행하고 난

후의 도금액 성분 변화는 Zn성분은 미달된 반면 Ni성분은 기준에 합당한 것으로 나

타난 것으로 보아 매일 도금액 분석을 통하여 Zn과 Ni의 성분비를 적정 수준으로

맞추어 줄 필요가 있다.

또한 습식분석을 통하여 Zn과 Ni 및 NaOH성분을 분석하여 보았는데 습식분석 방

법으로는 Zn과 NaOH성분만 분석이 가능하였고, 습식 분석법의 데이터와 ICP분석

법의 데이터가 비슷하게 나와서 습식으로도 가능한 것으로 나타났지만, Ni성분은

ICP나 AA분석기를 이용하는 방법 이외 다른 방법은 없는 것으로 결과가 나왔다.

다. Zn-Ni 도금용 크로메이트 처리액의 성분 변화

아연-니켈합금도금용 3가 크로메이트 처리제의 액 수명을 관찰하기 위하여 건욕

직후부터 하루에 약 3톤의 물량을 처리한 후의 처리액 성분 변화를 ICP로 분석하

여 표4와 같은 결과를 얻었다.

표 4. 아연-니켈합금도금용 3가 크로메이트 처리액의 생산량별 성분 변화

그림 2. 아연-니켈합금 도금용 3가 크로메이트 처리액의 생산량별 성분 변화

그림 2에서 나타난 것과 같이 생산량이 증가할수록 Cr과 Fe성분 변화는 거의 없었

지만, Zn성분이 증가되었다. 액의 관리 기준에 따르면, Cr관리 기준은 약 3g/ℓ정도

로 유지되도록 약품 보충을 해 주고 있지만, Fe성분은 폐기 기준이 8g/ℓ로, 생산량

의 증가에 비해 Fe성분의 상승분이 미미한 것을 알 수 있다. 그러나 Zn성분은 작

업량의 증가에 따라 급속하게 증가되는 것을 알 수 있다. Zn의 폐기 기준은 30g/ℓ

로, 작업량이 대략 30Ton 정도 처리하였을 때 폐기하도록 하는 것이 좋다.

라. Zn 도금용 3가 크로메이트 처리액의 성분 변화

아연도금용 3가 크로메이트 처리제의 액 수명을 관찰하기 위하여 건욕 직 후부터

하루에 약 3.5톤의 물량을 처리한 후의 처리액 성분 변화를 ICP로 분석하여 표5에

나타내었다.

표 5. 아연도금용 3가 크로메이트 처리액의 생산량별 성분 변화

그림 3. 아연도금용 3가 크로메이트 처리액의 생산량별 성분 변화

그림3에서 나타난 것과 같이 생산량이 증가하여도 Zn과 Fe성분 변화는 거의 없었

다. 액의 관리 기준에 따르면, Zn의 관리 기준은 약 3~4g/ℓ가 유지되도록 하고 있

으며, Zn의 폐기 기준인 약 8g/ℓ가 될 때까지 연속적으로 작업이 가능하다는 것을

알 수 있다.

3. 불량 원인 분석 및 개선

가. 도금 두께의 균일성

실제품의 도금두께 분포를 측정하기 위하여 다음의 조건으로 ball joint 제품을 도금

하여 부위별 두께를 측정한 결과를 나타내었다.

도금액 농도 및 도금작업 조건

Ball joint 시험제품의 형상

도금된 제품의 부위별 도금두께

전류밀도별 도금두께 변화, 즉 전류 효율의 변화상태를 측정하기 위하여 헐셀 시험

을 하였고 좌로부터 10 와 0.7 의 위치의 도금두께를 측정하였다.

Hull Cell 시편의 전류밀도별 도금두께 차이

전류밀도가 증가하면 전류 효율이 극격히 감소하여 전류밀도비 보다 도금두께의 비

가 훨씬 작아져 비교적 도금두께의 불균일도를 낮출 수 있게 됨을 알 수 있다.

나. 도금층 표면상태 및 Ni 함량

(1) Hull Cell 시험편의 표면 형상 및 성분 분석

(가) 건욕액

(나) 자동 바렐욕

(다) 수동 바렐욕

ο Hull cell시험편

- 건욕액에서는 Ni의 함량이 대체로 높게 나타남.

- 표면층이 대체로 평활하고 사용액에서는 표면에 pit가 나타남.

- 사용액에서는 철 분순물의 함량이 약 2-4%정도 나타남.

◆ 실 제품의 품질평가

ο 바렐도금 제품

- 모든 제품의 표면층이 평활하지 못하고 둥근입자의 형상을 하고 있음.

- 표면에 많은 균열이 존재하고 있으며, 단면 사진에서도 나타남.

- Ni함량이 약 12-15%, 철 불순물이 약 2-4wt.%를 함유하고 있음.

(2) 제품별 품질 특성 조사

① 평면부

② 모서리부(고전류밀도부)

③ 부(저전류밀도부)

④ 부(고전류밀도부)

⑤ Bracket 고전류밀도부위

ο 결과 요약 :

• 도금 두께 두꺼움

• 표면 Nodule 형성

• 도금층 취약 - 균열발생

• 도금층 조성 - Ni의 함량은 높아지고 Fe 함량은 낮아짐

⑥ 저전류밀도부위

ο 결과 요약 :

• 도금두께 얇음

• powder 형상의 표면층 형성

• 도금층 거칠고 두께가 불균일

• 도금층 조성 - Ni의 함량은 낮아지고 Fe 함량은 높아짐

(3) Ball Joint 제품의 도금층의 박리 문제

(가) 박리 발생 원인 분석

(나) 표면 SEM 및 EDS 분석

(다) 단면 SEM 및 EDS 분석

(4) 나사부 이물질 오염

(5) Baking된 도금층 내식성 개선

수출용 고장력 볼드 부품에 적용되는 아연도금은 수소취성 제거를 위하여 200°C

정도에서 baking 처리를 하게 되어있다. 통상적으로 내수용 베이킹 처리품에 대해

서는 24시간동안 백청이 발생되어서는 안 된다. 그러나 일본 수출용 제품은 베이킹

처리의 유무와 관계없이 염수분무시험 72시간 동안 백청이 발생되어서는 안되며,

또한 192시간 동안 적청이 발생되어서는 안된다.

이와 같은 기준에 적합한 제품을 생산하기 위해서는 현재보다 더 좋은 내식성 확보

가 필요하게 되었다. 따라서 여러 가지 공정을 검토하고 실험을 통하여 내식성 향

상을 위한 실험을 하였다.

① 할셀 시험을 통한 내식성 실험

도금 조건 : 1.0A/dm2, 25°C, 40분, Hull Cell Test 시편 사용

< 내식성 시험 결과 >

② 소재의 경도 확인 실험

원 소재와 도금과 활성화 처리를 하고 크로메이트 처리를 마친 소재, 도금만 하고

베이킹 처리를 한 소재의 경도를 그림4의 Rockwell Hardness Test로 각각 확인해

보았으나, 원 소재나 각 공정을 거친 소재 모두 HRc 30 이상의 경도가 유지되는

것을 확인하였다. 따라서 소재의 경도에 기인한 내식성 문제는 아니라는 것을 확인

할 수 있었다.

③ 현장 시편(볼트류)의 공정별 표면 조직(1,000배)

④ XRD 분석 결과

⑤ Baking 조건별 도금 표면 사진(1,000배)

⑥ Baking 조건별 EDS분석 결과(산소 함량의 차이점 확인)

⑦ 시편의 염수분무 시험

(a) 염수분무 시험 결과

(b) 염수분무시험 전후의 시편 형상

⑧ 현장 시편(볼트류)의 조건별 내식성 시험

(a) 150℃, 200℃, 250℃ 3종류로 4시간 베이킹 처리 후 활성화 처리를 하고 3가

크로메이트 처리 후 염수분무 시험 실시(3차 실시)

※ 공정 : 도금 → Baking처리(온도별) → 활성화 → 수세 → 3가 크로메이트 처리

→ 수세 → 건조 → 염수분무 시험

- 1차

- 2차

- 3차

(b)도금 공정의 변화에 따른 내식성 시험(2차 실시)

각 온도별로 공정을 변화시킨 후 4시간 베이킹 처리를 하고 활성화 처리를 한 다음

3가 크로메이트 처리 및 염수분무 시험 실시

※ 공정 변화 : 도금 → 활성화 → 수세 → 건조 Baking(온도별) → 활성화 → 수

세 → 3가 크로메이트 → 수세 → 건조 → 염수분무 시험

- 1차

※ 공정 변화 : 도금 → 활성화 → 수세 → 크로메이트 → 수세 → 건조 → Baking

→ 활성화 → 3가 크로메이트 → 수세 → 건조 → 염수분무시험

- 2차

(C) 3가 크로메이트 처리 약품의 개선

기존 사용하고 있던 Alkaline(K사 제품)PERFORMA 285 3가 크로메이트 처리제 대

신에 일본에서 개발된 Cr농도가 2배가량 높은 TR-175J (JASCO사)약품을 사용하

여 기존 공정대로 처리를 하고 내식성 시험을 하였다.

※ 공정 변화 : 도금 → Baking(200℃) 또는 No Baking → 수세 → 3가 크로메이

트(TR-175J) → 수세 → 건조 → 염수분무 시험

(6) 기타 지술지원 내용

(가) 아연-니켈합금 도금층의 내부의 Fe성분 함유 유무 분석

아연-니켈합금 도금의 내식성 향상을 위하여 구리 시편상에 그림5와 같은 도금셀

을 이용하여 합금도금을 하고 도금된 시편의 단면을 분석하여 도금층 내부의 Fe성

분 유무를 분석해 보았다.

본 실험에 사용된 도금액 조성은 다음과 같다.

그림 5 도금 셀

분석 결과 Zn-Ni 합금 도금층 내부에는 Fe성분이 없었으며, 도금용액 건욕시 도금

액 색상은 자주빛이었으나, 금강금속 사용액은 붉은색을 띠고 있었다.

(나) 아연-니켈합금도금 후 흑색 크로메이트층의 내식성 시험

- 적청 발생시 까지

제 2 절 기술지원 성과

1. 기술지원 체계 및 일정

2. 인력 및 연구기자재 활용실적

가. 수행인력

나. 연구가자재

제 4 장 목표 달성도 및 관련분야에의 기여도

1. 기술적 달성도

2. 원가절감 효과

3. 매출 증가

4. 인증서 획득

제 5 장 기술지원결과의 활용계획

본 기술지원 사업을 통하여 생산 공정의 종합적 검토 및 작업표준 설정, 도금공정

과 관련된 액의 분석 방법 및 관리 방법 습득으로 공정 안정화와 이에 따른 품질

안정화 달성 하였고 불량발생의 원인분석 및 해결을 통하여 원가절감 및 생산성 향

상은 물론 제품납기 지연 문제를 해결하였다.

도금층의 품질향상을 통하여 수출규격 합격으로 아연도금 자동차 부품의 수출 가능

하여 월 약 2,000 만원의 수출을 시작하였으며 기업의 기술력 향상 및 매출증가에

의한 재정적 견실로 이노비즈, 유망중소기업, 벤쳐기업 확인서를 획득하였다.

이상의 실적과 생산 기반구축 경험을 통하여 향후 점차 고내구성이 요구되는 자동

차부품의 표면처리에 본 기술을 적용하여 생산성 향상과 품질증대, 원가절감 등을

추구하며 이러한 강점을 살려 자동차 부품분야와 각종 기계부품 분야에 신 수요를

창출할 계획이다.

제 6 장 참고 문헌

1. Alkaline zinc-nickel (12～15%) process (PERFORMA 280.5)

2. Black passivation for zinc/nickel 12～15%(FINIDIF 728.2)

3. Black passivation for zinc/nickel 12～15%(FINIDIF 728)

4. Bight blue passivation for zinc-nickel 12～15%(FINIDIF 128)

5. Trivalent Chrome Transparent Passivation for Electrolytic Zinc-Nickel (12～

16%)(FINIDIF 128.5)

6. Electrochemical behavior of zinc-iron intermetallic in an aqueous solution

containing NaCl and ZnSO4

7. .Effects of pre-treatments on the corrosion properties of electroless Ni-P

layers deposited on AlMg2 alloy

8. Development of a New Electrodepdsition Process for Plating of Zn-Ni-X

Alloys I .Corrosion Characteristics

9. Dependence of coating characteristics on deposition potential for

electrodeposited Zn-Ni alloys

10. The corrosion resistance of electrodeposited zinc-nickel alloy coatings

11. Corrosion resistance of a Zn-Ni electrodeposited alloy obtained with a

controlled electrolyte flow and gelatin additive

12. Corrosion of Zn alloy electrodeposits: morphology and structural changes

13. Corrosion behavior of pulse-plated Zn-Ni alloy coatings on AZ91

magnesium alloy in alkaline solutions

14. Corrosion behaviour of chromated Zn and Zn alloy electrodeposits

15. Chromiting, chromium(VI)-free Passivating Basecoat for Dletacoll on Zinc

and Zinc Alloys

16. Corrosion of Ni-Zn Electrodeposited Alloy

17. Effect of Corrosion Products on the Atmospheric Corrosion of

Electrdeposited Zinc and Zinc Alloy Coatings

18. Protective properties of epoxy coatings electrodeposited on steel

electrochemically modified by Zn-Ni alloys

19. A Cathodically-Deposited Mineral Coating for Replacement of Cr (VI) and

Cr(III) Treatments of Zinc

20. Microstructure and corrosion resistance of electrodeposited zinc alloy

coatings

21. Electrodeposited zinc alloy coatings

22. Electrochemical studies of zinc-nickel codeposition in sulphate bath

23. The effects of substrate material on the microstructure of pulse-plated

Zn-Ni alloys

24. Substitution of Cr(VI) - containing chromate coatings by the European

automobile industry

25. Study of the corrosion propeties of zine-nickel alloy electrodeposits

before and after chromating

26. Study of phase composition of Zn-Ni alloy electrodeposited in

acetate-chloride electrolyte at a temperature of 50℃

27. Residual stress distribution in electroplated Zn-Ni alloy layer datermined

by X-ray diffraction

28. Zn-Ni alloy deposits obtained by continuous and pulsed electrodeposition

process

29. An-Ni alloy coatings pulse0plated on magnesium alloy

30. Zine-nickel alloy coatings electrodeposited from a chloride bath using

direct and pulse current

31. The effects of substrate material on the microstructure of pulse-plated

Zn-Ni alloys

32. The metallurgy of zine-coated steel