기계 도금이란 무엇인가요?

기계 도금의 원리

전 세계적으로 매년 부식으로 인해 폐기되는 금속 재료 및 장비의 양은 연간 약 4분의 1~1/3 정도로 추산됩니다. 금속 생산. 금속의 부식과 보호를 연구하는 것은 매우 중요한 작업임을 알 수 있습니다. 그 중 가장 널리 사용되는 것은 전기 도금 및 열간 도금 공정입니다. 그러나 이 두 공정은 에너지 소비가 많고 적용 시 오염이 심각한 등의 단점이 있습니다. 특히 고강도 공작물을 도금하는 경우 효과가 이상적이지 않습니다. 전기도금의 수소 취성은 가공물의 기계적 강도에 큰 영향을 미치기 때문에, 용융 도금에서는 고온 어닐링이 과도한 온도(≥450°C)로 인해 강철에 악영향을 미칩니다. 이러한 문제의 존재로 인해 사람들은 새로운 부식 방지 프로세스를 지속적으로 탐색하게 됩니다.

기계 도금 공정은 지난 20~30년 동안 유럽, 미국, 일본 등 선진국에서 산업적으로 적용되는 신흥 표면 보호 기술이다. 아연층, 주석층, 카드뮴층, 알루미늄층 및 이들 금속의 혼합층은 모두 기계적 도금을 통해 얻을 수 있습니다. 다양한 비율의 아연과 카드뮴, 아연과 알루미늄, 아연과 주석, 카드뮴과 알루미늄을 혼합층에 증착하여 각 금속 증착층에 내식성 이점을 제공할 수 있습니다. 구리, 황동, 인듐, 금, 은, 납과 같은 기타 부드러운 연성 금속 분말도 기계적으로 증착할 수 있습니다. 이 고성능 코팅은 현장, 산업 및 해양 환경에서 10~30년 이상 동안 희생적인 양극 보호 기능을 제공합니다. 최근 몇 년 동안 기계 도금은 낮은 에너지 소비, 저비용, 간단한 공정, 다양한 공식, 쉬운 작동, 높은 생산 효율성, 수소 취성이 없고 환경 오염이 적다는 장점으로 인해 금속 스크레이퍼에 점점 더 선호되고 있습니다. 상온에서 수행되는 이 기술은 부품 업계의 주목을 받고 있으며 그 응용 가능성은 매우 넓습니다. 저자는 거의 10년 동안 기계 도금 기술 연구에 전념해 왔으며 코팅 표면 밝기, 복합 코팅 선택 및 중성 염수 분무 저항 테스트 시간 연장 분야에서 좋은 진전을 이루었습니다.

1 기계적 도금 공정

기계적 도금 공정은 활성화제, 금속 분말, 충격 매체 및 일정량의 물을 슬러리에 혼합하여 함께 드럼에 넣는 공정입니다. 건식 드럼의 회전에 의해 생성된 기계적 에너지와 활성화제 및 충격 매체의 기계적 충돌의 동시 작용으로 철 기반 표면에 아연 코팅이 점차적으로 형성됩니다. 분명히 이 공정의 원리는 용융 도금 및 전기 도금과 다릅니다. 실온에서 수행되며 고온에서 야금 반응이 없으며 열간 도금으로 형성된 수지상 결정 구조 및 금속 화합물이 없으므로 고온 어닐링으로 인한 공작물의 강도 특성에 대한 영향을 피합니다. 이 공정에서는 공작물 표면에 직접 작용하는 전기장이 없으므로 전기 도금 공정 중 환원 반응이 없으며 수소 취성의 생성 및 피해가 근본적으로 방지됩니다.

일반적인 기계적 도금 공정은 4단계로 요약할 수 있다. (1) 표면 전처리: 주로 가공물 표면의 오일 얼룩과 산화물을 제거하여 금속 매트릭스를 노출시켜 도금을 용이하게 하는 단계이다. (2) 플래시 도금(Flash 도금) : 철계의 산화를 방지하고 코팅과 모재의 긴밀한 결합을 촉진하기 위해 도금 전에 전처리된 표면에 얇은 금속층(보통 구리층)을 형성하는 경우가 많습니다. 이 공정은 30~90초밖에 걸리지 않으며 일반적으로 "플래시 구리"라고 합니다. (3) 도금 : 플래쉬 도금 후 도금단계로 들어갑니다. 도금 공정에 필요한 금속 분말 및 활성화제의 양은 주로 가공물의 표면적과 코팅 두께에 따라 달라집니다. 예를 들어, 전체 표면적이 1m2인 공작물에 25μm의 아연층을 도금하는 경우 약 200g의 아연 분말이 필요합니다. (4) 후가공 : 도금 후 분리 - 린스 - 건조 - 패시베이션 - 밀봉 등이 모두 이 단계에 속한다. 도금 후 공작물과 매체의 분리는 일반적으로 진동 스크린과 자기 분리기를 사용하여 수행됩니다. 분리된 매체는 재사용을 위해 드럼으로 돌아갈 수 있으며, 작업물은 헹구고 건조시킨 후 상자에 포장합니다. 필요한 경우 내식성을 향상시키기 위해 공작물을 추가로 부동태화하거나 유기적으로 밀봉할 수 있습니다.

기계적 아연도금 공정은 공정 순서에 따라 탈지 → 헹굼 → 산세(또는 쇼트 블라스팅) → 헹굼 → 플래시 도금 → 기계 도금 → 분리 → 헹굼 → 건조 → 부동태화 및 기타 작업으로 나눌 수 있습니다. .

2 기계 도금 장비 및 원자재

기계 도금 장비의 일반적인 작업 호스트는 한쪽 끝이 열려 있거나 절반이 열려 있는 다각형 드럼입니다. 주요 기능은 기계적 충돌력을 제공하는 것입니다. 드럼의 금속 분말, 활성화제 및 물은 균일한 혼합 슬러리를 신속하게 형성하여 도금된 부품이 배럴에서 뒤집히고 회전할 수 있도록 하고 충격 매체의 작용에 따라 필요한 코팅으로 도금됩니다. 대부분의 도금 배럴은 직경과 축 길이의 비율이 1:3을 초과하지 않는 팔각형입니다. 작업 위치는 수평 위치에서 20~30°입니다. 도금 공정에 사용되는 충격 매체는 충격 에너지를 제공할 뿐만 아니라 무거운 작업물의 충격과 날카로운 조각이나 모서리로 인한 코팅 손상을 줄이기 위한 완충 역할도 해야 합니다. 따라서 어느 정도의 강도와 우수한 내마모성을 요구하는 것 외에도 표면이 매끄럽고 모서리가 없어야 합니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 것은 유리구슬이며, 그 크기는 0.5~4mm이고 다양한 규격이 혼합되어 있습니다. 혼합 비율은 가공물의 형상, 크기, 중량 및 코팅 재료에 따라 다릅니다. 입자 크기가 큰 매체가 너무 많으면 코팅 표면이 고르지 않고 틈과 오목한 부분에 코팅을 형성하기가 어렵습니다. 입자 크기가 작은 매체가 너무 많으면 충격력이 약해집니다. 충분하면 코팅의 접착력이 감소합니다.

기계 도금 공정에서 첨가되는 다양한 화학적 첨가물을 통칭하여 활성화제라고 부릅니다. 주요 기능은 금속 분말이 물에 분산되도록 돕고, 도금 용액의 pH 값을 안정화하며, 코팅의 성능 품질을 향상시키는 것입니다. 이러한 목적을 위해 활성화제는 일반적으로 화학물질의 조합으로 구성됩니다.

코팅의 품질을 보장하고 코팅의 균일성과 두께를 향상시키기 위해 위의 금속 분말과 해당 활성화제는 일반적으로 각 배치 사이에 3~5분 간격으로 배치로 추가됩니다. 피딩이 완료된 후 5~10분 동안 충격을 강화하여 코팅 구조를 보다 균일하고 조밀하게 만들고 최종적으로 필요한 코팅을 형성합니다. 활성화제 비율은 염수 분무 저항 시간 요구 사항, 층 두께, 공작물 구조, 표면 특성 등에 따라 달라집니다. 현재 기계 도금 기술의 개선 및 개발 방향은 주로 금속 분말 합금, 효율적인 분산제 찾기, 밀도, 밝기 및 도금 효율 향상, 비용 절감 및 기본적으로 내식성 시간 연장에 있습니다.

3 코팅 성능 특성

기계 코팅은 그림 2와 같이 균일하고 편평한 금속 입자로 구성된 코팅입니다. 코팅 두께에 따라 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 용융 아연 도금 제품을 대체할 수 있는 MG(Mechanical Galvanizing)라고 하는 두께가 25.4~88.9μm이고 다른 유형은 두께가 25.4~88.9μm보다 얇습니다. 25.4μm, MP(Mechanical Plating)라고 하며 전기도금 제품을 대체할 수 있습니다. 이 두 가지 유형의 코팅은 두께와 용도의 차이를 제외하고 기본적으로 동일한 특성을 갖습니다. 기계적 도금의 특징은 다음과 같습니다. 코팅의 외관은 균일한 은백색이지만 색상은 전기 도금만큼 좋지 않으며 코팅의 균일성, 접착성 및 코팅 능력은 모두 좋습니다. . 이는 깊은 구멍, 홈 및 나사산이 있는 일부 공작물에 특히 중요합니다. 코팅은 내식성이 우수하며 중성 염수 분무 테스트는 일반적으로 내식성을 측정하는 데 사용됩니다. 그림 2는 325 메쉬 전기로 아연 분말을 사용하여 준비한 전통적인 기계적 아연 도금 코팅의 표면 형태 다이어그램입니다. 코팅의 일부 아연 분말 입자는 원래 구형에서 타원형으로 바뀌었고 더 큰 아연 분말 입자는 소성되었습니다. 변형되는 경향이 더 크며 크기가 작은 입자가 큰 입자 사이의 간격을 채우거나 변형된 입자 사이에 끼어 있습니다. 그림 3은 저자가 플레이크 아연 분말을 이용하여 제조한 기계적 아연 코팅 II의 표면 형태이다. 박편상 아연 분말의 활성이 크게 향상되고 도금 효율이 향상되는 것으로 나타났습니다. 도막의 표면 평탄도가 현저히 향상되었으며, 박편상 아연분말이 층층이 쌓여 조밀하게 배열된 도막을 형성하였습니다. 밝기도 대폭 향상되었으며 패시베이션 효과도 코팅 I보다 우수합니다. 탈이온수를 사용하여 5% 염화나트륨 용액을 제조하고 35°C에서 중성염수분무시험을 실시한 결과, 코팅II는 1000시간 동안 붉은 녹이 발생하지 않아 국내에서 보고된 기계식 아연도금 코팅입니다. 문헌. 내식성이 길어졌습니다.

두 사진을 보면 입자 사이에 미세한 머리카락 같은 연결이 있는 것을 알 수 있는데, 이는 불활성 금속의 결합 효과로 아연분말 입자와 용접되거나, 다른 개재물과 혼합되어 내부를 채우는 현상이다. 기계적 도금을 형성하는 틈. 기계적 아연도금에는 금속아연보다 전위가 높은 금속이온인 M2+가 첨가되기 때문에 산성도금욕 환경에서 화학반응(M2++Fe→Fe2+10M)을 일으키고 생성된 M이 표면에 M이 발생하면 아연분말 입자 표면과 코팅 표면의 전하 변화가 발생하여 상호 흡착이 촉진됩니다. , 새로운 상인 M은 아연 분말 입자에 쉽게 부착되어 핵 생성 및 성장을 촉진합니다. 이는 분말 입자의 아연 응집, 흡착 및 침전을 촉진합니다.

그림 2 기계적 아연 도금 표면의 SEM(2000×) 형태 I 그림 3 기계적 아연 도금 표면의 SEM(2000×) 형태 II

4 기계적 도금 기술의 개발 및 현황 및 역학

기계 도금에 대한 연구는 1950년대에 시작되었습니다. 1953년 미국의 Peen Plate Inc. 최초의 특허기술을 획득하였습니다. 1960년대에는 기계 도금이 산업 생산에 사용되기 시작했습니다. 그러나 당시에는 와셔, 스페이서, 스프링 등 소형 공작물에 대한 아연 도금에만 국한되어 있었으며, 도금 시간도 길고, 아연분말의 활용률도 20~30%에 불과했습니다. 1970년대 후반부터 1980년대까지 기술의 발전과 활성제 성능의 향상으로 볼트, 너트, 못, 시멘트 못, 전성 철관 커넥터 등 각종 금속 부품의 아연도금에 기계적 도금이 널리 사용되었다. 동시에 도금 시간이 단축되고 효율성이 크게 향상됩니다. 현대적인 기계 도금 기술을 사용하면 도금 시간이 더욱 단축되고 금속 분말 활용률이 90~95%에 도달할 수 있습니다. 전체 공정은 일반적으로 30~4분 이내에 완료할 수 있으며 두께는 10~100 사이에서 임의로 조정할 수 있습니다. μm. 외국에서는 또한 미국 ASTM B635 - 강철 표면에 기계적으로 증착된 카드뮴 및 주석 합금 코팅에 대한 표준, B695 - 강철 표면에 기계적으로 증착된 아연 코팅에 대한 표준과 같은 기계적 도금에 대한 해당 표준을 특별히 공식화했습니다. 강철 표면 등의 카드뮴 코팅 현재 외국의 기계 도금 공정은 단순한 기계적 아연 도금에서 카드뮴, 주석, 구리, 은, 납, 비스무트, 인듐 및 기타 금속은 물론 황동, 카드뮴-주석, 주석-아연, 아연-카드뮴 합금 도금으로 발전했습니다. . 결과적으로 코팅 성능이 더욱 향상되고 적용 범위가 넓어집니다.

우리나라의 기계도금 연구가 1980년대 중후반부터 시작됐다. 그러나 주로 기계적 아연 도금에 국한되어 있으며, 외국과 비교하면 적용 범위가 매우 작습니다. 그 주된 이유는 기계적 도금에 의해 형성된 비광택 코팅에 대한 인식 부족과 우수한 무전해 도금으로 인한 수소 취화 및 용융 아연 도금에 의한 고온 어닐링에 대한 정확한 이해가 부족하기 때문입니다.

우리나라는 1999년에 "강철 부품의 기계적 아연도금" 장관 표준을 공포했지만, 주로 저장성, 산동성, 복건성, 상하이, 장쑤성 및 기타 해안 지역에 분포되어 있는 우리나라의 기계 부품 가공 기업 중에서 기계적 아연 도금 공정은 여전히 ​​매우 드뭅니다. 수출 가공 기업의 경우 코팅은 단일 성분 아연 도금 층이며 가공 코팅의 두께는 일반적으로 20-60 마이크론 이내입니다. 코팅 두께가 10 마이크론 미만인 초박막 코팅과 60~110 마이크론의 초후막 코팅의 구성, 표면 평탄도, 부동태화 및 내식성은 향후 연구의 초점이 될 것입니다. 우리나라의 기계 가공 산업의 국제화가 증가하고, 우리나라의 인프라 건설에 대한 요구와 환경 보호 인식이 강화됨에 따라 기계 도금 제품이 점차 일부 전기 도금 및 용융 아연 도금 제품을 대체할 것으로 믿어집니다. 기계적 아연 도금은 오염이 적고 에너지 소비가 적으며 코팅이 균일하다는 특성을 가지고 있습니다. 두께 조절이 쉽고 취성 효과가 없으며 공정이 간단하고 작업이 편리합니다. 도금 부품은 기계적 성질과 내식성이 우수하므로 개발 전망이 넓습니다.