오일 제거 공정을 효과적으로 관리하려면 코팅과 금속 기판 사이의 결합 원리를 정확하게 이해하는 것이 필수적입니다. 이 점이 종종 간과되어 실제 작업에서 어려움을 초래합니다.
관련 자료에 따르면 코팅과 기판 표면의 미세한 거칠기로 인한 기계적 결합은 코팅과 금속 기판 사이에 분자간 및 금속간 결합력이 존재할 때만 강하게 나타난다. 이러한 분자간 및 금속간 결합력은 매우 작은 거리 내에서만 발생할 수 있다.
분자 간 거리가 5를 초과할 때μm, 분자간 힘이 더 이상 작용하지 않습니다. 따라서 기판 표면의 얇은 오일막과 산화막 또한 분자간 또는 금속 결합력을 저해할 수 있습니다.
앞서 언급한 접착력을 얻기 위해서는 제품 표면의 기름때, 녹, 산화막 등을 상당히 철저하게 제거해야 합니다. 여기서 "상당히 철저하게"라는 말은 도금 전처리 후 표면이 완전히 깨끗해야 한다는 의미가 아니라, 도금에 적합한 표면을 갖춰야 한다는 뜻입니다. 즉, 도금에 해로운 막들이 전처리 후 제거되고 도금에 적합한 막으로 대체되어야 한다는 의미입니다.
동시에, 도금 전처리 과정을 통해 금속 표면은 완벽하게 평평해야 합니다. 연삭, 연마, 텀블링, 샌드블라스팅 등의 기계적 처리를 거쳐 표면의 눈에 띄는 긁힘, 버(burr) 등의 결함을 제거함으로써, 도금 부품의 표면 평탄도 및 마감 요구 사항을 충족한 후 오일 및 녹을 제거합니다.
이 점은 반드시 명확해야 합니다. 이 점이 명확해야만 도금 전처리 공정 흐름과 배합이 유사한 여러 배합 중에서 올바르고 실용적인 배합을 선택할 수 있습니다.
생산 과정에서 탈지 공정을 어떻게 적용할까요?
일반적으로 알칼리 탈지법이 사용됩니다. 탈지 용액의 조성 및 공정 조건은 기름때의 상태와 금속 재질의 종류에 따라 선택됩니다.
표면에 기름때가 많이 묻어 있거나, 기름층이 두껍고 끈적거리는 경우, 알칼리 탈지만으로는 쉽게 제거되지 않습니다. 이럴 때는 먼저 용제를 이용한 브러싱 등의 전처리를 통해 기름때를 제거한 후 알칼리 탈지를 진행해야 합니다. 알칼리 탈지 용액은 강알칼리성이므로 일부 금속과 반응하여 심각한 부식을 일으킬 수 있습니다.
따라서 알루미늄이나 아연과 같은 도금 부품의 탈지 시에는 가능한 한 저온 및 저알칼리 조건에서 수행해야 합니다. 일반적으로 강철 부품은 고알칼리성 용액으로 처리해도 괜찮지만, 비철금속 부품을 처리할 때는 탈지 용액의 pH를 적절한 범위로 조절해야 합니다. 예를 들어, 알루미늄, 아연 및 이들의 합금은 pH를 11 이하로 유지하고 탈지 시간은 3분을 넘지 않도록 해야 합니다.
비용적인 측면에서 저온 탈지를 선호하는 사람들도 있지만, 온도를 낮추는 것은 효율성 향상과 상반됩니다. 온도가 높을수록 표면에 부착된 기름때와 세척제 사이의 물리적, 화학적 반응 속도가 빨라져 탈지가 더 용이해집니다.
실제 경험에 따르면 기름때의 점도는 온도가 올라갈수록 낮아지므로 탈지가 더 용이해지지만, 저온에서는 이러한 효과가 나타나지 않습니다. 따라서 유화제와 계면활성제를 사용하는 것이 바람직합니다. 고온 탈지가 효과적인지, 그리고 적절한 온도는 얼마인지에 대해서는 저자의 경험상 70~80°C가 가장 효과적입니다. 이 온도는 가공으로 인해 발생하는 모재의 잔류 응력을 제거하는 데에도 도움이 되며, 특히 다층 니켈 도금층 사이의 접착력을 향상시키는 데 매우 효과적입니다.
일반적인 강철 부품은 3~5분간의 음극 탈지 후 1~2분간의 양극 탈지 또는 3~5분간의 양극 탈지 후 1~2분간의 음극 탈지와 같은 복합 탈지 공정을 적용할 수 있습니다. 이는 두 번의 탈지 공정을 거치거나 정류 장치가 있는 전원 공급 장치를 사용하여 구현할 수 있습니다.
고강도강, 스프링강 및 박판 부품의 경우 수소 취성을 방지하기 위해 몇 분 동안 양극 탈지만 실시합니다. 그러나 구리 및 구리 합금과 같은 비철금속 부품은 양극 탈지를 사용할 수 없으며 1~2분 동안 음극 탈지만 허용됩니다.
탈지액의 제조 및 유지 관리 측면에서, 화학 탈지액과 전해 탈지액의 제조는 비교적 간단합니다. 먼저, 탱크 용량의 2/3에 해당하는 물을 사용하여 계면활성제를 제외한 나머지 물질을 녹이고 동시에 저어줍니다(약품이 뭉치는 것을 방지하기 위함). 이러한 약품들은 녹을 때 열을 발생시키므로 가열할 필요는 없습니다. 계면활성제는 첨가하기 전에 뜨거운 물에 따로 녹여야 합니다. 만약 한 번에 녹지 않으면, 상층의 맑은 액체를 따라낸 후 물을 추가하여 녹입니다. 지정된 용량까지 첨가하고 사용 전에 잘 저어줍니다.
오일 제거액 관리에 주의를 기울여야 합니다.
① 정기적으로 재료를 테스트하고 보충하십시오. 계면활성제는 생산량에 따라 초기량의 1/3~1/2을 매주 또는 격주로 보충해야 합니다.
② 사용되는 철판은 과도한 중금속 불순물을 함유하지 않아야 하며, 이는 코팅에 불순물이 혼입되는 것을 방지하기 위함이다. 전류 밀도는 5~10 A/dm²로 유지해야 하며, 기포 발생이 충분히 이루어지도록 선택해야 한다. 이는 전극 표면에서 기름 방울을 기계적으로 제거할 뿐만 아니라 용액을 교반하는 효과도 있다. 표면의 기름때가 일정할 때, 전류 밀도가 높을수록 탈지 속도가 빨라진다.
③ 탱크에 떠 있는 기름 얼룩은 적시에 제거해야 합니다.
④ 탱크 내부의 슬러지와 오물을 정기적으로 청소하고 탱크 용액을 즉시 교체하십시오.
⑤ 전해액에는 거품이 적은 계면활성제를 사용하십시오. 그렇지 않으면 계면활성제가 도금조에 유입되어 품질에 영향을 미칠 수 있습니다.
산 에칭(피클링) 공정을 완벽하게 숙달하고 관리하는 방법은 무엇일까요?
탈지 공정과 마찬가지로 산 에칭(산세척)은 도금 전처리에서 중요한 역할을 합니다. 이 두 공정은 도금 전처리 과정에서 함께 사용되며, 주된 목적은 금속 도금 부품에서 녹과 산화물 층을 제거하는 것입니다.
일반적으로 다량의 산화물을 제거하는 공정을 강산 에칭이라고 하고, 육안으로 거의 보이지 않는 얇은 산화막을 제거하는 공정을 약산 에칭이라고 하며, 약산 에칭은 다시 화학적 에칭과 전기화학적 에칭으로 나눌 수 있습니다. 약산 에칭은 강산 에칭 후 최종 처리 공정으로, 즉 공작물이 도금 공정에 들어가기 전에 사용됩니다. 이는 금속 표면을 활성화하는 공정으로, 생산 과정에서 간과되기 쉬운데, 바로 이것이 도금 박리의 주요 원인 중 하나입니다.
희석된 에칭 용액이 다음 도금 용액의 구성 성분 중 하나이거나, 희석된 에칭 용액의 투입이 도금 용액에 영향을 미치지 않는다면, 활성화된 도금 부품을 세척 과정 없이 바로 도금조에 투입하는 것이 좋습니다.
예를 들어, 니켈 도금 전에 사용하는 묽은 산 활성화 용액의 경우, 에칭 공정이 원활하게 진행되도록 에칭 전에 탈지 작업을 반드시 수행해야 합니다. 그렇지 않으면 산과 금속 산화물이 제대로 접촉하지 못하여 화학적 용해 반응이 진행되기 어려워집니다.
그러므로 산 에칭 기술을 제대로 익히려면 이러한 기본 원리를 이론적으로 명확히 이해하는 것도 필요합니다.
일반적으로 철 및 강철 부품의 산화막을 제거하기 위해 황산과 염산을 주로 사용하여 산 에칭을 실시합니다. 이 방법은 간단하지만, 실제 생산 과정에서 주의를 기울이지 않으면 원하는 결과를 얻기 어렵습니다.
황산 에칭 공정 조건의 선택 기준은 일반적으로 산세척 후 공작물의 외관을 관찰하여 경험적으로 판단하는데, 이는 정량적으로 제어할 수 없는 한계가 있습니다. 실제 경험에 따르면 40°C에서 황산 산세척을 할 때 산화막 제거 효과가 20°C에서보다 훨씬 크지만, 온도를 더 높여도 박리 효과는 비례적으로 증가하지 않습니다.
한편, 20% 미만의 황산 농도에서는 농도가 증가함에 따라 산 에칭 속도가 빨라지지만, 20%를 초과하면 오히려 산 에칭 속도가 감소합니다. 따라서 10~20%의 황산 농도와 60°C 이하의 에칭 온도가 표준 공정 조건으로 적합하다고 판단됩니다. 또한 황산 용액의 숙성 정도에 관해서는 일반적으로 산세 용액의 철 함량이 80g/L를 초과하고 황산제일철 함량이 2.5g/L를 초과하면 더 이상 사용할 수 없다는 점에 유의해야 합니다.
이때 용액을 냉각시켜 결정화시키고 과량의 황산제일철을 제거한 다음, 공정 요구 사항을 충족하기 위해 새로운 산을 첨가해야 합니다.
염산을 이용한 산 에칭 공정 조건의 선택 기준은 다음과 같습니다. 농도는 일반적으로 10~20%로 조절하고, 상온에서 공정을 진행해야 합니다. 황산과 비교했을 때, 동일한 농도 및 온도 조건에서 염산의 에칭 속도는 황산보다 1.5~2배 빠릅니다.
산 에칭에 황산을 사용할지 염산을 사용할지는 실제 생산 상황에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 철금속의 강한 에칭에는 황산이나 염산, 또는 두 산을 특정 비율로 혼합한 "혼합산"이 흔히 사용됩니다.
그러나 화학적 강산 에칭에 사용되는 산의 종류는 철강 부품 표면의 산화물 조성 및 구조에 따라 달라집니다. 동시에 빠른 에칭 속도, 낮은 생산 비용, 그리고 금속 제품의 치수 변형 및 수소 취성을 최소화해야 합니다. 하지만 염산을 이용한 산화물 스케일 제거는 주로 염산의 화학적 용해에 의존하며, 수소에 의한 기계적 박리 효과는 황산을 사용할 때보다 훨씬 작다는 점을 이해해야 합니다. 따라서 염산만을 사용할 경우 황산만을 사용할 때보다 산 소모량이 더 많습니다.
도금 부품 표면의 녹 및 산화막에 고가 산화철이 다량 함유되어 있는 경우, 혼합산 에칭을 사용할 수 있습니다. 이는 산화막에 대한 수소의 파괴 효과를 발휘할 뿐만 아니라 산화물의 화학적 용해를 촉진합니다. 그러나 금속 표면에 느슨한 녹 생성물(주로 Fe₂O₃)만 있는 경우에는 염산만으로도 에칭이 가능합니다. 염산은 에칭 속도가 빠르고 기판의 용해가 적으며 수소 취성이 낮기 때문입니다.
하지만 금속 표면에 치밀한 산화막이 형성된 경우 염산만 사용하면 소모량이 많고 비용이 더 많이 들며 산화막 제거 효과도 황산보다 떨어지므로 황산을 사용하는 것이 더 좋습니다.
전해 에칭(전해산, 전기화학적 에칭)은 음극 전해, 양극 전해 또는 PR 전해(공작물의 양극과 음극을 주기적으로 바꾸는 주기적 반전 전해) 등 어떤 방식이든 5~20% 황산 용액에서 수행할 수 있다.
화학적 에칭과 비교했을 때, 전해 에칭은 단단하게 결합된 산화막을 더 빠르게 제거할 수 있고, 모재에 대한 부식을 줄이며, 조작 및 관리가 간편하고, 자동 도금 라인에 적합합니다. PR 전해 에칭은 일본에서 스테인리스강의 산화막 제거에 널리 사용되고 있습니다.
중국에서는 도금 전처리로 음극 및 양극 전해 산세척과 전해 탈지를 병행하는 방식이 많이 사용됩니다. 철금속용 양극 전해 산세척은 산화막과 녹이 많이 발생한 금속 부품 처리에 적합하며, 대부분 상온에서 진행할 수 있습니다. 온도를 높이면 산 에칭 속도가 빨라지지만, 화학 산 에칭만큼 효과적이지는 않습니다. 전류 밀도를 높이면 산 에칭 속도가 빨라지지만, 너무 높으면 모재가 부동태화될 수 있습니다.
이 시점에서 모재의 화학적 및 전기화학적 용해는 거의 사라지고 산화막에 대한 산소의 박리 효과만 남게 됩니다. 따라서 에칭 속도는 크게 증가하지 않으므로 숙련된 기술이 필요합니다. 일반적으로 5~10 A/dm²의 전류 밀도가 적절합니다. 양극 산 에칭의 경우, o-자일렌티오우레아 또는 술폰화 목공용 접착제를 억제제로 사용할 수 있으며, 투입량은 3~5 g/L입니다. 철 금속의 음극 전해산 에칭에는 황산 용액 또는 약 5% 황산과 5% 염산의 혼합 용액에 적정량의 염화나트륨을 첨가한 용액을 사용할 수 있습니다. 금속 기판(철)의 화학적 및 전기화학적 용해 과정이 뚜렷하게 나타나지 않으므로, Cl⁻를 함유하는 화합물을 적절히 첨가하면 부품 표면의 산화막을 느슨하게 하고 에칭 속도를 높이는 데 도움이 됩니다. 동시에 포름알데히드 또는 우로트로핀을 억제제로 사용할 수 있습니다.
요약하자면, 황산은 강철, 구리, 황동의 산 에칭에 널리 사용됩니다. 또한, 황산은 크롬산 및 이크롬산염과 함께 알루미늄에서 산화물과 그을음을 제거하는 데 사용됩니다.
염산은 불산이나 질산, 또는 이 둘 모두와 함께 사용하여 스테인리스강 표면의 산화막을 제거하는 데 사용됩니다. 염산의 장점은 많은 금속을 상온에서 효과적으로 산세척할 수 있다는 점이며, 단점은 염산 증기 및 산성 미스트 오염을 방지하는 데 주의해야 한다는 것입니다.
또한, 질산과 인산은 수동 도금 전처리 과정에서 흔히 사용됩니다. 질산은 많은 광택 에칭제의 주요 성분이며, 알루미늄, 스테인리스강, 니켈 및 철 합금, 티타늄, 지르코늄, 그리고 일부 코발트 합금에서 열처리 산화막을 제거하기 위해 불산과 혼합하여 사용됩니다.
인산은 강철 부품의 녹 제거에 사용되며 스테인리스강, 알루미늄, 황동 및 구리용 특수 탱크 용액에도 사용됩니다. 인산-질산-아세트산 혼합액은 알루미늄 부품의 광택 양극 산화 처리 전처리에 사용됩니다. 플루오로붕산은 납 기반 합금이나 주석 땜납이 있는 구리 또는 황동 부품에 가장 효과적인 산세 용액으로 입증되었습니다.
금속 산화물 스케일 및 산화물 제거에 전 세계 황산 생산량의 5%, 염산 생산량의 25%, 불산의 대부분, 그리고 질산과 인산의 상당량이 소비되는 것으로 알려져 있습니다.
따라서 산 에칭에 이러한 산들을 올바르게 사용하는 방법을 숙달하는 것은 도금 전처리 기술 응용에 있어 매우 중요한 문제입니다. 하지만 이러한 산들을 사용하는 것 자체는 어렵지 않지만, 효율적으로 사용하고, 절약하며, 소모량을 줄이는 것은 결코 쉽지 않습니다.
게시 시간: 2026년 1월 29일