금합금 도금액 중 첨가제가 도금피막에 미치는 영향에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

현재 사용 중인 금도금액 중에 미량 금속을 첨가하여 금합금으로 공석(共析)시켜 공업적으로 요구되고 있는 기능(경도, 내마모성, 내식성, 도금두께 등)을 향상 시켜 줌으로서 생산 공장에서 적용할 수 있는 처리방법을 제시하여 고 비용의 금도금 제품에 대한 실용제품 개발 방향을 제시 할 필요가 있다.
본 연구에서는 전해 용액으로 산성금합금 도금을 이용한 금도금 피막을 생성하고, 생성 된 피막의 특성을 고찰하여 금도금 층에 미치는 첨가제〔황산코발트CoSO4․7H2O, 황산인듐In(SO4)3, 슬파민산니켈Ni3C6H5O7, 황혈염K4Fe(CN)6 〕가 금 합금 도금액 중 도금피막에 미치는 영향에 대해 규명하는데 그 목적이 있다.
실험방법으로는 금합금 도금 시험편(試驗片)은 시판용 철판(Fe)을 사용하였다.
넓이가 1,800 × 900mm 이고 두께 1mm인 철판재를 3×2mm 크기로 절단하여 구리(Cu)로 된 락크(Rack)를 사용하여 도금 할 수 있도록 금도금용 시편을 제작하였다.
전해용액 제조나 도금 후 수세조는 이온교환수를 사용하였으며 전처리 및 금도금 처리용액 제조에 사용한 약품은 특급시약(extra pure reagent)을 사용하였다.
양극판은 도금 조에 알맞게 백금 도금된 불용성 티타늄 백금망을 절단하여 사용하였다.
연구결과 금 합금 도금액에 각각의 첨가제를 동일 중량으로 넣은 후 금도금을 한 결과 금도금층 피막에 석출된 첨가제는 CoSO4․7H2O는 0.76%, Ni3C6H5O7은 0.57%, In(SO4)3은 0.98%, K4Fe(CN)6은 무석출 하였다. 이러한 결과 Co, In은 첨가량과 비슷하게 석출됨을 알 수 있었으며, 니켈성분이 낮게 석출 된 이유는 하지 도금층으로 니켈 도금을 하여 금 피막 석출 시 공석을 일으키는 것으로 사료되며, 황혈염은 삼수화물형태로 석출되므로 요소에 나타나지는 않았다.
첨가제에 따른 도금두께 실험결과는 첨가제 중 황산코발트 1g/ℓ, 40℃에서 1.5A/dm2, 1.5min 동안 도금을 실시했을 때 0.265μ금도금 두께피막이 가장 많이 석출되는 것으로 나타났으며 온도, 전류밀도, 도금시간이 증가됨에 따라 도금두께는 증가됨을 알 수 있었다.
네 가지 첨가제에 따른 금합금 도금 피막의 내마모(마멸)성 측정 실험결과 첨가제 양이 적을수록 내마모성이 약하게 나타났다.
그 중 Ni3C6H5O7이 가장 내마모성이 좋게 나타났으며 CoSO4․7H2O, In(SO4)3, K4Fe(CN)6 순으로 내마모성이 낮게 나타났다.
도금두께는 황산코발트 첨가 전해액이 가장 많이 석출되었으나 내마모성이 가장 우수하지는 않았다. 이는 금도금 두께와 관련은 있으나 실제 도금피막이 내마모성은 첨가제에 따라 변화되는 것을 확인 할 수 있었다.
첨가제에 따른 내식성(Corrosion resistance test)은 금도금 피막두께가 두꺼울수록 내식성이 모두 좋게 나타나지는 않았다. 네 가지 첨가제중 설파민산니켈을 첨가한 전해액이 염수분무실험결과 15시간을 견뎌 가장 내식성이 우수한 것으로 나타났다.
내식성에 미치는 영향은 첨가제 종류에 따라 달라짐을 확인 할 수 있었다.
따라서 금도금액 중 첨가되는 미량금속이 금도금에서 요구하는 기능역할을 충분히 수행하기 위해서는 첨가제의 올바른 선택과 작업조건이 금도금피막에 큰 영향을 받음을 확인 할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

It is necessary to guide the direction of technical development to manufacture a gold plated goods by economical method which can be applied immediately in current process, and the method can be achieved by improving the physical properties(hardness, abrasion resistance, corrosion resistance, plating thickness) by means of forming gold eutectoid which is formed when the trace metal is added to the gold plating solution.
The purpose of this study is investigating the effects of additives as CoSO4․7H2O, In(SO4)3, Ni3C6H5O7,and K4Fe(CN)6 on the property of gold plated thin layer, for which we used the method of acid gold plating using acidic plating solution.
The anode material was prepared by cutting the iron plate of 1800× 900× 1mm to be 3× 2 × 1mm, and then racked with cupper(Cu).
For the best experimental results, we only used the extra pure reagent and high purity water producted by ion-exchange method.
The cathode material was prepared by cutting the platinum plated titanium wire to be fitted to the plating bath.
The gold plated thin layer plated in the solution of containing 4 additives as the same concentration of 1g/ℓ, contains 0.76% CoSO4․7H2O, 0..57% Ni3C6H5O7, 0.98% In(SO4)3.
This result means the concentration of Co and In depositing on the plated thin layer is similar with it's concentration contained in the plating solution.
It is suggested that the reason of low nickel concentration on the layer is the base metal nickel forms eutectoid with gold, and the reason of no deposition of potassium ferrocyanide is that the potassium ferrocyanide deposits as very soluble K4Fe(CN)6 ․ 3H2O.
The plating thickness at the plating condition of CoSO4․7H2O 1g/ℓ, temperature of 40℃, current density of 1.5A/dm2 and plating time of 1.5min was round about 0.265μm. And the thickness increased with the increase of temperature, current density and plating time.
The less additives' concentration was, the less abrasion resistance was. And the order of abrasion resistance was Ni3C6H5O7 > CoSO4․7H2O,> In(SO4)3, >K4Fe(CN)6.
The plating thickness was thickest but the abrasion resistance was not highest, when the CoSO4․7H2O was used as additives. That is the abrasion resistance varied with the additives.
In the case of adding Ni3C6H5O7, the corrosion resistance of gold plated thin layer against salt water showed longest time of 15hr. But the thicker thickness did not guarantee the higher corrosion resistance.
From these results, we came to the conclusion that it is very important to control properly the additives and plating condition for the best plating result.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 = i
• 목 차 = ⅲ
• List of Tables = v
• List of Figures = ⅵ
• 제 1 장 서 론 = 1
• 1-1. 연구의 배경 및 필요성 = 1
• 1-2. 연구의 목적 = 4
• 제 2 장 이론적 배경 = 5
• 2-1. 금 및 금합금의 특성 = 5
• 2-1-1. 금의 일반적 성질 및 특성 = 5
• 2-1-2. 금합금의 도금의 목적 및 종류 = 7
• 2-1-3. 금 합금 도금시 색상 및 일반적 성질 = 9
• 2-2. 금 및 금합금 도금액 = 12
• 2-2-1. 금 및 금합금 도금액의 개요 = 12
• 2-2-2. 금 도금액의 변천사 = 12
• 2-3. 금 및 금합금 도금시 색상에 영향을 미치는 조건 = 15
• 2-3-1. 물리적인 요소 = 16
• 2-3-2. 화학적인 요소 = 19
• 2-3-3. 시안화 금 칼륨 = 21
• 2-4. 도금액에 따른 전착물의 성질 = 22
• 제 3 장 실험방법 = 24
• 3-1. 시편 및 사용약품 = 24
• 3-2. 전처리 = 24
• 3-3. 실험장치 및 방법 = 28
• 3-3-1. 금 도금처리 장치 = 28
• 3-4. 각종 첨가제를 이용한 금합금 도금 = 30
• 3-4-1. 금 합금도금 조건 = 30
• 3-4-2. 금합금 도금액 중 첨가제에 따른 피막의 특성분석 = 31
• 3-4-3. 금합금 도금액 중 첨가제에 따른 피막의 물리적 특성 = 31
• 제 4 장 실험결과 및 고찰 = 34
• 4-1. 금 도금액 중 첨가제와 조건에 따른 피막 성분분석 = 34
• 4-2. 첨가제 종류에 따른 도금두께 측정 = 39
• 4-3. 첨가제 종류에 따른 금합금 도금 피막의 내마모(마멸)성 측정 = 41
• 4-4. 첨가제에 따른 금합금 도금 피막의 내식성 측정 = 43
• 제 5 장 결론 = 45
• 참고문헌 = 48
• Abstract = 49