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도금

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목차

1. 개요

도금은 금속이나 기타 물체의 표면에 다른 금속을 얇게 입히는 기술을 의미한다. 기원전 1500년경 아시리아에서 주석 도금이 이루어졌다는 기록이 있으며, 한국에는 불교 전래와 함께 기술이 유입된 것으로 알려져 있다. 도금은 전기도금, 융해금속 침지도금, 용사분무도금, 증착도금 등 다양한 방법으로 이루어지며, 전기도금이 가장 많이 사용된다. 도금의 종류에는 금, 은, 구리, 아연, 카드뮴, 주석, 니켈, 크롬, 아연-니켈 등이 있으며, 각 도금은 고유한 특성과 용도를 가지고 있다.

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  • 도금 - 양철
    양철은 철의 부식 방지를 위해 주석을 얇게 입힌 강판으로, 납땜이 용이하고 무독성이어서 식품 용기에 안전하며, 미려한 외관을 가져 식품 포장재, 전자 부품, 장식용품 등에 사용된다.
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도금
기본 정보
명칭도금
영어 명칭plating
개요
정의전도체 표면에 금속을 입히는 표면 처리 기술
목적내식성 향상
내마모성 향상
장식 효과
전기 전도성 향상
도금 방법
종류전기도금
무전해 도금
용융 도금
증착 도금
이온 도금
스퍼터링
클래딩
전기도금전해액 속에서 전기를 이용하여 금속을 석출시키는 방법
무전해 도금화학 반응을 이용하여 금속을 석출시키는 방법
용융 도금용융된 금속에 모재를 담가 금속을 입히는 방법
증착 도금진공 상태에서 금속을 증발시켜 모재 표면에 입히는 방법
이온 도금진공 상태에서 이온화된 금속을 모재 표면에 입히는 방법
스퍼터링이온을 충돌시켜 금속 입자를 튀어나오게 하여 모재 표면에 입히는 방법
클래딩금속판을 모재에 접합하여 도금하는 방법
도금 금속
종류금
은
구리
니켈
크로뮴
주석
아연
납
팔라듐
로듐
도금 응용 분야
산업전자 제품
자동차 부품
항공기 부품
건축 자재
의료 기기
주방 용품
장식액세서리
시계
안경
문구류
참고 자료
관련 기술클래딩 (금속 가공)

2. 역사

세계에서 가장 오래된 도금은 기원전 1500년경 아시리아에서 주석 도금이 이루어졌다는 기록이 있다.[17] 이 외에도 현재 이라크의 수도 바그다드 외곽에서 출토된 바그다드 전지를 근거로 2000년 전 파르티아인이 도금 기술을 사용했다는 설, 1700년 전 스키타이인이 도금 기술을 사용했다는 설 등 다양한 주장이 있다.[18]

한국에는 불교 전래와 함께 도금 기술이 유입된 것으로 알려져 있다.[17] 仁徳天皇陵에서 출토된 갑옷(4~5세기경)은 한국에서 가장 오래된 도금 유물일 가능성이 있지만, 확실하지 않다.[19]

근대에는 사쓰마번의 시마즈 시게타다가 최초로 전기도금을 시도했다고 알려져 있으며, 1855년에 갑옷 장식에 전기도금을 했다고 전해진다.[17] 1871년에는 미야자키 류죠가 「서양백공신서」를 통해 전기도금 공정을 소개했다.[20]

일제강점기인 1937년 8월 20일, 대장성은 전시 경제 체제 강화를 위해 금 사용 규칙을 개정하여 금도금을 포함한 금 제품 제조에 대장대신의 허가가 필요하게 되었다.[21]

2. 1. 세계

세계에서 가장 오래된 도금은 기원전 1500년경 아시리아에서 주석 도금이 이루어졌다는 기록이 있다.[17] 이 외에도 현재 이라크의 수도 바그다드 외곽에서 출토된 바그다드 전지를 근거로 2000년 전 파르티아인이 도금 기술을 사용했다는 설, 1700년 전 스키타이인이 도금 기술을 사용했다는 설 등 다양한 주장이 있다.[18]

2. 2. 한국

한국에는 불교 전래와 함께 도금 기술이 유입된 것으로 알려져 있다.[17] 仁徳天皇陵에서 출토된 갑옷(4~5세기경)은 한국에서 가장 오래된 도금 유물일 가능성이 있지만, 확실하지 않다.[19]

근대에는 사쓰마번의 시마즈 시게타다가 최초로 전기도금을 시도했다고 알려져 있으며, 1855년에 갑옷 장식에 전기도금을 했다고 전해진다.[17] 1871년에는 미야자키 류죠가 「서양백공신서」를 통해 전기도금 공정을 소개했다.[20]

일제강점기인 1937년 8월 20일, 대장성은 전시 경제 체제 강화를 위해 금 사용 규칙을 개정하여 금도금을 포함한 금 제품 제조에 대장대신의 허가가 필요하게 되었다.[21]

3. 도금의 원리 및 방법


  • '''전기도금''' : 일반적으로 도금을 말하면 전기도금을 떠올릴 만큼 가장 많이 이용되는 방법이다. 순금속, 합금 할 것 없이 가능하며 조금 더 자세하게 설명하면 다음과 같다. 입힐 금속을 음극, 주가 되는 제품의 금속을 양극으로 하고, 양극 금속의 이온을 가진 전해액에서 전기를 흘려주어 금속 이온이 양극에 전해 석출되어 전착시켜 도금한다.
  • '''융해금속 침지도금''' : 입힐 금속을 녹여놓은 그릇에 도금할 금속을 넣고 이 녹인 액체를 금속에 잘 묻힌 뒤 집어내어 굳혀서 도금하는 방법이다.
  • '''용사분무도금''' : 입힐 금속을 분무시켜 제품을 감싸 도금하는 방법이다.
  • '''증착도금''' : 진공 상태에서 목표 물건과 입힐 금속을 넣고 금속에 열을 가하여 휘산시켜 물건에 붙여 도금하는 방법이다.
  • '''음극분무도금''' : 진공 상태에서 입힐 금속을 전극으로 하여, 방전시켜서 휘발시킨다. 가열과 방전이라는 차이에서 증착도금과 구분된다.

도금 방법에는 전기도금, 용융도금, 무전해도금, 진공증착(PVD), 기상도금(CVD) 등이 있다.[17]

3. 1. 전기도금 (電鍍)

전기도금(電鍍)은 외부 전원을 이용하여 도금할 물체의 표면에 금속 이온을 환원시켜 금속을 석출시키는 방법이다.[22] 일반적으로 도금을 말하면 전기도금을 떠올릴 만큼 가장 많이 이용되는 방법으로, 순금속, 합금 할 것 없이 가능하다.

전기도금에서는 이온 금속에 전자를 공급하여 기판에 비이온성 코팅을 형성한다. 일반적인 시스템은 금속 이온 형태가 포함된 화학 용액, 도금되는 금속으로 구성될 수 있는 양극(양전하) (용해성 양극) 또는 불용성 양극(일반적으로 탄소, 백금, 티타늄, 납 또는 강철), 그리고 전자가 공급되어 비이온성 금속 박막을 생성하는 음극(음전하)으로 구성된다.

전기도금은 도금 가능한 금속의 종류가 많고, 두께 조절이 용이하며, 아름다운 금속 광택을 얻을 수 있고, 도금 대상 물체의 물성을 손상시키기 어렵다는 특징이 있다.[17] 전기도금의 용도에는 장식, 방식(녹 방지 및 도장의 하지 등), 표면 경화, 마찰 완화, 고무 등과의 접착, 침탄 및 질화 방지, 치수를 맞추기 위한 증착, 표면 복제, 착색 등이 있다.[23]

3. 2. 무전해도금 (無電解鍍金)

무전해 도금은 외부 전력을 사용하지 않고 화학 약품의 환원 작용을 이용하여 도금할 물체의 표면에 금속을 석출시키는 방법이다.[22] 환원되는 금속 자체가 촉매로 작용하기 때문에 자기촉매 도금법이라고도 불린다. 무전해 도금은 수용액에서 여러 동시 반응을 포함하는 비갈바닉 도금 방법으로, 환원제에 의해 수소가 방출되고 산화되어 부품 표면에 음전하가 생성될 때 반응이 일어난다. 무전해 니켈 도금 외에도 은, 금, 구리 층도 이러한 방식으로 도금할 수 있다.[22]

3. 3. 용융도금 (溶融鍍金)

녹인 금속에 강재 등을 담가 도금하는 방법으로, 통칭 돕푸즈케(도금조에 담그는 방법)라고 불린다.[17] 두꺼운 피막을 얻을 수 있고, 대형 구조물도 단시간에 가공할 수 있으며, 연속 도금이 용이하고, 파이프 내부 등 손이 닿지 않는 곳에도 도금할 수 있다는 특징이 있다.[17]

  • 용융아연도금
  • 용융주석도금
  • 갈바륨
  • 용융알루미늄도금

3. 4. 진공도금 (真空鍍金)

진공도금은 진공 상태에서 목표 물건과 입힐 금속을 넣고 금속에 열을 가하여 휘산시켜 물건에 붙여 도금하는 방법이다.[22] 진공 증착 외에도 스퍼터링이나 이온 플레이팅 등이 있다.[22]

4. 도금의 종류 (세부)


  • 백금도금
  • 금도금 ()
  • *: 금도금은 유리나 금속(대부분 구리 또는 은) 표면에 얇은 금 층을 입히는 방법이다. 전자 제품에서 구리에 부식에 강하고 전기 전도성이 있는 층을 형성하는 데 자주 사용되며, 일반적으로 전기 커넥터와 인쇄 회로 기판에 사용된다. 구리 위에 직접 금을 도금하는 경우, 구리 원자가 금 층을 통해 확산되는 경향이 있어 표면이 변색되고 산화물/황화물 층이 형성된다. 따라서, 일반적으로 니켈과 같은 적절한 장벽 금속 층을 구리 기판에 증착하여 구리-니켈-금 샌드위치를 형성해야 한다. 금속과 유리는 장식 목적으로도 여러 가지 다른 공정을 사용하여 금으로 코팅할 수 있으며, 이러한 공정은 일반적으로 ''금박''으로 불린다. 사파이어, 플라스틱 및 탄소 섬유는 고급 도금 기술을 사용하여 도금할 수 있는 다른 재료이다.[2] 사용할 수 있는 기판은 거의 무한하다.
  • ** 청화금욕
  • ** 산성금욕
  • 은도금(도은)
  • *: 은도금은 18세기부터 식기류, 다양한 종류의 그릇, 촛대 등 순은으로 만들어지는 저렴한 가정용품을 제공하기 위해 사용되었다. 영국의 분석 사무소, 은 딜러 및 수집가는 순은으로 만든 품목에 "은판"(silver plate)이라는 용어를 사용하는데, 이는 은도금이 발명되기 오래 전에 스페인어 단어인 "plata"에서 파생되었다. 은 도금의 최초 형태는 셰필드 플레이트로, 얇은 은 시트를 비금속 층이나 코어에 융합했다. 19세기에는 전기 도금을 포함한 새로운 생산 방법이 도입되었다. 브리타니아 금속은 은도금의 기본 금속으로 개발된 주석, 안티몬, 구리의 합금이다. 전자 응용 분야에서 은은 때때로 구리 도금에 사용되는데, 그 이유는 전기 저항이 더 낮기 때문이다.[3] 스킨 효과 때문에 고주파수에서는 더욱 그렇다. 가변 콘덴서는 은도금된 판을 가질 때 최고 품질로 간주된다.[3] 높은 습도 환경에 노출된 부품에는 주의해야 한다. 이러한 환경에서 은 층이 다공성이거나 균열이 있으면 기저 구리가 빠르게 갈바닉 부식을 일으켜 도금이 벗겨지고 구리가 노출되는데, 이 과정을 적색 질병이라고 한다.[3]
  • 구리도금 ()
  • *: 구리 도금은 전기분해를 이용하여 물체 표면에 구리 층을 형성하는 공정이다. 은보다 훨씬 저렴하기 때문에 은 도금보다 저렴한 대안으로 널리 사용된다.
  • ** 청화동욕
  • ** 황산동욕
  • ** 피로인산동욕
  • 아연도금, 도아연(도신)
  • *: 아연 도금은 장벽을 형성하고, 이 장벽이 손상될 경우 희생 양극으로 작용하여 보호되는 금속의 산화를 방지한다.[10] 산화 아연은 미세한 흰색 분진으로, (산화철과는 달리) 생성될 때 기판 표면의 무결성을 파괴하지 않는다.[10] 실제로, 산화 아연은 방해받지 않으면 알루미늄과 스테인리스강의 산화물 층이 제공하는 보호와 유사한 방식으로 추가적인 산화를 방지하는 장벽 역할을 할 수 있다.[10] 대부분의 하드웨어 부품은 카드뮴 도금이 아닌 아연 도금된다.[10]
  • ** 청화욕
  • ** 산성욕
  • ** 징케이트욕
  • **: 일반적으로 각 욕종 모두 도금 후 아래의 화성처리(6가 크롬을 사용한 경우에만 크로메이트 처리)를 실시한다.

광택 크로메이트 처리(1종)
유색 크로메이트 처리(2종)
흑색 크로메이트 처리
그린 크로메이트 처리
내식형 3가 크롬 화성처리
외관형 3가 크롬 화성처리
흑색 3가 크롬 화성처리

  • 카드뮴도금
  • *: 카드뮴 도금은 환경적 독성 문제로 인해 면밀히 조사되고 있으며, 사용이 감소하는 추세이다.[8] 항공 우주, 군사, 항공 분야에서 널리 사용되었으나, 독성 문제로 인해 단계적으로 폐지되고 있다.[8] 암페놀 항공우주(Amphenol Aerospace)와 같은 군사 및 항공 우주 부품 제조업체는 위험한 마감재를 대체하기 위해 직접 대체 전기도금을 찾고 있다.[9] 카드뮴 도금(또는 'cad. plating')은 낮은 두께와 염분이 있는 환경에서도 우수한 내식성, 부드러움, 연성, 점착성, 알루미늄과의 갈바닉 적합성, 안정적인 토크 조임, 다양한 색상, 우수한 윤활성 및 납땜성 등 여러 장점을 제공한다.[10][11] 환경 문제가 중요한 경우, 금 도금이 카드뮴 도금을 대체할 수 있지만, 금은 더 비싸고 도장 베이스로 사용할 수 없다.
  • **: 아연도금과 마찬가지로, 도금 후 화성처리를 실시한다.
  • 주석도금, 도석(도석)
  • *: 주석 도금 공정은 철 및 비철 금속 표면을 보호하는 데 광범위하게 사용된다. 주석은 무독성, 연성 및 내식성이 있어 식품 가공 산업에 유용하다. 주석의 우수한 연성 덕분에 주석으로 코팅된 기본 금속 시트를 표면 주석층이 손상되지 않고 다양한 형태로 성형할 수 있다. 구리, 니켈 및 기타 비철 금속에 대한 희생 보호 기능을 제공하지만 강철에는 제공하지 않는다. 주석은 또한 기본 금속의 산화를 방지하여 납땜성을 유지할 수 있기 때문에 전자 산업에서 널리 사용된다. 전자 응용 분야에서는 납땜성을 향상시키고 압축 응력이 가해진 침착물에서 금속 "수염"의 성장을 방지하기 위해 3%~7%의 납을 첨가할 수 있다. 그러나 2006년부터 시행된 RoHS(유해물질 제한) 규정에서는 납을 의도적으로 첨가하지 않고 최대 비율이 1%를 초과하지 않도록 요구하고 있다. 주석 수염 형성으로 인해 발생한 것으로 알려진 고장으로 인해 중요한 전자 응용 분야에서는 RoHS 요구 사항에 대한 일부 면제가 발표되었다.
  • ** 무광택 주석도금
  • ** 광택 주석도금
  • 전해니켈도금
  • *: 니켈 도금은 와츠 용액을 사용하여 이루어지는데, 이는 니켈 양극과 황산니켈, 염화니켈, 그리고 붕산을 포함하는 전해 전지이다.[12] 황산니켈 대신 황산니켈암모늄과 같은 다른 니켈 염을 사용하는 경우도 있다.
  • ** 와트욕 니켈도금
  • ** 줄니켈도금
  • ** 새틀라이트 니켈도금
  • ** 술파민산욕 니켈도금
  • ** 우드욕 니켈스트라이크 도금
  • ** 광택 니켈도금
  • ** 반광택 니켈도금
  • ** 무광택 니켈도금
  • ** 흑색 니켈도금
  • (크롬을 사용한 도금)
  • *: 크롬 도금은 전기분해 도금을 이용하여 크롬을 입히는 표면 처리 공정이다. 가장 일반적인 크롬 도금은 얇은 장식용 ''광택 크롬''으로, 일반적으로 기본 니켈 도금 위에 10μm 두께의 층을 형성한다. 철이나 강철에 도금할 때는 니켈의 부착을 위해 그 아래에 구리 도금을 한다. 니켈과 크롬 층의 기공(작은 구멍)은 열팽창 불일치로 인한 응력을 완화하는 역할을 하지만, 코팅의 내식성을 저해하기도 한다. 내식성은 화학적 조성과 처리 과정에 따라 결정되는 수동화층에 의존하며, 균열과 기공에 의해 손상된다. 특수한 경우, 미세 기공은 니켈과 크롬 층 사이의 갈바닉 부식을 가속화하는 전기화학적 전위를 분산시키는 데 도움이 될 수 있다. 용도에 따라 두께가 다른 코팅은 앞서 언급한 특성의 다른 균형을 필요로 한다. 얇은 광택 크롬은 금속 가구 프레임이나 자동차 트림과 같은 제품에 거울과 같은 마감을 제공한다. 최대 1000 μm의 더 두꺼운 도금은 ''경질 크롬''이라고 하며, 마찰과 마모를 줄이기 위해 산업 장비에 사용된다. 전통적인 산업용 경질 크롬 도금에 사용되는 용액은 약 250 g/L의 CrO3와 약 2.5 g/L의 SO4−로 구성된다. 용액에서 크롬은 6가 크롬으로 알려진 크롬산으로 존재한다. 부분적으로 도금된 제품 표면에 얇은 크롬(+2) 층을 안정화하기 위해 높은 전류가 사용된다. 산성 크롬은 투사력이 약하여, 미세한 부분이나 구멍은 더 멀리 떨어져 있고 전류를 덜 받아 도금이 불량해진다.
  • ** 장식 크롬도금

: 정확하게는, 니켈-크롬 도금. 하층에 니켈 도금을 한 후, 상층에 크롬 도금을 0.1~0.5μm 도금한다. 니켈 도금도 반광택 니켈 도금과 광택 니켈 도금의 2층으로 하거나, 그 사이에 고황 함유율의 니켈 도금을 삽입하는 경우도 있다.
* 마이크로포러스 크롬도금
* 마이크로크랙 크롬도금

  • ** 공업용(경질) 크롬도금
  • ** 흑색 크롬도금
  • : 로듐 도금은 백금, 은 또는 구리 및 그 합금에 사용된다.[4] 니켈 장벽층은 일반적으로 은에 먼저 증착되는데, 이는 로듐을 통한 은의 이동을 방지하기 위한 것이 아니라, 용액 조성에 일반적으로 존재하는 황산에 약간 용해되는 은과 구리로 로듐 용액이 오염되는 것을 방지하기 위함이다.[4]
  • : 무전해 니켈 도금(Electroless nickel plating)은 ''에니켈''(enickel) 또는 ''NiP''로도 알려져 있으며, 여러 가지 장점을 제공한다.[13] 대부분의 복잡한 표면에 균일한 두께의 층을 형성하고, 철강과 같은 철 금속에 직접 도금이 가능하며, 전기도금 니켈이나 크롬에 비해 내마모성과 내식성이 뛰어나다.[13] 항공 우주 산업에서 수행되는 크롬 도금의 상당 부분을 무전해 니켈 도금으로 대체할 수 있는데, 환경 비용, 6가 크롬 폐기물 처리 비용, 그리고 불균일한 전류 분포의 경향 때문에 무전해 니켈 도금이 유리하다.[13] 무전해 니켈 도금은 자기 촉매 반응이며, 생성되는 니켈 층은 인(P) 함량이 7~11%인 NiP 화합물이다.[13] 생성된 층의 경도와 내마모성은 용액 조성과 증착 온도에 따라 크게 달라지므로, 일반적으로 91°C에서 1°C의 정밀도로 조절해야 한다. 용액 순환 중에 용액 내의 입자는 니켈 도금된다. 이 효과는 탄화규소(SiC)나 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)와 같은 입자를 포함하는 도금을 증착하는 공정에 유리하게 사용된다. 다른 많은 도금 공정에 비해 우수하지만, 공정이 복잡하기 때문에 비용이 많이 든다. 또한 얇은 층의 경우에도 공정 시간이 길어진다. 내식성이나 표면 처리만 고려되는 경우에는 용액 조성과 온도 제어가 매우 엄격하지 않아도 되며, 한 번에 수 톤의 도금을 하는 데 사용된다. 무전해 니켈 도금층은 적절하게 도금하면 매우 우수한 표면 접착력을 제공하는 것으로 알려져 있다. 무전해 니켈 도금은 비자성이며 비정질이다. 무전해 니켈 도금층은 납땜이 쉽지 않으며, 다른 금속이나 다른 무전해 니켈 도금된 공작물과 압력 하에서 맞물리지 않는다. 이 효과는 티타늄과 같은 연성 재료로 만들어진 무전해 니켈 도금 나사에 유리하다. 전기 저항은 순수 금속 도금에 비해 높다. 무전해 도금(Electroless plating)은 외부 전원 없이 도금할 물체의 표면에 금속을 석출시키는 방법이다.[22] 화학 약품의 환원 작용에 의해 금속을 석출시키고, 환원되는 금속 그 자체가 촉매로 작용한다. 자기촉매 도금법이라고도 불린다.
  • 합금도금
  • *: 아연-니켈 도금은 기존 아연 도금보다 5배 이상 우수한 내식성을 제공하는 마감재로, 중성염수 분무 시험에서 최대 1,500시간의 성능을 보인다.[5] 이 도금은 니켈 함량 10~15%의 고니켈 아연-니켈 합금과 다양한 크로메이트의 조합으로 이루어진다. 일반적인 크로메이트로는 6가 무지개색, 3가 또는 흑색 3가 크로메이트가 있다.[5] 강철, 주철, 황동, 구리 등 다양한 재료를 보호하는 데 사용되는 산성 도금 방식이며, 환경 친화적인 옵션으로 평가받는다.[5] 하지만 6가 크로메이트는 미국 환경보호청(EPA) 및 직업안전보건청(OSHA)에 의해 인체 발암 물질로 분류되었다.[6][7]
  • ** 아연계 합금도금

아연-철
아연-니켈
: 위 2종 모두 아연도금과 마찬가지로, 도금 후 화성처리가 실시된다.

  • ** 주석-아연
  • ** 주석-은
  • ** 주석-코발트 합금도금(갈라크롬)
  • ** 구리-아연 합금(황동)도금
  • ** 청동도금
  • ** 납땜도금

: 전자부품의 단자의 납땜성 개선을 위해 행해지고 있었지만, RoHS 대응을 위해 주석도금, 금도금, 팔라듐, 주석-아연, 주석-은 도금 등으로 전환이 진행되고 있다. 위스커의 성장은 Sn-Pb 도금에 의해 회피해 왔으므로, 대용재의 사용에 의해, 단락 사고 등 20세기 전반에 극복한 문제가 다시 현실화되고 있다.

그 외, 소재의 차이 등에 의해, 각 도금 모두 다양한 욕종이 존재한다.

4. 1. 금도금 (Gold plating)

금도금은 유리나 금속(대부분 구리 또는 은) 표면에 얇은 금 층을 입히는 방법이다.

금도금은 전자 제품에서 구리에 부식에 강하고 전기 전도성이 있는 층을 형성하는 데 자주 사용되며, 일반적으로 전기 커넥터와 인쇄 회로 기판에 사용된다. 구리 위에 직접 금을 도금하는 경우, 구리 원자가 금 층을 통해 확산되는 경향이 있어 표면이 변색되고 산화물/황화물 층이 형성된다. 따라서, 일반적으로 니켈과 같은 적절한 장벽 금속 층을 구리 기판에 증착하여 구리-니켈-금 샌드위치를 형성해야 한다.

금속과 유리는 장식 목적으로도 여러 가지 다른 공정을 사용하여 금으로 코팅할 수 있으며, 이러한 공정은 일반적으로 ''금박''으로 불린다.

사파이어, 플라스틱 및 탄소 섬유는 고급 도금 기술을 사용하여 도금할 수 있는 다른 재료이다.[2] 사용할 수 있는 기판은 거의 무한하다.

4. 2. 은도금 (Silver plating)

은도금은 18세기부터 식기류, 다양한 종류의 그릇, 촛대 등 순은으로 만들어지는 저렴한 가정용품을 제공하기 위해 사용되었다. 영국의 분석 사무소, 은 딜러 및 수집가는 순은으로 만든 품목에 "은판"(silver plate)이라는 용어를 사용하는데, 이는 은도금이 발명되기 오래 전에 스페인어 단어인 "plata"에서 파생되었다.

은 도금의 최초 형태는 셰필드 플레이트로, 얇은 은 시트를 비금속 층이나 코어에 융합했다. 19세기에는 전기 도금을 포함한 새로운 생산 방법이 도입되었다. 브리타니아 금속은 은도금의 기본 금속으로 개발된 주석, 안티몬, 구리의 합금이다.

전자 응용 분야에서 은은 때때로 구리 도금에 사용되는데, 그 이유는 전기 저항이 더 낮기 때문이다.[3] 스킨 효과 때문에 고주파수에서는 더욱 그렇다. 가변 콘덴서는 은도금된 판을 가질 때 최고 품질로 간주된다.[3]

높은 습도 환경에 노출된 부품에는 주의해야 한다. 이러한 환경에서 은 층이 다공성이거나 균열이 있으면 기저 구리가 빠르게 갈바닉 부식을 일으켜 도금이 벗겨지고 구리가 노출되는데, 이 과정을 적색 질병이라고 한다.[3]

4. 3. 구리 도금 (Copper plating)

구리 도금은 전기분해를 이용하여 물체 표면에 구리 층을 형성하는 공정이다. 은보다 훨씬 저렴하기 때문에 은 도금보다 저렴한 대안으로 널리 사용된다. 구리 도금에는 청화동욕, 황산동욕, 피로인산동욕 등이 있다.

4. 4. 로듐 도금 (Rhodium plating)

로듐 도금은 백금, 은 또는 구리 및 그 합금에 사용된다.[4] 니켈 장벽층은 일반적으로 은에 먼저 증착되는데, 이는 로듐을 통한 은의 이동을 방지하기 위한 것이 아니라, 용액 조성에 일반적으로 존재하는 황산에 약간 용해되는 은과 구리로 로듐 용액이 오염되는 것을 방지하기 위함이다.[4]

4. 5. 크롬 도금 (Chrome plating)

크롬 도금은 전기분해 도금을 이용하여 크롬을 입히는 표면 처리 공정이다. 가장 일반적인 크롬 도금은 얇은 장식용 ''광택 크롬''으로, 일반적으로 기본 니켈 도금 위에 10μm 두께의 층을 형성한다. 철이나 강철에 도금할 때는 니켈의 부착을 위해 그 아래에 구리 도금을 한다. 니켈과 크롬 층의 기공(작은 구멍)은 열팽창 불일치로 인한 응력을 완화하는 역할을 하지만, 코팅의 내식성을 저해하기도 한다. 내식성은 화학적 조성과 처리 과정에 따라 결정되는 수동화층에 의존하며, 균열과 기공에 의해 손상된다. 특수한 경우, 미세 기공은 니켈과 크롬 층 사이의 갈바닉 부식을 가속화하는 전기화학적 전위를 분산시키는 데 도움이 될 수 있다. 용도에 따라 두께가 다른 코팅은 앞서 언급한 특성의 다른 균형을 필요로 한다. 얇은 광택 크롬은 금속 가구 프레임이나 자동차 트림과 같은 제품에 거울과 같은 마감을 제공한다. 최대 1000 μm의 더 두꺼운 도금은 ''경질 크롬''이라고 하며, 마찰과 마모를 줄이기 위해 산업 장비에 사용된다.

전통적인 산업용 경질 크롬 도금에 사용되는 용액은 약 250 g/L의 CrO3와 약 2.5 g/L의 SO4−로 구성된다. 용액에서 크롬은 6가 크롬으로 알려진 크롬산으로 존재한다. 부분적으로 도금된 제품 표면에 얇은 크롬(+2) 층을 안정화하기 위해 높은 전류가 사용된다. 산성 크롬은 투사력이 약하여, 미세한 부분이나 구멍은 더 멀리 떨어져 있고 전류를 덜 받아 도금이 불량해진다.

크롬 도금의 종류는 다음과 같다.

  • 장식 크롬도금: 니켈-크롬 도금이 정확하며, 하층에 니켈 도금을 한 후, 상층에 0.1~0.5μm 크롬 도금을 한다. 니켈 도금은 반광택 니켈 도금과 광택 니켈 도금의 2층으로 하거나, 그 사이에 고황 함유율의 니켈 도금을 삽입하기도 한다.
  • 공업용(경질) 크롬도금
  • 흑색 크롬도금

4. 6. 아연 도금 (Zinc plating)

아연 도금은 장벽을 형성하고, 이 장벽이 손상될 경우 희생 양극으로 작용하여 보호되는 금속의 산화를 방지한다.[10] 산화 아연은 미세한 흰색 분진으로, (산화철과는 달리) 생성될 때 기판 표면의 무결성을 파괴하지 않는다.[10] 실제로, 산화 아연은 방해받지 않으면 알루미늄과 스테인리스강의 산화물 층이 제공하는 보호와 유사한 방식으로 추가적인 산화를 방지하는 장벽 역할을 할 수 있다.[10] 대부분의 하드웨어 부품은 카드뮴 도금이 아닌 아연 도금된다.[10]

일반적으로 아연도금은 도금 후 화성처리를 실시하며, 6가 크롬을 사용한 경우에는 크로메이트 처리라고 한다.

4. 7. 아연-니켈 도금 (Zinc-nickel plating)

아연-니켈 도금은 기존 아연 도금보다 5배 이상 우수한 내식성을 제공하는 마감재로, 중성염수 분무 시험에서 최대 1,500시간의 성능을 보인다.[5] 이 도금은 니켈 함량 10~15%의 고니켈 아연-니켈 합금과 다양한 크로메이트의 조합으로 이루어진다. 일반적인 크로메이트로는 6가 무지개색, 3가 또는 흑색 3가 크로메이트가 있다.[5] 강철, 주철, 황동, 구리 등 다양한 재료를 보호하는 데 사용되는 산성 도금 방식이며, 환경 친화적인 옵션으로 평가받는다.[5]

하지만 6가 크로메이트는 미국 환경보호청(EPA) 및 직업안전보건청(OSHA)에 의해 인체 발암 물질로 분류되었다.[6][7]

4. 8. 주석 도금 (Tin plating)

주석 도금 공정은 철 및 비철 금속 표면을 보호하는 데 광범위하게 사용된다. 주석은 무독성, 연성 및 내식성이 있어 식품 가공 산업에 유용하다. 주석의 우수한 연성 덕분에 주석으로 코팅된 기본 금속 시트를 표면 주석층이 손상되지 않고 다양한 형태로 성형할 수 있다. 구리, 니켈 및 기타 비철 금속에 대한 희생 보호 기능을 제공하지만 강철에는 제공하지 않는다.

주석은 또한 기본 금속의 산화를 방지하여 납땜성을 유지할 수 있기 때문에 전자 산업에서 널리 사용된다. 전자 응용 분야에서는 납땜성을 향상시키고 압축 응력이 가해진 침착물에서 금속 "수염"의 성장을 방지하기 위해 3%~7%의 납을 첨가할 수 있다. 그러나 2006년부터 시행된 RoHS(유해물질 제한) 규정에서는 납을 의도적으로 첨가하지 않고 최대 비율이 1%를 초과하지 않도록 요구하고 있다. 주석 수염 형성으로 인해 발생한 것으로 알려진 고장으로 인해 중요한 전자 응용 분야에서는 RoHS 요구 사항에 대한 일부 면제가 발표되었다.

4. 9. 카드뮴 도금 (Cadmium plating)

카드뮴 도금은 환경적 독성 문제로 인해 면밀히 조사되고 있으며, 사용이 감소하는 추세이다.[8] 항공 우주, 군사, 항공 분야에서 널리 사용되었으나, 독성 문제로 인해 단계적으로 폐지되고 있다.[8] 암페놀 항공우주(Amphenol Aerospace)와 같은 군사 및 항공 우주 부품 제조업체는 위험한 마감재를 대체하기 위해 직접 대체 전기도금을 찾고 있다.[9]

카드뮴 도금(또는 'cad. plating')은 낮은 두께와 염분이 있는 환경에서도 우수한 내식성, 부드러움, 연성, 점착성, 알루미늄과의 갈바닉 적합성, 안정적인 토크 조임, 다양한 색상, 우수한 윤활성 및 납땜성 등 여러 장점을 제공한다.[10][11]

환경 문제가 중요한 경우, 금 도금이 카드뮴 도금을 대체할 수 있지만, 금은 더 비싸고 도장 베이스로 사용할 수 없다.

4. 10. 니켈 도금 (Nickel plating)

니켈 도금은 와츠 용액을 사용하여 이루어지는데, 이는 니켈 양극과 황산니켈, 염화니켈, 그리고 붕산을 포함하는 전해 전지이다.[12] 황산니켈 대신 황산니켈암모늄과 같은 다른 니켈 염을 사용하는 경우도 있다.

4. 11. 무전해 니켈 도금 (Electroless nickel plating)

무전해 니켈 도금(Electroless nickel plating)은 ''에니켈''(enickel) 또는 ''NiP''로도 알려져 있으며, 여러 가지 장점을 제공한다.[13] 대부분의 복잡한 표면에 균일한 두께의 층을 형성하고, 철강과 같은 철 금속에 직접 도금이 가능하며, 전기도금 니켈이나 크롬에 비해 내마모성과 내식성이 뛰어나다.[13] 항공 우주 산업에서 수행되는 크롬 도금의 상당 부분을 무전해 니켈 도금으로 대체할 수 있는데, 환경 비용, 6가 크롬 폐기물 처리 비용, 그리고 불균일한 전류 분포의 경향 때문에 무전해 니켈 도금이 유리하다.[13]

무전해 니켈 도금은 자기 촉매 반응이며, 생성되는 니켈 층은 인(P) 함량이 7~11%인 NiP 화합물이다.[13] 생성된 층의 경도와 내마모성은 용액 조성과 증착 온도에 따라 크게 달라지므로, 일반적으로 91°C에서 1°C의 정밀도로 조절해야 한다.

용액 순환 중에 용액 내의 입자는 니켈 도금된다. 이 효과는 탄화규소(SiC)나 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)와 같은 입자를 포함하는 도금을 증착하는 공정에 유리하게 사용된다. 다른 많은 도금 공정에 비해 우수하지만, 공정이 복잡하기 때문에 비용이 많이 든다. 또한 얇은 층의 경우에도 공정 시간이 길어진다. 내식성이나 표면 처리만 고려되는 경우에는 용액 조성과 온도 제어가 매우 엄격하지 않아도 되며, 한 번에 수 톤의 도금을 하는 데 사용된다.

무전해 니켈 도금층은 적절하게 도금하면 매우 우수한 표면 접착력을 제공하는 것으로 알려져 있다. 무전해 니켈 도금은 비자성이며 비정질이다. 무전해 니켈 도금층은 납땜이 쉽지 않으며, 다른 금속이나 다른 무전해 니켈 도금된 공작물과 압력 하에서 맞물리지 않는다. 이 효과는 티타늄과 같은 연성 재료로 만들어진 무전해 니켈 도금 나사에 유리하다. 전기 저항은 순수 금속 도금에 비해 높다.

무전해 도금(Electroless plating)은 외부 전원 없이 도금할 물체의 표면에 금속을 석출시키는 방법이다.[22] 화학 약품의 환원 작용에 의해 금속을 석출시키고, 환원되는 금속 그 자체가 촉매로 작용한다. 자기촉매 도금법이라고도 불린다.

5. 도금 장치 및 가공 방법에 따른 분류

5. 1. 랙(Rack) 도금 (걸이 도금)

지그에 가공 대상물을 고정하고, 지그를 통해 전원을 공급하여 도금 작업을 수행한다.

5. 2. 배럴(Barrel) 도금 (회전 도금)

소형 부품 도금에 사용되는 방법이다. 드럼(barrel, 樽) 안에 다수의 가공 대상과 전극선(댕글러/dangler영어)을 투입하고, 드럼을 회전 또는 진동시켜 가공 대상끼리 전기적으로 접촉시킨다.

5. 3. 후프(Hoop) 도금 (연속 도금)

긴 형상의 부품이나 선재를 릴에 감아 전처리 공정과 도금 공정을 연속적으로 통과시켜 다시 릴에 감는 방식으로 도금하는 방법이다. 전자 부품의 커넥터나 리드 프레임 도금에 사용되며, 대규모로는 아연 도금 강판 제조에 사용된다.

6. 도금과 관련된 표현 (일본)

참조

[1] 저널 Noble Metal/W(111) Single-Atom Tips and Their Field Electron and Ion Emission Characteristics 2006-11-07
[2] 웹사이트 Plating on Plastics http://epner.com/def[...] 2013-10-30
[3] 웹사이트 Silver Saboteurs - Are Silver Audio Cables Better? http://www.audioholi[...] Audioholics 2011-12-11
[4] 저널 Rhodium — Electrodeposition and applications 1981
[5] 웹사이트 Zinc Nickel Plating - Zinc Nickel Electroplating - Gatto Industrial Platers, Inc. http://www.gattoplat[...]
[6] 웹사이트 Health Effects Notebook for Hazardous Air Pollutants https://www.epa.gov/[...] 2020-03-03
[7] 웹사이트 Chemical Sampling Information - Chromium (VI) (Hexavalent Chromium) - Occupational Safety and Health Administration https://www.osha.gov[...]
[8] 웹사이트 Why use cadmium plated fasteners in the aeronautical field http://www.finishing[...]
[9] 웹사이트 Summary of Cadmium's Compatibility with Dissimilar Metal Finishes https://www.amphenol[...]
[10] 웹사이트 Cadmium vs. Zinc vs. Nickel Plating Comparison http://www.finishing[...]
[11] 웹사이트 Cadmium plating http://erieplating.c[...]
[12] 웹사이트 Watts Nickel Bath: Basis for Modern Nickel Plating https://asterionstc.[...] Asterion Inc. 2022-07-06
[13] 웹사이트 Kanigen http://www.schnarr.e[...]
[14] 웹사이트 Plating on Aluminum Base Materials https://www.sharrett[...]
[15] 웹사이트 Materials Plated https://www.alumipla[...]
[16] 웹사이트 マクダーミッド社・英和めっき技術用語辞典 http://www.macdermid[...] マクダーミッド・パフォーマンス・ソリューションズ・ジャパン株式会社 2014-11-30
[17] 간행물 2級めっき科教科書 職業能力開発総合大学校基盤整備センター 1997
[18] 웹사이트 KIYOKAWAめっき教室 http://classroom.kiy[...]
[19] 웹사이트 写真と模型で見る百舌鳥古墳群（堺市ホームページ） http://www.city.saka[...]
[20] 간행물 組合50年史 大阪鍍金工業協同組合 1967
[21] 뉴스 九金以下も大蔵大臣の許可が必要に 東京朝日新聞 1938-08-19
[22] 간행물 2級めっき科教科書 職業能力開発総合大学校基盤整備センター 1997
[23] 간행물 2級めっき科教科書 職業能力開発総合大学校基盤整備センター 1997
[24] 저널 Noble Metal/W(111) Single-Atom Tips and Their Field Electron and Ion Emission Characteristics 2006-11-07


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