무전해 니켈 도금이란? 원리, 용도, 특성, 장점과 단점

무전해 니켈 도금이란? 원리, 용도, 특성, 장점과 단점

이번은, 무전해 니켈 도금의 원리, 용도, 특성, 장점과 단점에 대해 해설합니다.

무전해 니켈 도금은 전기를 사용하지 않고 화학적 환원 작용을 이용하여 

니켈 금속의 피막을 형성하는 방법을 말합니다.

비슷한 것에 전기 니켈 도금이 있지만, 

무전해 니켈 도금과 처리 방법뿐만 아니라 성분과 특성에 대해서도 차이가 있습니다.

 

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무전해 니켈 도금이란?

무전해 니켈 도금이란 전기가 아니라 화학적 환원 작용으로 재료에 니켈 금속의 피막을 형성하는 수법으로, 

별명 「카니젠 도금」이나 「화학 니켈(화학 Ni)」이라고도 불리고 있습니다.

무전해 니켈 도금은 일반적으로 인을 함유하고 있습니다. 

막 두께를 균일하게 하기 쉬운 특징이 있어 복잡한 형상이나 치수 정밀도를 필요로 하는 제품에 적합합니다.

 

무전해 니켈 도금의 원리

무전해 니켈 도금에 있어서, 니켈의 석출에는, 도금액 중의 니켈 이온과 전자가 필요합니다.

 

무전해 니켈 도금은 주로 환원제인 차아인산염이 첨가되어 있어 분해된 차아인산으로부터 발하는 전자가,

니켈의 석출에 이용되고 있습니다.

 

환원되어 석출된 니켈은 환원제의 분해 촉매로서 작용해,

도금 표면에서 연속적으로 분해 반응과 니켈의 석출을 실시합니다.

이 구조를 「자기 촉매 환원 도금」이라고 부릅니다.

 

 

무전해 니켈 도금의 용도

무전해 니켈 도금은 다음과 같은 용도로 사용됩니다.

<무전해 니켈 도금의 용도>

사용 목적	제품
내식성, 내마모성	반응조, 수송관, 파이프, 펌프, 금형 자동차 부품, 선박 부품, 항공 부품
납땜, 내식성, 도전성 부여	접점, 샤프트, 저항기 서미스터, 디스크
내식성, 경도, 정밀성, 내마모성	피스톤, 축, 실린더 측정 장치, 변속기
내식성, 비자성, 경도	시계, 카메라, 전자 현미경 등의 부품
내식성, 내마모성, 경도	금형, 사무기, 선박 항공, 원자력 등의 부품

무전해 니켈 도금의 분류

무전해 니켈 도금은 환원제의 종류에 따라 니켈-인계와 니켈-붕소계가 있습니다. 

니켈-인계는 세세하게 나누면 「저인 타입」 「중인 타입」 「고인 타입」의 3종류가 있습니다.

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저인 타입

저인 타입은 1~4% 정도의 인을 함유하는 무전해 니켈 도금입니다. 

다른 종류에 비해 700Hv로 경도가 높고 내마모성과 내알칼리성이 우수하지만 내식성은 떨어집니다.

중인 타입

중인 타입은 5~10% 정도의 인을 함유하는 무전해 니켈 도금입니다. 

일반적으로 채용되는 것이 많은 종류로 무전해 니켈 도금이라고 하면 중인 타입을 나타내는 경우가 많습니다.

 

일반적으로 비자 성이지만 열에 의해 자성을 나타냅니다.

또, 내식성・내마모성이나 각 물성의 밸런스도 다른 무전해 니켈 도금에 비해 양호하고, 범용성이 우수합니다.

 

고인 타입

고인 타입은 11~13% 정도의 인을 함유하는 무전해 니켈 도금입니다. 

내식성이 뛰어나지만, 납땜성이 떨어집니다. 

 

또한, 결정 구조가 비정질이고,

정상시 및 비교적 고온에서 열처리한 상태에서도 비자성을 나타냅니다.

다른 도금 종류에 비해 광택이 적은 것도 특징입니다.

 

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무전해 니켈-붕소 도금

무전해 니켈-붕소 도금은 붕소를 0.2~1.0% 정도 함유하는 무전해 니켈 도금입니다. 

납땜성이나 경도가 우수합니다. 

 

또, 400℃ 정도의 열처리에서는, 변색하지 않는 특징이 있습니다. 

단, 도금액이 고가이기 때문에 다른 종류에 비해 처리 비용이 듭니다.

무전해 니켈 도금의 장점

●내식성 향상

무전해 니켈 도금은 일반적으로 전기 니켈 도금보다 내식성이 우수합니다. 

수 %의 인을 함유하고 인의 함유율이 많을수록 핀홀이 적어 내식성이 향상됩니다.

 

● 균일한 막 두께를 얻을 수 있다

전기 니켈 도금은, 도금하는 제품에 대해서 전기가 약하게 걸리는 부분과 강하게 걸리는 부분으로 나누어져 버리기 때문에,

균일한 막 두께가 되기 어려운 특징이 있습니다.

한편, 무전해 니켈 도금은, 전기를 사용하지 않고 화학적 환원 작용으로 재료를 도금하는 수법 때문에,

막 두께가 균일해지기 쉽다는 메리트가 있습니다.

 

●비금속 재료에도 대응 가능

무전해 니켈 도금은, 전기를 사용하지 않는 도금이므로,

수지나 세라믹 등의 부도체에 대해서도 대응이 가능합니다.

 

●전기 니켈 도금에 비해 내마모성이 우수하다

전기 니켈 도금의 경도는 비커스 경도로 200Hv 정도, 열처리로 500Hv 정도의 값입니다. 

한편, 무전해 니켈 도금의 경도는 500Hv 정도이며, 열처리를 하면 최고 1000Hv 정도까지의 경도를 얻을 수 있습니다.

 

무전해 니켈 도금의 단점

● 전기 니켈 도금에 비해 높은 비용

무전해 니켈 도금은 전기 니켈 도금에 비해 재료비가 높고,

도금의 석출 속도도 느리기 때문에 비용이 높아지는 경향이 있습니다.

 

●도금액의 관리가 어렵다

무전해 니켈 도금은, 전기 니켈 도금에 비해 욕조성의 변동이 크고,

취급이 어렵기 때문에, 기술이나 지식을 필요로 합니다.

 

무전해 니켈 도금의 특성

기계적 특성

무전해 니켈 도금은 경도가 높고 내마모성이 우수합니다. 

또, 나사를 체결할 때에 마찰의 열로 용착해 버리는 「비틀림」에 대해서도 방지하는 효과를 기대할 수 있습니다.

무전해 니켈 도금의 종류별 경도는 다음과 같습니다.

 

<무전해 니켈 도금의 종류별 경도>

도금 종류		저인	중인	고인	붕소
경도 Hv	열처리 전	700	550	500	780
	400℃,2h	1000	950	950	1000

 

화학적 특성

무전해 니켈 도금은 종류에 따라 양호한 내식성, 내산성, 내알칼리성의 특성을 가지고 있습니다.

아래 표는 인 함량에 따른 화학적 특성의 차이를 보여줍니다.

 

<도금의 인 함유 별 화학적 특성>

도금 종류	저인	중인	고인
내식성(염수 분무)	다소 떨어진다	좋은	보통~양호
내산성	떨어지는	보통	좋은
내알칼리성	좋은	보통	떨어지는

 

전자기 특성

무전해 니켈 도금은, 도전율(비저항), 접촉 저항, 자성(비자성), 전자파 방지의 특성을 가지고 있습니다.

도금의 종류에 의한 자성의 유무와 비저항의 값은 다음과 같습니다.

 

<도금의 종류별 비저항(도전율)과 자기 특성>

도금 종류		저인	중인	고인	붕소
비저항 μΩ・cm		30~60	60~75	150~200	5~6
자기 특성	열처리 전	자성	비자성	비자성	자성
	280℃,2h	자성	자성	비자성	자성

 

광학적 특성

무전해 니켈 도금은, 도금의 처리액의 차이에 의해 광택이 나오는 타입과 나오지 않는 타입이 있습니다. 

빛을 반사시키고 싶지 않은 의료 기기나 광학 기기 등에서는 빛의 반사율이 낮은

흑색 무전해 니켈 도금이 채용되는 경우도 있습니다.

열적 특성

무전해 니켈 도금은 양호한 내열성, 열전도성, 납땜성의 특성을 가지고 있습니다.

아래 표는 무전해 니켈 도금 중 인형의 융점, 열전도도, 팽창계수를 나타냅니다.

융점	열전도도	팽창 계수
890℃	0.0105cal/cm/s/℃	13×10-6cm/cm/℃

 

전기 니켈 도금과의 차이

무전해 니켈 도금과 전기 니켈 도금은 도금 방법, 피막 성분, 물성에 차이가 있습니다.

 

●도금 방법의 차이

전기 니켈 도금은 이름대로 전기를 사용하여 도금 코팅을 형성하는 기술입니다. 

목욕 관리는 무전해 니켈 도금에 비해 비교적 용이하기 때문에 금액도 저렴한 경향이 있습니다. 

그러나, 전류 분포에 의해 도금의 두께가 달라지기 때문에, 무전해 니켈 도금과 달리 균일하게 도금을 붙이는 것이 곤란합니다.

 

무전해 니켈 도금은 화학 반응에서 도금을 실시하기 때문에 균일하게 도금을 붙일 수 있습니다. 

복잡한 형상의 제품에 대해서도 도금하기 쉬운 특징이 있습니다. 

단, 도금의 석출 속도가 느려 관리가 어려운 등의 난점도 있어 코스트면에서 전기 니켈 도금에 뒤떨어집니다.

 

●피막 성분의 차이

전기 니켈 도금은 약 99.5 % 이상이 니켈로 되어 있기 때문에 순 니켈 도금이라고도 할 수 있습니다.

한편 무전해 니켈 도금은 니켈 90~95%, 인 5~10% 정도의 비율로 생긴 합금 도금이 됩니다. 

따라서 '니켈-인 합금 도금'이라고도 불립니다.

 

●물성의 차이

무전해 니켈 도금과 전기 니켈 도금의 물성의 차이는 다음과 같습니다.

 

<무전해 니켈과 전기 니켈의 물성의 차이>

성격	무전해 니켈 (Ni-P 중간 인 타입)	전기 니켈
조직	비결정성(열로 결정)	미결정성
융점	890℃(P;9%)	1450℃
전기 저항	60μΩ/cm (열처리 400℃에서 1/3로 저하)	약 8.5μΩ/cm
비중	7.9(P;9%)	7.7-8.7
경도	Hv500±50(석출 상태) Hv900±100(400℃ 1Hr)	Hv150-250(보통욕) Hv400-500(광택욕)
자기 특성	비자성	강자성
내식성	전기 니켈보다 우수	Ni-P보다 열등

 

 

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