KR100241635B1

KR100241635B1 - 강선에 구리층을 적용시키는 방법

Info

Publication number: KR100241635B1
Application number: KR1019920005775A
Authority: KR
Inventors: 월터스 테린샤크 토마스; 피터 우드 게리
Original assignee: 스위셔 케드린 엠; 더 굿이어 타이어 앤드 러버 컴퍼니
Priority date: 1991-04-08
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 2000-03-02
Also published as: JP3179849B2; CA2053798C; TR26746A; KR920019971A; AU1470792A; ES2082257T3; CA2053798A1; EP0508212B1; JPH0598496A; US5100517A; EP0508212A1; AU640602B2; BR9201055A

Abstract

본 발명은 (a) 강철 필라멘트에 음전하를 인가한 다음, 음하전된 강철 필라멘트가 피로인산구리 수용액과 접촉하고 있으며, 피로인산구리 수용액이 양하전된 불활성 양극과 접촉하고 있는 도금셀을 통하여 강철 필라멘트를 연속해서 통과시키고; (b) 음하전된 강철 필라멘트를 피로인산염 용액중에 충분한 시간동안 잔류시켜 강철 필라멘트에 목적하는 두께의 구리층을 도금시키고; (c) 도금셀내의 피로인산구리 용액에 보충셀로부터의 구리 이온 보충된 피로인산구리 용액을 순환시킴으로써 도금셀내의 피로인산구리 용액에 구리 농도를 보충하고(이때, 보충셀내에서 보충된 피로인산구리 용액은 양전하를 가진 하나 이상의 구리 양극과 접촉하고 있고; 보충된 피로인산구리 용액은 보충된 피로인산구리 용액을 수산화칼륨 용액과 분리시켜 주는, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로-3,5-디옥시-4-메틸-7-옥텐설폰산과의 공중합체의 전도성 막과 접촉하고 있으며; 수산화칼륨 용액은 음하전된 음극과 접촉하고 있다); (d) 하이드록사이드 이온을 생성하는, 음하전된 음극과 접촉하고 있는 충분한 양의 수산화칼륨 용액을 피로인산구리 용액으로 이동시켜 도금셀내의 피로인산구리 용액중의 불활성 양극에서 소비되는 하이드록사이드 이온을 피로인산구리 용액내에 보충하고; (e) 충분한 양의 물을 수산화칼륨 용액에 가하여 환원 및 증발을 통하여 손실된 물과 피로인산구리용액으로 이동된 수산화칼륨을 보충하는 것을 특징으로 하여, 구리층을 강철 필라멘트에 적용시키는 방법에 관한 것이다.

Description

강선에 구리층을 적용시키는 방법

제1도는 도금셀 및 보충셀을 포함하는 본 발명 장치의 일부 개략 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 도금셀 11 : 강철 필라멘트

12 : 활차 14 : 피로인산구리 수용액

15 : 불활성 양극 16 : 직류 전원

20 : 보충셀 22 : 보충된 피로인산구리 용액

22,29,34 : 펌핑장치 24 : 구리 너깃

25 : 티탄 바스킷 26 : 전도성 막

27 : 음극 28 : 수산화칼륨 용액

31 : 물 공급장치 32 : 밸브

본 발명은 강철 필라멘트에 구리층을 적용시키는 방법에 관한 것이다.

통상, 고무 제품내에 강철 보강요소를 혼입시켜 고무제품, 예를들면, 타이어, 콘베이어 벨트, 전동벨트, 시한벨트(timing belt), 호오스 및 유사 물품을 보강하는 것이 바람직하다. 공기 타이어는 보통 황동 피복된 강철 필라멘트로 제조한 코드(cord)로 보강한다. 이러한 타이어 코드는 흔히 고탄소강 또는 얇은 황동층으로 피복된 고탄소강으로 구성되어 있다. 이러한 타이어 코드는 모노필라멘트일 수 있지만, 통상은 여러개의 필라멘트를 함께 꼬아서 만든다. 대부분의 경우, 보강할 타이어의 유형에 따라 필라멘트의 스트랜드를 추가로 케이브링(cabling)하여 타이어 코드를 형성시킨다.

강선(steel wire) 요소로 보강된 고무 제품이 효과적으로 작용하도록 하기 위해서는, 고무와 강철 코드사이에 반드시 양호한 접착력이 유지되어야 한다. 따라서, 고무-금속 접착력을 촉진시키기 위하여 일반적으로는 강선 보강요소를 황동으로 피복시킨다.

일반적으로 본 기술분야의 전문가들은 고무 대 황동-도금된 강선의 접착력이 황동내의 구리와 고무내의 황사이의 결합에 의존한다는데 동의하고 있다. 이러한 황동-피복된 강철 보강요소가 가황도중 고무 조성물내에 존재하는 경우, 결합층을 형성하는 계면에서의 황동 합금과 고무사이의 화학반응으로 인하여 고무와 강철 보강요소사이에 결합이 점진적으로 형성되는 것으로 믿어진다. 황동 피막은 또한 강철 필라멘트를 최종 습식연신시키는 도중 윤활제로서의 중요한 기능을 한다.

수년간에 걸쳐, 강철 필라멘트를 황동으로 피복시키기 위하여 다양한 기술들이 사용되어 왔다. 예를들면, 강철 필라멘트를 황동피막으로 도금하는데는 도금피복법이 사용되었다. 이러한 합금 도금과정은 화학적으로 착화성(complexing) 종들을 함유하는 도금용액으로부터 구리 및 아연을 동시에 전착(electrode-position)시켜 본래의 위치에서 균질 황동 합금을 형성시키는 것을 포함한다. 이러한 공침착(codeposition)은 착화성 전해질이 개개의 구리 및 아연 침착 전위가 실질적으로 동일한 음극성 필름을 제공하기 때문에 일어난다. 합금 도금법은 전형적으로 약 70%의 구리 및 30%의 아연을 함유하는 α-황동 피막을 적용시키는데 사용된다. 이러한 피막은 탁월한 연신성능 및 양호한 초기 접착력을 제공한다. 그러나, 최근의 연구결과에 의하면 타이어 표면 사용기간 동안의 장기간의 접착력이 벌크 피막의 화학적 성질에 더욱 의존하는 것으로 밝혀졌다. 더욱 구체적으로는, 공급산화물층의 본성 및 전체 황동피막을 통한 화학변화(기울기)가 중요한 것으로 입증되었다.

강철 필라멘트에 황동 합금을 적용시키기 위한 실용적인 기술은 순차도금법이다. 이러한 과정에 있어서, 전착에 이어 열확산 단계로 처리하여 구리층 및 아연층을 강철 필라멘트상에 순차적으로 도금시킨다. 순차 황동 도금을 위해서는, 일반적으로 피로인산구리 및 산성황산아연 도금용액이 사용된다. 천-황동 피막도 또한 순차 도금에 의해 적용될 수 있다. 강철 필라멘트에 철-황동을 적용시키기 위한 이러한 절차 및 이와 관련된 잇점이 미합중국 특허 제4,446,198호에 기술되어 있다.

강철 필라멘트상에 황동을 도금하기 위한 표준절차에 있어서, 먼저 강철 필라멘트를 임의로 약 60° 이상의 열수(hot water)로 세정한다. 이어서, 강철 필라멘트를 황산 또는 염산중에서 산세척하여 표면으로부터 산화물을 제거한다. 수세한 후, 피로인산구리 도금용액중에서 필라멘트를 구리로 피복시킨다. 필라멘트는 음전하를 받아들여 도금셀중에서 음극으로서 작용한다. 양극으로서는 구리판을 사용한다. 가용성 구리 양극이 산화되어 전해액을 구리 이온으로 보충시킨다. 구리 이온은, 물론, 강철 필라멘트 음극의 표면에서 금속 상태로 환원된다.

이어서, 구리 도금된 강철 필라멘트를 세정한 다음, 아연 도금셀중에서 아연으로 도금시킨다. 구리 도금된 필라멘트는 음전하를 받아들여 아연 도금셀중에서 음극으로서 작용한다. 가용성 아연 양극이 장치되어 있는 아연 도금셀내에는 산성 황산아연용액이 존재한다. 아연도금 작업도중, 가용성 아연 양극이 산화되어 전해액에 아연이온을 보충시킨다. 아연 이온은 음극으로서 작용하는 구리 피복된 강철 필라멘트의 표면에서 환원되어 상기 표면상에 아연층을 제공한다. 적합한 아연 이온 보충 시스템을 갖추고 있는 경우에는 산성 황산아연욕에 불용성 음극을 사용할 수도 있다. 이어서, 필라멘트를 세정한 다음 약 450℃ 이상의 온도, 바람직하게는 약 500 내지 550℃ 범위내의 온도로 가열하여 구리 및 아연층을 확산시킴으로써 황동 피막을 형성시킨다. 이러한 가열은 일반적으로 유도열 또는 저항열에 의해 달성한다. 이어서, 필라멘트를 냉각시킨 다음 실온의 묽은 인산욕중에서 세척하여 산화물을 제거한다. 이어서, 황동 피복된 필라멘트를 세정한 다음 약 75 내지 약 150℃의 온도에서 통풍건조시킨다.

표준 구리 도금셀은 전해액에 구리 이온을 보충하는 가용성 구리 양측을 사용한다. 이러한 가용성 구리 양극내의 구리의 양은 도금 전 과정을 통하여 감소한다. 궁극적으로는, 가용성 구리 양극을 교체해야할 필요가 있다. 이러한 사실은 양극이 강철 필라멘트상에 도금시키기 위한 구리의 공급원이기 때문에 이러한 공정에서는 피할 수 없는 결과이다. 그렇지만, 이러한 가용성 구리 양극의 교환은 상업적 작업시에 상당한 “동작불가능시간(down-time)”을 발생시킨다. 교체된 양극으로부터 상당량의 구리가 폐기처분되는데 이는 낭비적이다.

본 발명의 방법을 실시하는 경우, 도금셀내에 불용성 양극을 사용한다. 이러한 사실은 가용성 구리 양극을 교체하는데 대한 필요성을 배제한다. 이러한 사실은 또한 총체적으로 도금셀내에서 가용성 구리 양극을 교환하는 것과 관련된 동작불가능시간을 없애준다. 또한, 교체된 낡은 양극으로 부터 구리가 폐기처분되는 것도 배제된다. 본 발명을 실시하면 양극 표면적이 일정하기 때문에 다중-와이어 라인내의 도금 균일도도 또한 개선된다.

더욱 구체적으로, 본 발명은

(a) 강철 필라멘트에 음전하를 인가한 다음, 음하전된 강철 필라멘트가 피로인산구리 수용액과 접촉하고 있으며, 피로인산구리 수용액이 양하전된 불활성 양극과 접촉하고 있는 도금셀을 통하여 강철 필라멘트를 연속해서 통과시키고;

(b) 음하전된 강철 필라멘트를 피로인산염 용액중에 충분한 시간동안 잔류시켜 강철 필라멘트에 목적하는 두께의 구리층을 도금시키고;

(c) 도금셀내의 피로인산구리 용액에 보충셀로 부터의 구리 이온 보충된 피로인산구리 용액을 순환시킴으로써 도금셀내의 피로인산구리 용액에 구리 농도를 보충하고(이때, 보충셀내에서 보충된 피로인산구리 용액은 양전하를 가진 하나 이상의 구리 양극과 접촉하고 있고; 보충된 피로인산구리 용액은 보충된 피로인산구리 용액을 수산화칼륨 용액과 분리시켜 주는, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로-3,5-디옥사-4-메틸-7-옥텐설폰산과의 공중합체의 전도성 막과 접촉하고 있으며; 수산화칼륨 용액은 음하전된 음극과 접촉하고 있다);

(d) 하이드록사이드 이온을 생성하는, 음하전된 음극과 접촉하고 있는 충분한 양의 수산화칼륨 용액을 피로인산구리 용액으로 이동시켜 도금셀내의 피로인산구리 용액중의 불활성 양극에서 소비되는 하이드록사이드 이온을 피로인산구리 용액내에 보충하고;

(e) 충분한 양의 물을 수산화칼륨 용액에 가하여 환원 및 증발을 통하여 손실된 물과 피로인산구리용액으로 이동된 수산화칼륨을 보충하는 것을 특징으로 하여, 구리층을 강철 필라멘트에 적용시키는 방법을 개시한다.

본 발명의 공정을 실시함로써, 구리층을 강철 필라멘트에 적용시킬 수 있다. 본원에 사용된 바와 같은 용어 “필라멘트(filament)”는 필라멘트 뿐만아니라 코드, 케이블, 스트랜드 및 와이어를 모두 포함함을 의미한다. 물론, 본 발명의 공정은 또한 다른 유형의 도금가능한 제품을 피로인산구리 용액으로부터 구리로 피복시키는 데에도 적용할 수 있다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어 “강철(steel)”은 탄소강(이것은 또한 고탄소강으로도 불리워진다), 보통강(ordinary steel), 스테인레스 탄소강 및 보통 탄소강과 같은 통상의 공지된 것을 지칭한다. 이러한 강철의 예는 AISI(American Iron and Steel Institute)등급 1070-고탄소강(AISI 1070)이다. 이러한 강철은 상당량의 다른 합금용 원소들없이도 주로 탄소의 존재로 인한 성질들을 지니고 있다. 미합중국 특허 제4,960,473호에는 본 발명에 사용될 수 있는 강철 필라멘트를 제조하기 위한 몇몇 바람직한 강철 합금 및 우수한 방법이 개시되어 있다. 황동은 구리 및 아연의 합금으로서 더 적은 변화량의 다른 금속들을 함유할 수도 있다. 고무 제품을 보강하기 위한 필라멘트를 피복시키는데 일반적으로 사용되는 것은 약 60 내지 90%의 구리 및 약 10 내지 약 40%의 아연을 함유하는 α-황동이다. 통상적으로, 황동은 약 62 내지 약 75중량%의 구리 및 약 25 내지 약 38중량%의 아연을 함유하는 것이 바람직하다. 0.1 내지 10중량%의 철을 함유하는 철-황동 합금을 사용할 수도 있다. 미합중국 특허 제4,446,198호에 이러한 철-황동합금 및 타이어와 같은 고무제품을 보강하기 위하여 상기 합금을 사용하는 것과 관련된 잇점들이 개시되어 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 강철 필라멘트를 도금셀(10)내에서 구리층으로 피복시킨다. 강철 필라멘트(11)가 도금셀을 연속적으로 통과할 때, 강철 필라멘트(11)에 음전하가 인가된다. 이 음전하는 강철 필라멘트(11)와 접촉하고 있는 음하전된 활차(도르래, pulley)(12)에 의해 강철 필라멘트에 인가시킬 수 있다. 도금셀 벽(13)은 전형적으로 고밀도 폴리에틸렌 또는 폴리프로피렌과 같은 수불투과성 플래스틱 재료로 이루어져 있다. 강철 필라멘트(11)는 도금셀을 통과할 때 피로인산구리 수용액(14)과 접촉한다. 도금셀내의 피로인산구리 수용액(14)은 또한 양하전된 불활성 양극(15)과도 접촉한다. 불활성 양극(15)은 도금과정의 결과로서 산화되지 않는 모든 재료로 이루어질 수 있다. 산화이리듐 피복된 티탄 전극, 백금 피복된 티탄전극 및 티탄 아산화물(TiOx) 전극(이것은 상품명 에보넥스(Ebonx)로 시판되고 있다)이 불활성 양극(15)으로서 사용하기에 양호한 것으로 입증되었다. 불활성 양극은 루테늄, 오스뮴, 로듐, 이리듐, 팔라듐 및 백금과 같은 특정의 백금족 금속으로 구성될 수 있다. 불활성 양극은 또한 하나 이상의 백금족 금속의 산화물로 구성될 수 있다. 불활성 양극은 또한 백금족 금속 산화물 피복된 티탄 전극일 수도 있다. 음하전된 활차(12) 및 양하전된 불활성 양극(15)은 직류(DC) 전원(16)으로부터 충전된다.

도금셀내의 피로인산구리 용액(14)은 전형적으로는 22 내지 38g/ℓ의 구리이온(Cu²⁺) 농도를 가질 것이다. 피로인산구리용액은 또한 전형적으로 159 내지 250g/ℓ의 피로인산염(P₂O₇) 이온 농도를 가질 것이며, 또한 약 6.5 내지 약 8 범위내의 피로인산염 이온 대 구리이온 비를 가질 것이다. 피로인산 염 용액의 pH는 8.0 내지 약 9.3 범위내에서 유지될 것이다. 피로인산구리 용액은 약 8.3 내지 약 8.7 범위내의 pH를 갖는 것이 바람직하다. 도금셀내의 피로인산구리 용액(14)의 온도는 약 40 내지 60℃ 범위내에서 유지될 것이다. 통상적으로는, 도금셀내의 피로인산구리 용액(14)의 온도가 약 45 내지 55℃ 범위내로 유지되는 것이 바람직하며, 약 48 내지 약 52℃ 범위내의 온도가 가장 바람직하다. 통상적으로는, 전원(16)을 조절함으로써 음극 전류밀도를 약 4 내지 20A/dm²(amps/square decimeter)의 범위내로 유지시키는 것이 바람직하다. 더 낮은 전류 밀도를 사용할 수도 있지만, 대부분의 상업적인 작업시에 사용하기에는 전착속도가 너무 느릴 것이다. 또한 더 높은 전류 밀도를 사용할 수도 있지만, 연소침착(burnt deposit)의 위험이 야기될 수 있다. 통상적으로는, 전류밀도를 약 8 내지 약 15A/cm²의 범위내로 유지하는 것이 바람직하다.

전착과정이 도금셀(10)내에서 수행되어 Cu²⁺이온이 생성되고, 이 이온이 강철 필라멘트(11)의 표면에서 환원된다.

이러한 반응은 다음과 같이 도시할 수 있다:

Cu²⁺+2e→Cu

동시에, 다음 반응도식에 따라 하이드록사이드 이온이 불활성 양극의 표면에서 산화된다:

4OH^-→O₂+2H₂O+4e

상기 반응식에서 볼 수 있는 바와 같이, 산소 개스 및 물이 불활성 양극에서 생성된다.

강철 필라멘트는 목적하는 두께의 구리층을 전착시키기 위해서는 충분한 잔류시간동안 피로인산염 용액(14)이 제공될 것이다. 구리층의 두께는 출발 와이어 직경 및 최종 연신 필라멘트 직경에 좌우되지만, 전형적으로는 약 0.5 내지 약 5μm 범위내일 것이다. 더욱 통상적으로, 구리층은 약 1 내지 약 2μm 범위내의 두께로 적용될 것이다. 구리층의 두께는 도금셀내의 피로인산구리 용액(14)중에서의 강철필라멘트의 잔류 시간 및 전류 밀도를 조절하여 제어할 수 있다. 강철 필라멘트상에서의 구리의 전착속도는 또한 피로인산구리 용액내의 구리이온 농도 및 음극 전류밀도에도 의존할 것이다. 이들 두가지 변수들도 또한 조절하여 목적하는 결과를 얻을 수 있다.

전착을 진행시킴에 따라, 도금셀내의 피로인산구리 용액(14)중의 구리이온수준이 감소한다. 물론, 이러한 현상은 구리 이온이 음하전된 강철 필라멘트상에서 구리으로 환원되기 때문이다. 따라서, 도금셀내의 피로인산구리 용액(14)중의 구리이온의 수준을 보충해야할 필요가 있다. 이러한 구리이온의 보충은 구리이온의 농도가 감소된 도금셀내의 피로인산구리 용액(14)을 보충셀(20)내에서 생성된, 구리 이온이 보충된 피로 인산염 용액(21)과 교환, 순환 또는 혼합하여 달성할 수 있다. 이러한 단계는 보충된 피로인산염 용액(21)을 보충셀로부터 핌핑장치(22)가 장착된 관 또는 파이프를 통하여 간단히 펌핑시킴으로써 달성할 수 있다. 보충된 피로인산염 용액은 보충셀에서 도금셀로 화살표(23)방향에 따라 흐른다. 상응하는 양의 피로인산구리 용액(14)이 펌핑장치(34)를 통하여 도금셀에서 보충셀로 이송된다. 피로인산구리 용액은 도금셀에서 보충셀로 화살표(35) 방향으로 흐른다. 몇몇 경우에는, 용액을 이송시키는데 필요한 모든 힘이 중력에 의해 공급될 것이기 때문에, 기계적 동작을 이용하여 보충된 피로인산구리 용액을 보충셀로부터 도금셀로, 또는 피로인산구리 용액을 도금셀에서 보충셀로 핌핑시킬 필요가 없는 방법으로 도금셀 및 보충셀을 배열할 수 있다. 또한, 도금셀 및 보충셀이 별도의 탱크내에 있어야할 필요가 없다는 사실에도 주목해야 한다.

보충셀(20)내의 보충된 피로인산구리 용액(21)은 양전하를 가진 적어도 하나의 구리 양극과 접촉한다. 일반적으로는, 보충셀용 양극으로서 구리 너깃(nugget)(24)을 사용하는 것이 편리하다. 그러나, 구리 양극은 다양하나 형상의 칩, 로드, 플레이트, 와이어 또는 스크랩 조각과 같은 특정의 기하학적 형상일 수 있다. 구리 너깃(24)은 티탄 바스킷(25)내에 또는 구리 너깃을 보유할 수 있고 불활성인 기타 다른 장치내에 보관할 수 있다. 구리 너깃은 하기 반응식에 따라 양극에서 산화된다:

Cu→Cu²⁺+2e

이러한 반응은 보충된 피로인산구리 용액내에 존재하는 구리 이온의 양을 증가시킨다. 구리 너깃은 보충셀의 작동도중에 소모된다. 따라서, 때로는 보충셀의 작동도중에 구리 너깃을 티탄 바스킷(25)에 부가하여 적절한 작동을 위하여 구리 너깃의 적합한 수준을 유지해야할 필요가 있다. 이러한 작업은 단지 구리 너깃(24)을 티탄 바스킷(25)에 적하하는 것만이 필요하기 때문에 쉬운 일이다.

보충셀(20)내의 보충된 피로인산구리 용액(21)은 테트라플루오로에탄 및 퍼플루오로-3,5-디옥사-4-메틸-7-옥텐 설폰산의 공중합체로 제조된 전도성 막(26)과 접촉한다. 전도성 막은 퍼플루오르화된 양이온 교환부위가 화학적으로 결합되어 있는 플루오로 중합체 쇄를 포함한다. 이러한 전도성 막은 이.아이. 듀퐁 드 네모어 앤드 캄파니(E.I. DuPont de Nemours & Company)에서 나피온(Nafion) 퍼플루오르화된 막으로 시판하고 있다. 나피온300 및 400 계열의 퍼플루오르화된 막이 전도성 막에 대한 우수한 특성을 가지고 있다. 나피온324,417,423 및 430 퍼플루오르화된 막이 모두 효과적이지만, 나피온324 및 430 퍼플루오르화된 막이 바람직하다. 나피온324,417 및 423 퍼플루오르화된 막은 전도성 막으로서 보충셀내에 사용하기 전에 약 30분동안 열수중에 침지시켜야 한다. 나피온430 퍼플루오르화된 막은 사용전에 약 8시간동안 실온에서 수산화나트륨의 2% 용액에 침지시켜야만 한다.

전도성 막은 전류의 흐름을 허용한다. 그러나, 전도성 막(26)은 구리 이온 또는 피로인산염 이온이 통과하는 것은 허용하지 않는다. 따라서, 전도성 막(26)은 구리 이온이 막을 통해 이동하여 음극(27)상에 침착되는 것을 억제한다. 전도성 막(26)은 보충된 피로인산구리 용액(21)을 음하전된 음극(27)과 접촉하는 수산화칼륨 용액(28)과 분리시킨다. 제2직류 전원(36)에 의해 음전하가 음극에 제공되며, 양전하가 구리양극에 제공된다. 음극(27)은 실질적으로 모든 전도성 재료로 구성될수 있다. 예를 들면, 강철을 음하전된 음극으로서 사용할 수 있다.

음극(27)에서는 다음 반응식에 따라 수소개스가 발생한다:

2H⁺+2e→H²

상업적인 작동시에 조차도, 발생된 수소의 양은 비교적 소량이다. 단지 소량의 수소만이 방출되기 때문에, 그것을 대기중으로 간단히 배출시킬 수 있다. 그러나, 수소 개스는 폭발할 수 있으며, 보충셀에 근접하게 개방 불꽃을 사용하는 것은 피해야만 한다는 사실을 인지해야만 한다.

보충셀이 작동함에 따라, 수산화칼륨 용액내의 하이드록사이드 이온의 농도가 증가한다. 전형적으로는, 수산화칼륨 농도가 중요하지는 않지만, 농도가 너무 낮으면 보충셀 저항이 증가하며, 농도가 너무 높으면 막 클로깅(clogging) 및 막분해가 야기될 수 있다. 수산화칼륨의 실측된 최적 농도는 50±5g/ℓ이다. 또한 칼륨이온은 피로인산염 욕과 공통양이온(common cation)을 유지하도록 선택된다. 또한, 다른 용액이 보충셀에 사용될 수도 있다. 반면에, 하이드록사이드 이온은 도금셀내의 불활성 양극에서 소모된다. 더욱 구체적으로, 하이드록사이드 이온은 도금셀내의 불활성 양극(15)에서 산소 개스와 물로 전환된다. 이러한 이유 때문에, 수산화칼륨 용액을 도금셀(10)내의 불활성 양극(15)에서 소모된 하이드록사이드 이온을 보충하기에 충분한 양으로 보충셀내의 전도성 막(26)주위에서 보충된 피로인산염 용액(21)으로 운반한다. 이러한 작업은 수산화칼륨 용액 펌핑장치(29)에 의해 적당한 속도에서 화살표(30)의 방향으로 수산화칼륨 용액(28)을 보충된 피로인산구리 용액(21)내로 간단히 펌핑시켜 수행할 수 있다. 본 발명의 다른 실시태양에서는, 수산화칼륨 용액을 몇가지의 다른 수단에 의해 도금셀(10)내의 피로인산구리 용액(14)내로 직접 펌핑하거나 운송할 수 있다. 칼륨 이온을 전도성 막(26)을 통해 확산시켜 수산화칼륨 용액(28)을 재충전시킬 수 있다는 사실에도 주목해야 한다.

물은 도금셀(10)과 보충셀(20)을 작동시킨 결과로서 소모된다.이런 이유 때문에, 물을 보충셀내의 수산화칼륨 용액에 가한다. 충분한 양의 물을 가하여 도금셀로 운반된 수산화칼륨 용액, 하이드록사이드 이온 및 수소 개스로 환원된 물, 및 도금셀 및 보충셀로부터 증발된 물을 대체시킨다. 물을 가하여 보충셀내의 수산화칼륨 용액(28)을 비교적 일정한 수준으로 유지시킨다. 이러한 작업은 부구(33)(float)에 의해 작동되는 벨브(32)에 의해 물의 흐름을 제어하면서 물을 외부물공급장치(31)로부터 직접 부가하여 달성할 수 있다.

본 발명을 하기 실시예에서 더욱 상세히 기술한다. 이들 실시예는 단지 예시목적일 뿐이며, 실시할 수 있는 발명의 범주 또는 방법을 제한하는 것으로 간주되어서는 안된다. 구체적으로 지시하지 않는 한, 모든 부 및 %는 중량 기준이다.

[실시예]

본 시험에서는, 본 발명의 공정을 이용하여 강선을 구리로 도금하였다. 나피온430 퍼프루오르화된 막을 보충셀내의 전도성 막으로서 사용하였다. 구리너깃을 보충셀내의 구리 양으로서 사용하였다. 보충셀은 스테인레스강 음극, 2A/dm²의 양극 전류밀도, 1.4A/dm²의 음극 전류밀도(일면상의 분포 가정), 표준수소전극에 대한 -1.3V의 음극 전압, 12A/dm²의 막 전류 밀도, 24A의 셀 전류 및 4.2V의 셀 전압을 사용하였다.

도금셀내의 피로인산구리 용액은 약 25g/ℓ의 구리이온을 함유하였고, 약 185g/ℓ의 피로인산염 이온을 함유하였으며, 약 피로인산염에 대한 구리이온의 이온비가 7.4였고, 약 50℃의 온도에서 유지시켰으며, 약 8.5의 pH에서 유지시켰고, 또한 교반하였다. 보충셀내의 수산화칼륨 용액은 약 50g/ℓ의 수산화칼륨을 함유하였으며, 약 50℃의 온도에서 유지시켰다.

도금셀은 산화이리듐 피복된 티탄 메쉬 양극(피복중량 15g/cm²), 1A/dm²의 양극 전류밀도(일면상의 분포 가정), 표준 수소전극에 대한 1.4V의 양극 전압, 12A/dm²의 음극 전류밀도, 26A의 셀 전류, 및 대략 3.5V의 셀 전압을 사용하였다. 수산화칼륨 용액을, 도금셀내에서의 피로인산구리 용액중의 pH 및 보충셀내에서의 수산화칼륨 용액중의 수산화칼륨 농도를 유지시키는데 필요한 만큼 보충셀내의 구리이온 보충된 피로인산구리 용액으로 이동시켰다.

이러한 절차를 이용하여 강선을 1±0.5μm 두께의 구리로 도금시켰다. 이러한 유니트를 140 시간동안 작동시킨 결과 탁월한 결과가 실현되었다.

불용성 산화이리듐 피복된 티탄 양극이 피로인산구리 용액내에 침지되어 있는 전 기간동안 1V 이상의 셀 전압을 인가시켜야만 한다는 사실에 주목해야 한다. 이러한 전압이 인가되지 않은 경우, 티탄 기재가 용해될 위험이 있다. 이러한 이유 때문에, 상기 양극을 피로인산구리 용액으로부터 제거한 후에 세정하여야 한다.

본 발명을 예시할 목적으로 특정의 대표적인 실시태양 및 세부사항들을 나타내었지만, 본 기술분야의 전문가들은 본 발명의 범주를 벗어나지 않고서도 각종 변화 및 변형을 행할 수 있음을 알 것이다.

Claims

(a) 강철 필라멘트에 음전하를 인가한 다음, 음하전된 강철 필라멘트가 피로인산구리 수용액과 접촉하고 있으며, 피로인산구리 수용액이 양하전된 불활성 양극과 접촉하고 있는 도금셀을 통하여 강철 필라멘트를 연속해서 통과시키고; (b) 음하전된 강철 필라멘트를 피로인산염 용액중에 충분한 시간동안 잔류시켜 강철 필라멘트에 목적하는 두께의 구리층을 도금시키고; (c) 도금셀내의 피로인산구리 용액에 보충셀로부터의 구리 이온 보충된 피로인산구리 용액을 순환시킴으로써 도금셀내의 피로인산구리 용액에 구리 농도를 보충하고(이때, 보충셀내에서 보충된 피로인산구리 용액은 양전하를 가진 하나 이상의 구리 양극과 접촉하고 있고; 보충된 피로인산구리 용액은 보충된 피로인산구리 용액을 수산화칼륨 용액과 분리시켜 주는, 테트라플루오로에틸렌과 퍼플루오로-3,5-디옥시-4-메틸-7-옥텐설폰산과의 공중합체의 전도성 막과 접촉하고 있으며; 수산화칼륨 용액은 음하전된 음극과 접촉하고 있다); (d) 하이드록사이드 이온을 생성하는, 음하전된 음극과 접촉하고 있는 충분한 양의 수산화칼륨 용액을 피로인산구리 용액으로 이동시켜 도금셀내의 피로인산구리 용액중의 불활성 양극에서 소비되는 하이드록사이드 이온을 피로인산구리 용액내에 보충하고; (e) 충분한 양의 물을 수산화칼륨 용액에 가하여 환원 및 증발을 통하여 손실된 물과 피로인산구리용액으로 이동된 수산화칼륨을 보충하는 것을 특징으로 하여, 구리층을 강철 필라멘트로 적용시키는 방법.
제1항에 있어서, 피로인산구리 용액이 22 내지 38g/ℓ의 구리이온을 함유하고; 피로인산구리 용액이 159 내지 250g/ℓ의 피로인산염 이온을 함유하며; 피로인산구리 용액이 8 내지 9.3 범위내의 pH에서 유지되고; 피로인산구리 용액이 45 내지 55℃ 범위내의 온도에서 유지되며; 8 내지 15A/dm²범위내의 음극 전류 밀도가 피로인산구리 용액과 접촉하는 음극상에서 유지되고; 수산화칼륨 용액이 45 내지 55g/ℓ의 수산화칼륨을 함유함을 특징으로 하는 방법.