전기도금 내식성과 자기 인장력의 균형

최근 표면 처리의 한 가지 예를 들어보겠습니다.

저희는 새로운 디자인의 앵커 자석을 설계하고 제작하는 업무를 담당하고 있습니다. 이 자석은 항구에서 보트와 장비를 고정하는 데 사용됩니다.
관습에 따라 제품의 크기와 필요한 인장력이 제공됩니다.
먼저 앵커 자석의 크기를 결정합니다. 인장력의 핵심 중 하나는 충분한 두께의 쉘을 사용해야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 원하는 면에 모든 힘을 가하기보다는 쉘의 다른 면에서 자력이 분리될 것입니다. 아래 그림과 같이, 이 두 개의 자석 포트는 크기가 같지만 오른쪽에 더 큰 자석이 있습니다. 오른쪽의 자력이 더 좋을까요? 확실하지는 않습니다. 힘의 일부가 힘을 필요로 하는 다른 면을 통과하기 때문입니다. 왼쪽은 절연성이 좋은 반면, 모든 자력이 한쪽에 집중되어 인장력이 가장 높게 나타납니다.

앵커 자석으로 돌아가 봅시다. 자석 디스크를 바닥에 넣은 모듈을 만들고 그 힘을 시험해 봤습니다. 그 결과 1000kg 이상의 힘을 낼 수 있는 것으로 나타났습니다.

고객께서는 샘플을 빠르게 제작하고 자력을 너무 많이 낭비하지 않은 점에 매우 만족해하셨습니다. 또한, 샘플의 수명을 늘리고 싶어 하셨습니다. 염수 분무 시험 결과가 300시간 이상이기를 바랍니다.

현재 자석의 표면 처리는 Ni 5등급 전기 도금입니다. 그럼에도 불구하고, 최상의 결과는 약 150시간 동안 녹이 슬지 않는다는 것입니다.

한 가지 방법은 니켈 클래딩을 덮기 위해 고무를 코팅하는 것입니다. 고무는 물과 이온화된 원자의 이동을 차단하는 우수한 절연재이며, 내마모성도 뛰어납니다.

하지만 클래딩은 두껍습니다! 특히 고무의 경우 더욱 그렇습니다. 고무의 두께는 0.2~0.3mm로, 파손 시 하중은 700kg 미만으로 떨어집니다.

두께가 너무 두꺼워서 성능이 크게 달라집니다. 동일한 인장력을 유지하려면 자석과 쉘의 크기를 늘려야 합니다. 비용이 많이 들죠. 수명 주기와 전체 비용을 고려해야 합니다. 당연히 최선의 선택은 아닙니다.

또 다른 방법은 자석과 연결하기 위해 아노베 롭(anobe rob)을 추가하는 것입니다. 희생 양극(sacrificial anode)으로 보호할 수 있습니다. 하지만 양극 막대 공간을 위해 쉘에 구멍을 뚫어야 하는데, 이를 위해서는 새로운 금형이 필요합니다. 따라서 이 방법이 잠재적인 선택지입니다.

또한, 셸에도 녹 문제가 있습니다. 셸에 스프레이 페인트를 칠하기로 했습니다. 하지만 고무 코팅처럼 스프레이 페인트도 두께가 있습니다. 테스트 결과, 페인트는 앵커의 인장력을 15% 감소시키는 것으로 나타났습니다.

그래서 우리는 결국 쉘을 보호하고 자석과 쉘 사이의 거리를 최소화하여 자기력이 너무 약해지지 않도록 Cr 코팅을 하기로 결정했습니다.

따라서 전기 도금 부식 저항성과 자기 인장력 사이의 균형을 맞춰야 하며, 제품의 수명과 비용을 고려하여 가장 적합한 방법을 찾아야 합니다.