211 Korean Chem. Eng. Res., Vol. 50, No. 2, April, 2012, pp. 211-216 염화제이철 수용액에 의한 스테인레스 강판의 식각에 관한 연구 이형민·박무룡*·박광호*·박진호 † 영남대학교 화학공학부 712-749 경북 경산시 대동 214-1 *( 주) LG 이노텍 생산기술팀 730-713 경북 구미시 구포동 624 (2011 년 8 월 10 일 접수, 2011 년 10 월 5 일 채택) Wet Etching of Stainless Steel Foil by Aqueous Ferric Chloride Solution Hyung Min Lee, Mooryong Park*, Gwang Ho Park* and Chinho Park † School of Chemical Engineering, Yeungnam University, 214-1 Dae-dong, Gyeongsan-si, Gyeongbuk 712-749, Korea *LG Innotek, Co., Ltd., 624 Gupo-dong, Gumi-si, Gyeongbuk 730-713, Korea (Received 10 August 2011; accepted 5 October 2011) 요 약 염화제이철 수용액에 의한 스테인레스 강판의 식각반응에 관한 연구를 수행하였다. 식각액 교반속도, 식각온도, Fe 3+ 이온 농도, 식각액의 유리산도 및 비중 등 여러 공정변수가 식각속도에 미치는 영향에 대해 조사하였고, 그 결과, AK(aluminum-killed) 철, 크롬(chlomium) 강, 그리고 스테인레스 강(STS430J1L 합금) 의 식각반응이 1 차 반응식을 잘 따름을 알 수 있었다. 또한 식각액의 피로도(fatigue ratio) 가 16 % 이하로 유지되면 식각액 내에 슬러지가 발생하지 않 으며, 식각된 강판의 표면거칠기 또한 좋아짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 조사한 범위 내에서는, 식각액의 보메(Baume) 가 증가하면 식각속도는 감소하나 유리산도가 식각속도에 미치는 영향은 미비함을 알 수 있었다. 한편 본 연구의 실험 결과는 공정모델링을 통해 유도된 식각속도식의 계산결과와 잘 일치함을 알 수 있었다. Abstract - Wet chemical etching of stainless steel foil by aqueous ferric chloride solution was investigated in this study. Effects of various process parameters (e.g. etchant agitation rate, etchant temperature, Fe 3+ ion concentration, free HCl concentration, specific gravity, etc.) on the etch rate was first studied, and it was found that the etch rate of AK (alu- minum-killed) steel, chromium metal and stainless steel (STS430J1L alloy) follows the pseudo-first order reaction equa- tion. When the fatigue ratio of etchant was kept under 16%, sludge was not formed in the solution, and the etched surface showed smooth roughness. The etch rate decreases as Baume of etchant increases, but the effect of free HCl con- centration on the etch rate turned out to be minimal. Experimental data were compared with the calculated results from modeled equation, showing very good agreement. Key words: Etching, Aqueous Ferric Chlroride Solution, Etch Rate, Stainless Steel, Fatigue Ratio 1. 서 론 스테인레스 강은 표면이 아름답고 내식성이 우수하여 도장, 도색 등 표면처리를 하지 않아도 고유의 표면을 살려 다양한 용도에 사용 할 수 있다. 스테인레스 강은 주요 합금 성분인 크롬이 강의 표면에 강한 산화피막을 형성하여 더 이상의 산화를 방지하므로 잘 녹슬지 않는다. 또한 내산화성과 내열성이 뛰어나며, 기계적 강도, 가공성, 용접성 등에서도 우수하여 화학용, 식품용, 건축용을 비롯해 가정용 품에서부터 원자력공업, 우주산업에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있 다[1]. 스테인레스 강판 외장재의 제조에 있어 식각에 주로 사용되는 식각용액(etchant) 은 염화제이철 수용액으로서, 매우 강한 산화력을 가지고 있으며 다양한 금속 및 합금의 식각에 사용될 수 있는 폭 넓 은 반응성을 가지고 있다. 또한 값이 비교적 저렴하고 유독 가스와 냄새의 발생이 적어 PCB(Printed Circuit Board), 반도체용 lead frame 등 여러 정밀 전자부품의 식각 용액으로도 널리 사용되고 있다[2,3]. 염화제이철 수용액을 사용한 식각공정은 제품의 품질과 원가에 직접 적인 영향을 미치는 매우 중요한 공정이다. 현재 상업적으로 주로 사 용하고 있는 양산용 식각공정은 여러 개의 노즐을 사용한 분사 식각 기술으로서, 이러한 식각공정의 성공적인 수행을 위해서는 식각반응 기 내의 유체유동, 물질전달 그리고 화학반응에 관한 전반적인 이해 가 우선되어야 한다[4-8]. 각종 가전제품의 외장재로 주로 사용되고 있는 STS( 스테인리스) 강판은 새도우 마스크의 재료로 사용되어 온 AK(Aluminum-Killed) 철판이나 Invar 강판에 비해 염화제이철 수용액과의 반응성이 떨어 † To whom correspondence should be addressed. E-mail: [email protected]
6
Embed
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 50, No. 2, April, 2012, pp ... · 스테인레스 강은 표면이 아름답고 내식성이 우수하여 도장, 도색 ... 할 수 있다. 스테인레스
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
211
Korean Chem. Eng. Res., Vol. 50, No. 2, April, 2012, pp. 211-216
염화제이철 수용액에 의한 스테인레스 강판의 식각에 관한 연구
이형민·박무룡*·박광호*·박진호†
영남대학교 화학공학부
712-749 경북 경산시 대동 214-1
*(주) LG이노텍 생산기술팀
730-713 경북 구미시 구포동 624
(2011년 8월 10일 접수, 2011년 10월 5일 채택)
Wet Etching of Stainless Steel Foil by Aqueous Ferric Chloride Solution
Hyung Min Lee, Mooryong Park*, Gwang Ho Park* and Chinho Park†
School of Chemical Engineering, Yeungnam University, 214-1 Dae-dong, Gyeongsan-si, Gyeongbuk 712-749, Korea
*LG Innotek, Co., Ltd., 624 Gupo-dong, Gumi-si, Gyeongbuk 730-713, Korea
(Received 10 August 2011; accepted 5 October 2011)
요 약
염화제이철 수용액에 의한 스테인레스 강판의 식각반응에 관한 연구를 수행하였다. 식각액 교반속도, 식각온도, Fe3+
이온 농도, 식각액의 유리산도 및 비중 등 여러 공정변수가 식각속도에 미치는 영향에 대해 조사하였고, 그 결과,
AK(aluminum-killed) 철, 크롬(chlomium) 강, 그리고 스테인레스 강(STS430J1L 합금)의 식각반응이 1차 반응식을 잘
따름을 알 수 있었다. 또한 식각액의 피로도(fatigue ratio)가 16% 이하로 유지되면 식각액 내에 슬러지가 발생하지 않
으며, 식각된 강판의 표면거칠기 또한 좋아짐을 알 수 있었다. 본 연구에서 조사한 범위 내에서는, 식각액의 보메(Baume)
가 증가하면 식각속도는 감소하나 유리산도가 식각속도에 미치는 영향은 미비함을 알 수 있었다. 한편 본 연구의 실험
결과는 공정모델링을 통해 유도된 식각속도식의 계산결과와 잘 일치함을 알 수 있었다.
Abstract − Wet chemical etching of stainless steel foil by aqueous ferric chloride solution was investigated in this
study. Effects of various process parameters (e.g. etchant agitation rate, etchant temperature, Fe3+ ion concentration, free
HCl concentration, specific gravity, etc.) on the etch rate was first studied, and it was found that the etch rate of AK (alu-
minum-killed) steel, chromium metal and stainless steel (STS430J1L alloy) follows the pseudo-first order reaction equa-
tion. When the fatigue ratio of etchant was kept under 16%, sludge was not formed in the solution, and the etched
surface showed smooth roughness. The etch rate decreases as Baume of etchant increases, but the effect of free HCl con-
centration on the etch rate turned out to be minimal. Experimental data were compared with the calculated results from