아연-니켈 합금도금의 Ni 공석률 변화에 따른 내식성 및 피막 특성

아연-니켈(Zn-Ni) 합금도금에서 가장 자주 보는 관리값 중 하나가 도금층의 Ni 함량이다. 그러나 Ni 함량이 높을수록 내식성이 계속 좋아진다고 생각하면 공정 판단을 잘못할 수 있다. Zn-Ni는 합금 조성에 따라 형성되는 상(phase)과 전기화학적 거동이 달라지고, 후처리인 패시베이트와 탑코트까지 포함해 하나의 코팅 시스템으로 성능을 평가해야 한다.

1. 중요한 것은 “Ni % 하나”가 아니라 안정된 합금상과 코팅 시스템이다

많은 자동차용 알칼리 Zn-Ni 공정은 대략 12~15 wt% 수준의 Ni 영역을 활용하는 경우가 많지만, 실제 합격 범위는 약품 시스템과 고객 규격에 따라 달라진다. 이 구간에서는 γ(감마) 계열의 합금상이 형성되어 내식성과 희생방식 특성의 균형을 확보하는 것이 일반적인 목표다. 조성이 지나치게 낮거나 높아지면 피막의 전위, 후처리 반응, 외관과 균일성이 달라질 수 있으므로 고객 승인 범위를 벗어난 조성은 단순히 “더 좋은 도금”으로 볼 수 없다.

2. 공석률이 흔들리는 이유는 전류밀도만이 아니다

• Zn/Ni 금속 농도 및 보충 밸런스
• 착화제·첨가제의 상태와 욕의 노화
• pH와 온도 변화
• 부품 형상에 따른 국부 전류밀도 차이
• 교반과 용액 유동, 랙 위치
• 도금 후 패시베이트·탑코트 조건

특히 복잡한 형상에서는 한 부품 안에서도 고전류부와 저전류부의 Ni 함량이 다를 수 있다. 평균 조성만 관리하면 모서리와 깊은 홈의 실제 피막 특성을 놓칠 수 있으므로, XRF 측정 위치를 기능부 중심으로 정하고 여러 지점을 비교하는 방식이 유리하다.

3. 내식성 시험 결과가 나쁠 때 바로 Ni %부터 올리면 안 되는 이유

4. 관리의 핵심은 조성-두께-후처리를 함께 기록하는 것

Zn-Ni 공정은 “도금층만”으로 끝나지 않는다. 같은 Ni 함량과 두께라도 패시베이트 종류, 실러/탑코트, 건조 상태에 따라 부식거동이 달라질 수 있다. 따라서 품질 이력에는 XRF 조성, 두께, 후처리 배치, NSS 결과를 같은 Lot 기준으로 묶어 기록하는 것이 좋다. 이렇게 해야 공석률이 실제 내식성 변화와 어떤 관계를 갖는지 현장 데이터로 확인할 수 있다.

실무 기준은 ASTM B841 같은 코팅 규격과 고객 도면을 우선한다. 인터넷에 있는 특정 Ni 함량이나 두께 숫자를 그대로 적용하기보다 승인된 약품사의 공정 창과 고객 요구사항을 기준으로 관리해야 한다.

참고 기준/자료

• ASTM B841 — Electrodeposited Coatings of Zinc Nickel Alloy Deposits

• ISO 9227 — Salt spray tests (when NSS/CASS evaluation is specified)

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