JP7498908B2 - Electrical contact member and method for producing same - Google Patents
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Description
本発明は、電気接点部材およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to an electrical contact member and a method for manufacturing the same.
近年、国際的な環境保全の取り組みとして、温室効果ガスである二酸化炭素(CO2)の削減が必要とされている。また、日本政府においても「2050年カーボンニュートラル」におけるグリーン成長戦略を策定しており、成長が期待される14分野でCO2を削減する技術が求められている。そのため、IoTやDXが推進され、電気・電子部品の需要が高まっている。また、CO2を生成しない電池として水素燃料電池の利用拡大が見込まれる。 In recent years, as part of international efforts to protect the environment, it has become necessary to reduce carbon dioxide ( CO2 ), a greenhouse gas. The Japanese government has also formulated a green growth strategy for "carbon neutral by 2050," and technology to reduce CO2 is required in 14 fields where growth is expected. As a result, IoT and DX are being promoted, and demand for electric and electronic parts is increasing. In addition, the use of hydrogen fuel cells is expected to expand as a battery that does not generate CO2 .
このような中、電気・電子部品や水素燃料電池に用いられる電気接点の表面処理には、接触抵抗が低く、高温高湿条件で化学的に安定なAuめっきが使用されている。しかし、Au自体の原価が高いことから、Auめっきに代わる安価な表面処理が望まれている。Au代替めっきとしては、PdやRuなどの貴金属めっきが検討されているものの、接触抵抗や化学的安定性、生産コストは十分ではなかった。 In this environment, Au plating, which has low contact resistance and is chemically stable under high temperature and humidity conditions, is used for surface treatment of electrical contacts used in electrical and electronic components and hydrogen fuel cells. However, due to the high cost of Au itself, a cheaper surface treatment to replace Au plating is desired. Noble metal plating such as Pd and Ru has been considered as an alternative to Au plating, but the contact resistance, chemical stability, and production costs were insufficient.
上記の課題のうち、生産コストや低接触抵抗について解決するため、カーボンなどの導電性材料をめっき金属に組み込む複合めっきが検討されている。 To solve the above issues of production costs and low contact resistance, composite plating that incorporates conductive materials such as carbon into the plated metal is being considered.
特許文献1では、電子部品の端子・コネクタ、スイッチ材料用として、Sn、Agまたはその合金中に黒鉛を含有させた複合めっきが提案されている。 Patent Document 1 proposes composite plating containing graphite in Sn, Ag or alloys thereof for use in terminals, connectors and switch materials for electronic components.
特許文献2では、少なくとも電池ケース内側になる面に、黒鉛を分散した黒鉛分散ニッケルめっき層が形成されている電池ケース用表面処理鋼板が提案されている。 Patent Document 2 proposes a surface-treated steel sheet for battery cases in which a graphite-dispersed nickel plating layer containing dispersed graphite is formed on at least the surface that faces the inside of the battery case.
非特許文献1では、無電解Ni-Bめっき中に黒鉛を複合化させ、膜の硬さ、摩擦摩耗特性、接触電気抵抗について検討している。 In Non-Patent Document 1, graphite is compounded in electroless Ni-B plating, and the hardness, friction and wear properties, and contact electrical resistance of the film are examined.
しかしながら、従来、複合めっき膜において、化学的安定性は十分に検討されてはいなかった。特に、高温高湿下での接触抵抗については着目されておらず、高温高湿下での接触抵抗に関しては十分に検討されていなかった。 However, in the past, the chemical stability of composite plating films had not been fully studied. In particular, no attention was paid to contact resistance under high temperature and high humidity conditions, and contact resistance under high temperature and high humidity conditions had not been fully studied.
かかる状況下、本発明は、接触抵抗が低く、化学的に安定な、複合ニッケルめっき膜を有する電気接点部材およびその製造方法を提供することを目的とする。 In this situation, the present invention aims to provide an electrical contact member having a composite nickel plating film that has low contact resistance and is chemically stable, and a method for manufacturing the same.
本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、下記の発明が上記目的に合致することを見出し、本発明に至った。
すなわち、本発明は、以下の発明に係るものである。
As a result of intensive research aimed at solving the above problems, the present inventors discovered that the following invention meets the above object, and thus completed the present invention.
That is, the present invention relates to the following inventions.
<1> 被めっき物と、前記被めっき物の上に形成された複合ニッケルめっき膜と、を有し、前記複合ニッケルめっき膜が、ニッケルまたはニッケル合金と、前記ニッケルまたはニッケル合金中に分散した導電性炭素粒子とを含有し、前記複合ニッケルめっき膜の表面における前記導電性炭素粒子の面積率が20面積%以上である、電気接点部材。
<2> 前記複合ニッケルめっき膜の表面における前記導電性炭素粒子の含有率が10質量%以上である、前記<1>に記載の電気接点部材。
<3> 前記ニッケルまたはニッケル合金が、ニッケルとリンを含むニッケルリン合金である、前記<1>または<2>に記載の電気接点部材。
<4> 前記導電性炭素粒子が、黒鉛である、前記<1>から<3>のいずれかに記載の電気接点部材。
<5> 前記被めっき物が、導電性基材と、前記導電性基材の上に形成された下地金属層とを有し、前記下地金属層の上に前記複合ニッケルめっき膜が形成された、前記<1>から<4>のいずれかに記載の電気接点部材。
<1> An electrical contact member comprising: an object to be plated; and a composite nickel plating film formed on the object to be plated, wherein the composite nickel plating film contains nickel or a nickel alloy, and conductive carbon particles dispersed in the nickel or nickel alloy, and an area ratio of the conductive carbon particles on a surface of the composite nickel plating film is 20 area % or more.
<2> The electrical contact member according to <1>, wherein a content of the conductive carbon particles on the surface of the composite nickel plating film is 10 mass % or more.
<3> The electrical contact member according to <1> or <2>, wherein the nickel or nickel alloy is a nickel-phosphorus alloy containing nickel and phosphorus.
<4> The electrical contact member according to any one of <1> to <3>, wherein the conductive carbon particles are graphite.
<5> The electrical contact member according to any one of <1> to <4>, wherein the object to be plated has a conductive base material and a base metal layer formed on the conductive base material, and the composite nickel plating film is formed on the base metal layer.
<6> 導電性炭素粒子と陽イオン界面活性剤とを含む水分散液中に、被めっき物と陽極とを浸漬させ、前記被めっき物と前記陽極との間に電圧を印加して、前記被めっき物の表面に前記導電性炭素粒子を堆積させる第1工程と、前記導電性炭素粒子が表面に堆積した前記被めっき物に、ニッケルまたはニッケル合金を析出させる無電解めっき処理を行って、前記被めっき物上に、前記ニッケルまたはニッケル合金と、前記導電性炭素粒子とを含有する複合ニッケルめっき膜を形成する第2工程と、を有する、電気接点部材の製造方法。
<7> 前記被めっき物が、導電性基材と、前記導電性基材の上に形成された下地金属層とを有し、前記第1工程において、前記下地金属層の表面に前記導電性炭素粒子を堆積させる、前記<6>に記載の電気接点部材の製造方法。
<6> A method for manufacturing an electrical contact member, comprising: a first step of immersing an object to be plated and an anode in an aqueous dispersion containing conductive carbon particles and a cationic surfactant, and applying a voltage between the object to be plated and the anode to deposit the conductive carbon particles on a surface of the object to be plated; and a second step of performing an electroless plating process on the object to be plated, on whose surface the conductive carbon particles have been deposited, to deposit nickel or a nickel alloy, thereby forming a composite nickel plating film on the object to be plated, which contains the nickel or nickel alloy and the conductive carbon particles.
<7> The method for manufacturing an electrical contact member according to <6>, wherein the object to be plated has a conductive base material and a base metal layer formed on the conductive base material, and in the first step, the conductive carbon particles are deposited on a surface of the base metal layer.
本発明によれば、接触抵抗が低く、化学的に安定な、複合ニッケルめっき膜有する電気接点部材およびその製造方法が提供される。 The present invention provides an electrical contact member having a composite nickel plating film that has low contact resistance and is chemically stable, and a method for manufacturing the same.
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を変更しない限り、以下の内容に限定されない。なお、本明細書において「~」という表現を用いる場合、その前後の数値又は物性値を含む表現として用いるものとする。 The following describes in detail the embodiments of the present invention, but the description of the constituent elements described below is one example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to the following content as long as the gist of the invention is not changed. Note that when the expression "~" is used in this specification, it is used as an expression including the numerical values or physical property values before and after it.
<電気接点部材>
本発明は、被めっき物と、被めっき物の上に形成された複合ニッケルめっき膜と、を有し、複合ニッケルめっき膜が、ニッケルまたはニッケル合金と、ニッケルまたはニッケル合金中に分散した導電性炭素粒子とを含有し、複合ニッケルめっき膜の表面における導電性炭素粒子の面積率が20面積%以上である、電気接点部材(以下、「本発明の電気接点部材」と記載する場合がある。)に関するものである。
<Electrical Contact Member>
The present invention relates to an electrical contact member (hereinafter sometimes referred to as "the electrical contact member of the present invention") which has a plated object and a composite nickel plating film formed on the plated object, wherein the composite nickel plating film contains nickel or a nickel alloy and conductive carbon particles dispersed in the nickel or nickel alloy, and the area ratio of the conductive carbon particles on the surface of the composite nickel plating film is 20 area % or more.
<電気接点部材の製造方法>
本発明は、導電性炭素粒子と陽イオン界面活性剤とを含む水分散液中に、被めっき物と陽極とを浸漬させ、被めっき物と陽極との間に電圧を印加して、被めっき物の表面に導電性炭素粒子を堆積させる第1工程と、導電性炭素粒子が表面に堆積した被めっき物に、ニッケルまたはニッケル合金を析出させる無電解めっき処理を行って、被めっき物上に、ニッケルまたはニッケル合金と、導電性炭素粒子とを含有する複合ニッケルめっき膜を形成する第2工程と、を有する、電気接点部材の製造方法(以下、「本発明の電気接点部材の製造方法」と記載する場合がある。)に関するものである。
<Method of Manufacturing Electrical Contact Member>
The present invention relates to a method for producing an electrical contact member (hereinafter, sometimes referred to as the "method for producing an electrical contact member of the present invention") which comprises: a first step of immersing an object to be plated and an anode in an aqueous dispersion containing conductive carbon particles and a cationic surfactant and applying a voltage between the object to be plated and the anode to deposit conductive carbon particles on the surface of the object to be plated; and a second step of performing an electroless plating process on the object to be plated, on whose surface the conductive carbon particles have been deposited, to deposit nickel or a nickel alloy, thereby forming a composite nickel plating film on the object to be plated, containing nickel or a nickel alloy and conductive carbon particles (hereinafter, may be referred to as the "method for producing an electrical contact member of the present invention").
本発明者らは、めっき膜の表面に露出した導電性炭素粒子の量に着目した。導電性炭素粒子は、化学的安定性が高く、金属に比べ酸化されにくいため、導電性炭素粒子がめっき膜表面に高密度に露出した構造とすることで、高温高湿環境においても接触抵抗が増加しにくい複合めっき膜とできると考え、鋭意研究した。しかしながら、あらかじめ導電性炭素粒子を分散させためっき浴を用いて無電解めっき処理を行ったところ、めっき膜への導電性炭素粒子の取り込み量が少なく、めっき膜表面に導電性炭素粒子が高密度に露出した構造は得られなかった。めっき膜への導電性炭素粒子の取り込み量を増やすためにめっき浴への導電性炭素粒子の添加量を増やすと、凝集沈殿する等の問題があることがわかった。また、導電性炭素粒子を分散させためっき浴を用いて電解めっき処理する方法では、めっき膜に接触した導電性炭素粒子上にめっきが成長し、突起状のめっきになり、導電性炭素粒子がめっき膜の表面に露出しにくいという問題があることがわかった。そのため、めっき膜への導電性炭素粒子の取り込み量を増やしても、めっき膜の表面における導電性炭素粒子の量を増やすことは困難であった。 The present inventors focused on the amount of conductive carbon particles exposed on the surface of the plating film. Conductive carbon particles have high chemical stability and are less likely to oxidize than metals, so they conducted intensive research, thinking that by forming a structure in which conductive carbon particles are exposed at a high density on the surface of the plating film, a composite plating film in which contact resistance is less likely to increase even in a high-temperature, high-humidity environment can be obtained. However, when electroless plating was performed using a plating bath in which conductive carbon particles were dispersed in advance, the amount of conductive carbon particles taken up into the plating film was small, and a structure in which conductive carbon particles are exposed at a high density on the plating film surface was not obtained. It was found that increasing the amount of conductive carbon particles added to the plating bath in order to increase the amount of conductive carbon particles taken up into the plating film causes problems such as aggregation and precipitation. In addition, it was found that in a method of electrolytic plating using a plating bath in which conductive carbon particles are dispersed, plating grows on the conductive carbon particles in contact with the plating film, resulting in protruding plating, and the conductive carbon particles are less likely to be exposed on the surface of the plating film. Therefore, even if the amount of conductive carbon particles taken up into the plating film is increased, it is difficult to increase the amount of conductive carbon particles on the surface of the plating film.
さらに研究を重ねた結果、陽イオン界面活性剤により導電性炭素粒子を分散させた水溶液中で、電気泳動により黒鉛を陰極表面に高密度に堆積した後、無電解めっきにより析出させたニッケル合金で導電性炭素粒子間隙を埋めながらめっき膜を形成させることで、めっき膜表面に導電性炭素粒子が高密度に露出した構造体を得られることが分かった。また、この構造体は、高温高湿試験においても接触抵抗が増加しにくいことがわかった。本発明は、これらの知見に基づくものである。 As a result of further research, it was found that a structure with a high density of conductive carbon particles exposed on the surface of the plating film can be obtained by depositing graphite at a high density on the surface of the cathode by electrophoresis in an aqueous solution in which conductive carbon particles are dispersed using a cationic surfactant, and then forming a plating film while filling the gaps between the conductive carbon particles with nickel alloy deposited by electroless plating. It was also found that this structure is less susceptible to an increase in contact resistance even in high-temperature, high-humidity tests. The present invention is based on these findings.
ニッケルまたはニッケル合金の表面酸化が進むと、酸化ニッケルは抵抗が高いため、導電性炭素粒子が導電パスとなる。複合ニッケルめっき膜の表面において導電性炭素粒子が少なすぎると、導電パスが少なくなり、ニッケルまたはニッケル合金の表面酸化により抵抗が増加しやすくなる。特に、高温高湿下では、ニッケルまたはニッケル合金が表面酸化されやすいため、抵抗が増加しやすくなる。本発明の電気接点部材は、複合ニッケルめっき膜の表面における導電性炭素粒子の面積率が20面積%以上であり、化学的安定性が高く、金属に比べて酸化されにくい導電性炭素粒子が表面に高密度に露出した構造となる。このため、接触抵抗が低く、化学的安定性に優れたものとできる。このような本発明の電気接点部材は、本発明の電気接点部材の製造方法により好適に得ることができる。 As the surface oxidation of nickel or nickel alloy progresses, the conductive carbon particles become conductive paths because nickel oxide has high resistance. If there are too few conductive carbon particles on the surface of the composite nickel plating film, the conductive paths are reduced, and the resistance is likely to increase due to the surface oxidation of the nickel or nickel alloy. In particular, under high temperature and high humidity, the surface of nickel or nickel alloy is easily oxidized, and the resistance is likely to increase. The electrical contact member of the present invention has a structure in which the area ratio of conductive carbon particles on the surface of the composite nickel plating film is 20 area % or more, and conductive carbon particles, which are highly chemically stable and less likely to be oxidized than metals, are exposed at a high density on the surface. Therefore, the contact resistance is low and the chemical stability is excellent. Such an electrical contact member of the present invention can be suitably obtained by the manufacturing method of the electrical contact member of the present invention.
特に、本発明の電気接点部材は、高温高湿下においても接触抵抗が増加しにくく、化学的安定性に優れるものとすることができる。 In particular, the electrical contact member of the present invention is unlikely to increase in contact resistance even under high temperature and high humidity conditions, and has excellent chemical stability.
以下、本発明の電気接点部材および本発明の電気接点部材の製造方法について、より詳しく説明する。 The electrical contact member of the present invention and the manufacturing method of the electrical contact member of the present invention will be described in more detail below.
<電気接点部材>
図1は、本発明の電気接点部材の一例を示す模式図である。図1に示すように、電気接点部材1は、ニッケルまたはニッケル合金12と、ニッケルまたはニッケル合金12中に分散した導電性炭素粒子14を含有する複合ニッケルめっき膜10と、被めっき物20と、を有する。
<Electrical Contact Member>
Fig. 1 is a schematic diagram showing an example of an electrical contact member of the present invention. As shown in Fig. 1, the electrical contact member 1 has a composite nickel plating
[複合ニッケルめっき膜10]
本発明の電気接点部材を構成する複合ニッケルめっき膜10は、被めっき物20の上に形成された膜であり、ニッケルまたはニッケル合金12と、導電性炭素粒子14とを主体とする膜である。複合ニッケルめっき膜10の厚さは、導電性炭素粒子14の大きさや、使用用途等に応じて適宜選択されるものである。例えば、0.5~20μmや、1~10μm、1~5μmなどとすることができる。なお、複合ニッケルめっき膜10の厚さは、ニッケルまたはニッケル合金12のめっきの厚みであり、導電性炭素粒子14の一部はこの厚みより露出している部分もある。
[Composite nickel plating film 10]
The composite nickel plating
(ニッケルまたはニッケル合金12)
複合ニッケルめっき膜10は、ニッケルまたはニッケル合金12を含む。ニッケルまたはニッケル合金12は、硬さや耐摩耗性に優れ、安価であり、無電解めっきを利用することで均一性の高い膜を形成させることができる。
(Nickel or Nickel Alloy 12)
The composite
ニッケルまたはニッケル合金12は、ニッケル単体、または、ニッケルとニッケル以外の元素を含むニッケルを主体とする(ニッケルを50質量%以上含む)合金である。ニッケル合金としては、ニッケル(Ni)と、リン(P)、ホウ素(B)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)およびスズ(Sn)からなる群から選択される1以上とを含むニッケル合金などが挙げられる。ニッケルまたはニッケル合金12は、ニッケルと、リンおよび/またはホウ素とを含むニッケル合金であることが好ましく、ニッケルとリンとを含むニッケルリン合金(NiP合金)であることがより好ましい。リンを含むことで、めっき膜は、耐食性に優れ、高温高湿環境下で表面酸化膜の膜厚が厚くなりにくい。
Nickel or
(導電性炭素粒子14)
複合ニッケルめっき膜10は、導電性炭素粒子14を含む。導電性炭素粒子14は、ニッケルまたはニッケル合金12中に分散している。また、導電性炭素粒子14の一部は複合ニッケルめっき膜10の表面に露出しており、複合ニッケルめっき膜10の表面において、導電性炭素粒子14は点在(分散)している。
(Conductive Carbon Particles 14)
The composite
導電性炭素粒子14としては、黒鉛、グラフェン、カーボンブラック、カーボンナノチューブなどが挙げられる。中でも、安価で、低接触抵抗であり、化学的安定性に優れるため、黒鉛が好ましい。
Examples of
黒鉛は、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、球状黒鉛、膨張黒鉛、膨張化黒鉛、土状黒鉛などの天然黒鉛や、人造黒鉛などが挙げられ、人造黒鉛が好ましい。 Examples of graphite include natural graphite such as scaly graphite, flake graphite, spherical graphite, expanded graphite, expanded graphite, and earthy graphite, and artificial graphite, with artificial graphite being preferred.
導電性炭素粒子14の形状は特に限定されないが、非球状であることが好ましい。非球状のものを用いることで接地面積を大きくし、被めっき物との接着力を大きくすることができる。球状の導電性炭素粒子14は、被めっき物から脱落しやすい傾向にある。なお、非球状とは、真球状以外の形状であり、鱗片状、針状、無定形などの形状である。非球状の導電性炭素粒子14は、例えば、導電性炭素粒子の最大径(長径)を最小径(短径)で除した値が1.2以上(最大径/最小径>1.2)である。
The shape of the
導電性炭素粒子14の平均粒径は、0.01μm以上が好ましく、0.1μm以上がより好ましく、0.5μm以上がより好ましく、1μm以上がさらに好ましい。また、導電性炭素粒子14の平均粒径は、20μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、10μm以下がさらに好ましい。導電性炭素粒子14が大きすぎると、複合ニッケルめっき膜10の膜厚が厚くなり、不経済である。また、導電性炭素粒子14が小さすぎると、他の導電性炭素粒子と連結していない導電性炭素粒子が多くなり、ニッケルと炭素との複合化の効果が発揮されにくく、高温高湿下での複合ニッケルめっき膜10の化学的安定性が低下する傾向にある。なお、導電性炭素粒子14の粒径は、球状である場合はその直径であり、非球状である場合はその最大径である。導電性炭素粒子14の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による部材の断面画像から求めることができ、100個の導電性炭素粒子14の平均値として算出することができる。
The average particle size of the
(複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率)
複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率は20面積%以上である。このように複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率が高い構成であるため、抵抗が増加しにくく、化学的な安定性に優れたものにできる。複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率は、30面積%以上が好ましく、35面積%以上がより好ましい。複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率が小さすぎると、化学的安定性が低下する傾向にある。また、複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率の上限は特に制限はないが、90面積%以下や、80面積%以下、70面積%以下、60面積%以下などとすることができる。
(Area ratio of
The area ratio of the
なお、複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率は、走査型電子顕微鏡(SEM)による複合ニッケルめっき膜10の表面観察により得られる組成像(COMPO像)における導電性炭素粒子14の面積の割合であり、組成像を画像解析ソフトにより解析し算出した導電性炭素粒子14の総面積を組成像全体の面積で除した値の百分率である。具体的には、まず、走査型電子顕微鏡によりめっき膜の表面の組成像を取得する。撮影は、適切な観察領域となるように導電性炭素粒子14の平均粒径に応じて観察倍率を調整して行えばよく、例えば、500倍の倍率で組成像(面積172μm×240μm)を撮影する。次いで、組成像をEDXの画像解析ソフト(GENESIS Spectrum)により二値化処理し、黒色領域の面積を導電性炭素粒子14の面積として算出する。算出された黒色領域の総面積と組成像全体の面積を用いて、複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の面積率を求めることができる。
The area ratio of the
(複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の含有率)
複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の含有率は10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましく、20質量%以上がさらに好ましい。また、その上限は特に限定されない。耐久性などの観点から、複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の含有率は、90質量%以下とすることが好ましく、80質量%や、70質量%以下、60質量%以下、50質量%以下などとしてもよい。なお、複合ニッケルめっき膜10の表面における導電性炭素粒子14の含有率は、加速電圧15kVで走査型電子顕微鏡-エネルギー分散型X線分析(SEM-EDX)により測定したときの、ニッケルまたはニッケル合金12と導電性炭素粒子14との合計に対する導電性炭素粒子14の質量比である。
(Content of
The content of the
複合ニッケルめっき膜10における、ニッケルまたはニッケル合金12と導電性炭素粒子14との合計は、97質量%以上であることが好ましく、98質量%以上であることがより好ましい。複合ニッケルめっき膜10は、ニッケルまたはニッケル合金12と導電性炭素粒子14とから実質的になることがさらに好ましいが、製造工程で不可避的に含まれる不純物や、物性上影響を与えない不純物は含んでもよい。また、複合ニッケルめっき膜10は、ニッケルまたはニッケル合金12が、ニッケルと、リンおよび/またはホウ素とを含むニッケル合金であり、導電性炭素粒子14が黒鉛であることが好ましい。より好ましくは、ニッケルまたはニッケル合金12がニッケルとリンとを含むニッケルリン合金であり、導電性炭素粒子14が黒鉛である。
In the composite
好適な複合ニッケルめっき膜10のひとつは、Cが10~90質量%、Pが11質量%以下、Bが6質量%以下であり、残部がNiおよび不可避的不純物である膜である。また、別の好適な複合ニッケルめっき膜10として、Cが10~90質量%、Pが1~11質量%、残部がNiおよび不可避的不純物である膜が挙げられる。
One suitable composite
[被めっき物20]
被めっき物20は、特に限定されず、銅やアルミニウム、チタンなどの各種金属素材などを用いることができる。また、被めっき物20の形状は、板材に限定されず、線材、棒材、管材、角材、各種部材形状など、用途に適した形状とすることができる。
[Plating object 20]
The object to be plated 20 is not particularly limited, and various metal materials such as copper, aluminum, titanium, etc. can be used. The shape of the object to be plated 20 is not limited to a plate material, and it can be a shape suitable for the application, such as a wire material, a bar material, a tube material, a square material, or various component shapes.
被めっき物20の上に複合ニッケルめっき膜10を形成しやすいため、被めっき物20は、導電性基材と、導電性基材の上に形成された下地金属層を有することが好ましい。
Because it is easy to form a composite
図2は、導電性基材22と、導電性基材22の上に形成された下地金属層24を有する被めっき物20aと、下地金属層24の上に形成された複合ニッケルめっき膜10とを有する電気接点部材1aの模式図である。電気接点部材1aは、被めっき物20aの構成以外は、電気接点部材1と同じである。
Figure 2 is a schematic diagram of an
(導電性基材22)
導電性基材22としては、銅、アルミニウム、チタンなどの金属基材などが挙げられる。また、導電性基材22の形状に特に制限はなく、用途に適したものを適宜選択して用いることができる。
(Conductive substrate 22)
Examples of the
(下地金属層24)
下地金属層24は、導電性基材22の表面に形成される層であり、金属から形成される層である。下地金属層24は、複合ニッケルめっき膜10を形成するときに触媒として寄与できる金属から形成されていればよく、ニッケルまたはニッケル合金12と同一の金属であってもよく、異なる金属であってもよい。下地金属層24を構成する金属が、複合ニッケルめっき膜10を構成するニッケルまたはニッケル合金12と同一である場合、導電性炭素粒子の有無によって、下地金属層24と複合ニッケルめっき膜10とは判断できる。
(Base metal layer 24)
The
下地金属層24としては、例えば、ニッケル、ニッケル合金、コバルト、コバルト合金、鉄、鉄合金などの層が挙げられる。耐食性の観点から、下地金属層24は、ニッケルまたはニッケル合金の層であることが好ましい。ニッケル合金としては、ニッケル(Ni)と、リン(P)、ホウ素(B)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)およびスズ(Sn)からなる群から選択される1以上とを含むニッケル合金などが挙げられる。
The
下地金属層24の厚みは特に限定されないが、10nm以上や、100nm以上、1μm以上などとすることができる。また、その上限は、100μm以下や、50μm以下などとすることができる。
The thickness of the
導電性基材22と、導電性基材22の上に形成された下地金属層24を有する被めっき物20aは、公知のめっき方法を利用して、導電性基材22に対して、下地金属層24を構成する金属が析出するようにめっき処理することで得ることができる。
The plated object 20a, which has a
<電気接点部材の用途>
本発明の電気接点部材は、具体的には、電子部品の端子やコネクタ、スイッチ材料(リレー端子)、電池ケース、燃料電池のセパレータや集電板、配電盤の端子、ブスバーなどに用いることができる。
<Applications of electrical contact materials>
Specifically, the electrical contact member of the present invention can be used for terminals and connectors of electronic components, switch materials (relay terminals), battery cases, separators and current collectors of fuel cells, terminals of switchboards, bus bars, and the like.
<電気接点部材の製造方法>
本発明の電気接点部材の製造方法は、上記の通り、導電性炭素粒子と陽イオン界面活性剤とを含む水分散液中に、被めっき物と陽極とを浸漬させ、被めっき物と陽極との間に電圧を印加して、被めっき物の表面に導電性炭素粒子を堆積させる第1工程と、導電性炭素粒子が表面に堆積した被めっき物に、ニッケルまたはニッケル合金を析出させる無電解めっき処理を行って、被めっき物上に、ニッケルまたはニッケル合金と、導電性炭素粒子とを含有する複合ニッケルめっき膜を形成する第2工程と、を有する。
<Method of Manufacturing Electrical Contact Member>
As described above, the method for manufacturing an electrical contact member of the present invention includes a first step of immersing an object to be plated and an anode in an aqueous dispersion containing conductive carbon particles and a cationic surfactant and applying a voltage between the object to be plated and the anode to deposit conductive carbon particles on the surface of the object to be plated, and a second step of performing an electroless plating process to deposit nickel or a nickel alloy on the object to be plated with the conductive carbon particles deposited on its surface, thereby forming a composite nickel plating film containing nickel or a nickel alloy and the conductive carbon particles on the object to be plated.
導電性炭素粒子を陽イオン界面活性剤により正に帯電させ、被めっき物が陰極となるように電圧を印加することで、被めっき物上に導電性炭素粒子を堆積させることができる。この状態でさらに無電解めっき処理を行うことで、膜表面の導電性炭素粒子の面積率が高い複合ニッケルめっき膜を形成させることができる。このような方法とすることで、めっき膜の厚さのバラツキを抑えて、再現性高く、製造することができる。また、本発明の電気接点部材の製造方法により、本発明の電気接点部材を好適に得ることができる。 Conductive carbon particles can be deposited on the object to be plated by positively charging the conductive carbon particles with a cationic surfactant and applying a voltage so that the object to be plated becomes the cathode. By further performing electroless plating in this state, a composite nickel plating film with a high area ratio of conductive carbon particles on the film surface can be formed. By using such a method, it is possible to reduce variation in the thickness of the plating film and produce it with high reproducibility. Furthermore, the electrical contact member of the present invention can be suitably obtained by the manufacturing method of the electrical contact member of the present invention.
(第1工程)
第1工程は、導電性炭素粒子と陽イオン界面活性剤とを含む水分散液中に、被めっき物と陽極とを浸漬させ、被めっき物と陽極との間に電圧を印加して、被めっき物の表面に導電性炭素粒子を堆積させる工程である。
(First step)
The first step is to immerse an object to be plated and an anode in an aqueous dispersion containing conductive carbon particles and a cationic surfactant, and apply a voltage between the object to be plated and the anode to deposit conductive carbon particles on the surface of the object to be plated.
(水分散液)
水分散液は、導電性炭素粒子と陽イオン界面活性剤を含み、導電性炭素粒子が水に分散した液である。陽イオン界面活性剤の存在により、導電性炭素粒子の凝集を抑えられ、水分散液中での導電性炭素粒子の分散性が向上する。また、陽イオン界面活性剤を用いて導電性炭素粒子を分散させることで、導電性炭素粒子が正に帯電するため、電圧を印加したときに、導電性炭素粒子を陰極側(被めっき物側)に移動させることができる。これにより、導電性炭素粒子を被めっき物の表面に高密度に堆積させることができる。また、水系であるため、環境負荷も小さく、実用的である。
(Aqueous dispersion)
The aqueous dispersion contains conductive carbon particles and a cationic surfactant, and is a liquid in which the conductive carbon particles are dispersed in water. The presence of the cationic surfactant suppresses the aggregation of the conductive carbon particles, improving the dispersibility of the conductive carbon particles in the aqueous dispersion. In addition, by dispersing the conductive carbon particles using the cationic surfactant, the conductive carbon particles become positively charged, so that when a voltage is applied, the conductive carbon particles can be moved to the cathode side (the side of the object to be plated). This allows the conductive carbon particles to be deposited at a high density on the surface of the object to be plated. In addition, since it is aqueous, it has a small environmental impact and is practical.
水分散液は、導電性炭素粒子の被めっき物上への堆積を阻害しない限り、導電性炭素粒子、陽イオン界面活性剤以外の成分を含んでもよい。例えば、酢酸、クエン酸、酒石酸、コハク酸およびこれらの塩(ナトリウム塩や、カリウム塩、マグネシウム塩)などpH緩衝作用を有する成分を含んでもよい。 The aqueous dispersion may contain components other than the conductive carbon particles and the cationic surfactant, so long as they do not inhibit the deposition of the conductive carbon particles on the substrate to be plated. For example, the aqueous dispersion may contain components that have a pH buffering effect, such as acetic acid, citric acid, tartaric acid, succinic acid, and their salts (sodium salts, potassium salts, magnesium salts).
(陽イオン界面活性剤)
陽イオン界面活性剤は特に制限なく、公知のものを使用することができる。例えば、陽イオン界面活性剤として、アンモニウム塩型の陽イオン界面活性剤(アルキルトリメチルアンモニウムハライド、ジアルキルジメチルアンモニウムハライド、ベンジルジメチルアルキルアンモニウムクロライド等)、アミン型の陽イオン界面活性剤(モノアルキルアミン塩、ジアルキルアミン塩、トリアルキルアミン塩等)、ピリジニウム型の陽イオン界面活性剤、イミダゾリウム塩型の陽イオン界面活性剤、ホスホニウム塩型の陽イオン界面活性剤などが挙げられる。
(cationic surfactant)
The cationic surfactant is not particularly limited, and known ones can be used. For example, the cationic surfactant may be an ammonium salt type cationic surfactant (such as an alkyl trimethyl ammonium halide, a dialkyl dimethyl ammonium halide, or a benzyl dimethyl alkyl ammonium chloride), an amine type cationic surfactant (such as a monoalkyl amine salt, a dialkyl amine salt, or a trialkyl amine salt), a pyridinium type cationic surfactant, an imidazolium salt type cationic surfactant, or a phosphonium salt type cationic surfactant.
水分散液中における陽イオン活性剤の濃度は、例えば、0.01~20g/Lや、0.1~15g/Lである。 The concentration of the cationic surfactant in the aqueous dispersion is, for example, 0.01 to 20 g/L or 0.1 to 15 g/L.
(導電性炭素粒子)
導電性炭素粒子は、上記の通り、黒鉛が好ましい。水分散液中における導電性炭素粒子の濃度は、例えば、1~100g/Lや、10~50g/Lである。
(Conductive carbon particles)
As described above, the conductive carbon particles are preferably graphite. The concentration of the conductive carbon particles in the aqueous dispersion is, for example, 1 to 100 g/L, or 10 to 50 g/L.
(陽極)
陽極は、特に限定されず、被めっき物等に応じて適宜選択して用いればよい。例えば、ステンレスや、鉄、アルミニウム、銅などの金属板を用いることができる。
(anode)
The anode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the object to be plated, etc. For example, a metal plate such as stainless steel, iron, aluminum, copper, etc. may be used.
(電圧の印加)
第1工程では、水分散液中で被めっき物と陽極とを間隔をあけて対向配置し、被めっき物と陽極との間に被めっき物が陰極となるように電圧を印加する。これにより、導電性炭素粒子が被めっき物側に移動し、被めっき物の陽極と対向する側の表面に導電性炭素粒子が堆積する。なお、導電性炭素粒子を負に帯電させ、被めっき物が陽極となるように電圧を印加すると被めっき物の表面が酸化される場合がある。例えば、下地金属層としてニッケル層を有する被めっき物を陽極となるように電圧を印加した場合には、ニッケルが酸化されるおそれがある。第1工程では、導電性炭素粒子を正に帯電させ、被めっき物が陰極となるように電圧を印加することで、被めっき物の表面も酸化されにくい。
(Application of voltage)
In the first step, the object to be plated and the anode are placed facing each other with a gap in the aqueous dispersion, and a voltage is applied between the object to be plated and the anode so that the object to be plated becomes the cathode. As a result, the conductive carbon particles move toward the object to be plated, and the conductive carbon particles are deposited on the surface of the object to be plated facing the anode. Note that if the conductive carbon particles are negatively charged and a voltage is applied so that the object to be plated becomes the anode, the surface of the object to be plated may be oxidized. For example, if a voltage is applied to a plated object having a nickel layer as a base metal layer so that the object to be plated becomes the anode, the nickel may be oxidized. In the first step, the conductive carbon particles are positively charged and a voltage is applied so that the object to be plated becomes the cathode, so that the surface of the object to be plated is also less likely to be oxidized.
印加電圧や印加時間は、目的とする導電性炭素粒子の堆積量等に応じて適宜選択すればよく特に限定されない。例えば、電圧は、5~200Vや、5~100V、10~50V等とすることができる。また、このような電圧の範囲となれば、定電流を印加してもよい。電圧または電流の印加時間は、5秒~10分や10秒~5分程度である。 The applied voltage and application time are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the desired deposition amount of conductive carbon particles, etc. For example, the voltage can be 5 to 200 V, 5 to 100 V, 10 to 50 V, etc. Furthermore, if the voltage is within such a range, a constant current may be applied. The application time of the voltage or current is about 5 seconds to 10 minutes, or 10 seconds to 5 minutes.
(第2工程)
第2工程は、導電性炭素粒子が表面に堆積した被めっき物に、ニッケルまたはニッケル合金を析出させる無電解めっき処理を行って、被めっき物上に、ニッケルまたはニッケル合金と、導電性炭素粒子とを含有する複合ニッケルめっき膜を形成する工程である。
(Second step)
The second step is a step of performing an electroless plating process to precipitate nickel or a nickel alloy on the plated object having conductive carbon particles deposited on its surface, thereby forming a composite nickel plating film containing nickel or a nickel alloy and conductive carbon particles on the plated object.
ニッケルまたはニッケル合金の析出によって、導電性炭素粒子が被めっき物上に固定され、また、導電性炭素粒子の間隙がニッケルまたはニッケル合金で充填され、複合ニッケルめっき膜が形成される。無電解めっきを用いることで、電解めっきとは違い電流分布の影響を受けないため、膜厚を均一に形成することができる。また、無電解めっきとすることで、ニッケルまたはニッケル合金は導電性炭素粒子の上に析出しないため、ニッケルまたはニッケル合金と導電性炭素粒子との複合化の効果が十分に発揮できる。また、導電性炭素粒子の間隙を充填するようにニッケルまたはニッケル合金が析出するため、ノジュールも析出しにくい。 The precipitation of nickel or nickel alloy fixes the conductive carbon particles onto the object to be plated, and the gaps between the conductive carbon particles are filled with nickel or nickel alloy, forming a composite nickel plating film. Unlike electrolytic plating, electroless plating is not affected by current distribution, so a uniform film thickness can be formed. Furthermore, electroless plating does not precipitate nickel or nickel alloy on the conductive carbon particles, so the effect of forming a composite between nickel or nickel alloy and conductive carbon particles can be fully exerted. Furthermore, because nickel or nickel alloy precipitates to fill the gaps between the conductive carbon particles, nodules are less likely to precipitate.
一方、電解めっきでは、めっき膜の膜厚を均一に形成することが困難であったり、導電性炭素粒子の上にもニッケルまたはニッケル合金が析出できるため、形成されためっき膜の表面における導電性炭素粒子の面積率を上げることが困難で、複合化の効果を得にくかったりする。 On the other hand, with electrolytic plating, it is difficult to form a plating film with a uniform thickness, and nickel or nickel alloys can also be deposited on the conductive carbon particles, making it difficult to increase the area ratio of conductive carbon particles on the surface of the formed plating film, making it difficult to achieve the composite effect.
無電解めっきの方法は、公知の方法を採用することができる。めっき浴は、ニッケルを主体として析出させることができるものであれば特に限定されず、ニッケル塩や、還元剤、錯化剤、pH調整剤を含む公知の無電解ニッケルめっき浴を使用することができる。例えば、一般的な無電解NiPめっき浴や無電解NiBめっき浴などを適宜選択することができる。無電解NiPめっき浴には、めっき膜中のリン含有量の違いにより、低リン浴、中リン浴、高リン浴などと呼ばれる液があり、これらを使用することができる。また、ニッケルまたはニッケル合金の組成や無電解めっき反応の反応性等を考慮して、これらの一般的なめっき浴にCuやSnなどの第3の成分を加えたり、pH調整剤を加えてpHを調整するなどして使用してもよい。 The electroless plating method can be a known method. The plating bath is not particularly limited as long as it can precipitate nickel as a main component, and a known electroless nickel plating bath containing nickel salt, reducing agent, complexing agent, and pH adjuster can be used. For example, a general electroless NiP plating bath or an electroless NiB plating bath can be appropriately selected. Depending on the phosphorus content in the plating film, electroless NiP plating baths include low phosphorus baths, medium phosphorus baths, high phosphorus baths, and the like, and these can be used. In addition, taking into account the composition of nickel or nickel alloy and the reactivity of the electroless plating reaction, a third component such as Cu or Sn may be added to these general plating baths, or a pH adjuster may be added to adjust the pH.
無電解めっきの条件は特に限定されないが、例えば、めっき浴のpHは3~5、めっき浴の温度は50~90℃や60~80℃、めっき時間は、10~120分や15~60分などとすることが好ましい。 There are no particular limitations on the electroless plating conditions, but it is preferable that the pH of the plating bath is 3 to 5, the temperature of the plating bath is 50 to 90°C or 60 to 80°C, and the plating time is 10 to 120 minutes or 15 to 60 minutes, for example.
無電解めっき処理は、形成される複合ニッケルめっき膜の表面における導電性炭素粒子の面積率が20面積%以上となるように処理することが好ましい。また、無電解めっき処理は、形成される複合ニッケルめっき膜の表面における導電性炭素粒子の含有率が10質量%以上となるように処理することが好ましい。 The electroless plating process is preferably carried out so that the area ratio of conductive carbon particles on the surface of the composite nickel plating film formed is 20 area % or more. Also, the electroless plating process is preferably carried out so that the content of conductive carbon particles on the surface of the composite nickel plating film formed is 10 mass % or more.
第2工程において、無電解めっき処理は、ニッケルと、リンおよび/またはホウ素とを含むニッケル合金を析出させる無電解ニッケルめっきであることが好ましく、ニッケルとリンとを含むニッケルリン合金を析出させる無電解ニッケルリンめっき(無電解NiPめっき)であることがより好ましい。無電解NiPめっきは、めっき金属として均一膜厚性や、めっき浴の安定性に優れ、さらに電解ニッケルめっきよりも耐食性に優れた膜を形成させることができる。無電解NiPめっきを行うことで、ニッケルとリンを含むニッケルリン合金と、導電性炭素粒子とを含有する複合ニッケルめっき膜を形成させることができる。 In the second step, the electroless plating process is preferably electroless nickel plating that deposits a nickel alloy containing nickel and phosphorus and/or boron, and more preferably electroless nickel phosphorus plating (electroless NiP plating) that deposits a nickel phosphorus alloy containing nickel and phosphorus. Electroless NiP plating is excellent in terms of uniform film thickness as a plating metal and stability of the plating bath, and can form a film that is more corrosion resistant than electrolytic nickel plating. By performing electroless NiP plating, a composite nickel plating film containing a nickel phosphorus alloy containing nickel and phosphorus and conductive carbon particles can be formed.
本発明の電気接点部材の製造方法は、第1工程および第2工程以外の工程を有してよい。例えば、第1工程と第2工程の間に、洗浄工程を設けてもよい。 The method for manufacturing an electrical contact member of the present invention may include a step other than the first step and the second step. For example, a cleaning step may be provided between the first step and the second step.
本発明の電気接点部材の製造方法は、第2工程の後に、間隙にニッケルまたはニッケル合金が充填されていない導電性炭素粒子を除去する工程を有することが好ましい。これにより、より安定な膜が形成できる。 The method for manufacturing an electrical contact member of the present invention preferably includes a step of removing conductive carbon particles whose gaps are not filled with nickel or nickel alloy after the second step. This allows a more stable film to be formed.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、その要旨を変更しない限り以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples unless the gist of the invention is changed.
1.めっき膜の作製
(実施例1)
厚み1mmの銅板(30mm×40mm)上にワット浴を用いて下地処理としてNiめっきを施し、Niめっき付き銅板を作製した。
純水中に陽イオン界面活性剤(ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウムクロリド、濃度1g/L)と黒鉛粒子(濃度40g/L、伊藤黒鉛工業(株)製、AGB-5、平均粒径5μm)を添加して撹拌した水溶液に、陽極としてSUS304板、陰極としてNiめっき付き銅板を挿入して20Vで30秒間電解し、黒鉛粒子を陰極上に堆積させた。
次いで、流水で洗浄した後、80℃の無電解NiPめっき液(低リンタイプ)に30分間浸漬することで無電解めっき反応により、黒鉛粒子間隙をNiP合金で充填させた。無電解NiPめっき液は、低リンタイプの無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業製、トップニコロンLPH-LF)をpH4.0に調整して用いた。
次いで、粒子間隙を充填されていない余分な黒鉛粒子を刷毛で除去し、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜(複合ニッケルめっき膜)を有する供試体を得た。黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜の膜厚は2μmであり、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜中のP濃度は6.2wt%であった。
1. Preparation of plating film (Example 1)
A copper plate (30 mm×40 mm) having a thickness of 1 mm was plated with Ni as a base treatment using a Watts bath to prepare a Ni-plated copper plate.
A cationic surfactant (benzyldimethyltetradecylammonium chloride, concentration 1 g/L) and graphite particles (concentration 40 g/L, manufactured by Itoh Graphite Industries Co., Ltd., AGB-5, average particle size 5 μm) were added to pure water and stirred, and an aqueous solution was prepared by inserting a SUS304 plate as an anode and a Ni-plated copper plate as a cathode into the aqueous solution, followed by electrolysis at 20 V for 30 seconds, whereby graphite particles were deposited on the cathode.
Next, after washing with running water, the gaps between the graphite particles were filled with NiP alloy by electroless plating reaction by immersing in electroless NiP plating solution (low phosphorus type) at 80° C. The electroless NiP plating solution used was a low phosphorus type electroless nickel plating solution (Top Nicoron LPH-LF, manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) adjusted to pH 4.0.
Next, excess graphite particles that did not fill the interparticle gaps were removed with a brush to obtain a specimen having a graphite composite electroless NiP alloy plating film (composite nickel plating film). The thickness of the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 2 μm, and the P concentration in the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 6.2 wt %.
図3に、走査型電子顕微鏡(株式会社日本電子製JSM-7001F)により実施例1で得られた供試体の断面を観察した断面SEM画像を示す。 Figure 3 shows a cross-sectional SEM image of the specimen obtained in Example 1, observed using a scanning electron microscope (JSM-7001F, manufactured by JEOL Ltd.).
(実施例2)
厚み1mmの銅板(30mm×40mm)上にワット浴を用いて下地処理としてNiめっきを施し、Niめっき付き銅板を作製した。
純水中に陽イオン界面活性剤(ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウムクロリド、濃度1g/L)と黒鉛粒子(濃度40g/L、伊藤黒鉛工業(株)製、AGB-5、平均粒径5μm)を添加して撹拌した水溶液に、陽極としてSUS304板、陰極としてNiめっき付き銅板を挿入して20Vで30秒間電解し、黒鉛粒子を陰極上に堆積させた。
次いで、流水で洗浄した後、80℃の無電解NiPめっき液(中リンタイプ)に30分間浸漬することで無電解めっき反応により、黒鉛粒子間隙をNiP合金で充填させた。無電解NiPめっき液は、中リンタイプの無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業製、トップニコロンSDB-LF)をpH4.0に調整して用いた。
次いで、粒子間隙を充填されていない余分な黒鉛粒子を刷毛で除去し、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜(複合ニッケルめっき膜)を有する供試体を得た。黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜の膜厚は2μmであり、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜中のP濃度は8.0wt%であった。
Example 2
A copper plate (30 mm×40 mm) having a thickness of 1 mm was plated with Ni as a base treatment using a Watts bath to prepare a Ni-plated copper plate.
A cationic surfactant (benzyldimethyltetradecylammonium chloride, concentration 1 g/L) and graphite particles (concentration 40 g/L, manufactured by Itoh Graphite Industries Co., Ltd., AGB-5, average particle size 5 μm) were added to pure water and stirred, and an SUS304 plate was inserted as an anode and a Ni-plated copper plate as a cathode into the aqueous solution, which was then electrolyzed at 20 V for 30 seconds to deposit graphite particles on the cathode.
Next, after washing with running water, the gaps between the graphite particles were filled with NiP alloy by electroless plating reaction by immersing in electroless NiP plating solution (medium phosphorus type) at 80° C. The electroless NiP plating solution used was a medium phosphorus type electroless nickel plating solution (Top Nicoron SDB-LF, manufactured by Okuno Chemical Industries Co., Ltd.) adjusted to pH 4.0.
Next, excess graphite particles that did not fill the interparticle gaps were removed with a brush to obtain a specimen having a graphite composite electroless NiP alloy plating film (composite nickel plating film). The thickness of the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 2 μm, and the P concentration in the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 8.0 wt %.
(実施例3)
めっき液を、無電解NiPめっき液(中リンタイプ)から、高リンタイプの無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業製、トップニコロンSA-98-LF)をpH4.0に調整した無電解NiPめっき液(高リンタイプ)に変更した以外は、実施例2と同様にし、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜(複合ニッケルめっき膜)を有する供試体を得た。黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜の膜厚は3μmであり、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜中のP濃度は9.4wt%であった。
Example 3
A specimen having a graphite composite electroless NiP alloy plating film (composite nickel plating film) was obtained in the same manner as in Example 2, except that the plating solution was changed from an electroless NiP plating solution (medium phosphorus type) to an electroless NiP plating solution (high phosphorus type) prepared by adjusting the pH of a high phosphorus type electroless nickel plating solution (manufactured by Okuno Chemical Industries, Top Nicoron SA-98-LF) to 4.0. The thickness of the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 3 μm, and the P concentration in the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 9.4 wt%.
(比較例1)
厚み1mmの銅板(30mm×40mm)上にワット浴を用いて下地処理としてNiめっきを施し、Niめっき付き銅板を作製した。
中リンタイプの無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業製、トップニコロンSDB-LF)をpH4.5に調整し、陽イオン界面活性剤(ベンジルジメチルテトラデシルアンモニウムクロリド、濃度0.1g/L)と黒鉛粒子(濃度10g/L、伊藤黒鉛工業(株)製、AGB-5、平均粒径5μm)を添加して撹拌して調製した液に、80℃で30分間浸漬することで、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜を有する供試体を得た。黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜の膜厚は3μmであり、黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜中のP濃度は7.9wt%であった。
(Comparative Example 1)
A copper plate (30 mm×40 mm) having a thickness of 1 mm was plated with Ni as a base treatment using a Watts bath to prepare a Ni-plated copper plate.
A medium phosphorus type electroless nickel plating solution (Top Nicoron SDB-LF, manufactured by Okuno Chemical Industries) was adjusted to pH 4.5, and a cationic surfactant (benzyl dimethyl tetradecyl ammonium chloride, concentration 0.1 g/L) and graphite particles (concentration 10 g/L, manufactured by Itoh Graphite Industries Co., Ltd., AGB-5, average particle size 5 μm) were added and stirred to prepare a solution, which was then immersed at 80° C. for 30 minutes to obtain a specimen having a graphite composite electroless NiP alloy plating film. The thickness of the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 3 μm, and the P concentration in the graphite composite electroless NiP alloy plating film was 7.9 wt %.
(比較例2)
厚み1mmの銅板(30mm×40mm)上にワット浴を用いて下地処理として膜厚4μmのNiめっきを施し、Niめっき付き銅板を作製した。
中リンタイプの無電解ニッケルめっき液(奥野製薬工業製、トップニコロンSDB-LF)をpH4.5に調整し、80℃に保持し30分間浸漬することで無電解NiP合金めっき膜を有する供試体を得た。無電解NiP合金めっき膜の膜厚は4μmであり、無電解NiP合金めっき膜中のP濃度は8.9wt%であった。
(Comparative Example 2)
A 1 mm-thick copper plate (30 mm×40 mm) was plated with Ni to a thickness of 4 μm as a base treatment using a Watts bath to prepare a Ni-plated copper plate.
A medium phosphorus electroless nickel plating solution (Top Nicoron SDB-LF, manufactured by Okuno Chemical Industries) was adjusted to pH 4.5, and the specimen was immersed at 80° C. for 30 minutes to obtain an electroless NiP alloy plating film. The thickness of the electroless NiP alloy plating film was 4 μm, and the P concentration in the electroless NiP alloy plating film was 8.9 wt %.
2.評価
(黒鉛含有率)
実施例1~3、比較例1、2の供試材表面(観察倍率×100、面積940μm×1200μm)を、加速電圧15kVで、走査型電子顕微鏡(株式会社日本電子製JSM-7001F)により3か所観察して、EDX(アメテック社製GENESIS)により測定し、解析ソフト(GENESIS Spectrum)を用いてZAF法によるC,Ni,Pの重量比から黒鉛含有率(wt%)の平均値を算出した。結果を表1に示す。
2. Evaluation (graphite content)
The surfaces of the test materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 (observation magnification × 100, area 940 μm × 1200 μm) were observed at three locations with a scanning electron microscope (JSM-7001F manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 15 kV, and were measured with EDX (GENESIS manufactured by AMETEK Co., Ltd.), and the average graphite content (wt%) was calculated from the weight ratios of C, Ni, and P by the ZAF method using analysis software (GENESIS Spectrum). The results are shown in Table 1.
(黒鉛面積率)
実施例1~3、比較例1、2の供試材表面を、加速電圧15kVで、走査型電子顕微鏡(株式会社日本電子製JSM-7001F)により観察して、表面(観察倍率×500、面積172μm×240μm)の組成像(COMPO像)を撮影し、その画像をEDX(アメテック社製GENESIS)の画像解析ソフト(GENESIS Spectrum)で二値化処理して、画像中に占める黒鉛粒子の総面積を画像全体の面積で除した値を黒鉛粒子の面積率として求めた。
図4~図8に、実施例1~3、比較例1、2のSEI像と、組成像(COMPO像)を示す。また、表1に、算出した黒鉛粒子の面積率を示す。
(Graphite area ratio)
The surfaces of the test materials of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were observed with a scanning electron microscope (JSM-7001F manufactured by JEOL Ltd.) at an acceleration voltage of 15 kV, and composition images (COMPO images) of the surfaces (observation magnification ×500, area 172 μm × 240 μm) were photographed. The images were binarized with image analysis software (GENESIS Spectrum) for EDX (GENESIS manufactured by AMETECH Co., Ltd.), and the total area of the graphite particles in the image was divided by the area of the entire image to obtain the area ratio of the graphite particles.
4 to 8 show SEI images and composition images (COMPO images) of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. Table 1 shows the calculated area ratios of graphite particles.
(接触抵抗)
供試材表面の接触抵抗を、抵抗率計(三菱化学(株)製ロレスタEP)を用いて、2短針法により5か所測定し平均値を算出した。結果を表1に示す。
(Contact resistance)
The contact resistance of the surface of the test material was measured at five points by a two-probe method using a resistivity meter (Loresta EP manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation), and the average value was calculated. The results are shown in Table 1.
(耐湿性)
耐湿性評価のため、150℃、98%RHの条件下で240時間保持するプレッシャークッカー試験(PCT)を実施した後、接触抵抗を評価した。結果を表1に示す。
(Moisture resistance)
To evaluate the moisture resistance, a pressure cooker test (PCT) was performed in which the samples were held at 150° C. and 98% RH for 240 hours, and then the contact resistance was evaluated. The results are shown in Table 1.
実施例1~実施例3の供試体を目視で観察したところ、実施例1~実施例3の供試体の黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜は、バラつきが少なく、均一に形成されていた。また、Niめっき付き銅板を、50mm×50mmのアルミニウム合金板(材質A5052、厚さ3mm)上のNiめっきを施したNiめっき付きアルミニウム合金板に変更した以外は、実施例1~3と同様の実験を行った場合も、バラつきが少なく、均一に黒鉛複合無電解NiP合金めっき膜を形成できた。本発明の電気接点部材の製造方法は、被めっき物の大きさが大きい場合にも、均一にめっき膜を形成できることがわかった。 Visual observation of the specimens of Examples 1 to 3 revealed that the graphite composite electroless NiP alloy plating film of the specimens of Examples 1 to 3 was formed uniformly with little variation. In addition, when experiments similar to those of Examples 1 to 3 were performed except that the Ni-plated copper plate was replaced with a Ni-plated aluminum alloy plate (material A5052, thickness 3 mm) on which Ni plating was applied on a 50 mm x 50 mm aluminum alloy plate, a graphite composite electroless NiP alloy plating film was formed uniformly with little variation. It was found that the manufacturing method of the electrical contact member of the present invention can form a uniform plating film even when the size of the plated object is large.
本発明の電気接点部材およびその製造方法は、電気・電子機器や燃料電池の分野において利用することができ、産業上有用である。 The electrical contact member and its manufacturing method of the present invention can be used in the fields of electrical and electronic equipment and fuel cells, and are therefore industrially useful.
1,1a 電気接点部材
10 複合ニッケルめっき膜
12 ニッケルまたはニッケル合金
14 導電性炭素粒子
20,20a 被めっき物
22 導電性基材
24 下地金属層
REFERENCE SIGNS
Claims (2)
前記導電性炭素粒子が表面に堆積した前記被めっき物に、ニッケルまたはニッケル合金を析出させる無電解めっき処理を行って、前記被めっき物上に、前記ニッケルまたはニッケル合金と、前記導電性炭素粒子とを含有する複合ニッケルめっき膜を形成する第2工程と、を有する、電気接点部材の製造方法。 a first step of immersing an object to be plated and an anode in an aqueous dispersion containing conductive carbon particles and a cationic surfactant, and applying a voltage between the object to be plated and the anode to deposit the conductive carbon particles on a surface of the object to be plated;
a second step of performing an electroless plating process on the plated object having the conductive carbon particles deposited on its surface to deposit nickel or a nickel alloy, thereby forming a composite nickel plating film on the plated object containing the nickel or nickel alloy and the conductive carbon particles.
前記第1工程において、前記下地金属層の表面に前記導電性炭素粒子を堆積させる、請求項1に記載の電気接点部材の製造方法。 The object to be plated has a conductive base material and a base metal layer formed on the conductive base material,
The method for producing an electrical contact member according to claim 1 , wherein in the first step, the conductive carbon particles are deposited on a surface of the base metal layer.
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| JP2023090169A (en) | 2023-06-29 |
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