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JPS5844738B2 - 複合めつき方法 - Google Patents
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JPS5844738B2 - 複合めつき方法 - Google Patents

複合めつき方法

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JPS5844738B2
JPS5844738B2 JP55141787A JP14178780A JPS5844738B2 JP S5844738 B2 JPS5844738 B2 JP S5844738B2 JP 55141787 A JP55141787 A JP 55141787A JP 14178780 A JP14178780 A JP 14178780A JP S5844738 B2 JPS5844738 B2 JP S5844738B2
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composite
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了雄 大竹
秀雄 三井
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、金属または金属性皮膜を被覆した非金属材料
面上にニッケル、リン及び不溶性微粒子からなるめっき
皮膜を析出形成させる複合めっき方法に関する。
最近、金属または非金属表面上に耐摩耗性あるいは潤滑
性皮膜を形成させる複合めっき方法が注目されている。
この方法は、ニッケルなどの金属マトリックス中に炭化
ケイ素などの不溶性微粒子を共析させるめっき方法で、
そのめっき機構から複合めっきまたは分散めっきと呼ば
れており、共析させる微粒子の種類、大きさ、共析量を
適当に選ぶことによって、従来の浸炭処理、窒化処理、
浸硫処理、金属溶射、樹脂コーティング、硬質陽極酸化
処理、硬質クロムめっきなどのいわゆる耐摩耗用あるい
は潤滑用表面処理に比べて特徴的な表面処理法として知
られている。
すなわち、これら従来の表面処理法に比べて、どんな母
材に対しても、熱変形を及ぼさずに耐摩耗性あるいは潤
滑性のすぐれた皮膜を形成することができ、かつ耐食性
もよいので、シリンダ内面や成形機部品あるいはスライ
ド部品などに実用されはじめている。
この複合めっきには、電解法と無電解法とがあり、前者
の例としてはワット浴を主体とした電解用ニッケルめっ
き浴の中に炭化ケイ素などの無機微粒子を懸濁分散させ
ながら、電解的すなわち電気めっき法によりニッケルと
該微粒子を共析させるもの、及び、後者の例としてはニ
ッケル塩に還元剤として次亜リン酸塩を含む無電解ニッ
ケル浴中に同じく炭化ケイ素などの無機微粒子を懸濁分
散させながら無電解的に、すなわち次亜リン酸イオンの
還元力により、ニッケル、リン及び微粒子を共析させる
ものなどがある。
前記したように従来の他の表面処理に比べて複合めっき
の特長は認められ注目されているものの、電解法と無電
解法のいずれにも一長一短がある。
すなわち、電解法には無電解法に比べて析出速度が速い
という特長がある反面、品物の形状に応じて電流密度の
影響を直接受けるために、めっき厚と微粒子共析量にバ
ラツキを生じ、したがって品物の形状にあわせて電流密
度が平均化するような補助極を用いなければならず(そ
れでもめっき厚を均一にはできない)、また、めっき浴
中の微粒子懸濁量もはるかに多いために作業性が悪い、
などの品質面及び生産性の面で難点が多い。
一方、無電解複合めっき法は、微粒子共析量が安定して
いる、めつき膜厚が一定している、熱処理を施すとさら
に硬度及び耐摩耗性が向上する、ピンホールがない、な
どの利点がある反面、析出速度が遅いという欠点があり
、したがってこの欠点が無電解複合めっきのコスト高の
一因ともなっている。
本発明者らは、この2つの複合めっきの利点と欠点をそ
れぞれ解析した結果、それぞれの欠点を補ない、かつそ
れぞれの利点を発揮する複合めっき方法を見い出した。
すなわち、本発明によればニッケル塩及び次亜リン酸塩
を含む無電解ニッケルめっき浴中に不溶性無機微粒子を
懸濁分散させ、この浴中の品物と不溶性陽極との間に直
流の微電解を流すことにより、品物の表面に、ニッケル
、リン及び無機微粒子からなり、リン及び微粒子共析量
の安定した均一なめつき膜厚の複合めっき皮膜が高速度
に形成され、適当な電流密度範囲でめっきを行うことに
よって、補助陽極を全く使用せずに、どんな材質の品物
の表面にも、高品質の複合めっき皮膜が形成され、床用
範囲の広い効果的な複合めっき方法が提供される。
例えば従来、電解複合ニッケルめっきにおいては、品物
を陰極とし、陽極にニッケルなどの消耗陽極を用いて、
通常平均電流密度3 /d−ないL 5 A/d−で電
解を行い、ニッケルを浴中微粒子と共析させるものであ
り、したがって、めっき浴中のニッケルイオンは品物の
形状により、たとえば先端部に極端に厚く、谷部または
深部には極端に薄いめっき皮膜となって形成される。
この差は、例えば10対1といった差になって現われ、
これはたとえ適当な補助陽極を用いても、2対1にする
ことすら難しい。
また、ニッケルイオンが金属ニッケルとなって形成され
る量(厚さ)は電流密度に正比例するのに対して浴中の
分散粒子がニッケルマトリックス中に共析するのは、必
らずしも電流密度によるものではなく、共析機構的には
物理吸着と化学吸着が考えられ、したがって、めっき浴
の攪拌の仕方や活性剤などの使い方によっても大きく左
右されてくるので、ニッケルの析出量(厚さ)とは直接
関係することなく該微粒子の共析が行われ、めっき皮膜
としてはニッケルのみらず微粒子の量も一定しないもの
とならざるをえない。
これは、電解複合めっきであればニッケルめっきに限ら
ず、コバルトめっきや銅めっきにおいても同様である。
一方、無電解複合ニッケルめっきにおいては、めっき浴
組成及びめっき条件を一定な条件の下にめっきを行えば
、品物が金属であろうがプラスチックのような非金属で
あろうが、その品物の形状に関係なく、ニッケル、リン
及び分散微粒子の量の一定しためつき皮膜が得られ、そ
の厚さも品物の形状、部位が違っても全く同一であり、
例えば10μめっきした時のめつき厚さのバラツキは1
μ以下というような極めて高精度なものである。
これは次亜リン酸イオン等によるニッケルイオンの還元
反応に支配されるために、品物の接液面は同一条件で反
応し浴の温度及び攪拌状態等が一定なら、ニッケル、リ
ン及び該微粒子まで一定した析出量のめつき皮膜を形成
するものである。
これは、原理的には、ニッケルに限らず、コバルトでも
銅でも同じである。
しかし、次亜リン酸イオンの還元反応による析出である
ために、電解複合めっきの平均析出速度が40μ/11
rないし60μ’lh rもの高い値を示すのに対し、
無電解複合めっきにおいては15μ/ h rないし2
5μ/ h rと低い。
無電解ニッケルめっきの析出速度を高める方法のひとつ
に、T、CFran klinとS、Lueckの報文
(Plating and 5urface Fini
shing、 +67、(1)50−51 、(198
0))があり、無電解ニッケルめっき浴中に交流を印加
する方法が知られているが、これは複合めっきに対して
有効かどうか全く論じられていなし、その後の他の研究
も知られていない。
また、本発明者らによる別の方法(特願昭55−012
319 )は、無電解複合めっき方法において、グルコ
ン酸塩を錯化剤に用いることにより、低温でも実用可能
、すなわち、他の公知の無電解複合めっき方法よりも析
出速度が速い方法を提案したが、これも生産性を高める
意味からさらに高速化することが望まれている。
以下に本発明を実施例により詳細に説明する。
実施例 まず、次のような組成のめつき浴を51ビーカーに用意
した。
硫酸ニッケル 30 El/1グリコン
酸ナトリウム 40 g、#次亜リン酸ナトリウ
ム 259/1これに、平均粒径1μの炭化ケイ
素209/lを分散懸濁させ、pH6,0温度75℃と
し、浴を空気攪拌しながら、めっきを行った。
被めっき体(以下TPと呼ぶ)は5US304ステンレ
ス板(50mmX 50 mm×1 mm厚)とし、裏
面を有機レジストを用いてマスキングした。
陽極には不溶性陽極としてSUS 304ステンレス板
(50miX1007nrIL×1m1rL厚)を用い
、極間距離は120關とした。
常法により、TPを煮沸脱脂−電解脱脂−酸浸漬の手順
に従い脱脂及び活性化を行ったのち、整流器を介して、
陽極より直流の微電流を通電し、2時間めっきした。
各条件毎に実験の信頼性を高めるために、5回ずつめっ
きを繰返し、その平均値及びバラツキより評価した。
測定点は前記TPの中心点及び角部の2点を採用した。
これは、TP中の品質のバラツキをも正確に評価しよう
とするためである。
評価項目は、複合めっき皮膜の析出速度、ニッケル、リ
ン及び炭化ケイ素の析出割合、表面硬度、表面粗さ、耐
摩耗性、形態観察及び外観検査でそれぞれ、微小膜厚計
、重量分析、微小硬度計、表面粗さ測定器、テーパ一式
摩耗試験機及び摩耗摩擦試験機、電子顕微鏡及び目視で
観察し、評価した。
その結果を第1図、第2図、第3図及び次表に示す。
※ 1000回転当りのめつき被覆の損失■この結果か
ら、直流の通電条件0.IA/ddないし、1.OA/
d−でめっきを行えば、通電しないときの20%ないし
60%増の析出速度で、無電解複合ニッケルめっきの物
性を全く同一のすぐれた皮膜組成、硬度、面粗さ、耐摩
耗性、組織、及び外観が、品物の部位に関係なく得られ
ることがわかった。
これは、実際にめっきする品物が、このTPのような形
状に限らず、もつと複雑な形状をしている場合でも、部
位に関係なく、プラスマイナス6係以下のバラツキの範
囲内という高精度の厚さで複合めっき皮膜を形成できる
ことを示している。
もう少し詳細に各試験結果を評価してみると次の如くで
ある。
まず、複合めっき皮膜の析出速度は、僅か0. I A
l4.=の直流を通電しただけで、20%も増大し、以
後徐々に増大して”/dm”では60%もの増大を示す
2A/dtri’ではさらに増大して100φ増になる
が、めっき厚さのバラツキが部位によって大きくなるの
で、もはや実用的ではない。
IA/ddにおけるめっき厚の部位におけるバラツキは
プラスマイナス6oφなので、実際の必要膜厚精度はプ
ラスマイナス1o%で十分とみなされるため、IA/d
rn、までは十分有効といえる。
なお、第1図から0.IA/d、= より少い直流通電
によっても析出速度の増大が認められることが明らかで
あり、従ってこのような極く微少の通電による場合の析
出速度の増大によっても通常の無電解めっきのみによる
場合に比較してより効果的ではあるが、実用的な析出速
度の増大を意図する本発明では除外するものとする。
また、第2図の結果はめつき皮膜の炭化ケイ素の共析量
は、通電電流が増大するにつれて僅かな減少を示してい
る。
これは、電流を全く流さないときには炭化ケイ素の共析
は、ニッケルイオンの次亜リン酸イオンによる還元反応
が行われる際の化学反応と微粒子の電荷及び攪拌の具合
に支配されるのに対して、通電したときには、わずかず
つニッケルまたはニッケルとリンとの析出が直流電流に
よって前記の共析要因よりも優先するためと考えられる
これは、第3図にみられるように、電流の増大に伴ない
、皮膜中のリン濃度がわずかずつ減少することとよく一
致している。
しかし、微粒子共析量及びリン濃度ともに、複合めっき
皮膜形成速度に有効とした0、1 A/diないし1.
0A/ddで考えるならば、たとえ僅かな減少はあった
にせよ、後述するように、組織的にも物性的にも全く問
題なく機能するものである。
物性評価の結果は表に示したとおりである。
すなわち、硬度、耐摩耗性及び面粗さはやはり電流密度
0.1に/diないし1.0 k/dm ではほとん
ど同じで、物性的には十分安定した均一なものである。
2A/dm もの電流密度ではもはや複合めっき皮膜
としての特長から逸脱している。
これは、第2図及び第3図に示されるようなリン及び炭
化ケイ素の含有量の減少していることからも容易に理解
できる形態的欠陥によるものである。
特に、2A/ddのめつき皮膜の面粗さ測定及び形態観
察では、炭化ケイ素のめつき皮膜中への分散状態が悪く
、すなわち均一に分散してなく、さらに僅かながら局部
的な凝集共析すらみられる。
したがって、物性評価及び形態的にも有効電流密度は0
.1に/diないしIA/di とする。
なお、これら電流密度0.1 A/dm2ないし1.0
に76m でめっきしたTPを400℃、2時間の真空
熱処理した結果、Hv14001耐摩耗性は硬質クロム
の約3倍で、通電しないものと同じ性能を示した。
すなわち、熱処理によるニッケルとリンとの結晶化及び
炭化ケイ素包含力の増大が同様に観察された。
また、分散微粒子に、固体潤滑剤として二硫化モリブデ
ン及び窒化ホウ素を用いて同様の試験を行ったが、結果
は炭化ケイ素の場合とほぼ同様の傾向を示し、摩擦係数
の低い複合めっき皮膜を高速度に形成できることが認め
られた。
さらに、実用面での評価として、ギ゛ア、シャフト、金
型などに試みたが、TPの場合と同様の結果が得られた
すなわち、品物の各部位の電流密度が0.1 A7’a
mないし1.0に76mの範囲内に入るような平均電
流密度、たとえば0.3 A/d 7712で行った結
果、炭化ケイ素系では表のような物性の複合めっき皮膜
が、第2図、第3図に示すような組成で、しかも第1図
に示すような高速度に形成することができた。
なお、プラスチックなどの非金属材料面には、公知の方
法によりニッケルなどの無電解めっきを行ったのち、本
発明の複合めっき方法を行えば、金属表面に形成したの
と全く同一の形態及び形成できることが確認された。
なおまた、本発明の説明では用いた微粒子は炭化ケイ素
が中心であったが、不溶性微粒子であれば、ほかに、硬
質微粒子として二酸化アルミニウム、二酸化セリウム、
タングステンカーバイド、チタンカーバイド、などをま
た固体潤滑剤としてグラファイト、弗化炭素などを用い
ることができ、さらにニッケル塩及び次亜リン酸塩につ
いてはニッケルの代りにコバルトあるいは銅を、また次
亜リン酸塩の代りにホウ水素化物を用いた場合も同様の
効果を発揮することができる。
さらにグルコン酸塩の代りにクエン酸塩やグリコール酸
塩などを用いることもでる。
以上説明した如く、本発明は、ニッケル塩、次亜リン酸
塩及び不溶性微粒子を含む水溶液中で、金属表面上に直
流の微電流を通電しながら、該表面上にニッケル、リン
及び該微粒子からなる安定した組織で均一な膜厚の複合
めっき皮膜をより高速度に析出形成できる用途範囲の広
い新規なめつき方法である。
したがって、この方法を耐摩耗や潤滑性の必要とするあ
らゆる部品に応用するならば、従来の焼入や窒化、金属
溶射、陽極酸化、硬質クロムめっきなどの表面処理のみ
ならず、これまでの電解複合めっきや無電解複合めっき
よりも品質及びまたは生産性の点で優れた機能を発揮す
るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第3図は本発明の実施例における試験結果を示
すものであり、第1図は通電条件と複合めっき皮膜の析
出速度及びめっき厚のバラツキの関係図、第2図は通電
条件と微粒子共析量の関係図、第3図は通電条件とリン
濃度(対ニッケル比)の関係図を示すものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 ニッケル塩、次亜リン酸塩及び不溶性微粒子を含む
    無電解ニッケルめっき浴中で、金属表面上に電流密度0
    .IA/amないし1.OA/dmなる直流を不溶性陽
    極より通電しながら、該表面上にニッケル、リン及び該
    微粒子からなる複合めっき皮膜を析出形成させる複合め
    っき方法。
JP55141787A 1980-10-09 1980-10-09 複合めつき方法 Expired JPS5844738B2 (ja)

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