JP2000239888A - 多層構造を持つクロムめっき及びその製造方法 - Google Patents
多層構造を持つクロムめっき及びその製造方法Info
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- JP2000239888A JP2000239888A JP11037159A JP3715999A JP2000239888A JP 2000239888 A JP2000239888 A JP 2000239888A JP 11037159 A JP11037159 A JP 11037159A JP 3715999 A JP3715999 A JP 3715999A JP 2000239888 A JP2000239888 A JP 2000239888A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐食性・耐摩耗性を有するクロムめっき及び
その製造方法を提供する。 【解決手段】 クロムめっきの構造を、硬質層１の中
に、硬度Ｈｖ８００以下の軟質層２を膜厚方向に少なく
とも１層有するか、表面に平行な境界面３を少なくとも
１面有する多層構造とする。なお、硬質層１の中に上記
軟質層２と境界面３を共に設けてもよい。
その製造方法を提供する。 【解決手段】 クロムめっきの構造を、硬質層１の中
に、硬度Ｈｖ８００以下の軟質層２を膜厚方向に少なく
とも１層有するか、表面に平行な境界面３を少なくとも
１面有する多層構造とする。なお、硬質層１の中に上記
軟質層２と境界面３を共に設けてもよい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性および耐摩
耗性に優れたクロムめっき及びその製造方法に関するも
のである。
耗性に優れたクロムめっき及びその製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】クロムめっきは、表面の摩擦係数が小さ
く、高硬度で耐摩耗性に優れており、しかも安価である
ことから多くの産業機械用部品の表面被覆材として用い
られている。しかし、従来のクロムめっきは、ニッケル
めっきなどに比べて耐食性が劣っており、腐食環境での
使用には不向きであると考えられている。クロムめっき
で高い耐食性が得られない理由としては、クロムめっき
は、靭性が低く、電析直後に表面張力の開放による割れ
を生じることが挙げられる。この割れがめっきを貫通し
て被処理物に達するような大きなものになると、クロム
めっきと被処理物との界面において被処理物が腐食し、
めっき部分が浮き上がることがある。
く、高硬度で耐摩耗性に優れており、しかも安価である
ことから多くの産業機械用部品の表面被覆材として用い
られている。しかし、従来のクロムめっきは、ニッケル
めっきなどに比べて耐食性が劣っており、腐食環境での
使用には不向きであると考えられている。クロムめっき
で高い耐食性が得られない理由としては、クロムめっき
は、靭性が低く、電析直後に表面張力の開放による割れ
を生じることが挙げられる。この割れがめっきを貫通し
て被処理物に達するような大きなものになると、クロム
めっきと被処理物との界面において被処理物が腐食し、
めっき部分が浮き上がることがある。
【０００３】従来より、クロムめっきの耐食性を向上す
るために、各種の方法が提案されている。例えば、二層
めっきや厚膜めっきを施す方法がある。
るために、各種の方法が提案されている。例えば、二層
めっきや厚膜めっきを施す方法がある。
【０００４】二層めっきを施す方法は、クラックが発生
しにくいニッケルめっき又はクロムめっきで第一層（下
層）を形成した後、さらにクロムめつきの層（上層）を
形成するものである。この方法では、下層に生じたクラ
ックが上層に引き継がれて、貫通したクラックが発生し
ないように、下層の表面を研磨して表面を荒らすことが
行われている。
しにくいニッケルめっき又はクロムめっきで第一層（下
層）を形成した後、さらにクロムめつきの層（上層）を
形成するものである。この方法では、下層に生じたクラ
ックが上層に引き継がれて、貫通したクラックが発生し
ないように、下層の表面を研磨して表面を荒らすことが
行われている。
【０００５】厚膜めっきを施す方法は、めっきの膜厚を
増加させると衝撃的な力によってめっき膜が剥離しやす
くなるという問題がある。そこで、先に本出願人は、特
開平９−２９６２９２号公報において、電析中のめっき
浴温度を連続的に下降させ、被処理物側から表面に向け
て硬度を連続的に上昇させてクラックの発生を防止する
方法を提案している。
増加させると衝撃的な力によってめっき膜が剥離しやす
くなるという問題がある。そこで、先に本出願人は、特
開平９−２９６２９２号公報において、電析中のめっき
浴温度を連続的に下降させ、被処理物側から表面に向け
て硬度を連続的に上昇させてクラックの発生を防止する
方法を提案している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術で述べた、第一層のめっきの表面を研磨する方法で
は、工程が増えるとともに、研磨時の付着物や残留した
粉で、耐剥離性、耐食性が低下することがある。また、
めっきの硬度を連続的に変化させる方法では、めっき厚
さ５０μｍ以下において、内部にクラックのないめっき
を製造することはできなかった。
技術で述べた、第一層のめっきの表面を研磨する方法で
は、工程が増えるとともに、研磨時の付着物や残留した
粉で、耐剥離性、耐食性が低下することがある。また、
めっきの硬度を連続的に変化させる方法では、めっき厚
さ５０μｍ以下において、内部にクラックのないめっき
を製造することはできなかった。
【０００７】そのため、いずれの方法も、寸法精度と腐
食性ガスへの耐久性が必要とされるガスゲートバルブな
どの真空機器やその他の機械用部材への適用ができなか
った。
食性ガスへの耐久性が必要とされるガスゲートバルブな
どの真空機器やその他の機械用部材への適用ができなか
った。
【０００８】本発明は、上記問題点を解決するためにな
されたものであって、耐食性・耐摩耗性を有するクロム
めっき及びその製造方法を提供することを課題とする。
されたものであって、耐食性・耐摩耗性を有するクロム
めっき及びその製造方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を次
のようにして解決した。
のようにして解決した。
【００１０】すなわち、本発明による多層構造を持つク
ロムめっきは、硬質層の中に、硬度Ｈｖ８００以下の軟
質層を膜厚方向に少なくとも１層有するか、表面に平行
な境界面を少なくとも１面有してなるものである。な
お、硬質層の中に上記軟質層と境界面を共に設けてもよ
い。
ロムめっきは、硬質層の中に、硬度Ｈｖ８００以下の軟
質層を膜厚方向に少なくとも１層有するか、表面に平行
な境界面を少なくとも１面有してなるものである。な
お、硬質層の中に上記軟質層と境界面を共に設けてもよ
い。
【００１１】前記多層構造を持つクロムめっきを製造す
るために、電着中に電流密度を、１０分〜３時間のサイ
クルで１〜１０回変化するか、めっき析出開始後の電着
中に、少なくとも１回、通電電流をめっき析出とは逆方
向に５秒〜１分間流す。
るために、電着中に電流密度を、１０分〜３時間のサイ
クルで１〜１０回変化するか、めっき析出開始後の電着
中に、少なくとも１回、通電電流をめっき析出とは逆方
向に５秒〜１分間流す。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００１３】本発明による多層構造を持つクロムめっき
は、硬質めっきに生じるクラック（亀裂）を膜厚方向に
貫通させないために、図１に示すように、耐摩耗性を担
う硬質層１に、それに比べて硬度の低い軟質層２や、結
晶学的に不連続な境界面３を有する。
は、硬質めっきに生じるクラック（亀裂）を膜厚方向に
貫通させないために、図１に示すように、耐摩耗性を担
う硬質層１に、それに比べて硬度の低い軟質層２や、結
晶学的に不連続な境界面３を有する。
【００１４】前記軟質層２の組織は、硬質層１に比べて
膜厚方向の配向が弱く、クラック４の膜厚方向への進展
を阻止する。また、前記結晶学的に不連続な境界面３
は、結晶に添って生じるクラック４を分断するととも
に、クラック４を通じて進行する腐食５の向きを膜厚方
向から膜面方向に誘導し、腐食進行の先端を分散させて
膜厚方向への腐食４の進行を停滞させる。
膜厚方向の配向が弱く、クラック４の膜厚方向への進展
を阻止する。また、前記結晶学的に不連続な境界面３
は、結晶に添って生じるクラック４を分断するととも
に、クラック４を通じて進行する腐食５の向きを膜厚方
向から膜面方向に誘導し、腐食進行の先端を分散させて
膜厚方向への腐食４の進行を停滞させる。
【００１５】上記多層構造を持つ硬質クロムめっきは、
めっき形成時の電着条件の制御によって形成される。硬
質クロムめっきの硬度を支配する因子に浴温と電流密度
がある。例えば、日刊工業新聞社発行「めっき技術便
覧」第２３０頁には、図２に示すサージェント浴（無水
クロム酸−硫酸浴）における電着条件と硬さの関係が記
載されている。同図において、硬さは、ビッカース硬度
計（荷重＝５０ｇ）によって測定している。この図か
ら、浴温５０℃一定の場合、電流密度８０Ａ／ｄｍ 2で
得られるめっき硬度はＨｖ１２００程度であるが、電流
密度１０Ａ／ｄｍ2まで下げるとめっきは軟化し、Ｈｖ
９５０程度になる。すなわち、めっき中に電流密度を増
減させることにより、膜厚方向に硬度の変化を持っため
っきが得られる。なお、従来のめっき法に、電流密度を
変化させるパルスめっきがあるが、パルスめつきの電流
密度変動は、電極近傍の成分や電場の偏りを回避するた
めに行うもので、変動の周期は数ｍ秒とごく短い。
めっき形成時の電着条件の制御によって形成される。硬
質クロムめっきの硬度を支配する因子に浴温と電流密度
がある。例えば、日刊工業新聞社発行「めっき技術便
覧」第２３０頁には、図２に示すサージェント浴（無水
クロム酸−硫酸浴）における電着条件と硬さの関係が記
載されている。同図において、硬さは、ビッカース硬度
計（荷重＝５０ｇ）によって測定している。この図か
ら、浴温５０℃一定の場合、電流密度８０Ａ／ｄｍ 2で
得られるめっき硬度はＨｖ１２００程度であるが、電流
密度１０Ａ／ｄｍ2まで下げるとめっきは軟化し、Ｈｖ
９５０程度になる。すなわち、めっき中に電流密度を増
減させることにより、膜厚方向に硬度の変化を持っため
っきが得られる。なお、従来のめっき法に、電流密度を
変化させるパルスめっきがあるが、パルスめつきの電流
密度変動は、電極近傍の成分や電場の偏りを回避するた
めに行うもので、変動の周期は数ｍ秒とごく短い。
【００１６】本発明によるめっき法における電流密度の
変動は、それに応じた硬度の層を形成することを目的と
したものであり、変動の周期は１０分〜３時間で、電流
密度を１〜１０回変化する。各層の厚さは、この変動の
周期に対応し、予め各条件での電着速度を計測しておけ
ば、電流密度の切り替えはごく短時間に行えるため、任
意に制御できる。その場合、浴の温度に応じて、電流密
度の増減量を適正にする必要がある。例えば、サージェ
ント浴の場合、浴温４０℃では電流密度を２０Ａ／ｄｍ
2から６０Ａ／ｄｍ2まで増加させることで、Ｈｖ１２０
０からＨｖ８５０まで軟化することができる。
変動は、それに応じた硬度の層を形成することを目的と
したものであり、変動の周期は１０分〜３時間で、電流
密度を１〜１０回変化する。各層の厚さは、この変動の
周期に対応し、予め各条件での電着速度を計測しておけ
ば、電流密度の切り替えはごく短時間に行えるため、任
意に制御できる。その場合、浴の温度に応じて、電流密
度の増減量を適正にする必要がある。例えば、サージェ
ント浴の場合、浴温４０℃では電流密度を２０Ａ／ｄｍ
2から６０Ａ／ｄｍ2まで増加させることで、Ｈｖ１２０
０からＨｖ８５０まで軟化することができる。
【００１７】また、得ようとするめつきがある程度の厚
みを持つ場合、電流密度制御に、適当な浴温制御を組み
合わせると、制御できる範囲が拡大する。
みを持つ場合、電流密度制御に、適当な浴温制御を組み
合わせると、制御できる範囲が拡大する。
【００１８】前記結晶学的に不連続な境界面の形成は、
通電電流の反転によって行う。つまり、めつきの析出は
電着物を陰極とした通電になるが、これに対し５秒〜１
分程度電着物を陽極にした逆通電を一回以上行う。この
操作により、結晶成長点を変化させ操作前後の析出層の
連続性を回避する。なお、通常のめっき施工でも、めっ
き析出前に電着物を陽極にした逆通電操作を行うが、こ
れは母材表面の汚染層の除去を目的とし、ある程度めっ
き層が析出してから逆通電操作を行う本発明によるめっ
き法とは目的が異なる。
通電電流の反転によって行う。つまり、めつきの析出は
電着物を陰極とした通電になるが、これに対し５秒〜１
分程度電着物を陽極にした逆通電を一回以上行う。この
操作により、結晶成長点を変化させ操作前後の析出層の
連続性を回避する。なお、通常のめっき施工でも、めっ
き析出前に電着物を陽極にした逆通電操作を行うが、こ
れは母材表面の汚染層の除去を目的とし、ある程度めっ
き層が析出してから逆通電操作を行う本発明によるめっ
き法とは目的が異なる。
【００１９】
【実施例】（実施例１）めっき浴は、標準浴（サージェ
ント浴：ＣｒＯ3＝２５０ｇ／リットル、Ｈ2ＳＯ4＝
２．５ｇ／リットル）を用いて、約２５ｃｍ2の鋼材に
同面積の鉛板を陽極として約０．１ｍｍ厚さのクロムめ
っき処理を施した。めつき液を攪拌して温度を均一に保
ち、電極付近の温度を浴温度で６０℃一定として、ＰＩ
Ｄ制御で±１１℃の精度で管理した。電流密度は、図３
に示すように、１５Ａ／ｄｍ2で３時間保持した後、通
電を中止することなく１５Ａ／ｄｍ2から３０Ａ／ｄｍ2
に瞬時に上昇してそのまま３時間保持し、再び１５Ａ／
ｄｍ2へ瞬時に低下してそのまま３時間保持し、最後に
３０Ａ／ｄｍ2に瞬時に上昇した。めっきした鋼材を切
断して、その断面をビッカース硬度計（荷重＝５０ｇ）
で硬さの分布を測定した結果、図４のような分布を示し
た。同図に示すように、本実施例では、硬質層の中に、
膜厚方向に硬度Ｈｖ８００以下の軟質層が１層形成され
ている。なお、めっきの表面は曇った乳白色になった。 （実施例２）めっき浴は、標準浴（サージェント浴：Ｃ
ｒＯ3＝２５０ｇ／リットル、Ｈ2ＳＯ4＝２．５ｇ／リ
ットル）を用いて、約５２ｃｍ2の鋼材に同面積の鉛板
を陽極として約０．１２ｍｍ厚さのクロムめっき処理を
施した。めつき液を攪拌して温度を均一に保ち、電極付
近の温度を浴温度で５７℃一定として、ＰＩＤ制御で±
１℃の精度で管理した。電流密度は、図５に示すよう
に、２０Ａ／ｄｍ2で１時間保持した後、−２０Ａ／ｄ
ｍ2の逆方向通電を３０秒間行い、さらに１０Ａ／ｄｍ2
の正方向の通電を１時間行うことを、１サイクルとして
１０サイクル行い、最後に２０Ａ／ｄｍ2で１時間保持
して通電を終了した。電流密度の変更はいずれの時も瞬
時に行っている。めっき表面は、通常の硬質めっきと同
様に光沢のある様相を呈した。図６は、めっきした鋼材
を切断して、その断面を研磨後、濃塩酸でエッチングし
た光学顕微鏡写真である。同図に示すように硬質層１の
中に、表面に平行な境界面３が複数形成されている。ま
た、めっき内部に存在するクラック４は不連続な境界面
３によつて分断されている。
ント浴：ＣｒＯ3＝２５０ｇ／リットル、Ｈ2ＳＯ4＝
２．５ｇ／リットル）を用いて、約２５ｃｍ2の鋼材に
同面積の鉛板を陽極として約０．１ｍｍ厚さのクロムめ
っき処理を施した。めつき液を攪拌して温度を均一に保
ち、電極付近の温度を浴温度で６０℃一定として、ＰＩ
Ｄ制御で±１１℃の精度で管理した。電流密度は、図３
に示すように、１５Ａ／ｄｍ2で３時間保持した後、通
電を中止することなく１５Ａ／ｄｍ2から３０Ａ／ｄｍ2
に瞬時に上昇してそのまま３時間保持し、再び１５Ａ／
ｄｍ2へ瞬時に低下してそのまま３時間保持し、最後に
３０Ａ／ｄｍ2に瞬時に上昇した。めっきした鋼材を切
断して、その断面をビッカース硬度計（荷重＝５０ｇ）
で硬さの分布を測定した結果、図４のような分布を示し
た。同図に示すように、本実施例では、硬質層の中に、
膜厚方向に硬度Ｈｖ８００以下の軟質層が１層形成され
ている。なお、めっきの表面は曇った乳白色になった。 （実施例２）めっき浴は、標準浴（サージェント浴：Ｃ
ｒＯ3＝２５０ｇ／リットル、Ｈ2ＳＯ4＝２．５ｇ／リ
ットル）を用いて、約５２ｃｍ2の鋼材に同面積の鉛板
を陽極として約０．１２ｍｍ厚さのクロムめっき処理を
施した。めつき液を攪拌して温度を均一に保ち、電極付
近の温度を浴温度で５７℃一定として、ＰＩＤ制御で±
１℃の精度で管理した。電流密度は、図５に示すよう
に、２０Ａ／ｄｍ2で１時間保持した後、−２０Ａ／ｄ
ｍ2の逆方向通電を３０秒間行い、さらに１０Ａ／ｄｍ2
の正方向の通電を１時間行うことを、１サイクルとして
１０サイクル行い、最後に２０Ａ／ｄｍ2で１時間保持
して通電を終了した。電流密度の変更はいずれの時も瞬
時に行っている。めっき表面は、通常の硬質めっきと同
様に光沢のある様相を呈した。図６は、めっきした鋼材
を切断して、その断面を研磨後、濃塩酸でエッチングし
た光学顕微鏡写真である。同図に示すように硬質層１の
中に、表面に平行な境界面３が複数形成されている。ま
た、めっき内部に存在するクラック４は不連続な境界面
３によつて分断されている。
【００２０】
【発明の効果】本発明による電流密度の変動によって作
成した軟質層または電流密度の反転によって作成した不
連続な境界面をもっためっき構造は、硬質めっきに生じ
る膜厚方向のクラックを分断する。これによって、クラ
ックに添って生じる腐食に対して耐食性を持つクロムめ
っきが得られる。
成した軟質層または電流密度の反転によって作成した不
連続な境界面をもっためっき構造は、硬質めっきに生じ
る膜厚方向のクラックを分断する。これによって、クラ
ックに添って生じる腐食に対して耐食性を持つクロムめ
っきが得られる。
【図１】本発明による多層構造を持つクロムめっきの模
式断面図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ部拡大図、（ｂ）
はクロムめっきの斜向図である。
式断面図であり、（ａ）は（ｂ）のＡ部拡大図、（ｂ）
はクロムめっきの斜向図である。
【図２】サージェント浴における電着条件と硬さの関係
を示す図である。
を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例の電流密度の変化を示す
図である。
図である。
【図４】本発明の第１の実施例のクロムめっき断面の硬
度分布を示す図である。
度分布を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施例の電流密度の変化を示す
図である。
図である。
【図６】本発明の第２の実施例のクロムめっき断面の図
面代用写真である。
面代用写真である。
１ 硬質層 ２ 軟質層 ３ 境界面 ４ クラック ５ 腐食
Claims (5)
- 【請求項１】 硬質層（１）の中に、硬度Ｈｖ８００以
下の軟質層（２）を膜厚方向に少なくとも１層有するこ
とを特徴とする多層構造を持つクロムめっき。 - 【請求項２】 硬質層（１）の中に、表面に平行な境界
面（３）を少なくとも１面有することを特徴とする多層
構造を持つクロムめっき。 - 【請求項３】 硬質層（１）の中に、膜厚方向に硬度Ｈ
ｖ８００以下の軟質層（２）を少なくとも１層有し、表
面に平行な境界面（３）を少なくとも１面有することを
特徴とする多層構造を持つクロムめっき。 - 【請求項４】 電着中に電流密度を、１０分〜３時間の
サイクルで１〜１０回変化することを特徴とする多層構
造を持つクロムめっきの製造方法。 - 【請求項５】 めっき析出開始後の電着中に、少なくと
も１回、通電電流をめっき析出とは逆方向に５秒〜１分
間流すことを特徴とする多層構造を持つクロムめっきの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11037159A JP2000239888A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 多層構造を持つクロムめっき及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11037159A JP2000239888A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 多層構造を持つクロムめっき及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000239888A true JP2000239888A (ja) | 2000-09-05 |
Family
ID=12489829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11037159A Pending JP2000239888A (ja) | 1999-02-16 | 1999-02-16 | 多層構造を持つクロムめっき及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000239888A (ja) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009504914A (ja) * | 2005-08-12 | 2009-02-05 | アイソトロン コーポレイション | 組成変調複合材料及びその形成方法 |
| US9938629B2 (en) | 2008-07-07 | 2018-04-10 | Modumetal, Inc. | Property modulated materials and methods of making the same |
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-
1999
- 1999-02-16 JP JP11037159A patent/JP2000239888A/ja active Pending
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