JP2003073843A - マグネシウム合金素材の無電解ニッケルめっき方法 - Google Patents

マグネシウム合金素材の無電解ニッケルめっき方法

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JP2003073843A
JP2003073843A JP2001257276A JP2001257276A JP2003073843A JP 2003073843 A JP2003073843 A JP 2003073843A JP 2001257276 A JP2001257276 A JP 2001257276A JP 2001257276 A JP2001257276 A JP 2001257276A JP 2003073843 A JP2003073843 A JP 2003073843A
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magnesium alloy
electroless nickel
nickel plating
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Shigetoshi Mizunari
重順 水成
Keiji Fujii
敬二 藤井
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Abstract

(57)【要約】 【課題】マグネシウム合金素材に対する直接的無電解ニ
ッケルめっき方法における表面処理プロセスを簡略化
し、高品質で高機能のめっき皮膜を形成する。 【解決手段】マグネシウム合金素材に対し、脱脂後クロ
ム酸エッチングし、ついで酸浸漬又は活性化処理をおこ
なう前処理工程と、該前処理後、直ちに弱アルカリ性無
電解浴を用いておこなう無電解ニッケルめっき処理工程
を包含し、めっき皮膜を単層形成する。ここで、エッチ
ング剤が、無水クロム酸、無機酸塩、及びフッ化物を含
有する水溶液であり、酸浸漬液又は活性化処理剤が、無
機燐酸塩、及びフッ化物を含有する水溶液であり、無電
解ニッケルめっき液が、オキシカルボン酸ニッケル、ピ
ロリン酸塩、次亜燐酸塩、及びフッ化物を含み、アンモ
ニア水により弱アルカリ性にpH調整してなるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マグネシウムおよ
びマグネシウム合金〔マグネシウム合金素材に同じ。〕
に対し、亜鉛置換と銅ストライクを施す下地めっきを前
処理から省略しておこなう直接的無電解ニッケルめっき
方法に係り、詳しくは、脱脂後化学エッチングし、つい
で酸浸漬した後直ちに弱アルカリ性の無電解浴を用いて
無電解ニッケルめっき処理を施すことにより高耐食硬質
皮膜を単層形成するマグネシウム合金素材の無電解めっ
き方法に関する。なお、一連の表面処理プロセスには、
めっき皮膜形成後におこなう耐磨耗性を向上させるため
の熱処理工程(硬質化)を包含する。
【0002】
【従来の技術】従来のマグネシウム合金素材のめっき成
膜方法は、例えば特公平2-254179号に開示されているよ
うに、前処理の後、亜鉛置換膜の形成、電気分解による
銅めっき、無電解銅めっき、無電解ニッケルめっき、無
電解金めっき、無電解銅めっき、電気分解による銅めっ
き、金めっき、さらに微視孔への四弗化エチレンの含浸
と、めっき工程だけでも実に8工程も要している。その
ために、工程数の増加による品質の不安定化、コストの
高騰を招き、さらに、亜鉛、銅、ニッケル、金等、重金
属を含んだ廃水の環境汚染など、解決すべき課題が山積
している。
【0003】一方、従来の無電解ニッケルめっきは、特
公平2-25430 号に開示されているように、めっき前処理
として表面脱脂、化学エッチング、フッ化物処理、アル
カリ中和の4工程をおこなっている。前処理工程の増加
は、めっき皮膜とマグネシウム合金の密着性を損なう生
成物の発生を招くとともに処理コストの増加につなが
る。また、塩水噴霧試験で 150時間以上耐えるために
は、最初に下地めっきとしてpH10でのアルカリ側の無電
解ニッケルめっきをおこない、つぎに、酸性の無電解ニ
ッケルめっきを施す必要があるが、ニッケルめっきを2
度もおこなうことは、品質の不安定化およびコストの高
騰の原因となり、技術的に大きな課題を残している。
【0004】また、耐食性と耐磨耗性を有する従来の表
面処理としては、特開平5-320929号に開示されているよ
うに、ゾル−ゲル層(セラミックス膜)を形成してから
Ni-Pめっき処理したもの、特開平7-173635号に開示され
ているように、他の金属材料をプラズマ溶射してめっき
するなど、下地に異種の表面処理を導入しなければなら
ないなどの課題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、無駄な工程
数の増加、不必要な2度のニッケルめっき、下地への異
種表面処理層の導入など従来の技術課題を解決し、直接
的に無電解ニッケルめっきを施す表面処理プロセスによ
り、めっき工程の簡略化による低コスト化を図りつつ、
高品質で高機能のめっき皮膜を形成することを目的とし
て、弱アルカリ性無電解浴を用いておこなうマグネシウ
ム合金素材の無電解ニッケルめっき方法を提供するもの
である。なお、一連の表面処理プロセスには、後処理と
してめっき皮膜を硬質化するための熱処理を含む。
【0006】
【課題を解決するための手段】課題を解決するために本
発明は、マグネシウム合金素材を被めっき材とする直接
的無電解ニッケルめっき方法において、耐食性と耐磨耗
性を付与するために、脱脂後化学エッチングし、ついで
酸浸漬した後直ちに無電解ニッケルめっき処理を施すこ
とにより高耐食硬質皮膜を単層形成するマグネシウム合
金素材の無電解めっき方法である。
【0007】特徴的構成は、脱脂後クロム酸エッチング
し、ついで酸浸漬または活性化処理をおこなう前処理工
程と、該前処理後、直ちに弱アルカリ性無電解浴を用い
ておこなう無電解ニッケルめっき処理工程を包含し、エ
ッチング剤が、無水クロム酸、無機酸塩、およびフッ化
物を含有する水溶液であり、酸浸漬液または活性化処理
剤が、無機燐酸塩、およびフッ化物を含有する水溶液で
あり、無電解ニッケルめっき液が、オキシカルボン酸ニ
ッケル、ピロリン酸塩、次亜燐酸塩、およびフッ化物を
含み、アンモニア水により弱アルカリ性にpH調整してな
るものである。
【0008】ここで、無電解ニッケルめっき液のpHは
8.0〜8.5 に制御されるのが好ましい。
【0009】また、めっき処理後にベーキングを施して
めっき皮膜をHv600 以上を指標として硬化させる熱処理
工程を付加する場合がある。好適な温度範囲は 473〜67
3 Kである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、上記構成
において、めっき前処理で、めっき工程に悪影響をもた
らす、油分・ごみ・酸化物などを完全に剥脱させ、表面
の活性化と清浄度を高めること、つぎにpH 8.0〜8.5 の
弱アルカリ性領域(液温は 323〜338K)で無電解ニッ
ケルめっきを施し、緻密なニッケル層を形成させ耐食性
を得ること、最後に 473〜673 Kの熱処理によってHv60
0 以上の硬さとして、高耐磨耗性皮膜にすることの一連
の工程を連続しておこなうプロセスにより、高耐食硬質
皮膜を形成するようにしている。
【0011】本発明の対象とするマグネシウム合金素材
はつぎのとおりとする。純マグネシウム、Mg-Al 系、Mg
-Zn 系、Mg-R.E.(希土類元素) 系およびMg-Th 系であ
る。本発明では、純マグネシウム、マグネシウム合金系
をめっきすることが可能であるが、とくに、Mg-Al 系に
適している。
【0012】脱脂は、被めっき材に付着している油脂、
よごれなどを除去するため、有機溶剤、あるいはアルカ
リ洗浄剤を用いる。また、脱脂方法には、浸漬法、噴霧
法、電解脱脂法などがあり、いずれの方法を用いてもよ
い。
【0013】エッチングは、脱脂の後にも残存してい
る、酸化膜および金属間化合物など、除去させるため、
化学的な方法でおこなう。
【0014】酸浸漬は、エッチングの後、被めっき材の
表面に残存している酸化物や金属間化合物があれば、こ
れを完全に除去させるためにおこなう。
【0015】上記酸浸漬の後、弱アルカリ性無電解ニッ
ケルめっきをおこなうが、めっき液はピロリン酸塩を主
成分とし、めっき条件は、pH 8.0〜8.5 、温度 323〜33
8 K、時間 3.6〜10.8ksecとし、緻密なニッケル層を10
〜30μm形成させる。
【0016】弱アルカリ無電解ニッケルめっきの後、耐
磨耗性を向上させるため熱処理を施す。この場合、熱処
理温度 473〜673 Kの範囲とし、めっき皮膜の硬さの指
標をHv600 以上とする。
【0017】ニッケル層は10%前後のリンを含有してお
り、緻密で均一な皮膜である。これにより高耐腐食性を
発揮し、塩水噴霧試験で170時間以上耐え、さらに熱処
理を加えることにより、Ni3Pを析出させHv600 以上の硬
さを得る。
【0018】めっき液のpHを 8.0〜8.5 としたのは、こ
のpH 8.0〜8.5 以外の領域での無電解めっきでは、めっ
き皮膜にふくれ、割れまたは剥離が発生して耐食性が保
てないことが挙げられる。
【0019】熱処理の温度を 473〜673 Kとしたのは、
473K以下では、Ni3Pの析出が不十分で硬さがHv600 以
下となる可能性が大きく、 673K以上だと、温度が高く
なり、形成した高耐食硬質皮膜にふくれ、割れまたは剥
離の危険性が生じる。
【0020】
【実施例】被めっき材として、たて30mm×よこ30mm×厚
さ1.5mm のマグネシウム合金板AZ31B(Al:3%、Zn:1%を
合金元素として含む)を用いた。図1に示すプロセスに
従って、水酸化ナトリウム系のアルカリ脱脂剤で2分間
脱脂し、無水クロム酸系の水溶液で2分間エッチング
し、リン酸塩系の水溶液で2分間酸浸漬し、クエン酸ニ
ッケル 25g/L 、ピロリン酸ナトリウム 50g/L 、次亜
リン酸ナトリウム 25g/L 、フッ化アンモニウムを 10g
/L としたpH8.3 のめっき液で、無電解ニッケルめっき
を3時間おこない、最後に 473Kの熱処理を2時間おこ
なった。
【0021】この結果、めっき層は厚さ18μm 、硬さは
Hv750 、塩水噴霧試験 170時間経過してもめっき皮膜表
面に異常が見られない、良好な高耐食硬質皮膜を形成で
きた。これにより、工程の省力化が図られ、実用化(工
業化)の目処も立った。
【0022】図2は、熱処理による硬さの変化を求めた
もので、熱処理温度 473K、 573Kで硬さがHv600 以上
となり、最上級の包丁、鋏など、刃物の硬さに匹敵し、
耐磨耗性は十分あり、摺動部への活用が可能である。
【0023】図3は、熱処理前後のめっき皮膜のX線回
折図を示している。熱処理なしでは明確なピークを示さ
ず非晶質構造を呈しているが、熱処理温度 473Kでは、
ピークが明確になり結晶構造を呈し、 573Kになるとさ
らにピークが鋭くなるとともに、Ni3Pの析出が明確にな
った。
【0024】図4は、無電解ニッケルめっき液のpHを
7.5、8.3 および9.0 とした場合の、めっき直後のめっ
き皮膜の状態および塩水噴霧試験のめっき皮膜の状態を
示している。pHが 7.5および9.0 でのめっきは、めっき
直後にめっき皮膜に剥離が発生していた。また、pH8.3
でのめっきは、めっき直後はもとより塩水噴霧試験 170
時間経過してもめっき皮膜に、ふくれ、割れまたは剥離
は見られず、優れた耐食性を示していた。この結果、め
っき皮膜の健全化および耐食性の確保にはpHの維持管理
(制御)が最大のキーポイントである。
【0025】
【発明の効果】本発明は以上の構成よりなるものであ
り、これによれば一度のめっき処理で単一層のめっき皮
膜を形成可能であり、塩水噴霧試験において 170時間を
経過しても、ふくれ、割れまたは剥離などの欠陥が発生
せず、優れた耐食性を有する。
【0026】また、めっき処理後に熱処理を施すことに
より、めっき皮膜(層)をHv600 以上に硬化させること
が可能であり、耐磨耗性の向上(硬質化)が図れる。
【0027】全体として、直接的無電解ニッケルめっき
方法において、高品質で高機能の皮膜形成が可能な低コ
ストの表面処理技術を提供するものであり、産業上の有
益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るめっき工程図である。
【図2】本発明に係る熱処理後のめっき皮膜の硬さを示
すグラフである。
【図3】本発明に係る熱処理前後のめっき皮膜の組成を
示すX線回折図である。
【図4】本発明に係る塩水噴霧試験によるめっき皮膜の
状態とめっき液のpHの影響を示すデータテーブルであ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マグネシウムおよびマグネシウム合金
    〔以下、マグネシウム合金素材。〕に対する直接的無電
    解ニッケルめっき方法において、脱脂後化学エッチング
    し、ついで酸浸漬した後直ちに無電解ニッケルめっき処
    理を施すことにより高耐食硬質皮膜を単層形成するマグ
    ネシウム合金素材の無電解めっき方法であって、脱脂後
    クロム酸エッチングし、ついで酸浸漬または活性化処理
    をおこなう前処理工程と、該前処理後、直ちに弱アルカ
    リ性無電解浴を用いておこなう無電解ニッケルめっき処
    理工程を包含し、エッチング剤が、無水クロム酸、無機
    酸塩、およびフッ化物を含有する水溶液であり、酸浸漬
    液または活性化処理剤が、無機燐酸塩、およびフッ化物
    を含有する水溶液であり、無電解ニッケルめっき液が、
    オキシカルボン酸ニッケル、ピロリン酸塩、次亜燐酸
    塩、およびフッ化物を含み、アンモニア水により弱アル
    カリ性にpH調整してなるものであることを特徴とするマ
    グネシウム合金素材の無電解めっき方法。
  2. 【請求項2】 無電解ニッケルめっき液のpHが 8.0〜8.
    5 である請求項1記載のマグネシウム合金素材の無電解
    めっき方法。
  3. 【請求項3】 めっき処理後にベーキングを施してめっ
    き皮膜をHv600 以上を指標に硬化させる熱処理工程を付
    加した請求項1または2記載のマグネシウム合金素材の
    無電解めっき方法。
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