JP2004068138A

JP2004068138A - 黒色合金めっき液

Info

Publication number: JP2004068138A
Application number: JP2002233198A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Mori; 森　和彦; Hiroki Hayashi; 林　洋樹; Toshiyuki Fujita; 藤田　俊之
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】本発明は、十分な黒色度と密着性を持ち、樹脂や接着剤に対する接着性が優れるめっき膜を与えるとともに、環境面、廃水処理面での問題のない黒色電気めっき液を提供することを目的とする。
【解決手段】金属イオンとして、ＮｉイオンおよびＣｏイオンの少なくとも１種と、Ｚｎイオンを含み、アニオンとして、チオ硫酸イオン、亜硫酸イオンおよび硫酸イオンを含むことを特徴とする黒色合金めっき液。
【選択図】　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、銅、ステンレス、アルミニウム、鉄、亜鉛めっき鋼、などの金属材料の電気めっき液に関するものであり、陰極電解によりこれらの金属材料表面に黒色外観を呈し、密着性、接着性に優れた合金めっき被膜を形成する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属等の各種導電性材料の表面を黒色電気めっきする方法としては、ニッケル／亜鉛めっき液にチオシアン酸塩を添加した黒色ニッケルめっきが古くから知られている。しかし、チオシアン酸塩は廃水処理が困難で、めっき液のｐＨが低下するとシアンガスが発生する場合があるなど環境面で大きな問題があった。
【０００３】
また、特開昭５７−９４５８８号公報には、ニッケルイオン、ホウ酸塩イオンおよびポリアミン類を添加しためっき浴を使用して黒色ニッケルする方法が記載されている。ここで、暗色増進剤として、含イオウ化合物のアルカリ金属塩、例えばチオシアン酸塩、チオ硫酸塩、酸性亜硫酸塩，亜硫酸塩を用いることが記載されているが、実施例で実際に用いられているのはチオシアン酸ナトリウムだけである。
【０００４】
また、特開昭６１−１６３２８９号公報には、ニッケルイオン（単独またはコバルトイオン等金属イオンとの併用）、アミノ酸、アミン変性物を添加した浴を使用してニッケルまたはニッケル合金による黒色電気めっきする方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年、黒色めっきに対する要求品質はより高度化、多機能化しており、十分な黒色度に加えて、めっき面を接着剤で接着する用途にも対応できる品質が要求されてきている。そのためには、めっき膜と被処理体との界面での密着性、めっき膜と接着剤との界面での接着性のいずれも優れていることが求められる。加えて、環境面、廃水処理での問題のないことも求められており、従来、これらの要求をすべて満足するめっき液は知られていなかった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、十分な黒色度と密着性を持ち、樹脂や接着剤に対する接着性が優れるめっき膜を与えるとともに、環境面、廃水処理面での問題のない黒色電気めっき液を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以下の事項に関する。
【０００８】
１．金属イオンとして、ＮｉイオンおよびＣｏイオンの少なくとも１種と、Ｚｎイオンを含み、アニオンとして、チオ硫酸イオン、亜硫酸イオンおよび硫酸イオンを含むことを特徴とする黒色合金めっき液。
【０００９】
２．前記チオ硫酸イオンのモル濃度が０．００１〜０．５モル／Ｌの範囲、前記亜硫酸イオンのモル濃度が０．００１〜０．５モル／Ｌの範囲にある上記１記載の黒色合金めっき液。
【００１０】
３．前記チオ硫酸イオンと前記亜硫酸イオンのモル濃度比（チオ硫酸イオン）／（亜硫酸イオン）が１／５〜２０／１の範囲である上記１または２記載の黒色合金めっき液。
【００１１】
４．液のｐＨが２〜５の範囲である上記１〜３のいずれかに記載の黒色合金めっき液。
【００１２】
５．さらにホウ酸を含む上記１〜４のいずれかに記載の黒色合金めっき液。
【００１３】
６．ＮｉイオンとＣｏイオンの合計モル濃度とＺｎイオンのモル濃度とのモル濃度比（Ｎｉイオン＋Ｃｏイオン）／Ｚｎイオンが、１／２〜２０／１の範囲である上記１〜５のいずれかに記載の黒色合金めっき液。
【００１４】
本発明者は、鋭意検討した結果、亜鉛イオンを含む酸性の硫酸ニッケルめっき液にチオシアン塩の代替成分として廃水処理が容易で安全なチオ硫酸塩を添加することにより黒色系めっき皮膜が得られることを見出した。しかし、チオ硫酸塩は酸性領域で不安定で、温度上昇やｐＨの低下により容易に自己分解するため、イオウの沈殿が生成して使用に耐えないことが判明した。そこで、チオ硫酸塩を安定化させる方法について研究を重ねた結果、亜硫酸イオンとチオ硫酸イオンの両方を存在させると、浴の分解が完全に防止されることが判った。
【００１５】
このように、金属イオンとして、ＮｉイオンおよびＣｏイオンの少なくとも１種と、Ｚｎイオンを含み、かつチオ硫酸イオンと亜硫酸イオンを同時に含有するめっき液は、本発明者が初めて見出した新規なめっき液である。このめっき液を使用して電気めっきを行うと、得られためっき皮膜は光沢が抑えられた均一な真黒色を呈し、表面に均一、微細な凹凸を持ち、めっき膜と被処理材（被めっき材）との密着性およびめっき膜と接着剤との接着性のどちらも非常に優れていることが判った。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明のめっき液は、水を溶媒とした電気めっき用めっき液であり、金属イオンとして、ＮｉイオンおよびＣｏイオンの少なくとも１種と、Ｚｎイオンとを含む。Ｎｉイオン、ＣｏイオンおよびＺｎイオンは、通常はいずれも２価イオンとしてめっき液中に含まれている。
【００１７】
これらの金属イオン源としては、それぞれの金属を含む塩、酸化物、水酸化物等の形態の化合物が好ましく、水または水溶液に添加溶解させることにより供給することができる。
【００１８】
ＮｉイオンおよびＣｏイオンのイオン源としては、２価の化合物が好ましく、例えばニッケルおよびコバルトの硫酸塩、スルファミン酸塩および塩化物等の金属塩が用いられるが、ＮｉおよびＣｏの酸化物、水酸化物、炭酸塩、塩基性炭酸塩を硫酸溶液などに溶解させて得ることもできる。特に、硫酸イオンおよびスルファミン酸イオンが対アニオンとなるように選ばれることが最も好ましい。不溶解性アノードを使用する場合には、塩化物が存在するとチオ硫酸の消費が増加するため、塩化物はなるべく使用しない方が好ましい。
【００１９】
Ｚｎイオン（Ｚｎ^２＋）源としては、硫酸塩、スルファミン酸塩および塩化物等の金属塩を用いることができるが、硫酸亜鉛をめっき液に溶解して得ることが最も好ましい。また、硫酸溶液に酸化亜鉛、水酸化亜鉛、炭酸亜鉛等を溶解させて得ることも好ましい。スルファミン酸は、電解に対して比較的安定な酸であるので、スルファミン酸イオンが対アニオンとなるように原料を選ぶことも好ましい。
【００２０】
Ｎｉイオン、ＣｏイオンおよびＺｎイオンは、黒色合金めっき皮膜の主成分である金属ニッケル、金属コバルトおよび金属亜鉛の供給源である。ＮｉイオンおよびＣｏイオンに関しては、めっき液中のＮｉイオンおよびＣｏイオンの合計モル濃度は、通常０．０２モル／Ｌ〜１．０モル／Ｌ、好ましくは０．０５モル／Ｌ〜０．５モル／Ｌである。また、Ｚｎイオンに関しては、めっき液中のＺｎイオンのモル濃度は、通常０．０１モル／Ｌ〜０．３モル／Ｌ、好ましくは０．０２モル／Ｌ〜０．２モル／Ｌである。
【００２１】
ＮｉイオンとＣｏイオンは、めっき液中に一方のみが存在していてもよく、従ってモル濃度比（Ｎｉイオン濃度：Ｃｏイオン濃度）は特に限定されない。但し、外観の均一性や高い黒色度が必要な場合には、ＮｉイオンとＣｏイオンの共存が効果がある。その際にモル濃度比（Ｎｉイオン濃度：Ｃｏイオン濃度）は、２０：１〜１：２の範囲が好ましい。
【００２２】
ＮｉイオンとＣｏイオンの合計モル濃度と、Ｚｎイオンのモル濃度比（Ｎｉイオン＋Ｃｏイオン）／Ｚｎイオンは、適宜選ぶことができるが、この濃度比が小さ過ぎるとめっきの耐食性が低下する傾向があるので、（Ｎｉイオン＋Ｃｏイオン）／Ｚｎイオンのモル濃度比は１／２以上が好ましく、また大き過ぎると黒色度が低下する場合があるので、（Ｎｉイオン＋Ｃｏイオン）／Ｚｎイオンのモル濃度比は２０／１以下が好ましい。より好ましくは、１／１〜５／１の範囲である。
【００２３】
また、めっき液は、亜硫酸イオンとチオ硫酸イオンの両方を含むことが必要である。（チオ硫酸イオン）／（亜硫酸イオン）のモル濃度比が小さ過ぎると黒色度が低下する傾向にあり、またモル濃度比が大き過ぎるとめっき液が自己分解し易くなる。従って、（チオ硫酸イオン）／（亜硫酸イオン）は、１／５〜２０／１の範囲が好ましく、１／３以上がより好ましく、また１０／１以下がより好ましく、従って１／３〜１０／１の範囲が最も好ましい。
【００２４】
また、めっき液中のチオ硫酸イオンの濃度は、小さ過ぎるとめっき面の粗度が低下して接着性が低下する場合があるので、通常０．００１モル／Ｌ以上、好ましくは０．００５モル／Ｌ以上であり、また大き過ぎると黒色度が低下して灰色外観になりやすいので、通常０．５モル／Ｌ以下、好ましくは０．３モル／Ｌ以下である。また一方、亜硫酸イオンの濃度は、小さ過ぎるとめっき液が分解しやすくなるので、通常０．００１モル／Ｌ以上、好ましくは０．００５モル／Ｌ以上であり、また大き過ぎるとめっき面の光沢が増加して接着性が低下するので、通常０．５モル／Ｌ以下、好ましくは０．２モル／Ｌ以下である。
【００２５】
チオ硫酸イオンおよび亜硫酸イオンのイオン源としては、これらのイオンを含む塩類を用いることができるが、本発明のめっき液を用いためっき処理の際に、良好な黒色合金めっき膜の生成を阻害しない対カチオンを有する塩類が選ばれることが好ましい。対カチオンとしてＮｉイオン、ＣｏイオンおよびＺｎイオンを含む塩を選ぶこともできるが、一般的には本発明のめっき反応において不活性な対カチオン、例えばアルカリ金属イオン、マグネシウムイオン、アンモニウムイオン等、を含む塩を用いることが好ましい。
【００２６】
具体的には、チオ硫酸イオン源として、チオ硫酸ナトリウム、チオ硫酸カリウムおよびチオ硫酸アンモニウム等を挙げることができる。また、亜硫酸イオン源としても同様に、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウムおよび亜硫酸アンモニウム等の塩を挙げることができる。これらのイオン源をめっき液に溶解することによって、チオ硫酸イオンおよび亜硫酸イオンをめっき液中に含有させることができる。
【００２７】
また、めっき液中には硫酸イオンを含むことが必要で、スルファミン酸などの他のアニオンを主に使用することは可能であるが、通常はめっき液中のアニオンの主成分を硫酸イオンとすることが好ましい。具体的には、めっき液中の全アニオンの当量数の５０％以上、好ましくは７０％以上である。硫酸イオンの濃度は、一般的には０．０５モル／Ｌ〜３モル／Ｌである。硫酸イオンは、Ｎｉイオン、ＣｏイオンおよびＺｎイオンの各イオン源として用いられる硫酸塩として添加されるか、硫酸として添加されるか、またはめっき反応に不活性なアルカリ金属等の硫酸塩としてめっき液に添加される。
【００２８】
また、めっきを続けるうちに亜硫酸イオンおよびチオ硫酸イオンが硫酸イオンに変化していくため、不足するチオ硫酸イオンおよび亜硫酸イオンを補給して前述のモル濃度の範囲に維持することが好ましい。
【００２９】
また、めっき液のｐＨが小さ過ぎたり、大きすぎたりすると外観むらが目立傾向があるので、ｐＨの範囲は１より大きく６未満が好ましく、特に２〜５の範囲が外観の均一性が特に優れているので好ましい。ｐＨを調整するには、酸性のものとして硫酸、アルカリ性のものとしてアンモニア水を用いることが好ましい。
【００３０】
本発明のめっき液は、さらにホウ酸を含むことが好ましい。ホウ酸を含有させることによりめっきの密着性をさらに向上させることができる。ホウ酸は、液中で解離しているものおよび解離していないものを含めて、ホウ酸（Ｈ_３ＢＯ_３）換算で、２ｇ／Ｌ以上含有させることにより、密着性を充分に向上させることができる。また、めっき液に添加する量が多すぎても、溶解しにくく沈殿が生成しやすいので、３０ｇ／Ｌ未満の範囲で充分である。
【００３１】
また、この他のめっき液成分としては、硫酸アンモニウム、硫酸ナトリウム、クエン酸アンモニウムなどを補助電解質として含むことも好ましい。
【００３２】
本発明のめっき液を用いた電解処理は、公知の方法で行うことができるが、例えば被処理体を陰極とし、陽極としては硫黄を少量含有したＮｉまたはＣｏアノードか、白金めっきを施したチタン電極や白金族系酸化物で被覆した不溶解電極（ＤＳＥ）を使用することが好ましい。めっき液の温度を４０〜７０℃とし、電流密度を１〜１０Ａ／ｄｍ^２で電気めっきすることが最も好ましい。電解時間は５〜３００秒が好ましく、めっき膜厚は用途によって適宜変更することが可能であるが、例えば０．１〜２０μｍが好ましく、０．３〜５μｍがより好ましい。
【００３３】
また、被処理体としては各種導電性材料を用いることができるが、一般的には銅、ステンレス、アルミニウム、鉄、亜鉛めっき鋼などの金属材料を用いる。
【００３４】
本発明のめっき液を用いて被処理体上に電気めっきを行うと、表面が０．１〜１μｍ程度の微細な粒状〜針状粒子で均一に覆われためっき皮膜が得られる。この特異な表面形態のために光線を効率良く吸収して光沢を抑えた黒色外観を呈する。また同時に大きな実表面積を持つので、樹脂や接着剤に対して強力な投錨効果を発揮する。その際、本発明のめっき液を用いて得られためっき膜は、被処理体との密着性に優れているために、接着下地としても極めて優れた性能を持っている点でも従来にないものである。
【００３５】
【実施例】
以下に実施例および比較例を示し、本発明をさらに具体的に説明する。
【００３６】
＜試験板の作製＞
前処理：
試験には１００×５０ｍｍの大きさの、純銅板、ステンレス板（ＳＵＳ３０４）、または鋼板（ＳＰＣＣ）を使用し、電解処理前にアルカリ性水系脱脂剤（ＦＣ−Ｗ１１２０：日本パーカライジング（株）製）を２０ｇ／リットルとした液で６０℃×３分間脱脂を行ったのち水洗してめっき試験板とした。
【００３７】
＜めっき液の調製＞
Ｎｉイオン源には硫酸ニッケル水和物、Ｃｏイオン源には硫酸コバルト水和物、Ｚｎイオン源には硫酸亜鉛水和物、チオ硫酸イオン源にはチオ硫酸アンモニウム、亜硫酸イオン源には亜硫酸ナトリウム、ホウ酸源には酸化ホウ素を使用した。薬品は全て和光純薬（株）製試薬１級相当品を使用した。
【００３８】
実施例および比較例においては、これらの原料化合物を、表１の組成になるように水に溶解したのち、最後に硫酸またはアンモニア水によってｐＨを調整した。ここで、ホウ酸の濃度は、すべての実施例、比較例においてホウ酸として５ｇ／Ｌとなるように添加した。
【００３９】
各実施例および比較例の組成を表１に示す。
【００４０】
尚、比較例１ではチオ硫酸イオンを添加せず、比較例２では亜硫酸イオンを添加しなかった。比較例３では、チオ硫酸イオンおよび亜硫酸イオンを添加しないことに加え、特開昭６１−１６３２８９号公報の実施例に準じてグリシンおよびジエチレントリアミンをそれぞれ２０ｇ／Ｌ、３ｇ／Ｌとなるように添加した。
【００４１】
実施例および比較例中の硫酸イオンの濃度は、上記の硫酸ニッケル水和物、硫酸コバルト水和物、および硫酸亜鉛に由来するものと、ｐＨを調整するために加えた硫酸に由来するものの合計量である。
【００４２】
＜電解めっき処理＞
５０℃に保持した電解液中で，ＤＳＥ（不溶解性アノード：（株）ペルメレック電極製）を陽極とし、前処理した試験板（被処理体）を陰極として以下の条件で直流電解処理した。その後、直ちに試験板を２０秒間シャワ−水洗し、１００℃で５分間乾燥した。
【００４３】
（電解条件）
実施例１、実施例２、実施例５、実施例６、実施例８、比較例１：
電流密度５Ａ／ｄｍ^２、電解時間３０秒；
実施例３、実施例７：
電流密度１０Ａ／ｄｍ^２、電解時間７秒；
実施例４、比較例３：
電流密度１Ａ／ｄｍ^２、電解時間９０秒
＜めっき皮膜の評価＞
黒化度：
めっき処理した試験板を、東京電色（株）製分光色差計ＴＣ−１８００型でＬ値を測定して黒化度を判定した。
【００４４】
黒化度の評価は、Ａ（良）〜Ｄ（劣）まで
Ａ：Ｌ値１５未満；
Ｂ：Ｌ値１５以上２５未満；
Ｃ：Ｌ値２５以上４０未満；
Ｄ：Ｌ値４０以上
という基準で評価した。
【００４５】
皮膜密着性／接着性：
図１に示すように、めっきされた試験板１、２のめっき面どうしを瞬間接着剤で貼り付け、引き剥がす際のピール強度（ｋｇ／ｃｍ）から判定した。
【００４６】
皮膜密着性／接着性の評価は、Ａ（良）〜Ｄ（劣）まで
Ａ：ピール強度２ｋｇ／ｃｍ以上；
Ｂ：ピール強度２ｋｇ／ｃｍ未満１ｋｇ／ｃｍ以上；
Ｃ：ピール強度１ｋｇ／ｃｍ未満０．５ｋｇ／ｃｍ以上；
Ｄ：ピール強度０．５ｋｇ／ｃｍ未満
という基準で評価した。
【００４７】
評価結果を表２に示す。
【００４８】
【表１】

【００４９】
【表２】

表１からわかるように、本発明の黒色めっき液を使用して電気めっきした実施例１〜実施例８のめっき皮膜は、光線反射の少ない良好な黒色外観を持ち、かつ良好なめっきの密着性と樹脂の接着性を併せ持っていた。
【００５０】
このように本発明のめっき液を使用することにより、各種金属に良好な黒色表面と密着性および接着性が良好なめっき皮膜を形成させることができる。
【００５１】
このような品質を持つ黒色合金めっきは電子回路基板や光学機器部品、ラミネートフィルム、タイヤ用スチールコードなどの各種用途に応用が可能であることから、本発明の産業上の利用価値は大きい。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、十分な黒色度と密着性を持ち、樹脂や接着剤に対する接着性が優れるめっき膜を与えるとともに、環境面、廃水処理面での問題のない黒色電気めっき液を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】皮膜密着性／接着性の試験方法を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１、２　めっきされた試験板

Claims

金属イオンとして、ＮｉイオンおよびＣｏイオンの少なくとも１種と、Ｚｎイオンを含み、
アニオンとして、チオ硫酸イオン、亜硫酸イオンおよび硫酸イオンを含むことを特徴とする黒色合金めっき液。
前記チオ硫酸イオンのモル濃度が０．００１〜０．５モル／Ｌの範囲、前記亜硫酸イオンのモル濃度が０．００１〜０．５モル／Ｌの範囲にある請求項１記載の黒色合金めっき液。
前記チオ硫酸イオンと前記亜硫酸イオンのモル濃度比（チオ硫酸イオン）／（亜硫酸イオン）が１／５〜２０／１の範囲である請求項１または２記載の黒色合金めっき液。
液のｐＨが２〜５の範囲である請求項１〜３のいずれかに記載の黒色合金めっき液。
さらにホウ酸を含む請求項１〜４のいずれかに記載の黒色合金めっき液。
ＮｉイオンとＣｏイオンの合計モル濃度とＺｎイオンのモル濃度とのモル濃度比（Ｎｉイオン＋Ｃｏイオン）／Ｚｎイオンが、１／２〜２０／１の範囲である請求項１〜５のいずれかに記載の黒色合金めっき液。