JP2005200709A - アルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法 - Google Patents

アルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法 Download PDF

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Abstract

【課題】アルミニウム及びマグネシウム合金は軽く、強度もあるが、耐食性に限界がある。酸化皮膜処理や塗装で耐食性を維持できたとしても、耐摩耗性、導電性、耐衝撃性に問題がある。この点を解決し、さらに高輝度で、且つ様々な発色が可能な高耐食性を有するアルミニウム及びマグネシウム合金を提供する。
【解決手段】アルミニウム及びマグネシウム合金１上に銅層２及びニッケル層３を形成する方法において、活性化溶液によりアルミニウム及びマグネシウム合金を前処理する工程と、湿式電気めっきによりアルミニウム及びマグネシウム合金上に直接銅層を形成する工程と、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成する工程とからなる構成を有している。更に、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成した後、そのニッケル層上に蒸着によりチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層を形成する工程からなる構成を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、電子機器及び建築などあらゆる産業に於けるアルミニウム及びマグネシウム合金の耐食性向上のためのめっき方法に関する。
近年、自動車、電子機器などは小型・軽量化の傾向が著しい。自動車においては燃費改善ひいては環境保護に繋がり、電子機器においてはあらゆる電子機器のモバイル化のニーズに対応してきている。これら小型・軽量化に欠かせない金属はアルミニウムでありマグネシウム合金である。特に、マグネシウムは金属のなかでも最も軽く強度もあるが、耐食性に問題があり需要拡大に限界がある。ダイカスト及びプレス加工などで加工されたマグネシウム合金の防食は、多くが酸化皮膜処理、塗装によりその耐食性を付与しているのが、一般的である。
しかしながら、アルミニウム及びマグネシウム合金が強度、経済性から見ても有望な金属材料であるが、どちらの金属も酸及びアルカリに対する耐食性に欠けるため、地金の価値が生かされていないのが現状である。即ち酸化皮膜処理や塗装で耐食性を維持できたとしても、耐磨耗性、導電性及び耐衝撃性に問題があった。
マグネシウム合金は比重１．７とアルミニウムより３０％も軽いメリットがあるが、上記のように、その耐食性に問題がある。一般的に、めっき方法には乾式法と湿式法とに分類されるが、マグネシウム合金上のめっきは、真空下での気相めっきのみ対応することができるのが現状である。なぜならば、マグネシウム合金は、酸及びアルカリにより腐食され、食塩水でも激しく発熱、腐食されるからである。一部ではマグネシウム合金の表面を亜鉛置換して無電解めっきが行われているが、マグネシウム合金のデメリットである耐食性をカバーするまでの完璧なものではない。酸化皮膜の生成法ではクローメート（６価のクロムの利用）などがあるが、クロムはそれを使用することによって起こる環境汚染のために厳しく規制され、将来的にはそれらを使わない処理方法が義務付けられている。このようにマグネシウム合金の耐食性の維持即ち防錆処理方法には限界があるという課題があった。
本発明は上記従来の問題点を解決するものであり、アルミニウム及びマグネシウム合金上に直接銅層及び銅層上にニッケル層を形成し、優れた耐食性の維持即ち防錆処理方法となるアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法を提供することを目的とする。更に、チタニウム蒸着層と及び陽極酸化されたチタニウム蒸着層を形成することで高輝度で、且つ、様々な発色が可能な高耐食性を有するアルミニウム及びマグネシウム合金を提供することを目的とする。
本発明は、アルミニウム及びマグネシウム合金上に銅層及びニッケル層を形成する方法において、活性化溶液によりアルミニウム及びマグネシウム合金を前処理する工程と、湿式電気めっきによりアルミニウム及びマグネシウム合金上に直接銅層を形成する工程と、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成する工程とからなる構成を有している。
更に、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成した後、そのニッケル層上に蒸着によりチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層を形成する工程からなる構成を有している。
本発明は、アルミニウム及びマグネシウム合金の表面に打痕や傷などの凹凸があっても、従来の防錆処理方法のようにアルミニウム及びマグネシウム合金の表面が露出しないため、耐食性に優れ、また塗装や酸化皮膜のように絶縁性がないので電磁波シールドの効果が高く、携帯電話、パソコンなどのノイズ対策に大きな効果が得られる。また、銅―ニッケル層でアルミニウム及びマグネシウム合金の持つ耐食性という弱点をカバーすることが実現できる。更に、目的及び用途に応じて、蒸着によるチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層、金、白金などの多層めっきをすることが可能で、従来の塗装をすることも可能となるため、自動車、電子機器、電子部品、建築材料及び航空機などの幅広い産業分野に貢献することができるものである。
本発明の請求項1に記載した発明は、アルミニウム及びマグネシウム合金上に銅層及びニッケル層を形成する方法において、活性化溶液によりアルミニウム及びマグネシウム合金を前処理する工程と、湿式電気めっきによりアルミニウム及びマグネシウム合金上に直接銅層を形成する工程と、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成する工程とからなる構成であり、この構成とすることにより優れた耐食性の維持即ち防錆処理方法とすることができる。
請求項２に記載の発明は、銅めっき層を形成する前に活性化処理として、Ｎａ４Ｐ2Ｏ7を１２〜１５重量部、ＣＨ３ＣＯＯＮａ及びＮＨ３ＯＨを１０〜１５重量部、および添加剤を用い、アルミニウム及びマグネシウム合金を前処理する構成であり、この構成とすることにより優れた耐食性の維持即ち防錆処理方法の活性化前処理とすることができる。
請求項３に記載の発明は、銅めっき液として、シアン銅めっき溶液（ＣｕＣＮ ３０〜６０重量部、ＮａＣＮ ４０〜６０重量部、添加剤５％）と硫酸銅メッキ液（ＣｕＳＯ４・５Ｈ2Ｏ ３００〜４００重量部、Ｈ2ＳＯ4 ３０〜５０重量部、塩素イオン ３０〜５０重量部、添加剤２％）からなる溶液にて銅層を形成する構成であり、この構成とすることにより優れた耐食性の維持即ち防錆処理方法の銅めっき液とすることができる。
請求項４に記載の発明は、ニッケルめっき液としてＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏを１５０重量部、ＮＨ4Ｃｌを１５重量部、ＺｎＳＯ4・７Ｈ2Ｏを３５重量部からなる溶液にてニッケル層を形成する構成であり、この構成とすることにより優れた耐食性の維持即ち防錆処理方法のニッケルめっき液とすることができる。
請求項５に記載の発明は、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成した後、そのニッケル層上に蒸着によりチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層を形成する構成であり、この構成とすることにより優れた耐食性と所定の高輝度発色を実現することができる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の実施例１におけるマグネシウム合金への銅層及びニッケル層の組合せの概念図である。図1において、1はマグネシウム合金、２は銅めっき層、３はニッケルめっき層である。図２は本発明の実施例１における製造プロセスを示すフローチャートである。
以上のように、構成されたアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法について以下説明する。
マグネシウム合金（ＡＺ３１Ｂ）を金型プレス加工或いはマグネシウム合金（ＡＺ９１Ｄ）をダイカストした母材１を製作する。次に、図２に示すように、マグネシウムの母材１の加工工程で表面に付着した油分などの脱脂処理を行う。脱脂処理は、５５〜８５℃の溶液で１０分間処理し、油分を完全に除去、十分な水洗浄を行う。この際、脱脂液の母材表面の残留は、次工程のめっき工程での電気化学反応を悪化させ、ブリスターやピンホールの原因となるため、十分な水洗浄が必要である。水溶液組成を表１に示す。
Figure 2005200709
次に、図２に示すように、脱脂処理されたマグネシウム合金の母材１を表２に示す組成の水溶液に浸漬する。所定時間の経過後、常温で弱酸性の水溶液で３分間のリンスを行う。
Figure 2005200709
更に、表３に示すような組成の水溶液を用意し、図２に示すように、平滑に銅めっきするため弱酸性で洗浄されたマグネシウム合金の母材１の表面を活性化する。
Figure 2005200709
次に、図２に示すように、マグネシウム合金の母材１の表面に銅めっきを施す。はじめに母材との密着性を向上させるため、シアン銅めっき液で銅めっき層２を施す。シアン銅めっき液は、表４に示す組成の水溶液、温度、電圧、電流、電流作動時間に調整する。
Figure 2005200709
マグネシウム合金の母材１にシアン銅めっき液で銅めっき層２を形成した後、ピンホールなどの不具合を除去するため、硫酸銅めっき液で銅めっき層２を施し、補強する。これは、次工程におけるニッケルめっき層３との密着性を改善する効果をもたらす。表５に示す組成の水溶液、温度、電圧、電流、電流作動時間に調整することで、シアン銅めっき層の上に硫酸銅めっき液による銅めっき層２を形成することができる。
Figure 2005200709
次に、シアン銅めっき液と硫酸銅めっき液から形成した銅めっき層２に、耐磨耗性と密着性を向上させるために図２に示すように、ニッケルめっき層３を形成する。表６に示す組成の水溶液、温度、電圧、電流、電流作動時間に調整することで、銅めっき層２の上にニッケルめっき層３を形成する。
Figure 2005200709
マグネシウム合金の母材上の銅めっき層及びニッケルめっき層にファイル試験とテープ試験を実施し、その結果を表７に示す。
Figure 2005200709
表７から明らかなように、銅めっき及びニッケルめっきを施したした母材を切断し、表面を４５度でヤスリがけしたファイル試験において、実施例１のＮ＝７全てにおいて剥離が無かった。また、一般的な方法であるタングステンナイフで１ｍｍ間隔の並んだの引っかき傷をつけるテープ試験においても、剥離が無いことが確認された。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
図３は本発明の実施例２におけるニッケル層上にチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層の組合せとの概念図である。図３において、1はマグネシウム合金の母材、２は銅めっき層、３はニッケルめっき層、４はチタニウム層、５は陽極酸化されたチタニウム層である。
以上のように、構成されたニッケル層上に蒸着によりチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層を形成するめっき方法について以下説明する。
実施例１と同様に、マグネシウム合金の母材１に銅めっき層２及びニッケル層３をめっき形成したものに、蒸着方法でチタニウム層４を形成するめっき方法を形成する。ついで、その形成されたチタニウム層４上にチタニウム層を形成し、そのチタニウム層に陽極酸化を施し、陽極酸化されたチタニウム層５即ち陽極酸化皮膜層を形成する。
マグネシウム合金の母材上の銅めっき層及びニッケルめっき層に形成されたチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層をファイル試験とテープ試験を実施し、その結果を表８に示す。
Figure 2005200709
表８から明らかなように、チタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層を形成した母材を切断し、表面を４５度でヤスリがけしたファイル試験において、実施例２のＮ=７全てにおいて剥離が無かった。また、一般的な方法であるタングステンナイフで１ｍｍ間隔の並んだの引っかき傷をつけるテープ試験においても、剥離が無いことが確認された。めっきした製品を切断し、表面を４５度でヤスリがけしたファイル試験においても実施例２のＮ＝７全てにおいて剥離が無かったことが表８からわかる。更に、一般的な方法であるタングステンナイフで１ｍｍ間隔の並んだの引っかき傷をつけたテープ試験においても、剥離が無いことが確認できた。
耐食性を確認するために、発色させた７色のサンプルについて３％ＮａＯＨ水溶液で耐食性試験をした結果を表９に示す。表９に示すように全てが腐食しなかったことがわかる。また、輝度も発色も変化は認められなかった。
Figure 2005200709
本発明の実施例１におけるマグネシウム合金への銅層及びニッケル層の組合せの概念図 本発明の実施例１における製造プロセスを示すフローチャート 本発明の実施例２におけるニッケル層上にチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層の組合せとの概念図
符号の説明
１ マグネシウム合金の母材
２ 銅めっき層
３ ニッケルめっき層
４ チタニウム層
５ 陽極酸化されたチタニウム層

Claims (5)

  1. アルミニウム及びマグネシウム合金上に銅層及びニッケル層を形成する方法において、活性化溶液によりアルミニウム及びマグネシウム合金を前処理する工程と、湿式電気めっきによりアルミニウム及びマグネシウム合金上に直接銅層を形成する工程と、湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成する工程とからなるアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法。
  2. 銅めっき層を形成する前に活性化処理としてＮａ４Ｐ2Ｏ7を１２〜１５重量部、ＣＨ３ＣＯＯＮａ及びＮＨ３ＯＨを１０〜１５重量部、および添加剤を用い、アルミニウム及びマグネシウム合金を前処理する請求項１記載のアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法。
  3. 銅めっき液として、シアン銅めっき溶液（ＣｕＣＮ ３０〜６０重量部、ＮａＣＮ ４０〜６０重量部、添加剤５％）と硫酸銅メッキ液（ＣｕＳＯ４・５Ｈ2Ｏ ３００〜４００重量部、Ｈ2ＳＯ4 ３０〜５０重量部、塩素イオン ３０〜５０重量部、添加剤２％）からなる溶液にて銅層を形成する請求項１記載のアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法。
  4. ニッケルめっき液としてＮｉＳＯ4・６Ｈ2Ｏを１５０重量部、ＮＨ4Ｃｌを１５重量部、ＺｎＳＯ4・７Ｈ2Ｏを３５重量部からなる溶液にてニッケル層を形成する請求項１記載のアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法。
  5. 湿式電気めっきにより銅層上にニッケル層を形成した後、そのニッケル層上に蒸着によりチタニウム層及び陽極酸化されたチタニウム層を形成する請求項１、請求項２、請求項３及び請求項４記載のアルミニウム及びマグネシウム合金上に銅―ニッケルめっき層を形成するめっき方法。
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