JP2008224423A - めっき膜の分離方法、およびこの方法によって分離されためっき膜の分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】めっき膜の元素分析を行うのに際し、金属母材上に形成されためっき膜のみを分離するのに適した方法を提供すること。
【解決手段】本発明のめっき膜の分離方法においては、表面の一部にめっき膜が形成された金属母材を所定の溶解液に浸漬し、上記金属母材を溶解除去する工程（Ｓ４）を有する。
【効果】本分析方法によれば、めっき膜のみに由来する含有元素濃度の直接測定が可能になるので、鉛などの微量の含有物質濃度についても高い精度で測定することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属母材上に形成されためっき膜を分離するための方法、およびこの方法によって分離されためっき膜の含有元素分析方法に関する。

近年、世界的に環境保全意識が高まっており、電気機器や電子機器において有害物質の含有が厳しく制限されるようになっている。たとえばＥｕのＲｏＨＳ指令などの規制においては、鉛、カドミウムをはじめとする所定の有害物質の使用を原則的に禁止している。当該規制においては、有害物質ごとに許容される濃度の閾値が定められている。この閾値は、たとえばカドミウムが１００ｐｐｍ、鉛などの他の物質が１０００ｐｐｍである。当該閾値については、機器全体に対するものではなく、全ての部位、素材において閾値以下であることが要求される。ここで、機器の構成部品表面に形成されるめっき膜についても例外ではない。たとえばニッケルめっきの場合、製膜の際に安定剤や光沢剤として鉛やカドミウムを使用すると、これらの物質がめっき膜中に取り込まれる。

しかしながら、従来においては、めっき膜中の有害物質の濃度測定は困難であった。すなわち、めっき膜の厚みは母材の厚みに比べて非常に薄いので、めっき膜を母材から機械的に分離するにはヤスリ等で削り取るしかない。このような機械的方法では、母材のみを得ることは出来ても、めっき膜のみを得ることは困難であった。

そこで、従来では、たとえば差分法によってめっき膜中の鉛濃度を算出していた。差分法では、たとえば、めっき膜を金属母材とともに溶解し、ＩＣＰ−ＯＥＳ（誘導プラズマ発光分析法）などの分析手法を用いて鉛濃度を測定する。一方、これとは別にヤスリ等でめっき膜を除去した金属母材のみからなる試料について同様の測定を行って金属母材中の鉛濃度を測定し、金属母材由来の鉛濃度の差分をとることにより、めっき膜由来の鉛濃度として算出することができる。

一方、電子部品等において、金属母材としては、切削加工が必要な場合には、たとえば切削性向上のために鉛が添加された快削材料が用いられる。快削目的として鉛が添加される場合には、有用な代替物が無いとの理由で鉛は上記ＲｏＨＳ指令の規制対象から外されており、比較的に高い濃度の鉛の添加が許容されている（たとえば金属母材が鉄主体材料の場合、鉛濃度で３，５００ｐｐｍ）。このような場合、上記差分法によれば、金属母材由来の鉛濃度の影響が大きく、めっき膜由来の鉛濃度の算出値に比較的大きな誤差を含むおそれがあった。
特開平８−１２５３４６号公報

本発明は、以上のような事情の下で考え出されたものであり、めっき膜の元素分析を行うのに際し、金属母材上に形成されためっき膜のみを分離するのに適した方法を提供することを課題とする。

本発明の第１の側面によると、めっき膜の分離方法が提供される。この方法は、表面の一部にめっき膜が形成された金属母材を所定の溶解液に浸漬し、上記金属母材を溶解除去する工程を有することを特徴としている。

好ましい実施の形態においては、上記めっき膜は、ニッケル、クロム、および金のうちの少なくとも１種を主成分として含む。

好ましい実施の形態においては、上記金属母材は、アルミニウム、鉄、および銅のうちから選択された１種を基とする合金よりなる。

好ましい実施の形態においては、上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分はアルミニウムであり、上記所定の溶解液は、塩酸または水酸化ナトリウム水溶液である。

好ましい実施の形態においては、上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分は鉄であり、上記所定の溶解液は、塩酸、または塩酸と硝酸との混合物からなる。

好ましい実施の形態においては、上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分は銅であり、上記所定の溶解液は、アンモニア水溶液と過酸化水素水との混合物からなる。

好ましい実施の形態においては、上記金属母材を溶解除去する工程において上記所定の溶解液を用いても溶解不能な残渣が生じる場合、所定の残渣溶解液によって上記残渣を溶解除去する工程をさらに有する。

本発明の第２の側面によると、めっき膜の分離方法が提供される。この方法は、表面にめっき膜が形成された金属母材について、この金属母材を所定の厚みまで切削または研磨により除去する工程と、上記金属母材を所定の溶解液に浸漬して溶解除去する工程と、を有することを特徴としている。好ましくは、上記所定の厚みは、０．２〜１．０ｍｍであり、特に好ましくは、０．３〜０．５ｍｍである。

本発明の第３の側面によると、めっき膜の分析方法が提供される。この方法は、本発明の第１または第２の側面のめっき膜の分離方法によって分離されためっき膜について、所定の分析手法により含有元素濃度を分析することを特徴としている。

本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討したところ、めっき膜が表面の一部に形成された金属母材について、当該母材のみを溶解除去する方法に着目して本発明を完成させるに至ったものである。すなわち、本発明に係るめっき膜の分離方法においては、めっき膜は溶解しないが金属母材は溶解する酸またはアルカリの所定の溶解液を用い、めっき膜付きの金属母材を当該所定の溶解液に浸漬することにより、母材のみを溶解除去する。

このような方法によると、めっき膜が損傷することはなく、かつ母材の溶解残渣もなく、ほぼ純粋なめっき膜を得ることができる。本方法は、めっき膜について、たとえばニッケルなどの所定の酸溶液にしか溶けないものによって構成する場合に特に有用である。そして、溶解液として、金属母材の種類に応じて当該金属母材のみを溶解するがめっき膜は溶解しないものを選択的に用いることにより、めっき膜のみを適切に分離することができる。したがって、このようにして分離されためっき膜について含有元素濃度を測定すれば、鉛などの微量の含有物質濃度についても高い精度での測定が可能となる。

本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は、本発明に係るめっき膜の分離方法に用いられる試料を表す。試料１は、金属母材２と、この金属母材２の表面上の一部に形成されためっき膜３とを有する。試料１は、たとえば電気機器や電子機器の構成部品のうち、その表面にめっき膜３の被覆処理が施されたものを所定のサイズに切り出したものである。

金属母材２は、構成部品の本体部分をなすものであり、たとえば鉄、アルミニウム、および銅のうちから選択された１種を基とする合金からなる。この金属母材２は、切削加工が施される部位である場合には、たとえば比較的に高濃度の鉛が添加された快削材料によって構成される。快削材料としては、たとえば、快削鋼などの鉄鋼系材料、あるいは快削アルミニウム合金や快削黄銅などの非鉄系材料を挙げることができる。快削鋼（ＳＵＭ２４Ｌ）等の鉄主体材料の場合、鉛の含有が０．３５重量％（３，５００ｐｐｍ）まで許容されている。

めっき膜３は、たとえばニッケル、クロム、および金のうちの少なくとも１種を主成分とし、電気めっき法または無電解めっき法によって形成されたものである。めっき膜３の製膜時には、安定剤や光沢剤として鉛やカドミウムがめっき浴中に添加される場合がある。この場合、めっき膜３にはこれらの成分が取り込まれている。めっき膜３の厚みは、たとえば５〜１０μｍ程度である。なお、以下においては、めっき膜３がニッケルめっき膜である場合について説明する。

次に、試料１からめっき膜３を分離する作業の手順について説明する。図２は、めっき膜３を分離する手順の一例を示すフローチャートである。

まず、所定サイズの試料１を切り出す（Ｓ１）。ここで、試料１のサイズを大きくすると、後述するめっき膜３を母数とする分析の精度が向上する傾向にあるが、実用に適したサイズとすればよい。

次に、金属母材２を所定の厚みになるまで切削または研磨により除去する（Ｓ２）。ここで、金属母材２は、後述するように溶解液に浸漬して溶解させることから、できるだけ機械的に切削または研磨してその厚みを小さくしておくのが好ましい。ただし、金属母材２の厚みを小さくしすぎると、めっき膜３に歪が生じるおそれがある。かかる観点から、金属母材２の厚みは、たとえば０．２〜１．０ｍｍとされ、好ましくは、０．３〜０．５ｍｍとされる。

次に、アセトンなどの有機溶剤を用いて、試料１の表面（金属母材２表面およびめっき膜３表面）を洗浄する（Ｓ３）。

次に、試料１を所定の溶解液に浸漬させて、金属母材２を溶解除去する（Ｓ４）。この溶解除去工程は、たとえば溶解液をビーカーに受容させ、当該ビーカー内に試料１を投入することにより行う。ここで、溶解液としては、金属母材２の種類に応じて、金属母材２を溶解するとともにニッケルめっき膜３を溶解しないものが適宜選択的に用いられる。ビーカー内への試料１の投入後は常温で数十時間放置し、金属母材２の溶解が終了するまで緩やかに溶解反応を継続させる。

金属母材２が鉄基合金である場合には、溶解液としては、たとえば塩酸が用いられる。塩酸の濃度は、たとえば１５〜３７重量％程度とされ、好ましくは３５〜３７重量％である。また、溶解速度を上げるため、あるいは不動態が生じる場合にこれを溶解するために、たとえば塩酸に少量の硝酸（濃度が６０〜６２重量％）を添加した混酸を溶解液として用いてもよい。

金属母材２がアルミニウム基合金である場合には、溶解液としては、たとえば塩酸が用いられる。塩酸の濃度は、たとえば１５〜３７重量％程度とされ、好ましくは３５〜３７重量％である。また、アルミニウムは両性金属であるので、溶解液として水酸化ナトリウム水溶液を用いてもよい。水酸化ナトリウム水溶液の濃度は、たとえば５〜３０重量％程度とされ、好ましくは１０〜２０重量％である。溶解液として水酸化ナトリウム水溶液を用いると、酸化アルミニウムの薄層が残ることがある。この場合、酸化アルミニウム残渣を溶解除去するために、めっき膜３を水洗した後に残渣溶解液に浸漬させる。残渣溶解液としては、たとえばフッ化水素酸が用いられる。フッ化水素酸の濃度は、たとえば４６〜４８重量％程度である。

金属母材２が黄銅などの銅基合金である場合には、溶解液としては、たとえばアンモニア水と過酸化水素水の混合物が用いられる。溶解液として仮に強酸性溶液を用いると、ニッケルめっき膜３が溶解してしまうので適切ではない。これは、金属母材２の組成の１つである銅がニッケルよりもイオン化傾向が低く、接しているニッケルめっき膜３との間で電池効果を起こし、ニッケルの溶解が促進されるためと考えられる。これに対し、溶解液として上記混合物を用いると、過酸化水素によって表面の銅を酸化して酸化銅を生成し、この酸化銅がアンモニアによって錯体化されて銅アンミン錯体となることにより、溶解する。亜鉛もこれと同様に溶解する。ここで、アンモニア水の濃度は、たとえば２５〜３０重量％程度とされ、過酸化水素水の濃度は、たとえば３０〜３６重量％程度とされる。過酸化水素およびアンモニアは、銅の溶解に伴って消費されるので、これらの溶液は適宜補充される。上記混合物におけるアンモニア水および過酸化水素水の初期の混合比は、たとえば体積比にして４０：１程度とされる。この場合、過酸化水素の消費が激しいので、適量の過酸化水素水を混合物中に滴下し続ける。

このようにして金属母材２が溶解除去され、めっき膜３のみが得られる。次に、めっき膜３を純水で数回洗浄し、よく水を切って吸水ペーパー上で乾燥させる（Ｓ５）。このようにして、めっき膜３のみを分離することができる。

本実施形態に係るめっき膜３の分離方法によれば、所定の溶解液を用いて金属母材２のみを溶解除去するため、めっき膜３が損傷することなく、かつ金属母材２の溶解残渣もない、ほぼ純粋なめっき膜３を得ることができる。

このようにして得られためっき膜３については、所定の分析手法により含有元素濃度を分析することができる。当該分析手法としては、ＩＣＰ−ＯＥＳや蛍光Ｘ線分析などの元素分析法を採用することができる。含有元素濃度については、既知濃度の標準試料との関係から未知濃度を求める、いわゆる検量線法によって定量することができる。本分析方法によれば、めっき膜３のみに由来する含有元素濃度の直接測定が可能になるので、鉛などの微量の含有物質濃度についても高い精度で測定することができる。そして、本分析方法は、金属母材２として鉛を比較的に高い濃度で含む快削材料が用いられた試料１に適用すれば、特に有用である。このことは、従来方法（差分法）では金属母材２に由来する鉛成分が当該鉛濃度の算出に大きな誤差を与えていたが、本方法では金属母材２に由来する成分が実質的に存在しないことによるものと考えられる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るめっき膜の分離方法および当該方法によって得られためっき膜の含有元素分析方法の具体的な構成は、発明の思想から逸脱しない範囲内で種々に変更が可能である。

以下に、本発明の有用性を実施例により説明する。

〔めっき膜の分離〕
〔実施例１〕
本実施例における試料は、金属母材を快削材料である快削鋼（ＳＵＭ２４Ｌ：鉛濃度２，５６０ｐｐｍ）とし、めっき膜を無電解ニッケルめっき膜とした。試料のサイズは、平面視サイズが約２０ｍｍ四方で厚みが約０．５ｍｍであった。この試料を、市販の３５重量％塩酸１容に対し市販の６０重量％濃硝酸を１００分の１容加え、ビーカーに受容させた溶解液５０ｍｌに浸漬し、金属母材を溶解させた。金属母材の溶解がある程度進行したところで上記溶解液を一旦廃棄し、水１容と上記３５重量％塩酸１容とを混合した溶解液５０ｍｌに交換して金属母材の溶解を継続した。金属母材の溶解が終了したところで、残っためっき膜を取り出して純水で洗浄し、めっき膜のみを得た。このめっき膜の含有元素濃度をＩＣＰ−ＯＥＳによって分析した。その結果を表１に表す。

〔実施例２〕
本実施例では、試料の金属母材をアルミニウム合金（Ａ１１００Ｐ：鉛濃度１２ｐｐｍ）とし、めっき膜を無電解ニッケルめっき膜とした。試料のサイズは、実施例１と同様にした。この試料を、溶解液としての１０重量％水酸化ナトリウム水溶液５０ｍｌに浸漬し、金属母材を溶解させた。金属母材の溶解がある程度進行したところで上記溶解液を廃棄し、新しい上記溶解液５０ｍｌに交換した。この交換操作を３回繰り返して金属母材の溶解を継続した。金属母材の溶解がほぼ終了したところで、残っためっき膜を取り出して洗浄した。次いで、テフロン（登録商標）製のビーカーに残渣溶解液としての４６重量％フッ化水素酸を入れ、当該残渣溶解液に上記めっき膜を浸漬した。この操作によりめっき膜表面に形成された酸化アルミニウムが溶解し、めっき膜のみを得た。このめっき膜の含有元素濃度をＩＣＰ−ＯＥＳによって分析した。その結果を表１に表す。

〔めっき膜分離の評価〕
表１から明らかなように、実施例１および実施例２のいずれにおいても、金属母材由来の主成分である鉄（Ｆｅ）やアルミニウム（Ａｌ）の含有濃度は数百ｐｐｍ程度の微量であり、めっき膜のみが取り出せたと判断することができる。

〔鉛濃度測定値の従来方法との比較〕
実施例１および実施例２において本発明方法によって得られためっき膜について直接測定した鉛濃度と、実施例１および実施例２において使用した試料について従来方法（差分法）によって算出しためっき膜の鉛の含有濃度とを対比した。差分法では、金属母材およびめっき膜からなる試料の鉛濃度をＩＰＣ−ＯＥＳによって測定し、この測定値から金属母材中の鉛濃度を控除して算出したものをめっき膜中の鉛濃度とした。その結果を表２に表す。

実施例２の金属母材がアルミニウム主体の試料は、金属母材中の鉛濃度が１２ｐｐｍと比較的に低い。この実施例２の試料については、本発明に係る分離方法によって分離されためっき膜のみの鉛濃度と、従来方法によって算出しためっき膜中の鉛濃度とは、その差が比較的に小さかった。一方、実施例１の金属母材が鉄主体の試料は、金属母材中の鉛濃度が２，５６０ｐｐｍと比較的に高い。この実施例１の試料については、本発明に係る分離方法によって分離されためっき膜のみの鉛濃度と、従来方法によって算出しためっき膜中の鉛濃度とは、その差がかなり大きいものとなった。このことから分かるように、本分離方法によって得られためっき膜のみを直接測定する方法（本発明の分析方法）は、鉛を比較的に高い濃度で含む快削材料などを金属母材とする試料に適用する場合に、特に有用である。

以上のまとめとして、本発明の構成およびそのバリエーションを以下に付記として列挙する。

（付記１）表面の一部にめっき膜が形成された金属母材を所定の溶解液に浸漬し、上記金属母材を溶解除去する工程を有することを特徴とする、めっき膜の分離方法。
（付記２）上記めっき膜は、ニッケル、クロム、および金のうちの少なくとも１種を主成分として含む、付記１に記載のめっき膜の分離方法。
（付記３）上記金属母材は、アルミニウム、鉄、および銅のうちから選択された１種を基とする合金よりなる、付記１に記載のめっき膜の分離方法。
（付記４）上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分はアルミニウムであり、上記所定の溶解液は、塩酸または水酸化ナトリウム水溶液である、付記１に記載のめっき膜の分離方法。
（付記５）上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分は鉄であり、上記所定の溶解液は、塩酸、または塩酸と硝酸との混合物からなる、付記１に記載のめっき膜の分離方法。
（付記６）上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分は銅であり、上記所定の溶解液は、アンモニア水溶液と過酸化水素水との混合物からなる、付記１に記載のめっき膜の分離方法。
（付記７）上記金属母材を溶解除去する工程において上記所定の溶解液を用いても溶解不能な残渣が生じ、所定の残渣溶解液によって上記残渣を溶解除去する工程をさらに有する、付記４ないし６のいずれかに記載のめっき膜の分離方法。
（付記８）表面にめっき膜が形成された金属母材について、この金属母材を所定の厚みまで切削または研磨により除去する工程と、
上記金属母材を所定の溶解液に浸漬して溶解除去する工程と、
を有することを特徴とする、めっき膜の分離方法。
（付記９）付記１ないし８のいずれかに記載のめっき膜の分離方法によって分離されためっき膜について、所定の分析手法により含有元素濃度を分析することを特徴とする、めっき膜の分析方法。

本発明に係るめっき膜の分離方法に用いられる試料を示す断面図である。 本発明に係るめっき膜の分離方法の手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

２ 金属母材
３ めっき膜

Claims (6)

1. 表面の一部にめっき膜が形成された金属母材を所定の溶解液に浸漬し、上記金属母材を溶解除去する工程を有することを特徴とする、めっき膜の分離方法。
2. 上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分はアルミニウムであり、上記所定の溶解液は、塩酸または水酸化ナトリウム水溶液である、請求項１に記載のめっき膜の分離方法。
3. 上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分は鉄であり、上記所定の溶解液は、塩酸、または塩酸と硝酸との混合物からなる、請求項１に記載のめっき膜の分離方法。
4. 上記めっき膜の主成分はニッケルであるとともに上記金属母材の主成分は銅であり、上記所定の溶解液は、アンモニア水溶液と過酸化水素水との混合物からなる、請求項１に記載のめっき膜の分離方法。
5. 表面にめっき膜が形成された金属母材について、この金属母材を所定の厚みまで切削または研磨により除去する工程と、
   上記金属母材を所定の溶解液に浸漬して溶解除去する工程と、
   を有することを特徴とする、めっき膜の分離方法。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のめっき膜の分離方法によって分離されためっき膜について、所定の分析手法により含有元素濃度を分析することを特徴とする、めっき膜の分析方法。

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