JP2011099128A - めっき部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ステンレス鋼上に、ＮｉまたはＣｕなどの下地めっき層を介さずに、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層で被覆した部材であり、ステンレス鋼とＡｕまたはＡｕ合金めっき層の密着性に優れ、耐食性の高いＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材とその製造方法を提供する。
【解決手段】 ステンレス鋼上に、ＮｉまたはＣｕなどの下地めっき層を介さずに、ｐＨ２以下でかつＡｕが３価であるシアンＡｕイオンを含有するＡｕまたはＡｕ合金めっき浴を用いて、ＡｕまたはＡｕ合金めっきをおこなう。
【選択図】 なし

Description

本発明は、めっき部材およびその製造方法に関する。

コネクタ、スイッチ、端子などの電気接点部には、Ｃｕ、Ｃｕ合金またはステンレスなどのコスト性、耐食性および機械的特性に優れる部材が基材として使用されている。また、基材を構成するこれらの金属の半田付性や耐錆性、導電性を補うために、基材の表面はＳｎ、Ａｇ、Ａｕまたはこれらをベースとした合金から成るめっき層により被覆される。近年では、従来のカーボン材の代替として、ステンレス鋼に、ＡｕめっきまたはＡｕ合金めっき（以下、Ａｕめっきと総称する）を施した部材が燃料電池のセパレータ部材として有望視されている。

従来、ステンレス鋼にＡｕめっきを施す場合、そのままでは充分な密着性を確保することが難しく、そのため一般には、ステンレス鋼にＡｕまたはＡｕ合金めっきを施す場合、ステンレス鋼の素材表面にＮｉまたはＣｕめっきなどの下地めっきを施し、下地めっき層上にＡｕまたはＡｕ合金めっきが施されている。

ＡｕまたはＡｕ合金めっき被膜には通常、ピンホールと呼ばれる微小な穴が開いている。このピンホールを通じて下地めっきに用いられるＮｉやＣｕ被膜の腐食が進行する。ピンホールはＡｕまたはＡｕ合金めっき被膜の膜厚を厚くすると減少するので、必要な耐食性を確保するためにＡｕまたはＡｕ合金めっき被膜を厚くする必要があるが、その分コスト高となる。また、ＡｕまたはＡｕ合金めっきのピンホールの数を低減させる別の方法として、特許文献１および２に示すように、ＡｕまたはＡｕ合金めっき被膜の展延または圧縮加工する方法が提案されている。

特開２００３−１０５５２３号公報 特開２００５−０３２５９４号公報

ステンレス鋼にＡｕまたはＡｕ合金めっきを施す際、ステンレス鋼の素材表面にＮｉまたはＣｕめっきなどの下地めっきを施し、下地めっき層上にＡｕまたはＡｕ合金めっきを施す方法は、下地めっきの素材がステンレス鋼やＡｕまたはＡｕ合金に対して、耐食性で劣るため、ステンレス鋼にＡｕめっきが施された部材の耐食性が低下する原因となる。ＡｕまたはＡｕ合金めっき層に、ピンホールがない場合でも、前記部材が使用される際にＡｕまたはＡｕ合金めっき層に傷等がつくことにより、前記部材の耐食性が損なわれるおそれがある。

ステンレス鋼にＡｕまたはＡｕ合金めっきを施す場合には、コスト面からＡｕまたはＡｕ合金めっきの膜厚をできる限り薄くすることが望ましい。しかし、ＡｕまたはＡｕ合金めっきの膜厚を薄くした場合には、被膜にピンホールなどの欠陥を生じやすくなるため、耐食性が低下する。ＡｕまたはＡｕ合金めっき後に被膜を展延または圧縮加工することによって、ピンホールを低減させ、耐食性を向上させる方法があるが、展延または圧縮加工工程が必要な分、製造コスト高になる。また、めっきをおこなうステンレス鋼の形状によっては、展延または圧縮加工を適用することが困難である場合がある。

本発明は、ステンレス鋼上に、ＮｉまたはＣｕなどの下地めっき層を介さずに、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層で被覆した部材であり、ステンレス鋼とＡｕまたはＡｕ合金めっき層の密着性に優れ、耐食性の高いＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材とその製造方法を提供することを目的とする。

ステンレス鋼の素材表面にＮｉまたはＣｕめっきなどの下地めっきを施し、下地めっき層上にＡｕまたはＡｕ合金めっきが施されたＡｕめっき部材の腐食は、ＡｕまたはＡｕ合金被膜または、ステンレス鋼が腐食されて進行するのではなく、ＡｕまたはＡｕ合金めっき被膜に存在するピンホールの位置で、下地めっき層が腐食されることに進行する。従って、下地めっき層を取り除くことにより、Ａｕめっきされたステンレス部材の耐食性は向上する。

また、高温環境下では下地めっき層のＮｉ、Ｃｕ等の原子がＡｕまたはＡｕ合金めっき層中に拡散し、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層表面で酸化して電気伝導性を低下させてしまう。そのため、下地めっき層を取り除くことにより、耐食性向上に加え、めっき部材を加熱した後の電気伝導率低下を抑制する効果も期待できる。

しかし、ステンレス鋼の素材表面にＮｉまたはＣｕめっきなどの下地めっきを施さずに、従来の方法でＡｕまたはＡｕ合金めっきが施した場合には、ステンレス鋼とＡｕまたはＡｕ合金めっき層の密着性が不十分であった。

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究した結果、ステンレス鋼上に、ＮｉまたはＣｕなどの下地めっき層を介さずに、ｐＨ２以下でかつＡｕが３価であるシアンＡｕイオンを含有するＡｕまたはＡｕ合金めっき浴を用いて、ＡｕまたはＡｕ合金めっきをおこなうことにより、ステンレス鋼とＡｕまたはＡｕ合金めっき層の密着性に優れ、耐食性の高いＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明によるめっき部材は、
＜１＞
ステンレス鋼上に、下地めっき層を介さずに、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層で被覆した部材であり、そのＡｕまたはＡｕ合金めっき層が、ＪＩＳ−Ｈ８５０４のクロスカットテープピーリングによる試験で、剥離を発生しない密着性を有することを特徴とするめっき部材、
＜２＞試験温度３０℃、その他の条件はＪＩＳ−Ｈ８６２０の条件で硝酸曝気試験した後のＡｕまたはＡｕ合金めっき層の腐食点数が、１０／ｃｍ^２以下であることを特徴とする＜１＞に記載のめっき部材、
＜３＞試験温度３０℃、その他の条件はＪＩＳ−Ｈ８６２０の条件で硝酸曝気試験後のＡｕまたはＡｕ合金めっき層の腐食点数が、０／ｃｍ^２であることを特徴とする＜２＞に記載のめっき部材。
＜４＞２６０℃、３時間の熱処理をおこなった後のＡｕまたはＡｕ合金めっき層の接触抵抗が１０ｍΩ以下であることを特徴とする＜１＞〜＜３＞のいずれかに記載のめっき部材、
＜５＞ＡｕまたはＡｕ合金めっき層の厚さが、０．００５μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のめっき部材、である。

また、本発明によるめっき部材の製造方法は、
＜６＞ステンレス鋼上に、下地めっき層を介さずに、ｐＨ２以下でかつＡｕが３価であるシアンＡｕイオンを含有するＡｕまたはＡｕ合金めっき浴を用いて、ＡｕまたはＡｕ合金めっきをおこなうことを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載のめっき部材の製造方法。
＜７＞めっき浴に、第二シアン金カリウムを含有することを特徴とする、＜６＞に記載のめっき部材の製造方法。
＜８＞＜５＞または＜６＞の方法で形成されるＡｕまたはＡｕ合金めっき層の厚さが、０．００５μｍ〜１μｍであることを特徴とする＜１＞〜＜５＞のいずれかに記載のめっき部材の製造方法、である。

本発明によれば、ステンレス鋼上に、ＮｉまたはＣｕなどの下地めっき層を介さずに、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層で被覆した部材であり、ステンレス鋼とＡｕまたはＡｕ合金めっき層の密着性に優れ、耐食性の高いＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材を得ることができる。これにより、耐食性と密着性に優れたＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材を低コストで製造することができる。

ＡｕまたはＡｕ合金めっきを施す部材としては、部材の材質がステンレス鋼であるものを用いることができる。前記材質は、ステンレス鋼であればよく、ステンレス鋼の種類は問わない。ステンレス部材は、例えば、車載用・民生用の電気配線に使用されるコネクタ、スイッチ、リレー等の接点・端子用の部材、燃料電池のセパレータとして形成されたものを使用することができる。

ＡｕまたはＡｕ合金めっきを施す前に、前記ステンレス部材に前処理を施すことができる。前記前処理としては、各種のステンレス鋼部材のめっき前処理として公知の方法を用いることができ、脱脂および酸洗をおこなうことが好ましい。脱脂処理としては、アルカリ浸漬脱脂、アルカリ電解脱脂、あるいはその両方を併用することができる。酸洗としては、硫酸または塩酸の水溶液などを用いた方法でおこなうことができる。

ＡｕまたはＡｕ合金めっき層は、電気めっき法で形成する。電気めっきは、Ａｕが３価であるシアンＡｕイオンをＡｕとして０．５〜１０ｇ／Ｌ含み、ｐＨ２以下であるめっき浴を用いておこなう。前記めっき浴を用いることにより、耐食性と密着性に優れたＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材を得ることができる。前記めっき浴は、Ａｕ源として、Ａｕが３価であるシアンＡｕイオンを生成するシアン化合物を用いることができる。具体的には、第二シアン金カリウムを用いることができる。めっき浴のｐＨは、塩酸やスルファミン酸、または水酸化カリウムや水酸化ナトリウムなどを添加することにより調整することができる。前記めっき液には、添加剤として、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉなどの元素を含む化合物を添加することができる。また、前記めっき浴には、公知の添加剤を添加することができる。

前記電気めっきの電解電流密度は、０．１〜２０Ａ／ｄｍ^２とすることが好ましく、生産性を考慮した場合、２．０〜２０Ａ／ｄｍ^２とすることがさらに好ましい。電解電流密度が０．１Ａ／ｄｍ^２未満である場合には充分な密着性を確保できないことがあり、２０Ａ／ｄｍ^２を超える場合にはめっきヤケ等の不具合を生ずることがある。

前記の条件で、厚さ０．００５μｍ以上のＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成した後に、公知のＡｕが１価であるシアンＡｕイオンを含有した中性のＡｕまたはＡｕ合金めっき浴を用いてめっきをおこなうことにより、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成してもよい。Ａｕが３価であるシアンＡｕイオンをＡｕとして０．５〜１０ｇ／Ｌ含み、ｐＨ２以下であるめっき液を用いて電気めっきしたＡｕまたはＡｕ合金めっき層の厚さが、０．００５μｍ以上であれば、本願の効果である耐食性と密着性と得ることができるので好ましい。前記厚さが０．００５μｍ未満の場合には、十分な耐食性が得られない場合がある。

本発明によるＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材は、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層の厚さが０．０１μｍ〜１μｍであるにもかかわらず、優れた耐食性と密着性を併せ持つ優れた特性を有する。ＡｕまたはＡｕめっき層の厚さは、０．０１μｍ〜１μｍであることが好ましい。０．０１μｍ未満の場合、十分な耐食性が得られないおそれがあり、１μｍ以上の場合には、コストが上昇してしまう。コストを考慮すると、ＡｕまたはＡｕめっき層の厚さは、０．０１μｍ〜０．５μｍであることが更に好ましく、０．０１μｍ〜０．２μｍであることが一層好ましい。

本発明によるＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材は、ＪＩＳ−Ｈ８５０４に準拠したクロスカットテープピーリングによる密着性評価において、剥離を生じないという高い密着性を有する。

本発明によるＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材は、試験温度３０℃で、その他の条件はＪＩＳ−Ｈ８６２０に準拠した硝酸曝気試験実施後に、倍率４倍の実体顕微鏡で観察した腐食点の密度が１０個／ｃｍ^２以下である優れた耐食性を有する。
前記腐食点の密度が１０個／ｃｍ^２を超える場合には高い耐食性を要求される用途には適さない場合がある。前記腐食点の密度は、１個／ｃｍ^２以下であれば一層好ましい。

以下に、本発明の実施例について詳述するが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。

［実施例１］
ステンレス鋼部材として、ＳＵＳ３０４材を使用した。この部材にＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成する前に、前処理として、アルカリ電解脱脂を行った。水洗後、ステンレス鋼部材を、温度３０℃の１０質量％塩酸水溶液中に３０秒間浸漬させた。その後、水洗をおこなったステンレス鋼部材に対し、以下の条件で電気めっきをおこない、表面にＡｕ合金めっき層を形成した。Ａｕとして２ｇ／Ｌ、およびＦｅとして０．２ｇ／Ｌを含有したｐＨ０．６のシアン系Ａｕ合金めっき浴を用いて、電解電流密度は５Ａ／ｄｍ^２の条件で、厚さ０．０２μｍのＡｕ合金めっき層を形成することにより、Ａｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得た。前記めっき浴は、純水に、第二シアン金カリウムと鉄化合物とスルファミン酸を添加することにより得た。スルファミン酸の添加量は、めっき浴のｐＨが０．６になる量とした。

上記で得られたＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材について、クロスカットテープピーリングにより密着性評価を行った。試験条件はＪＩＳ−Ｈ８５０４に準じて行った。結果を以下の基準で表１に示した。
○・・・剥離なし
△・・・一部剥離
×・・・全部剥離

上記で得られたＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材について、硝酸曝気試験を行った。硝酸曝気試験の温度は３０℃とし、その他の条件はＪＩＳ−Ｈ８６２０に準じて行った。試験後、倍率４倍の実体顕微鏡で腐食点数を観察し、１ｃｍ^２あたりの腐食点数に換算し、結果を表１に示した。

上記で得られたＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材について、中性塩水噴霧試験を行った。中性塩水噴霧試験条件はＪＩＳ−Ｈ８５０２に準じて行った。試験時間は２４ｈ、７２ｈ、２８８ｈとした。結果を以下の基準で表１に示した。
○・・・腐食なし
△・・・一部腐食
×・・・一部剥離

上記で得られたＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材について、耐熱試験を行った。試験方法はサンプルを熱処理後、接触抵抗を測定して評価した。熱処理条件は温度２６０℃、処理時間３ｈとした。接触抵抗測定は荷重１００ｇｆの条件でおこなった。結果を表１に示した。この熱処理後の接触抵抗値は、１０ｍΩ以下であることが好ましい。

［実施例２］
電気めっきをおこなう時間を変更して、Ａｕ合金めっき層の厚さを０．０２μｍから、０．０５μｍに変更した以外は実施例１と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。

［実施例３］
使用するめっき浴を、Ａｕとして２ｇ／ＬおよびＦｅとして０．２ｇ／Ｌを含有したｐＨ０．６のシアン系Ａｕ合金めっき浴から、Ａｕとして２ｇ／ＬおよびＣｏとして０．２ｇ／Ｌを含有したｐＨ０．６のシアン系Ａｕ合金めっき浴に変更した以外は実施例１と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。なお、前記めっき浴は、純水に、第二シアン金カリウムとコバルト化合物とスルファミン酸とを添加することにより得た。スルファミン酸の添加量は、めっき浴のｐＨが０．６になる量とした。

［実施例４］
実施例１で得たＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材に対し、Ａｕが１価であるシアンＡｕイオンをＡｕとして１０ｇ／ＬおよびＣｏとして０．２ｇ／Ｌを含有した中性のシアン系Ａｕ合金めっき浴を用いて、電解電流密度５Ａ／ｄｍ^２で電気めっきをおこない、厚さ０．０８μｍのＡｕ−Ｃｏ合金めっき層を表面に形成した。その後、実施例１と同様の方法で評価をおこなった。結果を表１に示した。

［実施例５］
電気めっきをおこなう時間を変更して、Ａｕ―Ｃｏ合金めっき層の厚さを０．０８μｍから、０．１８μｍに変更した以外は実施例４と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。

［実施例６］
実施例２で得たＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材に対し、実施例４の中性のシアン系Ａｕ合金めっき浴を用いて、電解電流密度５Ａ／ｄｍ^２で電気めっきをおこない、厚さ０．１５μｍのＡｕ−Ｃｏ合金めっき層を表面に形成した。その後、実施例１と同様の方法で評価をおこなった。結果を表１に示した。

［実施例７］
ステンレス鋼部材の材質を、ＳＵＳ３０４からＳＵＳ３１６に変更した以外は、実施例１と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。

［実施例８］
ステンレス鋼部材の材質を、ＳＵＳ３０４からＳＵＳ３１６に変更した以外は、実施例２と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。

［比較例１］
使用するめっき浴を、Ａｕとして２ｇ／ＬおよびＦｅとして０．２ｇ／Ｌを含有したｐＨ０．６のシアン系Ａｕ合金めっき浴から、実施例４で用いたＡｕとして１０ｇ／Ｌおよび０．２ｇ／ＬのＣｏイオンを含有した中性のシアン系Ａｕ合金めっき浴に変更し、電気めっきで形成するＡｕ合金めっき層の厚さを０．０２μｍから０．２μｍに変更した以外は、実施例１と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。なお、密着性評価では、１０％以上の領域で剥離を生じ、実施例と比較して、密着性が劣っていた。

［比較例２］
ステンレス鋼部材として、ＳＵＳ３０４材を使用した。この部材にＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成する前に、前処理として、アルカリ電解脱脂を行った。水洗後、ステンレス鋼部材を、温度３０℃の１０質量％塩酸水溶液中に３０秒間浸漬させた。その後、水洗をおこなったステンレス鋼部材に対し、電気めっきをおこない、表面に厚さ１μｍの無光沢Ｎｉめっき層を形成した。その後、以下の条件で電気めっきをおこない、表面にＡｕ合金めっき層を形成した。実施例４で用いた中性のシアン系Ａｕ合金めっき浴を用いて、電解電流密度は５Ａ／ｄｍ^２の条件で、厚さ０．１μｍのＡｕ合金めっき層を形成して、Ａｕ合金めっき層が形成されたステンレス鋼部材を得た。実施例１と同様の方法でこの部材の評価をおこなった。結果を表１に示した。

［比較例３］
電気めっきをおこなう時間を変更して、Ａｕ合金めっき層の厚さを０．１μｍから、０．２μｍに変更した以外は比較例３と同様の方法でＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得て、その評価をおこなった。その結果を、表１に示した。

表１に示すように、実施例１〜８のように、上述した実施の形態の方法を用いることにより、優れた耐食性と密着性を併せ持つＡｕまたはＡｕ合金めっき層を形成したステンレス鋼部材を得ることが可能となった。

本発明によれば、ステンレス鋼上に、ＮｉまたはＣｕなどの下地めっき層を介さずに、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層で被覆した部材であり、ステンレス鋼とＡｕまたはＡｕ合金めっき層の密着性に優れ、耐食性の高いＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材を得ることができる。これにより、低コストで製造することができる耐食性と密着性に優れたＡｕまたはＡｕ合金めっきステンレス部材、およびその製造方法を提供することができる。前記めっき部材は、燃料電池のセパレータ部材、コネクタ、スイッチ、端子などの電気接点部等に使用することができる。

Claims (8)

1. ステンレス鋼上に、下地めっき層を介さずに、ＡｕまたはＡｕ合金めっき層で被覆した部材であり、そのＡｕまたはＡｕ合金めっき層が、ＪＩＳ−Ｈ８５０４のクロスカットテープピーリングによる試験で、剥離を発生しない密着性を有することを特徴とするめっき部材。
2. 試験温度３０℃、その他の条件はＪＩＳ−Ｈ８６２０の条件で硝酸曝気試験した後のＡｕまたはＡｕ合金めっき層の腐食点数が、１０／ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１に記載のめっき部材。
3. 試験温度３０℃、その他の条件はＪＩＳ−Ｈ８６２０の条件で硝酸曝気試験後のＡｕまたはＡｕ合金めっき層の腐食点数が、０／ｃｍ^２であることを特徴とする請求項２に記載のめっき部材。
4. ２６０℃、３時間の熱処理をおこなった後のＡｕまたはＡｕ合金めっき層の接触抵抗が１０ｍΩ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のめっき部材。
5. ＡｕまたはＡｕ合金めっき層の厚さが、０．００５μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のめっき部材。
6. ステンレス鋼上に、下地めっき層を介さずに、ｐＨ２以下でかつＡｕが３価であるシアンＡｕイオンを含有するＡｕまたはＡｕ合金めっき浴を用いて、ＡｕまたはＡｕ合金めっきをおこなうことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のめっき部材の製造方法。
7. めっき浴に、第二シアン金カリウムを含有することを特徴とする、請求項６に記載のめっき部材の製造方法。
8. 請求項５または６の方法で形成されるＡｕまたはＡｕ合金めっき層の厚さが、０．００５μｍ〜１μｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のめっき部材の製造方法。