JP2014098180A

JP2014098180A - めっき鋼線

Info

Publication number: JP2014098180A
Application number: JP2012249880A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Maekawa; 智哉前川; Kenichi Shimizu; 健一清水; Masatoshi Mashima; 正利真嶋; Kazuki Okuno; 一樹奥野
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-11-14
Publication date: 2014-05-29

Abstract

【課題】水素脆化や熱劣化が生じることなく錫めっきが施されためっき鋼線を提供すること。
【解決手段】鋼線の表面に置換めっき法により銅の被膜を形成し、銅の被膜の表面から所定の深さ分を置換めっき法により錫の被膜に置換して発明のめっき鋼線を構成する。被膜を置換めっき法により形成するため、めっき時に水素脆化や熱劣化が生じることがない。
【選択図】図２

Description

本発明は、めっき鋼線に関する。

従来、主に鋼線の耐食性を向上させる目的で、鋼線の表面に溶融めっき法や電気めっき法により銅や亜鉛などをめっきすることが行われている（特許文献１および２参照）。

しかし、鋼線のめっきに溶融めっき法を用いた場合、溶融温度にまで熱せられた金属からなるめっき液で満たされた浴槽内に鋼線を浸漬するため、鋼線が熱劣化しやすい問題がある。
また、鋼線のめっきに電気めっき法を用いた場合、通電時に発生する水素により電解液中に浸漬された鋼線が水素脆化しやすい問題がある。電気めっき法の場合、鋼線が細径の場合などに電流の流量をコントロールするのが難しく、めっきムラができやすく、ピンホールが生じやすい問題もある。

鋼線の強度が熱劣化や水素脆化によりめっき時に低下することは一般的にも好ましくないうえ、鋼線をコントロールケーブルやコイルスプリング（ばね）など、応力のかかりやすい用途に用いる場合には、破損の原因ともなるため、鋼線の強度低下は特に避けなければならない。

ところで、銅や亜鉛に比べて、錫は摺動性やはんだ濡れ性にすぐれているため、鋼線を上述したコントロールケーブル等に用いる場合には、錫めっきが施されているのが好ましい。

特開平０８−２０９３８７号公報特開２００３−３２８１０１号公報

そこで本発明の解決すべき課題は、水素脆化や熱劣化が生じることなく錫めっきが施されためっき鋼線を提供することである。

上記した課題を解決するため、発明にかかるめっき鋼線では、鋼線の表面に置換めっき法により銅の被膜を形成し、前記銅の被膜の表面から所定の深さ分を置換めっき法により錫の被膜に置換したのである。
ここでいう所定の深さ分には、銅の被膜の全厚みも含まれるものとする。すなわち、銅の被膜の全部が錫の被膜に置換されている態様も含む。

置換めっきは、物質のイオン化傾向を利用したものであり、めっき時に理論上水素が発生せず、また金属が溶融するような高温にする必要もないため、水素脆化や熱劣化が生じることはない。電気めっきのように電流の流れ具合等によりめっきにむらが生じることもなく、ピンホールの発生が防がれる。
鋼線をイオン化した銅が含まれるめっき液（たとえば硫酸銅溶液）に浸漬すると、鋼線の鉄分は銅よりもイオン化傾向が大きいため、鉄が溶液中に溶け出すとともに、銅が鋼線の表面に析出して銅の被膜が形成される。
また、銅めっきされた鋼線をイオン化した錫が含まれるめっき液（たとえばスズイオンをクエン酸三ナトリウムやＥＤＴＡ（エチレンジアミン四酢酸）などの適当な錯化剤で錯イオンとした液）に浸漬すると、常態では銅は錫よりもイオン化傾向が小さいにもかかわらず、上記のような特殊な錫の錯体を用いる場合、錫のイオン化傾向が擬似的に銅よりも小さくなり、その結果、銅の被膜の一部または全部が溶液中に溶け出すとともに、錫が析出して錫の被膜が形成される。

発明にかかるめっき鋼線では、錫の被膜の表面にニッケルの被膜を形成してもよい。
ニッケルの被膜の形成方法は特に限定されず、置換めっき法でも、電気めっき法でも、溶融めっき法でもよい。
電気めっき法のような水素が発生するめっき法を用いた場合でも、鋼線は錫等の被膜に覆われて保護されているため、水素脆化が生じることはない。

銅の被膜と錫の被膜を熱拡散により合金化して、銅錫合金の被膜としてもよいし、同様に、これにニッケルの被膜を加えたものを熱拡散により合金化して、銅錫ニッケル合金の被膜としてもよい。また、銅の被膜の全てを錫の被膜に置換して、この錫の被膜とニッケルの被膜とを熱拡散により合金化して錫ニッケルの被膜としてもよい。

発明にかかるめっき鋼線では、被膜を置換めっき法により形成するため、めっき時に鋼線の水素脆化や熱劣化が生じることがない。

第１実施形態のめっき鋼線の断面図第１実施形態のめっき鋼線の製造工程図第２実施形態のめっき鋼線の断面図第２実施形態のめっき鋼線の製造工程図第３実施形態のめっき鋼線の断面図第３実施形態のめっき鋼線の製造工程図第４実施形態のめっき鋼線の断面図第４実施形態のめっき鋼線の製造工程図

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。

図１に示す第１実施形態のめっき鋼線１０は、鋼線１１と、鋼線の表面に形成された銅の被膜１２と、銅の被膜１２の表面に形成された錫の被膜１３と、からなり、図２のステップＳ１〜ステップＳ３の工程を経て製造される。
このめっき鋼線１０は、めっきの最外層に錫の被膜１３を有することで、摺動性やはんだ濡れ性に優れている。
なお図１は模式図であって、鋼線１１の線径と被膜１２、１３の厚みとの比を正確に反映しているものではない（以下、図３、図５および図７も同様）。

まず図２のステップＳ１で鋼線１１を準備する。鋼線１１は前工程で酸洗等されてスケール等が除去されているものとする。このような鋼線１１の材質などは特に限定されないが、コントロールケーブル等、応力のかかりやすい用途に好適に用いられるものとして、０．８０重量％以上の炭素を含む高強度鋼線が好ましい。

次に図２のステップＳ２で、鋼線１１は、イオン化した銅が含まれるめっき液（たとえば硫酸銅溶液）に浸漬され、イオン化傾向の違いから、鋼線中の鉄がめっき液中の銅に置換することにより、その表面に銅の被膜１２が形成される。このようなめっき液は公知である。
ここでめっき鋼線１０の被膜の最内層に、銅の被膜１２を形成した理由は、銅が鉄に対して貴な金属であり、銅イオンを含む溶液で置換めっきが起こるためである。

銅の被膜１２の厚みは特に限定されないが、小さすぎるとめっきの効果が得られず大きすぎると置換によりその分だけ鋼線１１が細径化してしまうため、０．０１〜３μｍが好ましい。また浸漬の時間、めっき液の濃度、めっき液の温度等は特に限定されないが、鋼線１１がめっき時に劣化等しないように、０．１〜２時間、５〜５０重量％、３０〜５０℃とするのが好ましい。

さらに図２のステップＳ３で、銅の被膜１２が形成された鋼線１１は、イオン化した錫が含まれるめっき液に浸漬されることにより、その表面に錫の被膜１３が形成される。このようなめっき液では、錫は特殊な錯体となっており、銅との関係では擬似的にイオン化傾向が小さくなって、銅の被膜１２の表面から所定の深さ分がめっき液中の錫に置換することになる。このようなめっき液は公知であり、たとえば特開２０１１−１８４７４６号公報、特開平０６−２７２０４８号公報に開示されている。

ここで錫の被膜１３の厚みは特に限定されないが、小さすぎるとめっきの効果が得られず大きすぎると置換によりその分だけ銅の被膜１２の厚みが小さくなってしまうため、１〜５μｍが好ましい。また浸漬の時間、めっき液の濃度、めっき液の温度等は特に限定されないが、鋼線１１がめっき時に劣化等しないように、０．１〜１時間、１０〜３０重量％、３０〜５０℃とするのが好ましい。

銅の被膜１２と錫の被膜１３のいずれもが置換めっき法により形成されているため、鋼線１１が、電気めっき法のように発生する水素により脆化したり、溶融めっき法のように高温のめっき漕により熱劣化したりすることがない。
なお、実施形態では、銅の被膜１２の一部を錫の被膜１３に置換することなく残存させているが、すべてを錫の被膜１３に置換させてもよい。

図３に示す第２実施形態のめっき鋼線２０は、鋼線２１と、鋼線２１の表面に形成された銅錫合金の被膜２２と、からなり、図４のステップＳ１〜ステップＳ４の工程を経て製造される。
ここでステップＳ１〜ステップＳ３については、第１実施形態と同様であり、鋼線２１の表面に銅の被膜、錫の被膜が順に形成され、図４のステップＳ４で、これら銅の被膜と錫の被膜を熱拡散により合金化して銅錫合金の被膜２２としている。熱拡散の条件は、公公知技術に基づき適宜調整されるものとする。
銅と錫とを合金化することで、それぞれが単体で被膜を形成している場合と比較して、密着性や耐食性が向上するという利点がある。

図５に示す第３実施形態のめっき鋼線３０は、鋼線３１と、鋼線の表面に形成された銅の被膜３２と、銅の被膜３２の表面に形成された錫の被膜３３と、錫の被膜３３の表面に形成されたニッケルの被膜３４と、からなり、図６のステップＳ１〜ステップＳ３、およびステップＳ５の工程を経て製造される。
このめっき鋼線３０は、めっきの最外層にニッケルの被膜３４を有することで、錫とニッケルを合金化させることにより耐食性や耐熱性が格段に向上する。
ここでステップＳ１〜ステップＳ３については、第１実施形態と同様であり、鋼線３１の表面に銅の被膜３２、錫の被膜３３が順に形成される。

次に図６のステップＳ５で、めっき処理により、錫の被膜の表面にニッケルの被膜が形成される。めっきの方法は特に限定されず、置換めっき法、電気めっき法、溶融めっき法、その他のめっき法、いずれを用いてもよい。
電気めっき法を用いた場合でも、鋼線３１は銅の被膜３２や錫の被膜３３に覆われて保護されているため、発生する水素により脆化することが防止されている。電気めっき法等におけるめっき処理の条件は公知であり、その公知技術に基づき適宜調整されるものとする。

ここでニッケルの被膜３４の厚みは特に限定されないが、小さすぎるとめっきの効果が得られないため、１μｍ以上が好ましい。またたとえば置換めっき法を用いた場合の、浸漬の時間、めっき液の濃度、めっき液の温度等は特に限定されないが、鋼線３１がめっき時に劣化等しないように、０．１〜３時間、１０〜５０重量％、４０〜６０℃とするのが好ましい。

図７に示す第４実施形態のめっき鋼線４０は、鋼線４１と、鋼線４１の表面に形成された銅錫ニッケル合金の被膜４２と、からなり、図８のステップＳ１〜ステップＳ３、ステップＳ５，ステップＳ６の工程を経て製造される。
ここでステップＳ１〜ステップＳ３、ステップＳ５については、第３実施形態と同様であり、鋼線４１の表面に銅の被膜、錫の被膜、ニッケルの被膜が順に形成され、図８のステップＳ６で、これら銅の被膜、錫の被膜、ニッケルの被膜を熱拡散により合金化して銅錫ニッケル合金の被膜４２としている。熱拡散の条件は、公知技術に基づき適宜調整されるものとする。
銅と錫とニッケルを合金化することで、それぞれが単体で被膜を形成している場合と比較して、密着性、耐食性、耐熱性が向上するという利点がある。
なお、銅の被膜のすべてを錫の被膜に置換させ、これとニッケルの被膜を熱拡散により合金化して錫ニッケル合金の被膜としてもよい。

以下、本発明の実施例および比較例を挙げて、本発明の特徴を一層明確にする。

鋼線に置換めっき法により銅の被膜、錫の被膜を順に形成して実施例のめっき鋼線を作製し、鋼線に電気めっき法により銅の被膜を形成し、次いでその上に置換めっき法により錫の被膜を形成して比較例のめっき鋼線を作製した。
ここで実施例と比較例で鋼線は同じ鋼線を使用し（φ３．５ｍｍオイルテンパー線）、銅の被膜および錫の被膜の厚みは同じであり、錫の被膜を形成する際の置換めっきの条件は同一であった。

作製された実施例および比較例のめっき鋼線につき、昇温脱離ガス分析装置にて、拡散性水素量（３００℃まで昇温）および全水素量（３５０℃まで昇温）を測定した。その結果を次表１に示す。表１から、実施例のめっき鋼線は比較例のめっき鋼線よりも水素量が少なく、水素脆化が抑制されていることがわかる。

今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正と変形を含むものであることが意図される。
たとえば、各ステップＳ１〜Ｓ６は最小限の工程を示しており、各ステップＳ１〜Ｓ６の間に他のステップが追加されることを妨げない。

１０第１実施形態のめっき鋼線
１１鋼線
１２銅の被膜
１３錫の被膜
２０第２実施形態のめっき鋼線
２１鋼線
２２銅錫合金の被膜
３０第３実施形態のめっき鋼線
３１鋼線
３２銅の被膜
３３錫の被膜
３４ニッケルの被膜
４０第４実施形態のめっき鋼線
４１鋼線
４２銅錫ニッケル合金の被膜

Claims

鋼線の表面に置換めっき法により銅の被膜を形成し、
前記銅の被膜の表面から所定の深さ分を置換めっき法により錫の被膜に置換してなるめっき鋼線。
前記錫の被膜の表面にニッケルの被膜を形成した請求項１に記載のめっき鋼線。
前記銅の被膜と前記錫の被膜を熱拡散により合金化して銅錫合金の被膜とした請求項１に記載のめっき鋼線。
前記銅の被膜と前記錫の被膜と前記ニッケルの被膜とを熱拡散により合金化して銅錫ニッケルの被膜とした請求項２に記載のめっき鋼線。
前記銅の被膜の全てを置換めっき法により置換した錫の被膜と前記ニッケルの被膜とを熱拡散により合金化して錫ニッケルの被膜とした請求項２に記載のめっき鋼線。