JP5945199B2 - 金型、型ロールおよび剥離電鋳品 - Google Patents
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Description
本発明のニッケル−リン合金めっき皮膜は、めっき皮膜中のリン含有量が約8重量%(約15原子%)を超えると、非晶質構造をとるようになる。非晶質構造の合金は、耐食性や耐酸化性や耐変色性などにおいて優れており、耐食性に劣る鉄鋼材料の表面にこれらの性質を付与するための表面処理法の一つとして、ニッケル−リン合金めっき法が広く一般に利用されている。ニッケル−リン合金めっき液として、ニッケル供給源としてニッケル塩と還元剤として次亜リン酸塩を添加した無電解ニッケル−リン合金浴が実用化されている。しかしながら、無電解ニッケル−リン合金めっき皮膜には、「(1)合金めっき皮膜中に多くのピット(欠陥部)を内在している。(2)0.1mmを超える厚いめっき皮膜の場合では外観に問題がある、(3)合金めっき皮膜の成長に伴って次亜リン酸イオンやニッケルイオンの浴中濃度が刻々と変化するので還元速度の制御が難しい、(4)さらに液の老化に伴ってリンの含有量が一定であるめっき皮膜を得にくい」などの多くの問題を抱えている。
本発明の電析めっき皮膜を得るためのめっき浴の一例としては、ニッケル塩、亜リン酸および/または亜リン酸塩、カルボン酸および/またはホウ酸などを必要量調合して電気めっき浴とする。ここで、カルボン酸としてはクエン酸、マロン酸、シュウ酸、酢酸、乳酸、リンゴ酸、酪酸、酒石酸、蟻酸、プロピオン酸、吉草酸、コハク酸、マレイン酸のいずれか/またはこれらを混合したものを用いることができる。めっき浴のpHは1.6〜3.5の範囲にするのが好ましい。pHが1.6未満では水素発生により電流効率が低下して電析速度が遅くなり、実用性に欠ける。一方、pHが3.5を超えると、陽極で酸化されたリン酸イオンとニッケルイオンによって沈殿が生じるので、長時間の電解作業で光沢めっきを得ることが困難になる。また、浴を構成する成分の量に応じて、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化アンモニウムなどのアルカリ成分や硫酸、塩酸などの鉱酸により適宜調整可能である。
《非晶質》
本発明の電析めっき皮膜は、ニッケルを主成分とし、10〜20重量%のリンを含有することによって非晶質となっていることを一つの重要な特徴とする非晶質合金である。当該非晶質合金の別の特徴は、その特有の原子構造からもたらされる特性である電気的性質、磁気的性質、化学的性質、機械的性質に広く現れており、化学的性質に関しては、優れた耐食性を備えている。また機械的性質に関しては、高硬度、高強度でありながらも靭性を備えていることにある。
本発明の電析めっき皮膜は非晶質合金であるから、上記のような様々な特性を備えているが、単に非晶質であるというだけでは金属バリを生じない良好な切削加工性を備えることはできない。そこで、本発明の電析めっき皮膜は適量の水素(0.3〜3.0原子%)を含むことを特徴としている。
ニッケルを主成分として、10〜20重量%のリンを含有し、且つ0.3〜3.0原子%の水素を含む電析めっき皮膜は、切削加工性に優れており、その表面に高精度彫刻加工が施され、光学用途の樹脂製品やフィルム製品の成形用金型や成形用型ロール材料として使用される。光学用途の樹脂製品やフィルム製品の高精度彫刻は、10nm〜100μmの凹凸形状で、極めて高い寸法精度や形状精度が要求されている。ニッケルを主成分として、10〜20重量%のリンを含有し、且つ0.3〜3.0原子%の水素を含む電析めっき皮膜は、非晶質でありながら、高硬度で延性も備えているが、活性がやや高いことから、樹脂成形用金型やフィルム成形用型ロールなどとして使用するときに、成形する樹脂種やその成形圧力や成形温度等のいかんによって、成形された樹脂やフィルムの転写性や離型性に不都合が生じることがある。そこで、ニッケルを主成分とし、10〜20重量%のリンを含有し、且つ0.3〜3.0原子%の水素を含み、その他に不可避的不純物を含む非晶質の電析めっき皮膜の表面に高精密彫刻加工を施した後、化学的に安定な材料からなる被覆層を設けることにより、転写性や離型性を改善することができるのである。この被覆層としては、Cr、DLC、TiNなどの薄膜を使用することができる。また、高精度彫刻加工や寸法精度、形状精度などを満足できれば、ナノダイヤモンド被覆層も用いることができる。さらに、炭化物、窒化物、酸化物及びその化合物からなるセラミックスは、ニッケルめっき皮膜より化学的に安定であり、それら物質の薄膜形成法もよく知られているので、被覆層として使用することができる。
硫酸ニッケル190g/リットル、亜リン酸50g/リットル、ホウ酸35g/リットル、クエン酸15g/リットル、塩化ナトリウム1g/リットルの組成のニッケル−リン合金めっき浴を調製し、白金被覆チタン材を陽極として、浴温度50℃、電流密度2.5A/m2を固定的な条件として、金型用材料としての使用例の多いスタバックス鋼(クロム合金ステンレス工具鋼、C:Si:Mn:Cr=0.38:0.8:0.5:13.6)からなる基材表面に、200μmの厚みの電気ニッケル−リン合金めっき皮膜を形成した。この皮膜の水素含有量は0.7原子%、リン含有量は13重量%であった(残部はニッケル)。そして、この電気ニッケル−リン合金めっき皮膜表面に高精度彫刻加工を施すために、4軸制御超精密加工機(東芝社製の商品名ULG-100D(SH3))を用い、単結晶ダイヤモンド工具にて、深さが20μmで幅が20μmである断面がV溝の切削加工を、電気ニッケル−リン合金めっき皮膜表面の縦方向が100mmで横方向が100mmである範囲に複数本施した。
なお、限定されるものではないが、電気ニッケル−リン合金めっき皮膜の厚みは、20μm〜10mmとすることができる。
Claims (2)
- 金属基材表面に、ニッケルを主成分とし、10〜20重量%のリンを含有し、且つ0.3〜3.0原子%の水素を含み、その他に不可避的不純物を含む非晶質の20μm〜10mmの厚みの電気ニッケル−リン合金めっき皮膜を形成し、当該皮膜表面に彫刻加工を施した後、さらに、その表面に10μm以下の厚みのCr、DLCまたはTiNを被覆してなる金型または型ロールの製造方法。
- ニッケルを主成分とし、10〜20重量%のリンを含有し、且つ0.3〜3.0原子%の水素を含み、その他に不可避的不純物を含む非晶質の20μm〜10mmの厚みの電気ニッケル−リン合金めっき皮膜を形成し、当該皮膜表面に彫刻加工を施した後、さらに、その表面に10μm以下の厚みのCr、DLCまたはTiNを被覆してなる剥離電鋳品の製造方法。
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