JP6487813B2 - Nickel tungsten alloy and contact probe - Google Patents
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Description
本発明は、延性が向上したニッケルタングステン合金およびそれを含むコンタクトプローブに関する。 The present invention relates to a nickel tungsten alloy having improved ductility and a contact probe including the same.
ニッケルめっき被膜は、耐熱性および耐食性などが低い。ニッケルめっき被膜の耐熱性や耐食性を向上する観点から、ニッケルタングステン合金のめっき被膜が提案されている(特許文献1)。
また、バルク状のニッケルタングステン合金のめっき物において、延性を向上する試みもなされている(非特許文献1および2)。
The nickel plating film has low heat resistance and corrosion resistance. From the viewpoint of improving the heat resistance and corrosion resistance of the nickel plating film, a nickel tungsten alloy plating film has been proposed (Patent Document 1).
In addition, attempts have been made to improve ductility in bulk nickel-tungsten alloy plating products (Non-Patent
ニッケルタングステン合金では、高い耐熱性や耐食性を確保する観点からは、タングステンの含有量は多い方が好ましい。しかし、非特許文献1および2に教示されるように、タングステンの含有量が2原子%を超えて多くなると、ニッケルタングステン合金の延性を向上することは困難であった。
In the nickel tungsten alloy, it is preferable that the content of tungsten is large from the viewpoint of ensuring high heat resistance and corrosion resistance. However, as taught in
本発明の目的は、耐熱性および延性に優れる、ニッケルタングステン合金およびそれを含むコンタクトプローブを提供することである。 An object of the present invention is to provide a nickel tungsten alloy and a contact probe including the same, which are excellent in heat resistance and ductility.
本発明の一局面は、ニッケルおよびタングステンを含み、
前記タングステンの含有量は、2.0原子%を超えて10.0原子%以下であり、
X線回折(XRD:X−ray diffraction)スペクトルにおいて、(200)面の配向度N200は、N200>1.0である、ニッケルタングステン合金に関する。
One aspect of the invention includes nickel and tungsten,
The tungsten content is more than 2.0 atomic% and 10.0 atomic% or less,
In an X-ray diffraction (XRD) spectrum, the degree of orientation N 200 of the (200) plane relates to a nickel tungsten alloy having N 200 > 1.0.
本発明の他の一局面は、上記のニッケルタングステン合金を含む、コンタクトプローブに関する。 Another aspect of the present invention relates to a contact probe including the above nickel-tungsten alloy.
本発明によれば、高い延性を確保できるとともに、耐熱性にも優れるニッケルタングステン合金が得られる。このような合金は、コンタクトプローブなどの弾性が求められる金属構造体に用いるのに適している。 According to the present invention, it is possible to obtain a nickel tungsten alloy that can ensure high ductility and is excellent in heat resistance. Such an alloy is suitable for use in a metal structure that requires elasticity, such as a contact probe.
[発明の実施形態の説明]
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
本発明の一実施形態に係るニッケルタングステン合金は、ニッケルおよびタングステンを含み、タングステンの含有量は、2.0原子%を超えて10.0原子%以下であり、XRDスペクトルにおいて、(200)面の配向度N200は、N200>1.0である。なお、本実施形態に係るニッケルタングステン合金は、特に、電解析出法(めっき法)で形成される結晶粒径が100nm以下の合金を対象としている。
[Description of Embodiment of the Invention]
First, the contents of the embodiment of the present invention will be listed and described.
The nickel-tungsten alloy according to an embodiment of the present invention includes nickel and tungsten, and the content of tungsten is more than 2.0 atomic% and not more than 10.0 atomic%. In the XRD spectrum, the (200) plane The degree of orientation N 200 is N 200 > 1.0. The nickel-tungsten alloy according to the present embodiment is particularly intended for an alloy having a crystal grain size of 100 nm or less formed by an electrolytic deposition method (plating method).
ニッケルタングステン合金では、ニッケル金属と比較して、耐熱性や耐食性が向上すると期待される。しかし、実際には、タングステンの含有量が多くなると、合金はもろくなり、延性に劣る。タングステンの含有量が少ない合金では、ある程度の延性が確保できるものの、耐熱性や耐食性が不十分となる。 The nickel tungsten alloy is expected to have improved heat resistance and corrosion resistance compared to nickel metal. However, in practice, as the tungsten content increases, the alloy becomes brittle and inferior in ductility. An alloy with a low tungsten content can ensure a certain degree of ductility, but has insufficient heat resistance and corrosion resistance.
ニッケルタングステン合金において、XRDスペクトルにおける(200)面の配向度が高くなると、延性が高くなる傾向がある。しかし、従来のニッケルタングステン合金では、タングステン含有量が2原子%を超えると、(111)面や(220)面の配向度が高くなり、(200)面の配向度を向上することは困難であった。そのため、従来、ニッケルタングステン合金において、タングステン含有量が2原子%を超える場合には、高い延性を確保できなかった。 In the nickel tungsten alloy, the ductility tends to increase as the degree of orientation of the (200) plane in the XRD spectrum increases. However, in the conventional nickel-tungsten alloy, when the tungsten content exceeds 2 atomic%, the degree of orientation of the (111) plane and the (220) plane increases, and it is difficult to improve the degree of orientation of the (200) plane. there were. For this reason, conventionally, in a nickel tungsten alloy, when the tungsten content exceeds 2 atomic%, high ductility cannot be ensured.
本実施形態では、タングステン含有量が、2.0原子%を超えて10.0原子%以下と高いものの、(200)面の配向度N200を、N200>1.0と高くすることができる。よって、ニッケルタングステン合金の延性を向上でき、合金の脆化を抑制することができる。また、タングステン含有量が多いため、合金の高い耐熱性を確保できるとともに、耐食性を高めることもできる。 In this embodiment, although the tungsten content is as high as more than 2.0 atomic% and not more than 10.0 atomic%, the orientation degree N 200 of the (200) plane may be increased to N 200 > 1.0. it can. Therefore, the ductility of the nickel tungsten alloy can be improved and embrittlement of the alloy can be suppressed. Moreover, since there is much tungsten content, while being able to ensure the high heat resistance of an alloy, corrosion resistance can also be improved.
なお、ニッケルタングステン合金の配向度N200には、合金の製造方法が大きく影響するものと考えられる。例えば、めっき法(電析法)で合金を形成する場合には、めっき浴の添加剤および/または温度などがN200に影響すると考えられる。例えば、めっき浴の添加剤として、グルコン酸ナトリウムなどの錯化剤を所定量使用することで、ニッケルタングステン合金における配向度N200を高めることができる。これは、副反応が抑制されて、水素などの副生物の生成が抑制されることによるものと考えられる。副生物の生成が抑制されると、電析により生成するニッケルタングステン合金の結晶粒が整列し易くなり、配向度N200を高めることができる。また、合金への水素などの副生物の混入が抑制されるため、合金の脆化を抑制することができる。副反応が抑制されることで、電析の電流効率を高めることもできる。ただし、めっき浴の添加剤は、上記のものに限定されない。 Incidentally, the orientation degree N 200 of nickel-tungsten alloy is believed to manufacturing method of the alloy is greatly influenced. For example, in the case of forming an alloy by a plating method (electrodeposition method), such as additives and / or temperature of the plating bath it is believed to affect N 200. For example, by using a predetermined amount of a complexing agent such as sodium gluconate as an additive for the plating bath, the degree of orientation N 200 in the nickel tungsten alloy can be increased. This is thought to be due to the suppression of side reactions and the suppression of the generation of by-products such as hydrogen. When the production of by-products is suppressed, the crystal grains of the nickel tungsten alloy generated by electrodeposition are easily aligned, and the degree of orientation N 200 can be increased. In addition, since by-products such as hydrogen are suppressed from entering the alloy, embrittlement of the alloy can be suppressed. By suppressing the side reaction, the current efficiency of electrodeposition can be increased. However, the additive for the plating bath is not limited to the above.
配向度N200は、合金の粉末XRDスペクトルで測定される(200)面の相対的なピーク強度Ir1の、XRDスペクトルのデータベースから求められるNiの(200)面の相対的なピーク強度Ir0に対する比として求められる。具体的には、まず、データベースのNiのXRDスペクトルデータから、(111)面のピーク強度i111を100としたときの、(200)面のピーク強度i200および(220)面のピーク強度i220をそれぞれ求める。そして、i200を、i111、i200およびi220の合計で除することにより、Niの(200)面の相対的なピーク強度Ir0を求める。次いで、合金の粉末XRDスペクトルにおいて、(111)面のピーク強度I111を100としたときの、(200)面のピーク強度I200および(220)面のピーク強度I220をそれぞれ求める。I200を、I111、I200およびI220の合計で除することにより、合金の(200)面の相対的なピーク強度Ir1を求める。そして、ピーク強度Ir1をピーク強度Ir0で除することにより、配向度N200が求められる。 The degree of orientation N 200 is the relative peak intensity I r0 of the (200) plane of Ni determined from the XRD spectrum database of the relative peak intensity I r1 of the (200) plane measured by the powder XRD spectrum of the alloy. As a ratio to. Specifically, first, from the XRD spectrum data of Ni in the database, (200) plane peak intensity i 200 and (220) plane peak intensity i when (111) plane peak intensity i 111 is taken as 100. 220 is obtained. Then, the i 200, by dividing the sum of i 111, i 200 and i 220, determine the relative peak intensity I r0 of (200) plane and Ni. Then determined in a powder XRD spectra of the alloy, of a peak intensity I 111 of (111) plane is taken as 100, the peak intensity I 220 of the (200) surface 200 and the peak intensity I (220) plane, respectively. The I 200, by dividing the sum of I 111, I 200 and I 220, determine the relative peak intensity I r1 of the (200) plane of the alloy. Then, the degree of orientation N 200 is obtained by dividing the peak intensity I r1 by the peak intensity I r0 .
なお、XRDスペクトルのデータベースとしては、例えば、国際回析データセンター(ICDD(登録商標):International Centre for Diffraction Data(登録商標))のデータベースが使用できる。ICDD(登録商標)のNiのXRDスペクトルは、JCPDSカード4−0850である。 As the XRD spectrum database, for example, an international diffraction data center (ICDD (registered trademark): International Center for Diffraction Data (registered trademark)) database can be used. The XRD spectrum of Ni of ICDD (registered trademark) is JCPDS card 4-0850.
合金の厚みが小さいと延性が発現しないため、高い延性を確保するためには、合金がある程度の厚みを有する必要がある。本実施形態では、合金の厚みを大きく、例えば、100μm以上とすることができ、高い延性を確保することができる。 If the alloy thickness is small, ductility does not appear. Therefore, in order to ensure high ductility, the alloy needs to have a certain thickness. In the present embodiment, the thickness of the alloy can be increased, for example, 100 μm or more, and high ductility can be ensured.
なお、合金の厚みとは、合金で形成された金属構造体(例えば、被膜やバルク体など)の厚みをいい、平均厚みであってもよい。また、金属構造体がくびれた部分を有するなど、厚みにばらつきがある場合には、最小厚み(くびれた部分の最小厚みなど)としてもよい。めっきにより形成される合金の厚みは、電析の方向(合金の堆積方向)に沿った長さである。 In addition, the thickness of an alloy means the thickness of the metal structure (for example, a film, a bulk body, etc.) formed with the alloy, and may be an average thickness. In addition, when the metal structure has a constricted portion and the thickness varies, a minimum thickness (such as a minimum thickness of the constricted portion) may be used. The thickness of the alloy formed by plating is a length along the direction of electrodeposition (alloy deposition direction).
配向度N200は、1.0<N200であればよいが、1.3≦N200≦5.0、または1.5≦N200≦3.0であることが好ましい。配向度N200がこのような範囲である場合、合金の延性をさらに高めることができる。 The orientation degree N 200 may be 1.0 <N 200, but is preferably 1.3 ≦ N 200 ≦ 5.0, or 1.5 ≦ N 200 ≦ 3.0. When the orientation degree N 200 is in such a range, the ductility of the alloy can be further increased.
ニッケルタングステン合金において、タングステンの含有量は、2.0原子%を超えていればよく、2.3原子%以上または2.5原子%以上であることが好ましく、2.8原子%以上または3.0原子%以上であることがさらに好ましい。タングステンの含有量は、10.0原子%以下であり、8.0原子%以下または6.0原子%以下であってもよい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。合金におけるタングステンの含有量は、例えば、2.3原子%〜10.0原子%、2.3原子%〜8.0原子%、または2.3原子%〜6.0原子%であってもよい。
タングステンの含有量がこのような範囲であることで、アモルファス相の形成が抑制されて、高い延性をさらに確保し易くなる。
In the nickel-tungsten alloy, the content of tungsten only needs to exceed 2.0 atomic%, preferably 2.3 atomic% or more or 2.5 atomic% or more, and preferably 2.8 atomic% or more or 3 More preferably, it is 0.0 atomic% or more. The tungsten content is 10.0 atomic percent or less, and may be 8.0 atomic percent or less or 6.0 atomic percent or less. These lower limit values and upper limit values can be arbitrarily combined. Even if the tungsten content in the alloy is 2.3 atomic% to 10.0 atomic%, 2.3 atomic% to 8.0 atomic%, or 2.3 atomic% to 6.0 atomic%, for example. Good.
When the content of tungsten is within such a range, formation of an amorphous phase is suppressed, and it becomes easier to ensure high ductility.
ニッケルタングステン合金は、室温(25℃)で引張試験を行ったときの伸び率が7%以上であることが好ましく、10%以上または12%以上であることがさらに好ましい。配向度N200が、N200>1.0であることで、高い延性が得られるため、タングステンの含有量が高いにも拘わらず、合金はこのような高い伸び率を示す。 The nickel tungsten alloy preferably has an elongation percentage of 7% or more, more preferably 10% or more or 12% or more when a tensile test is performed at room temperature (25 ° C.). Since the degree of orientation N 200 is N 200 > 1.0, high ductility can be obtained, so that the alloy exhibits such a high elongation rate even though the content of tungsten is high.
なお、合金の伸び率は、図2に示す試験片Sを用いて、引張試験を行った際の伸び率である。試験片Sは、長さL1(=44mm)、幅W(=10mm)、厚み(=100μm以上)の板状試験片である。試験片Sは、両端に形成されたつかみ部11と、長さ方向の中央部に形成され、かつ、つかみ部11よりも幅が小さくなった平行部12とを有する。平行部12とつかみ部11との間には、平行部12の端部からつかみ部11に向かって徐々に幅が拡大する肩部13が形成されている。試験片Sの端部に形成された、幅がWの部分の長さL2は10mmである。平行部12には、試験片Sの長さ方向における中心を挟んで対称な位置に2つの標点14が記されている。2つの標点14間には、試験片Sの長さ方向と平行なけがき線15が記されている。2つの標点14間の距離Dは、12mmである。また、肩部13の半径Rは、7.5mmである。
The elongation percentage of the alloy is an elongation percentage when a tensile test is performed using the test piece S shown in FIG. The test piece S is a plate-shaped test piece having a length L 1 (= 44 mm), a width W (= 10 mm), and a thickness (= 100 μm or more). The test piece S has a
引張試験は、JIS Z 2241に準拠して行うことができる。具体的には、試験片Sの一方のつかみ部11を、引張試験機(例えば、インストロン社製の万能試験機)に固定し、他方のつかみ部11を引っ張ることにより行うことができる。このとき、一定のひずみ速度で試験片Sを引っ張ってもよい。弾性領域において最大伸びを示した時点のけがき線15の長さを測定し、引張試験前のけがき線15の長さを100%としたときの最大伸びの比率(%)を、合金の伸び率とする。引張試験機で試験片を引っ張る際のひずみ速度は、一般的な引張試験のひずみ速度(例えば、10−5s−1〜10−4s−1)であれば、伸び率はひずみ速度にはほとんど依存しない。なお、ひずみ速度とは、試験片を引っ張る際の引張速度(mm/min)を、平行部12の初期長さ(mm)で除したものである。
The tensile test can be performed according to JIS Z 2241. Specifically, one
上記のニッケルタングステン合金は、三次元的な構造を有する金属構造体(またはバルク体)として利用するのに適している。また、ニッケルタングステン合金は、延性が高く、脆化が抑制されることに加え、耐熱性も高いため、このような特性が求められるコンタクトプローブとして用いるのに特に適している。コンタクトプローブに上記のニッケルタングステン合金を用いることで、高温環境下でも、機械物性の低下や変形を抑制することができる。また、変形による位置精度の低下や押し付け荷重の不安定化を抑制することができる。 The nickel tungsten alloy is suitable for use as a metal structure (or bulk body) having a three-dimensional structure. Nickel tungsten alloy is particularly suitable for use as a contact probe that requires such characteristics because it has high ductility, suppression of embrittlement, and high heat resistance. By using the nickel-tungsten alloy described above for the contact probe, it is possible to suppress deterioration of mechanical properties and deformation even under a high temperature environment. In addition, it is possible to suppress a decrease in position accuracy and instability of the pressing load due to deformation.
[発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係るニッケルタングステン合金の具体例を、適宜図面を参照しつつ以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、添付の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全ての変更が含まれることが意図される。
[Details of the embodiment of the invention]
Specific examples of the nickel tungsten alloy according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the attached claim, and is intended that all the changes within the meaning and range equivalent to the claim are included. .
(ニッケルタングステン合金)
ニッケルタングステン合金において、タングステン(W)は、ニッケル(Ni)との固溶体として存在することが好ましい。この場合、合金の結晶粒の粒径が小さくなり易く、高い延性を確保し易くなる。
(Nickel tungsten alloy)
In the nickel-tungsten alloy, tungsten (W) is preferably present as a solid solution with nickel (Ni). In this case, the crystal grain size of the alloy tends to be small, and high ductility is easily secured.
合金は、NiおよびW以外の元素(第3元素)を含んでいてもよい。このような第3元素としては、水素、炭素、窒素、酸素などの典型非金属元素、NiおよびW以外の金属元素が挙げられる。合金は、第3元素を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。第3元素としての金属元素(第3金属元素とも言う)としては、特に制限されないが、例えば、クロム、モリブデンなどの周期表第6族元素(ただし、Wを除く)などが挙げられる。合金中の第3元素の含有量は、例えば、0.1原子%以下である。合金が炭素を含む場合、高い強度が得られ易い。高い強度および高い延性の双方を確保する観点からは、合金中の炭素の含有量は、例えば、0.1原子%以下であり、0.04原子%以下とすることが好ましい。
The alloy may contain an element (third element) other than Ni and W. Examples of such a third element include typical nonmetallic elements such as hydrogen, carbon, nitrogen, and oxygen, and metallic elements other than Ni and W. The alloy may contain one kind of third element, or may contain two or more kinds. Although it does not restrict | limit especially as a metallic element (it is also called 3rd metallic element) as a 3rd element, For example,
ニッケルタングステン合金は、ナノサイズの結晶粒(Crystal grain)を含み、ナノ結晶合金とも呼ぶことができる。合金の結晶粒の粒径は、例えば、10nm〜100nmであり、10nm〜50nmであることが好ましく、10nm〜30nmであることがさらに好ましい。結晶粒がこのような粒径を有することで、合金の高い延性を確保しながらも、高い強度を確保し易くなる。
なお、結晶粒の粒径とは、合金のXRDパターンの(111)面のピークのピーク幅から、シェラーの式を用いて求められる粒径である。
Nickel tungsten alloy contains nano-sized crystal grains and can also be referred to as nanocrystalline alloy. The crystal grain size of the alloy is, for example, 10 nm to 100 nm, preferably 10 nm to 50 nm, and more preferably 10 nm to 30 nm. When the crystal grains have such a particle size, it is easy to ensure high strength while ensuring high ductility of the alloy.
In addition, the grain size of a crystal grain is a grain size calculated | required using the Scherrer formula from the peak width of the peak of the (111) plane of the XRD pattern of an alloy.
ニッケルタングステン合金は、めっき処理の副反応により生成した水素を含むことがある。ただし、本実施形態では、副反応が大きく抑制されるため、合金中の水素の含有量を大幅に低減することができる。合金中の水素の含有量は、例えば、0.03原子%以下であり、0.02原子%以下であることが好ましい。
合金中の水素の含有量は、例えば、不活性ガス溶融−熱伝導度法により求めることができる。合金を溶融させる際の不活性ガス(キャリアガス)としては、アルゴンや窒素が使用される。
The nickel tungsten alloy may contain hydrogen generated by a side reaction of the plating process. However, in this embodiment, since side reactions are greatly suppressed, the hydrogen content in the alloy can be significantly reduced. The hydrogen content in the alloy is, for example, 0.03 atomic% or less, and preferably 0.02 atomic% or less.
The hydrogen content in the alloy can be determined, for example, by an inert gas melting-thermal conductivity method. Argon or nitrogen is used as an inert gas (carrier gas) for melting the alloy.
(金属構造体)
本実施形態に係る合金は、耐熱性や耐食性に優れるとともに、高い延性を有するため、三次元的な構造を有する金属構造体(またはバルク体)として利用するのに適している。バネ性を有する微細金属構造体として用いることもできる。なお、バネ性とは、ある材料に力を加えると変形し、その力を取り除くと変形することなく、元の同じ形状に復元する性質である。バネ性は、材料が有する弾性により発揮される。
(Metal structure)
The alloy according to the present embodiment is suitable for use as a metal structure (or bulk body) having a three-dimensional structure because it is excellent in heat resistance and corrosion resistance and has high ductility. It can also be used as a fine metal structure having spring properties. The spring property is a property of deforming when a force is applied to a certain material and restoring to the same original shape without deformation when the force is removed. The spring property is exhibited by the elasticity of the material.
バネ性を有する微細金属構造体(以下、単に金属構造体と称する)としては、特に限定されない。例えば、コンタクトプローブ、スプリングコネクタやリングコネクタなどのコネクタ、マイクロアクチュエータ、微細な歯車やタービンブレードなどが挙げられる。 The fine metal structure having spring properties (hereinafter simply referred to as a metal structure) is not particularly limited. Examples include contact probes, connectors such as spring connectors and ring connectors, microactuators, fine gears, and turbine blades.
図1aおよび図1bは、それぞれ別の実施形態に係るコンタクトプローブを模式的に示す斜視図である。コンタクトプローブ10は、支持部1と、支持部1から延びるバネ部2と、バネ部2の支持部1とは反対側に形成された先端部3とを備える。コンタクトプローブ10のバネ性は、主にバネ部2により与えられ、バネ部2の弾性によって発揮される。コンタクトプローブ10の最大長さはLmaxで示され、最小長さはLminで示される。コンタクトプローブ10の最小長さLminは、コンタクトプローブ10の厚みに相当する。
1a and 1b are perspective views schematically showing contact probes according to different embodiments, respectively. The
コンタクトプローブなどの金属構造体は、上記のニッケルタングステン合金を含んでいればよく、全体が合金で形成されていてもよく、合金を一部に含んでいてもよい。特に、金属構造体のバネ性を与える部分(例えば、コンタクトプローブ10のバネ部2)を、合金で形成することが好ましい。金属構造体は、導電性を高めるために、金属構造体の少なくとも一部を覆うコート層を備えていてもよい。
The metal structure such as the contact probe only needs to contain the above-described nickel-tungsten alloy, and may be entirely formed of an alloy or may partially contain the alloy. In particular, it is preferable that the portion (for example, the
金属構造体の形状は特に限定されず、用途に応じて適宜設定することができる。例えば、コンタクトプローブの場合、その形状は、図1aに示すような垂直型であってもよく、図1bに示すようなカンチレバー型であってもよい。コンタクトプローブ10は、支持部1、バネ部2および先端部3が一体成型されてもよいし、各部材を成型した後、溶接等により接合してもよい。コネクタの場合、その形状は、例えば、リング状や渦巻き状である。
The shape of the metal structure is not particularly limited, and can be set as appropriate according to the application. For example, in the case of a contact probe, the shape may be a vertical type as shown in FIG. 1a or a cantilever type as shown in FIG. 1b. In the
金属構造体の大きさは、特に限定されず、用途に応じて適宜設定できる。コンタクトプローブでは、最大長さLmaxは、例えば、100μm〜10mmであり、最小長さLminは、例えば、100μm〜200μmである。 The magnitude | size of a metal structure is not specifically limited, It can set suitably according to a use. In the contact probe, the maximum length L max is, for example, 100 μm to 10 mm, and the minimum length L min is, for example, 100 μm to 200 μm.
(合金の製造方法)
本実施形態に係るニッケルタングステン合金の製造方法は、タングステン含有量および配向度N200が上記の範囲である合金を得ることができる限り、特に制限されないが、例えば、電析法により得ることができる。より具体的には、合金の製造方法は、基材の表面にめっき浴中で合金を電析させる工程を含む。電鋳(Electroforming)の場合には、合金の製造方法は、基材となる母型を準備する準備工程と、母型に金属を電析(または電着)させる電鋳工程と、母型と電着層(めっき物)とを剥離する剥離工程と、を含むことができる。製造方法は、さらに合金を熱処理する工程を含んでもよい。なお、電鋳とは、電気めっき技術の一種であり、電気分解した金属イオンを母型(マスター)の表面へ電着させ、その後、電着層を剥離することにより、母型に忠実に従った金属製品を製造する方法である。
(Alloy manufacturing method)
The method for producing the nickel-tungsten alloy according to the present embodiment is not particularly limited as long as an alloy having a tungsten content and an orientation degree N 200 in the above ranges can be obtained. For example, the nickel-tungsten alloy can be obtained by an electrodeposition method. . More specifically, the manufacturing method of an alloy includes the process of electrodepositing an alloy on the surface of a base material in a plating bath. In the case of electroforming, an alloy production method includes a preparation step of preparing a base die as a base material, an electroforming step of electrodepositing (or electrodeposition) metal on the base die, And a peeling step of peeling the electrodeposition layer (plated product). The manufacturing method may further include a step of heat treating the alloy. Electroforming is a kind of electroplating technology. Electrodeposited metal ions are electrodeposited onto the surface of the master (master), and then the electrodeposition layer is peeled off to faithfully follow the master. This is a method for manufacturing a metal product.
(電析工程(または電着工程))
電析工程では、基材(または母型)をめっき浴中に浸漬し、電流を印加することにより、基材の表面にニッケルタングステン合金を電析させる。
合金中のタングステン含有量が高いにも拘わらず、配向度N200を高めるには、電析に使用されるめっき浴(電析浴)の組成および/または電析条件が重要である。中でも、めっき浴に添加される添加剤の種類および量、電析の温度、浴流などが、合金の配向度に大きく影響する。例えば、浴流は、基材の主面に対して、平行となるよりも、ある程度の角度(例えば、60°〜90°)で当たるようにすると、配向度N200を高め易くなる。特に、基材の主面に対して、垂直またはそれに近い角度(例えば、80°〜90°)で浴流が当たるようにすることが好ましい。
(Electrodeposition process (or electrodeposition process))
In the electrodeposition step, a nickel (tungsten) alloy is electrodeposited on the surface of the substrate by immersing the substrate (or matrix) in a plating bath and applying a current.
In order to increase the degree of orientation N 200 despite the high tungsten content in the alloy, the composition and / or electrodeposition conditions of the plating bath (electrodeposition bath) used for electrodeposition are important. Among these, the type and amount of additives added to the plating bath, the temperature of electrodeposition, the bath flow, and the like greatly affect the degree of orientation of the alloy. For example, the degree of orientation N 200 can be easily increased by making the bath flow impinge at a certain angle (for example, 60 ° to 90 °) rather than being parallel to the main surface of the substrate. In particular, it is preferable that the bath flow strikes the main surface of the substrate perpendicularly or at an angle close thereto (for example, 80 ° to 90 °).
電析(または電着)に使用されるめっき浴としては、スルファミン酸浴が好ましい。スルファミン酸浴を用いて得られる合金は内部応力が小さく剥離し易いため、電鋳用途に適している。スルファミン酸浴は、スルファミン酸ニッケルなどのニッケル源を含むが、このほか、タングステン源、添加剤などを含む。 The plating bath used for electrodeposition (or electrodeposition) is preferably a sulfamic acid bath. An alloy obtained using a sulfamic acid bath is suitable for electroforming because it has a low internal stress and is easily peeled off. The sulfamic acid bath contains a nickel source such as nickel sulfamate, but also contains a tungsten source and additives.
ニッケル源としては、スルファミン酸ニッケル、塩化ニッケル、金属ニッケルなどが例示される。スルファミン酸浴では、ニッケル源は、少なくともスルファミン酸ニッケルを含む。
めっき浴におけるスルファミン酸ニッケルの濃度は、50〜700g/Lであることが好ましく、100〜500g/Lであることがより好ましい。スルファミン酸ニッケルの濃度がこの範囲であれば、厚みが大きな合金が得られ易く、ある程度大きな析出速度を確保しながらも、水酸化ニッケルなどの副生物の沈殿を抑制することができる。
Examples of the nickel source include nickel sulfamate, nickel chloride, and nickel metal. In a sulfamic acid bath, the nickel source includes at least nickel sulfamate.
The concentration of nickel sulfamate in the plating bath is preferably 50 to 700 g / L, and more preferably 100 to 500 g / L. If the concentration of nickel sulfamate is in this range, an alloy having a large thickness can be easily obtained, and precipitation of by-products such as nickel hydroxide can be suppressed while securing a certain degree of precipitation rate.
タングステン源としては、例えば、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウムなどのタングステン酸塩が挙げられる。ニッケル源およびタングステン源は、それぞれ一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the tungsten source include tungstates such as sodium tungstate and potassium tungstate. Each of the nickel source and the tungsten source may be used alone or in combination of two or more.
めっき浴におけるタングステン源の濃度は、例えば、10g/L〜60g/Lであり、10g/L〜55g/Lであることが好ましく、12g/L〜50g/Lであることがより好ましい。タングステン源の濃度がこの範囲であれば、合金におけるタングステンの含有量を上述の範囲に調節し易い。 The concentration of the tungsten source in the plating bath is, for example, 10 g / L to 60 g / L, preferably 10 g / L to 55 g / L, and more preferably 12 g / L to 50 g / L. If the concentration of the tungsten source is within this range, the content of tungsten in the alloy can be easily adjusted to the above range.
添加剤としては、錯化剤(キレート剤)、光沢剤、pH緩衝剤、ピット防止剤(界面活性剤)、応力調整剤、硬度上昇剤などが挙げられる。添加剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。 Examples of the additive include a complexing agent (chelating agent), a brightening agent, a pH buffering agent, a pit preventing agent (surfactant), a stress adjusting agent, and a hardness increasing agent. An additive can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
錯化剤は、めっき浴中の金属イオンと錯体を形成し、安定化させる。錯化剤としては、プロピオン酸、クエン酸、グルコン酸、エチレンジアミン四酢酸などのカルボン酸またはその塩が例示される。錯化剤は、一種を単独で使用してもよく、二種以上を組み合わせて使用してもよい。錯化剤の中でも、モノカルボン酸またはその塩が好ましい。 The complexing agent forms a complex with the metal ion in the plating bath and stabilizes it. Examples of the complexing agent include carboxylic acids such as propionic acid, citric acid, gluconic acid, and ethylenediaminetetraacetic acid or salts thereof. A complexing agent may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Among the complexing agents, monocarboxylic acid or a salt thereof is preferable.
モノカルボン酸としては、グルコン酸、プロピオン酸が挙げられる。モノカルボン酸の塩としては、無機塩、例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられる。中でも、錯化剤として、グルコン酸ナトリウムを用いることが好ましい。グルコン酸ナトリウムを用いることで、合金中のタングステン含有量を高く維持しながらも、(200)面の配向度N200を大きくすることができる。 Examples of the monocarboxylic acid include gluconic acid and propionic acid. Examples of the salt of monocarboxylic acid include inorganic salts such as sodium salt, potassium salt and ammonium salt. Of these, sodium gluconate is preferably used as the complexing agent. By using sodium gluconate, the degree of orientation N 200 on the (200) plane can be increased while maintaining a high tungsten content in the alloy.
めっき浴中のグルコン酸ナトリウムなどの錯化剤の濃度は、10g/L〜60g/Lであることが好ましく、10g/L〜55g/Lまたは10g/L〜50g/Lであることがさらに好ましい。錯化剤の濃度がこのような範囲であることで、合金中のタングステン含有量を高く維持しながらも、(200)面の配向度N200を高めることができる。 The concentration of the complexing agent such as sodium gluconate in the plating bath is preferably 10 g / L to 60 g / L, more preferably 10 g / L to 55 g / L or 10 g / L to 50 g / L. . By concentration of the complexing agent is within such a range, while maintaining a high tungsten content in the alloy, it is possible to increase the degree of orientation N 200 of (200) plane.
錯化剤のタングステン源に対するモル比(=錯化剤/タングステン源)は、例えば、0.2〜2.0であり、配向度N200を高め易い観点からは、0.3〜1.7であることが好ましく、0.5〜1.5であることがさらに好ましい。 Molar ratio of tungsten source of the complexing agent (= complexing agent / tungsten source) is, for example, 0.2 to 2.0, from easily viewpoint enhance orientation N 200, 0.3 to 1.7 It is preferable that it is 0.5-1.5.
光沢剤は、電着層の表面を平滑化する。光沢剤としては、有機物が使用される。有機物としては、サッカリン、サッカリンナトリウム、ナフタレンジスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、ブチンジオールなどが挙げられる。光沢剤は、一種を単独でまたは二種以上を組み合わせて使用できる。 The brightener smoothes the surface of the electrodeposition layer. An organic substance is used as the brightener. Examples of the organic substance include saccharin, sodium saccharin, sodium naphthalene disulfonate, sodium allyl sulfonate, and butynediol. A brightener can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
pH緩衝剤は、金属イオンの沈殿を防止するものであり、スルファミン酸浴に利用されるものが特に制限なく使用できる。pH緩衝剤としては、例えば、ホウ酸、酢酸、および/またはクエン酸などが挙げられる。界面活性剤、応力調整剤、硬度上昇剤としては、それぞれ、スルファミン酸浴に利用されるものが特に制限なく使用できる。界面活性剤としては、ドデシル硫酸ナトリウム、および/またはポリオキシエチレンアルキルエーテルなどが例示される。pH緩衝剤、界面活性剤、応力調整剤、硬度上昇剤などの量については、適宜決定できる。 The pH buffering agent prevents precipitation of metal ions, and those used for the sulfamic acid bath can be used without particular limitation. Examples of the pH buffering agent include boric acid, acetic acid, and / or citric acid. As the surfactant, the stress adjusting agent, and the hardness increasing agent, those used in the sulfamic acid bath can be used without any particular limitation. Examples of the surfactant include sodium dodecyl sulfate and / or polyoxyethylene alkyl ether. The amounts of pH buffering agent, surfactant, stress adjusting agent, hardness increasing agent and the like can be determined as appropriate.
スルファミン酸浴のpHは、3.5〜5であることが好ましく、3.5〜4.5であることがより好ましい。pHがこのような範囲である場合、ある程度高い電流効率を確保しながらも、水酸化ニッケルなどの副生物の沈殿を抑制できる。pHの調整は、硫酸、水酸化ナトリウム等の添加により行ってもよい。 The pH of the sulfamic acid bath is preferably 3.5 to 5, and more preferably 3.5 to 4.5. When the pH is in such a range, precipitation of by-products such as nickel hydroxide can be suppressed while securing high current efficiency to some extent. The pH may be adjusted by adding sulfuric acid, sodium hydroxide or the like.
めっき浴は、陰極と、陽極とを備えている。
陰極としては、導電性基板が使用される。導電性基板としては、例えば、銅、ニッケル、ステンレス鋼などを含む金属製基板、または、チタン、クロムなどの金属材料をスパッタリングしたシリコン基板などが挙げられる。
The plating bath includes a cathode and an anode.
A conductive substrate is used as the cathode. Examples of the conductive substrate include a metal substrate including copper, nickel, stainless steel, or a silicon substrate obtained by sputtering a metal material such as titanium or chromium.
陽極としては、金属板および/または金属棒などが利用される。金属板や金属棒を構成する金属としては、ニッケル、タングステンなどが挙げられる。例えば、ニッケルを含む金属板や金属棒と、タングステンを含む金属板や金属棒とを、組み合わせて用いてもよい。 As the anode, a metal plate and / or a metal rod is used. Examples of the metal constituting the metal plate or metal rod include nickel and tungsten. For example, a metal plate or metal rod containing nickel and a metal plate or metal rod containing tungsten may be used in combination.
ある程度高い電析速度を確保しながらも、均一な合金が得られ易い観点から、めっき処理を行う際の陰極電流密度は、例えば、0.1A/dm2〜20A/dm2であり、1A/dm2〜15A/dm2であってもよい。めっき浴の温度は、例えば、30℃〜60℃であり、40℃〜60℃であってもよい。めっき浴の温度がこのような範囲である場合、ある程度高い電析速度を確保しながらも、めっき浴の組成を安定化し易くなる。N200を高める観点からは、特に、45℃〜50℃とすることが好ましい。
めっき処理を行う時間は、所望の電着層の厚みが得られるように、適宜設定すればよい。
From the viewpoint of easily obtaining a uniform alloy while securing a high electrodeposition rate to some extent, the cathode current density at the time of plating is, for example, 0.1 A / dm 2 to 20 A / dm 2 , and 1 A / it may be a dm 2 ~15A / dm 2. The temperature of the plating bath is, for example, 30 ° C to 60 ° C, and may be 40 ° C to 60 ° C. When the temperature of the plating bath is in such a range, the composition of the plating bath is easily stabilized while securing a somewhat high electrodeposition rate. From the viewpoint of increasing N 200 , the temperature is particularly preferably 45 ° C. to 50 ° C.
What is necessary is just to set suitably the time which performs a plating process so that the thickness of a desired electrodeposition layer may be obtained.
(母型の準備工程)
電鋳用途では、電析工程(または電鋳工程)に先立って、基材となる母型を準備する。母型は、所望の形状を有する合金(金属構造体)と同一の形状の凹部を備える型であり、この凹部にニッケルタングステン合金が堆積(電着)する。母型の材質は特に限定されず、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。中でも、後の剥離工程において電着層との剥離が容易である点で、樹脂製であることが好ましい。樹脂製の母型を使用する場合、母型に対して導電処理を行う。導電処理は、母型の表面に、酸化インジウムスズ(ITO:Indium Tin Oxide)などの導電膜を形成することにより行ってもよく、導電性基板に母型を貼り付けることにより行ってもよい。
(Preparation process of master mold)
In the electroforming application, a matrix serving as a base material is prepared prior to the electrodeposition process (or electroforming process). The mother mold is a mold having a recess having the same shape as an alloy (metal structure) having a desired shape, and a nickel tungsten alloy is deposited (electrodeposited) on the recess. The material of the mother die is not particularly limited, and may be made of metal or resin. Especially, it is preferable that it is resin-made from the point that peeling with an electrodeposition layer is easy in a subsequent peeling process. In the case of using a resin mother die, the conductive treatment is performed on the mother die. The conductive treatment may be performed by forming a conductive film such as indium tin oxide (ITO) on the surface of the mother mold, or may be performed by attaching the mother mold to a conductive substrate.
樹脂製の母型は、例えば、導電性基板上に形成された樹脂層に、リソグラフィ技術により所望する金属構造体の形状と同じ形状の凹凸を形成することで、得ることができる。導電性基板は、電析工程(電鋳工程)において、陰極として機能し、電析工程について例示した導電性基板が使用される。 A resin matrix can be obtained, for example, by forming irregularities having the same shape as the desired shape of the metal structure on the resin layer formed on the conductive substrate by lithography. The conductive substrate functions as a cathode in the electrodeposition step (electroforming step), and the conductive substrate exemplified for the electrodeposition step is used.
樹脂層の材質としては、光エネルギーによって硬化する樹脂であればよく、特に限定されない。例えば、アクリル系樹脂、感光性ポリイミド樹脂などが挙げられる。樹脂層の厚みは、目的とする合金(金属構造体)の厚み(最小厚みなど)に合わせて適宜設定すればよい。 The material of the resin layer is not particularly limited as long as it is a resin that is cured by light energy. For example, acrylic resin, photosensitive polyimide resin, and the like can be given. What is necessary is just to set the thickness of a resin layer suitably according to the thickness (minimum thickness etc.) of the target alloy (metal structure).
(剥離工程)
電鋳用途では、電析工程(または電鋳工程)後に、母型と電着層(金属構造体)とを剥離する。剥離方法は特に限定されない。微細な電着層の形状が保持され易い観点から、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより母型から電着層を剥離してもよい。
(Peeling process)
In the electroforming application, the matrix and the electrodeposition layer (metal structure) are peeled off after the electrodeposition step (or electroforming step). The peeling method is not particularly limited. From the viewpoint of easily maintaining the shape of the fine electrodeposition layer, the electrodeposition layer may be peeled from the matrix by dry etching or wet etching.
次いで、導電性基板をウェットエッチングまたは機械的加工などにより除去することで、所望の形状の合金(金属構造体)を得ることができる。得られた合金(金属構造体)には、必要に応じて、コート層を形成してもよい。 Next, the conductive substrate is removed by wet etching or mechanical processing, whereby an alloy (metal structure) having a desired shape can be obtained. A coating layer may be formed on the obtained alloy (metal structure) as necessary.
(熱処理工程)
電析工程で電着層を形成した後、熱処理(固溶化熱処理)を行うと、合金の耐熱性をさらに高めることができる。熱処理温度は、例えば、300℃以上であり、400℃以上であってもよい。このような温度で熱処理を行うと、ニッケルタングステン合金の固溶をさらに進行させることができ、耐熱性を高める効果が得られ易い。
(Heat treatment process)
When the electrodeposition layer is formed in the electrodeposition step and then heat treatment (solution heat treatment) is performed, the heat resistance of the alloy can be further improved. The heat treatment temperature is, for example, 300 ° C. or higher, and may be 400 ° C. or higher. When heat treatment is performed at such a temperature, the solid solution of the nickel-tungsten alloy can be further advanced, and the effect of improving the heat resistance is easily obtained.
熱処理時間は、適宜設定することができるが、合金の耐熱性をさらに高める観点からは、0.5時間以上であることが好ましく、1時間以上であることがより好ましい。なお、熱処理は、電着層を形成した後に行えばよく、電鋳用途では、剥離工程の後に行ってもよい。 The heat treatment time can be appropriately set, but from the viewpoint of further improving the heat resistance of the alloy, it is preferably 0.5 hours or more, and more preferably 1 hour or more. The heat treatment may be performed after the electrodeposition layer is formed, and may be performed after the peeling step in electroforming applications.
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.
《実施例1〜7》
スルファミン酸ニッケルをベースとするめっき浴中で、電析を行うことで、合金を形成した。めっき浴が備える陽極としては、ニッケル板(ニッケルの純度:99.9質量%)およびタングステン棒(タングステンの純度:99.9質量%)を用い、陰極としては銅板(銅の純度:99.9質量%)を用いた。なお、陰極には、露出部分が所定のサイズとなるように、マスキングを施し、キリンス処理を行った。
<< Examples 1-7 >>
An alloy was formed by electrodeposition in a plating bath based on nickel sulfamate. A nickel plate (purity of nickel: 99.9% by mass) and a tungsten rod (purity of tungsten: 99.9% by mass) are used as the anode provided in the plating bath, and a copper plate (copper purity: 99.9%) is used as the cathode. Mass%) was used. The cathode was masked so that the exposed portion had a predetermined size and was subjected to a rinsing process.
スルファミン酸ニッケル、タングステン酸ナトリウム、塩化ニッケル、プロピオン酸(錯化剤)、グルコン酸ナトリウム(錯化剤)、サッカリンナトリウム(光沢剤)、およびラウリル硫酸ナトリウム(界面活性剤)を用いて、めっき浴A〜Gを調製した。具体的なめっき浴の組成を表1に示す。表1には、めっき浴におけるグルコン酸ナトリウムのタングステン酸ナトリウムに対するモル比(G/T比)およびpHも合わせて示した。 Plating bath A using nickel sulfamate, sodium tungstate, nickel chloride, propionic acid (complexing agent), sodium gluconate (complexing agent), sodium saccharin (brightening agent), and sodium lauryl sulfate (surfactant) -G was prepared. The specific plating bath composition is shown in Table 1. Table 1 also shows the molar ratio (G / T ratio) of sodium gluconate to sodium tungstate and pH in the plating bath.
そして、50℃のめっき浴中で、陰極電流密度3A/dm2の条件で、電析を行い、陰極表面にニッケルタングステン合金を形成した。このとき、めっき浴の浴流が、電極の主面に対して、垂直に当たるようにした。合金としては、厚みが約300μmの被膜(電着層)と、厚みが約1mmのバルク体とを作製した。なお、めっき浴A〜Gを用いた例を、それぞれ実施例1〜7とする。 Then, electrodeposition was performed in a 50 ° C. plating bath under the condition of a cathode current density of 3 A / dm 2 to form a nickel tungsten alloy on the cathode surface. At this time, the bath flow of the plating bath was perpendicular to the main surface of the electrode. As the alloy, a coating (electrodeposition layer) having a thickness of about 300 μm and a bulk body having a thickness of about 1 mm were prepared. Examples using plating baths A to G are referred to as Examples 1 to 7, respectively.
《比較例1》
めっき浴Aと同じ組成のめっき浴(温度50℃)を用い、めっき浴の浴流が、電極の主面に対して平行になるようにしたこと以外は、実施例1と同様にニッケルタングステン合金を形成した。合金中のタングステン含有量は、1.9原子%であった。
<< Comparative Example 1 >>
A nickel-tungsten alloy as in Example 1 except that a plating bath (temperature: 50 ° C.) having the same composition as the plating bath A was used and the bath flow of the plating bath was parallel to the main surface of the electrode. Formed. The tungsten content in the alloy was 1.9 atomic%.
《比較例2》
めっき浴Aにおいてサッカリンナトリウムの濃度を、5.0g/Lに変更した以外は、実施例1と同様にめっき浴Iを調製した。そして、めっき浴I(温度45℃)を用いて、
実施例1と同様にニッケルタングステン合金を形成した。合金中のタングステン含有量は、1.5原子%であった。
<< Comparative Example 2 >>
A plating bath I was prepared in the same manner as in Example 1 except that the concentration of saccharin sodium in the plating bath A was changed to 5.0 g / L. And using the plating bath I (temperature 45 degreeC),
A nickel tungsten alloy was formed in the same manner as in Example 1. The tungsten content in the alloy was 1.5 atomic%.
《比較例3》
比較例2のめっき浴Iと同じ組成のめっき浴(温度50℃)を用い、実施例1と同様にニッケルタングステン合金を形成した。合金中のタングステン含有量は、1.0原子%であった。
<< Comparative Example 3 >>
A nickel-tungsten alloy was formed in the same manner as in Example 1 by using a plating bath (temperature: 50 ° C.) having the same composition as the plating bath I in Comparative Example 2. The tungsten content in the alloy was 1.0 atomic%.
《比較例4》
比較例2のめっき浴Iと同じ組成のめっき浴(温度55℃)を用い、実施例1と同様にニッケルタングステン合金を形成した。合金中のタングステン含有量は、1.5原子%であった。
<< Comparative Example 4 >>
Using a plating bath (temperature 55 ° C.) having the same composition as the plating bath I of Comparative Example 2, a nickel tungsten alloy was formed in the same manner as in Example 1. The tungsten content in the alloy was 1.5 atomic%.
《比較例5》
実施例1のめっき浴Aと同じ組成のめっき浴(温度60℃)を用い、実施例1と同様にニッケルタングステン合金を作製した。合金中のタングステン含有量は、5.3原子%であった。
<< Comparative Example 5 >>
A nickel-tungsten alloy was prepared in the same manner as in Example 1 by using a plating bath (temperature 60 ° C.) having the same composition as the plating bath A in Example 1. The tungsten content in the alloy was 5.3 atomic%.
《評価》
得られた合金を用いて下記の評価を行った。
(a)合金中のタングステン含有量
合金の表面を鏡面研磨して、組成分析を行い、合金中のタングステン含有量(原子%)を求めた。分析には、SEM−EDS[エネルギー分散型X線分析装置(EDS:Energy Dispersive X−ray Spectroscopy) を装備した走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)]を用いた。分析は、印加電圧25V、エミッション10μAの条件で行った。
<Evaluation>
The following evaluation was performed using the obtained alloy.
(A) Tungsten content in alloy The surface of the alloy was mirror-polished and subjected to composition analysis to determine the tungsten content (atomic%) in the alloy. For the analysis, an SEM-EDS [Scanning Electron Microscope (SEM) equipped with an Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS)] was used. The analysis was performed under conditions of an applied voltage of 25 V and an emission of 10 μA.
(b)XRD解析および(200)面の配向度N200
鏡面研磨した合金について、CuKα線による粉末XRD解析を行った。解析は、電圧40kV、電流40mAの条件で、30°〜90°の範囲について行った。得られたXRDパターンとシェラーの式から、合金の結晶粒の粒径を算出した。なお、XRDピークの半値幅は、積分強度計算により平滑化し、加重平均およびSonneveld−Visser法を利用して強度比0.5で、バックグランドおよびCuKα分を除去することにより算出した。
また、XRDパターンから、既述の方法により、(200)面の配向度N200を求めた。
(B) XRD analysis and (200) plane orientation N 200
The mirror-polished alloy was subjected to powder XRD analysis using CuKα rays. The analysis was performed for a range of 30 ° to 90 ° under the conditions of a voltage of 40 kV and a current of 40 mA. From the obtained XRD pattern and Scherrer's formula, the grain size of the crystal grains of the alloy was calculated. The half width of the XRD peak was calculated by smoothing by integral intensity calculation, and removing the background and CuKα components at an intensity ratio of 0.5 using a weighted average and the Sonneveld-Visser method.
Further, the XRD patterns, by the method described above, was determined orientation N 200 of (200) plane.
(c)引張試験
合金のバルク体を、放電加工することにより、図2に示す試験片を作製した。得られた試験片を用いて、既述の手順で引張試験を行い、合金の伸び率(%)を求めた。また、弾性領域において、最大伸びを示した時点での引張強度(MPa)を求めた。
(C) Tensile test A test piece shown in FIG. 2 was produced by subjecting an alloy bulk body to electrical discharge machining. Using the obtained test piece, a tensile test was performed according to the procedure described above to determine the elongation percentage (%) of the alloy. Moreover, the tensile strength (MPa) at the time of showing the maximum elongation in the elastic region was determined.
(d)耐熱性試験
まず、表面を鏡面研磨した合金のマイクロビッカーズ硬さを、マイクロビッカーズ硬さ試験機を用いて、荷重500g、負荷時間10秒の条件で測定した。
合金を、300℃で1時間、熱処理(固溶化熱処理)し、上記と同様にマイクロビッカーズ硬さを測定するとともに、上記(b)と同様にして結晶粒の粒径を測定した。また、熱処理の温度を変更して、硬さと結晶粒の粒径を測定した。
(D) Heat resistance test First, the micro Vickers hardness of the alloy whose surface was mirror-polished was measured using a micro Vickers hardness tester under conditions of a load of 500 g and a load time of 10 seconds.
The alloy was heat treated (solution heat treatment) at 300 ° C. for 1 hour, the micro Vickers hardness was measured in the same manner as described above, and the grain size of the crystal grains was measured in the same manner as in (b) above. Moreover, the temperature of the heat treatment was changed, and the hardness and the grain size of the crystal grains were measured.
(e)陰極の電流効率
電析前と電析後の陰極の質量変化から合金の析出量を求めた。この析出量の理論析出量に対する比率(%)を算出し、陰極の電流効率として評価した。なお、理論析出量は、電析に要した電気量から求めた。
(E) Current efficiency of cathode The amount of deposited alloy was determined from the mass change of the cathode before and after electrodeposition. The ratio (%) of the deposited amount to the theoretical deposited amount was calculated and evaluated as the current efficiency of the cathode. The theoretical amount of precipitation was determined from the amount of electricity required for electrodeposition.
タングステン含有量と合金中の結晶粒の粒径との関係を図3aに示す。また、合金のホール・ペッチプロットと純ニッケルのホール・ペッチの関係を図3bに示す。図3aに示されるように、実施例の合金では、タングステン含有量が増加するにつれて、結晶粒の粒径は小さくなった。また、図3bに示されるように、実施例の合金では、結晶粒の粒径が小さくなるにつれて、硬さが増加した。また、実施例の合金は、金属ニッケルに比べても硬さが増加した。 The relationship between the tungsten content and the grain size of the grains in the alloy is shown in FIG. FIG. 3b shows the relationship between the hole-petch plot of the alloy and the hole-petch of pure nickel. As shown in FIG. 3a, in the example alloys, the grain size of the grains decreased as the tungsten content increased. Further, as shown in FIG. 3b, the hardness of the alloy of the example increased as the grain size of the crystal grains decreased. In addition, the hardness of the alloy of the example was increased as compared with metallic nickel.
図4は、タングステン含有量と合金の(200)面の配向度N200との関係を示すグラフである。めっき浴D、EおよびFでは、めっき浴中のタングステン濃度は同じである。しかし、グルコン酸ナトリウムの濃度が異なることで、タングステン含有量および配向度N200が異なる合金が得られることが分かる。また、比較例では、配向度N200が1.0よりも大きい場合には、合金中のタングステン含有量が小さくなり、タングステン含有量が大きくなると配向度N200は1より小さくなる傾向がある。なお、図中では、比較例1〜3を黒い丸印で示し、比較例4および5を黒い三角印で示した。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the tungsten content and the degree of orientation N 200 of the (200) plane of the alloy. In the plating baths D, E, and F, the tungsten concentration in the plating bath is the same. However, since the concentration of sodium gluconate are different, it can be seen that the tungsten content and the degree of orientation N 200 is different alloys obtained. Further, in the comparative example, when the orientation degree N 200 is larger than 1.0, the tungsten content in the alloy decreases, and when the tungsten content increases, the orientation degree N 200 tends to become smaller than 1. In the figure, Comparative Examples 1 to 3 are indicated by black circles, and Comparative Examples 4 and 5 are indicated by black triangles.
表2に、実施例3および7の合金の引張試験、およびマイクロビッカーズ硬さ試験の結果を示す。実施例7については、同様にして作製した3つの試験片について評価を行った(G−1、G−2、およびG−3)。表2中、「硬さ」とは、マイクロビッカーズ硬さである。 Table 2 shows the results of the tensile test and the micro Vickers hardness test of the alloys of Examples 3 and 7. About Example 7, it evaluated about three test pieces produced similarly (G-1, G-2, and G-3). In Table 2, “hardness” is micro Vickers hardness.
表2に示されるように、実施例の合金では、伸び率および引張強度が高く、ビッカーズ硬さにも優れていた。それに対し、比較例では、合金が脆すぎて、引張試験を行うことができなかった。 As shown in Table 2, the alloys of the examples had high elongation and tensile strength and were excellent in Vickers hardness. On the other hand, in the comparative example, the alloy was too brittle and the tensile test could not be performed.
図5は、実施例1、4および5で得られた合金を熱処理した場合の、熱処理温度と結晶粒の粒径との関係を示すグラフである。図6は、実施例5で得られた合金を熱処理した場合の熱処理温度とマイクロビッカーズ硬さとの関係を示すグラフである。図5に示されるように、合金中のタングステン含有量が多くなるにつれて、熱処理での結晶粒の粒径が大きくなることが抑制されている。また、図6から、実施例5では、400℃の熱処理を行った場合でも、熱処理前と同等の硬さが得られており、高い耐熱性が示された。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and the crystal grain size when the alloys obtained in Examples 1, 4 and 5 are heat treated. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and Micro Vickers hardness when the alloy obtained in Example 5 is heat treated. As FIG. 5 shows, it is suppressed that the particle size of the crystal grain by heat processing becomes large as the tungsten content in an alloy increases. Further, from FIG. 6, in Example 5, even when a heat treatment at 400 ° C. was performed, the same hardness as that before the heat treatment was obtained, and high heat resistance was shown.
図7は、合金中のタングステン含有量と、陰極の電流効率との関係を示すグラフである。図7から、合金中のタングステン含有量が増加するにつれて、陰極の電流効率は、減少する傾向にある。しかし、いずれの実施例でも、70%を超える高い電流効率が得られた。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the tungsten content in the alloy and the current efficiency of the cathode. From FIG. 7, the current efficiency of the cathode tends to decrease as the tungsten content in the alloy increases. However, in any of the examples, a high current efficiency exceeding 70% was obtained.
本発明に係るニッケルタングステン合金は、耐熱性および延性に優れており、電子機器や、電子機器の測定装置など、様々な用途に使用することができる。 The nickel-tungsten alloy according to the present invention is excellent in heat resistance and ductility, and can be used for various applications such as electronic devices and measuring devices for electronic devices.
1:支持部、2:バネ部、3:先端部、10:コンタクトプローブ、Lmax:最大長さ、Lmin:最小長さ、S:試験片、11:つかみ部、12:平行部、13:肩部、14:標点、15:けがき線、L1:試験片の長さ、W:試験片の幅、D:2つの標点14間の距離、R:肩部13の半径
1: support part, 2: spring part, 3: tip part, 10: contact probe, L max : maximum length, L min : minimum length, S: test piece, 11: grip part, 12: parallel part, 13 : Shoulder, 14: Mark, 15: Mark line, L 1 : Length of test piece, W: Width of test piece, D: Distance between two
Claims (6)
前記タングステンの含有量は、2.0原子%を超えて10.0原子%以下であり、
X線回折スペクトルにおいて、(200)面の配向度N200は、N200>1.0である、ニッケルタングステン合金。 Including nickel and tungsten,
The tungsten content is more than 2.0 atomic% and 10.0 atomic% or less,
In the X-ray diffraction spectrum, the degree of orientation N 200 on the (200) plane is N 200 > 1.0, which is a nickel tungsten alloy.
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