JP7103351B2 - 電気Ni-P-B系めっき皮膜の成膜方法、当該皮膜、及び当該皮膜を備える摺動部材 - Google Patents
電気Ni-P-B系めっき皮膜の成膜方法、当該皮膜、及び当該皮膜を備える摺動部材 Download PDFInfo
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Description
以下、本発明の第1実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法(以降、「第1方法」と称される場合がある。)について説明する。
第1方法は、ニッケル(Ni)-リン(P)-ホウ素(B)系めっき皮膜の成膜方法である。第1方法においては、Niイオン、亜リン酸イオン、アルキルアミンボラン、酢酸、少なくとも一種の一次光沢剤、及び少なくとも一種の界面活性剤を含む二次光沢剤を含むめっき浴中における電気めっきが行なわれる。
以上のように、第1方法によれば、例えばヤケ及び異常析出等の外観不良の発生を低減しつつ電流密度を高めて生産効率を高めることができ、且つ、高い硬度を有するNi-P-B系めっき皮膜を成膜することができる。即ち、第1方法によれば、めっき皮膜の硬度と生産効率とを十分に高いレベルにて両立することができる。
以下、本発明の第2実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法(以降、「第2方法」と称される場合がある。)について説明する。
第2方法は、上述した第1方法のより好ましい実施形態の1つであり、アルキルアミンボランとしてトリアルキルアミンボラン又はジアルキルアミンボランを採用し、界面活性剤としてアニオン性界面活性剤を採用することを特徴とするNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法である。
第2方法によれば、例えばヤケ及び異常析出等の外観不良の発生を低減しつつ電流密度を高めて生産効率を高めることができ、且つ、高い硬度を有するNi-P-B系めっき皮膜をより確実に成膜することができる。即ち、第2方法によれば、めっき皮膜の硬度と生産効率とをより高いレベルにて両立することができる。
以下、本発明の第3実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法(以降、「第3方法」と称される場合がある。)について説明する。
第3方法は、上述した第2方法のより好ましい実施形態の1つであり、アルキルアミンボランとしてトリメチルアミンボラン又はジメチルアミンボランを採用し、界面活性剤としてドデシル硫酸ナトリウムを採用することを特徴とするNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法である。
第3方法によれば、例えばヤケ及び異常析出等の外観不良の発生を低減しつつ電流密度を高めて生産効率を高めることができ、且つ、高い硬度を有するNi-P-B系めっき皮膜を更により確実に成膜することができる。即ち、第3方法によれば、めっき皮膜の硬度と生産効率とを更により高いレベルにて両立することができる。
以下、本発明の第4実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法(以降、「第4方法」と称される場合がある。)について説明する。
そこで、第4方法は、上述した第1方法乃至第3方法のより好ましい実施形態の1つであり、電気めっきを行うときの電流密度が80A/dm2以上であることを特徴とするNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法である。
第4方法によれば、例えばヤケ及び異常析出等の外観不良の発生を低減しつつ、高い硬度を有するNi-P-B系めっき皮膜をより高い生産効率にて成膜することができる。即ち、第4方法によれば、高い硬度及び品質を有するNi-P-B系めっき皮膜をより高い生産効率にて成膜することができる。
本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、上述した電気Ni-P-B系めっき皮膜の成膜方法のみならず、電気Ni-P-B系めっき皮膜にも関する。以下、本発明の第5実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜(以降、「第5皮膜」と称される場合がある。)について説明する。
第5皮膜は、Ni-P-B系の三元合金からなるめっき皮膜である。第5皮膜において、ニッケル(Ni)の含有率は90at%以上であり且つ98at%以下であり、リン(P)の含有率は1at%以上であり且つ9at%以下であり、ホウ素(B)の含有率は0.1at%以上であり且つ1at%未満である。このような皮膜中に含まれる各成分の含有率は、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)等、当業者に周知の分析方法によって測定することができる。
以上のように、第5皮膜は極めて小さい結晶子からなる緻密な構造を有する。その結果、第5皮膜は高い硬度を有し、高い耐摩耗性及び疲労強度等を達成することができる。従って、例えば摺動部材の摺動部の表面に第5皮膜を成膜することにより、当該摺動部材の摺動特性を向上させることができる。
以下、本発明の第6実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜(以降、「第6皮膜」と称される場合がある。)について説明する。
第6皮膜は、上述した第5皮膜であって、Ni-P-B系めっき皮膜において、炭素(C)の含有率が0.1at%以上であり、且つ、硫黄(S)の含有率は0.1at%以上である。このような皮膜中に含まれる炭素(C)及び硫黄(S)の含有率もまた、例えば、二次イオン質量分析法(SIMS)等、当業者に周知の分析方法によって測定することができる。
以上のように、第6皮膜によれば、極めて小さい結晶子からなる緻密な構造をより確実に達成することができる。その結果、第6皮膜は高い硬度を有し、高い耐摩耗性及び疲労強度等を達成することができる。従って、例えば摺動部材の摺動部の表面に第6皮膜を成膜することにより、当該摺動部材の摺動特性を向上させることができる。
本明細書の冒頭において述べたように、本発明は、上述した電気Ni-P-B系めっき皮膜の成膜方法及び当該皮膜のみならず、電気Ni-P-B系めっき皮膜を備える摺動部材にも関する。以下、本発明の第7実施形態に係る摺動部材(以降、「第7部材」と称される場合がある。)について説明する。
第7部材は、少なくとも摺動部の表面に形成されためっき皮膜を備える摺動部材であって、当該めっき皮膜は上述した第5皮膜及び第6皮膜を始めとする本発明の各種実施形態に係るNi-P-B系めっき皮膜(本発明皮膜)である。
上述したように、本発明皮膜は高い硬度を有し、高い耐摩耗性及び疲労強度等を達成することができる。従って、少なくとも摺動部の表面に形成された本発明皮膜を備える第7部材は、高い摺動特性を発揮することができる。
〈めっき浴〉
従来技術の例としての比較例1乃至比較例6並びに本発明の例としての実施例1乃至実施例9に係るめっき皮膜を成膜するためのめっき浴として、以下の表1及び表2に列挙する各種めっき浴(500mL)を調製した。尚、表1及び表2においては、比較例は「CE」、実施例は「WE」と表記する。
表1及び表2に列挙した各種めっき浴を65℃に加熱し、マグネットスターラーを使用して1000rpmの回転数にて撹拌しながら、不溶性のTi/Pt電極を対極として、100A/dm2の電流密度において1分間に亘って電気めっきを行い、10μmの厚みを有するめっき皮膜を20mm×20mmの正方形の鉄(Fe)製のテストピースの表面上に成膜し、比較例1乃至比較例6並びに実施例1乃至実施例9に係る各種評価用サンプルを作成した。尚、何れの評価用サンプルについても、成膜後のベーキング処理は施さなかった。
(1)硬度
ビッカース硬度計を使用し、25gの荷重にて10秒間に亘って各種テストピースの表面を圧子によって押圧し、ビッカース硬さを測定した。
(2)皮膜組成
二次イオン質量分析法(SIMS)により、皮膜中の各成分の含有率を測定した。但し、表2に示した比較例5及び6並びに実施例3乃至9については、被膜組成の分析を省略した。
(3)結晶子サイズ
X線回折(XRD)によって測定される回折チャート(スペクトル)に基づきシェラー(Scherrer)の式を用いて結晶の配向面(200)における結晶子サイズを測定した。
比較例1については、一次光沢剤及び二次光沢剤を何れもめっき浴に配合しなかったため、テストピースの全面に異常析出が発生し、皮膜の硬度はHv350と不十分であった。これは、めっき浴の組成を反映し、ホウ素(B)、炭素(C)及び硫黄(S)を皮膜中に取り込むことができず、結晶の微細化が進まず(結晶子サイズ=22nm)、緻密な皮膜構造を形成することができなかったためであると考えられる。
Claims (3)
- Ni-P-B系めっき皮膜の成膜方法であって、
Niイオン、亜リン酸イオン、アルキルアミンボラン、酢酸、少なくとも一種の一次光沢剤、少なくとも一種の二次光沢剤及び少なくとも一種の界面活性剤を含むめっき浴中において80A/dm2以上の電流密度にて前記Ni-P-B系めっき皮膜の電気めっきを行なうこと、並びに
X線回折によって測定される大きさが4nm以上であり且つ10nm以下である結晶子の皮膜を形成すること、
を含み、
前記めっき浴における前記アルキルアミンボランの濃度は1.37mmol/L以上であり、
前記めっき浴における前記酢酸の濃度は0.70mol/L以上であり且つ2.80mol/L未満である、
ことを特徴とするNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法。 - 請求項1に記載のNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法において、
前記アルキルアミンボランはトリアルキルアミンボラン又はジアルキルアミンボランであり、
前記界面活性剤はアニオン性界面活性剤である、
ことを特徴とするNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法。 - 請求項2に記載のNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法において、
前記アルキルアミンボランはトリメチルアミンボラン又はジメチルアミンボランであり、
前記界面活性剤はドデシル硫酸ナトリウムである、
ことを特徴とするNi-P-B系めっき皮膜の成膜方法。
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