JPH02217497A - ニッケル―タングステン―炭化珪素複合めっき法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械部品等の摺動面に耐磨耗性を付与すること
を目的とする硬質めっき法に関するものである。

〔従来の技術〕

耐磨耗性硬質めっきとしては一般に硬質クロムめっきが
用いられるが、硬質クロムめっきは４００℃以上の高温
に暴露されると軟化して耐磨耗性を喪失する欠点を存す
る。即ち硬質クロムめっきは常温に於いてビッカース硬
度Ｈν、８００〜１０００を有するが、温度６００℃に
１時間暴露されるとＨν９４００以下に硬度が低下して
耐磨耗性を喪失するに到る。

この様な欠点を改善する目的をもって、最近種々な硬質
めっき法が開発されている。即ちクロム酸を主体とする
めっき浴にぎ酸やしゅう酸を添加しためっき浴から非晶
質クロムめっきが得られ、これを６００℃に加熱するこ
とにより、ｆｌｙ、　１８００の硬質クロムめっきが得
られることが公知となっているが、このめっきは加熱に
より大きなりランクを発生すると言う欠点を有するため
実用化が困難である。また３価りロム浴にダイヤモンド
微粉末を共析させた複合めっきも開発され６００℃に熱
処理することにより、Ｈｖ、１８００の硬質クロムめっ
きが得られることも公知となっているが、このめっき浴
は電着速度が極めて遅いと言う欠点があるために工業的
実用化が困難である。また同様の目的を持って種々なニ
ンケル合金めっきも開発されている。即ち無電解ニッケ
ルー燐合金めっきに炭化珪素微粉末を共析させた複合め
っきが実用化されているが、その硬度及び耐磨耗性は充
分なものとは言えなかった。またニッケルータングステ
ン合金めっきは熱処理により硬化する析出硬化型合金め
っきとして公知である。このめっきは硬度がＨｖ。

６００であり、４００℃で１時間の熱処理を行なうと、
最高Ｈｖ、１５００の硬度が得られるが電着応力が極　
めて高いために、厚めつきを行なうと、めっき層に大き
なりランクを発生すると言う欠点があり実用本発明は上
記従来技術の問題点を解決し、めっき後の硬度が硬質ク
ロムの硬度に匹敵し、且つ熱処理により更に高い硬度が
得られ、高温下に於いて硬度及び耐磨耗性が低下せず、
まためっき工程に於いてめっき層にクランク等の欠陥を
発止することのない工業的に実用可能な硬質めっき方法
を提供することを目的とするものである。

〔発明の概要〕

本発明者は上記問題点を解決し工業的に実用可能な耐熱
性硬質めっき法を開発するために鋭意研究を行なった結
果、限定された条件下に於いてくえん酸アンモニウム系
ニッケルータングステン合金めっき浴に、粒径０゜８〜
１．５μＩの炭化珪素微粉末を分散浮遊させながら電解
めっきすることにより得られるニッケル−タングステン
−炭化珪素複合めっきが、常温に於いて硬質クロムめっ
きと同等の硬度を持ち、且つ、４００℃の温度で１時間
の熱処理を施すことにより、最高ＨＶ、１７００と言う
極めて高い硬度が得られ、高温に於ける耐熱硬度に優れ
且つ硬質クロムの数倍の耐磨耗性を有する新規な硬質め
っきが容易且つ経済的に得られる方法を確立することに
より本発明を完成させた。以下、更に詳しく本発明を説
明する。

〔発明の構成〕

本発明に使用するめっき浴はくえん酸アンモニウム系の
ニッケルータングステン合金めっき浴である。この浴か
ら種々の組成をもったニッケルータングステン合金めっ
きが得られることは公知であるが、本発明の目的に合致
したニッケルータングステン合金めっきが得られるめっ
き浴組成及びめっき条件は、本発明者の広範囲にわたる
実験研究の結果以下の如（に限定される。

硫酸ニッケル（６水塩）　　　　　　　　０．１２〜０
．１６ｍｏｌ／　１タングステン酸ナトリウム（２水塩
）　０．１７〜０．２３ｍｏｌ／　１くえん酸アンモニ
ウム（ｌ水塩）　　　０．３０〜０．５０ｍｏｌ／　１
ｐＨ６，５〜７．５ 浴温　　　　　　　　　　　　　　６０〜８０℃陰極電
流密度　　　　　　　　　　１０〜３０Ａ／ｄａｚ陽橿
は５０５３０４等のステンレス鋼板が不溶性陽極として
好ましく使用される。

電解により消耗した金属分は、水酸化ニッケル及びタン
グステン酸をめっき浴に添加することにより補給される
。

この範囲のめっき浴組成及びめっき条件が本発明の第一
の構成要件である。

上記の条件下にめっきを行なうと、タングステンを４４
〜５０％を含有するニッケルータングステン合金めっき
が電着し、このめっき皮膜の硬度は、ＨＶ、６５０〜７
５０を示す。またこのめっき皮膜は温度４００℃で熱処
理を施すことにより、硬度がＨｖ、１２００〜１３００
まで上昇する特性を有する。しかしこのめっきはめっき
後の硬度が１１ν、６５０〜７５０であり、硬度Ｈｖ、
８００〜１０００の硬質クロムめっきに劣るので、熱処
理をしないで使用する場合には硬度、耐磨耗性ともに従
来の硬質クロムめっきに劣るものである０本発明に於い
ては上記めっき浴に炭化珪素微粉末を分散浮遊させつつ
電解めっきを行ない、ニッケルータングステン合金と炭
化珪素を共析させた複合めっきとすることにより本発明
の目的を達成したものである。

本発明者は上記のニッケルータングステン合金めっきに
共析させる硬質微粉末材料について炭化タングステン等
の炭化物、窒化はう素等の窒化物、人工ダイヤモンド等
広範囲の素材について実験検討を行なったが、炭化珪素
が本発明の目的には特異的に適していることがｆ！認で
きた。またその微粉末の粒径は０．８〜１．５μ蹟のも
のが最も適していることも実験の結果確かめられた。即
ち、粒径０．８〜１．５μ−の炭化珪素微粉末を上記の
めっき浴に分散浮遊させつつ電解めっきを行なうことが
本発明の第二の構成要件である。炭化珪素微粉末をめっ
き浴中に分散浮遊させるための撹拌方法については、一
般に空気撹拌及び機械的撹拌の方法があるが、本発明者
の実験の結果、空気撹拌では均質な複合めっきが得られ
難いと言う事実が確認された為、機械的撹拌方法を用い
ることが本発明に於ける第三の構成要件である。

上記の構成要件を満足する方法で得られた本発明のニッ
ケル−タングステン−炭化珪素複合めっきは、ニッケル
５０〜５６％、タングステン４４〜５０％のニッケルー
タングステン合金マトリクス中に炭化珪素５〜１０％を
含有したもので、めっき後常温に於ける硬度はＨｖ、８
５０〜１０００であり、従来の硬質クロムめっきと同等
の硬度を示し、温度４００℃にて１時間の熱処理を施す
と、Ｈｖ、　１５００〜１７００の極めて高い硬度を示
し、高温下に於いて硬度及び耐磨耗性の低下をもたらさ
ないと言う特性を発揮する。

上記の発明の構成について更に詳しく説明すれば、第一
の構成要件として規定しためっき浴組成を逸脱すると、
めっき皮膜の硬度が充分でないか、もしくは、めっき皮
膜にクランクや剥離等の欠陥が発生するに到る。また第
二の構成要件である炭化珪素微粉末の粒径に関しては、
粒径が０．８μ園以下では皮膜の硬度や耐磨耗性が充分
でなくまた１、５μ１以上では、めっき皮膜の表面粗度
が大きくなり好ましくない。

また第三の構成要件であるめっき浴の撹拌方法について
は、もし空気撹拌を行なうとめっき皮膜の外観及び性能
が不均質で好ましくなく、機械的撹拌方法によることが
必要な条件である。

〔本発明の効果〕

本発明の第一の効果は高い硬度と耐磨耗性を持った硬質
めっき皮膜が得られることである。めっき後の常温に於
ける硬度は、Ｈｖ、８５０〜１０００であり通常の硬質
クロムめっきと同等であるが、耐磨耗性はテーパー磨耗
試験によれば、通常の硬質クロムめっきよりも優れてお
り、温度４００℃、１時間の熱処理を施すと、硬度はＨ
ｖ、１５００＝１７００に上昇し、耐磨耗性はテーパー
磨耗試験によれば、硬質クロムめっきの３倍以上を示し
た。従来の硬質クロムめっきの欠点であった高温下に於
ける硬度及び耐磨耗性の低下とは逆に、本発明によれば
高温に於いて更に高い硬度と耐磨耗性を発揮する新規な
硬質めっき皮膜が得られる。

本発明の第二の効果は、本発明のめっき浴が持つ高い電
流効率により、通常の硬質クロムめっきの３倍以上の析
出速度が得られ、短時間で厚めつきが可能となることで
ある。これはめっき作業時間の短縮を可能とし経済効果
が極めて高い。

本発明の第三の効果は、従来の硬質クロムめっきに比較
して、その耐食性が極めて優れていることである。特に
耐酸性に優れており、例えば１５％の塩酸による浸漬試
験によれば、本発明によるめっき皮膜は硬質クロムめっ
き皮膜の５０倍以上の耐食性を示した。本発明の第四の
効果はめっき皮膜の電着応力が低く、その結果厚めつき
を行なってもクランクや剥離を発生しないことである。

一般にニッケルータングステン合金めっきは電着応力が
高い為に、厚いめっきをするとクラックを発生し、めっ
き皮膜の剥離をきたすと言う欠点があるが、本発明のめ
っきに於いては共析する炭化珪素の微粒子によって応力
が分散低減される為に厚めつきを行なっても、めっき皮
膜のクランクや剥離の発生が抑制されるものと思考され
る。

また本発明によるめっきは均一電着性が非常に優れてお
り、均一電着性に乏しい硬質クロムめっきに比較して作
業性が顕著に改善されると言う利点がある。

本発明の第五の効果は、めっき浴中にクロムめっき浴の
如く６価クロム等の毒物を含有せず、且つ液性は中性で
あるため低公害性であり、労働安全上にも問題がない点
である。

次ぎに実施例を挙げて本発明を詳述する。

〔実施例） め　きｒ゛　　　びめっき Ｎ１５Ｏ，・６）１ｇｏ　　　　　　　　　　Ｏ，１３
０ｍｏｌ／ｆＮａｘＷＯ＊　・２Ｈｔ０　　　　　　　
　　０．２１０　ａ＋ｏｌ／　ｊＩＣＪｓＯｔ（ＮＨ４
）ｓ　’　ＨｚＯＯ，４７０ｓｏｆ／　ＩｔＳｉＣ（平
均粒径１μｍ）　　　　　　５０　ｇ／　ｊ！ｐＨ（ア
ンモニア水とくえん酸で調整）７．０浴温　　　　　　
　　　　　　　７０℃陰極電流密度　　　　　　　　　
２ＯＡ／ｄａ”陽極　ＳＵＳ　３０４鋼板 撹拌方法　プロペラ式撹拌機による機械的撹拌陰極（被
めっき体）　軟鋼板（ＳＰＣＣ）めっき時間　３０分間 以上のめっき作業によりめっき膜厚５５μ諧の無光沢平
滑なニッケル−タングステン−炭化珪素複合めっきが得
られた。

このめっき皮膜をＥＰＭＡ　（エレクトロンプローブ・
マイクロアナライザー）により定量分析を行なったとこ
ろ、次ぎの如き分析結果が得られた。

Ｎｉ　　４６．３２％ Ｉｆ　　　４６．１４　　％ Ｓｔ　　　４．３１　　％ Ｃ〜３．２０　％ この分析結果から、このめっきは炭化珪素を約７゜５％
含有することが分かった。またこのめっきの断面を顕微
鏡により観察したところ、炭化珪素微粉末はニアケル−
タングステン合金マトリクス中に均一に分散しているこ
とが分かった。

このめっき皮膜の硬度をマイクロビッカース硬度計で測
定したところ、Ｈｖ、９１０を示した。またこのめっき
を電気炉を用いて、温度４００℃で１時間熱処理を行な
い冷却後その硬度を測定したところ、Ｈｖ、　１６５０
を示した。

硬質クロムめっき５０μｍを施した鋼板を比較試験片と
して、上記の実験で得られたニッケル−タングステン−
炭化珪素複合めっき試験片の熱処理を行なわないものと
４００℃、１時間の熱処理を行なったものを用いて、テ
ーパー磨耗試験機による耐磨耗性試験を行なった。試験
条件は、５Ｃ−１７磨ＫＭを用い１０００ｇの荷重で１
００００サイクルの磨耗試験後の磨耗量を測定して次ぎ
の如き結果が得られた。

本発明のニッケル−タングステン− 炭化珪素複合めっき（熱処理なし）　　１７．６Ｂ本発
明のニッケル−タングステン− 炭化珪素複合めっき（熱処理後）　　　　６．４ｍｇ硬
質クロムめっき（サージエント浴）　　２３．８ｍｇ上
記の試験結果から本発明のニッケル−タングステン−炭
化珪素複合めっきは、熱処理を行なわなくても、従来の
硬質クロムめっきよりも優れた耐磨耗性を発揮し、且つ
熱処理を行なうことにより硬質クロムめっきの３倍以上
の耐磨耗性を発揮することが証明された。

〔比較例〕　（本発明の構成要件を逸脱した場合）めっ
きｒ゛　　　びめっき Ｎ１５Ｏｉ　　・６Ｈｇ０　　　　　　　　　０．１７
　ｍｏｌ／　ｊ！ＮａＪＯｅ　・２ＨｔＯＯ，１６ｍｏ
ｌ／　ＩＣＪｓＯｔ　（ＮＨ＊）　ｓ・ＨｚＯＯ，２９
ｍｏｌ／　ｌ５ｔＣ（平均粒径０．５μｍ）　　　　　
１５　ｇ／　１ｐＨ６，０ 浴温　　　　　　　　　　　　　６０℃陰極電流密度　
　　　　　　　　８　Ａ／ｄｍｚ陽極　ＳＵＳ　３０４
鋼板 撹拌方法　　空気撹拌 陰極（被めっき体）軟鋼板 めっき時間　３０分 以上のめっき作業によりめっき膜厚４３μｍのめっきが
得られたが、めっき表面には肉眼で見えるクランクが存
在し、一部めっきの剥離が認められた。めっき皮膜の硬
度は、ｔｌｖ、６８０であり、従来の硬質クロムめっき
より劣ったものであった。めっき皮膜にクランクや剥離
があるために耐磨耗試験は実施不能であった。

以上の実施例で説明したように、本発明は優れた硬度と
耐磨耗性をもち、高温に暴露されると更に高い硬度と耐
磨耗性を発揮する新規な硬質めっきを得る為の工業的に
実施可能な方法を提供するものであり、工業上有意義な
発明である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 硫酸ニッケル　０．１２〜０．１６ｍｏｌ／ｌ タングステン酸ナトリウム　０．１７〜０．２３ｍｏｌ
   ／ｌ くえん酸アンモニウム　０．３０〜０．５０ｍｏｌ／ｌ ｐＨ　６．５〜７．５ 浴温　６０〜８０℃ 上記の組成のめっき液に粒径０．８〜１．５μｍの炭化
   珪素微粉末を２０〜６０ｇ／ｌの濃度で分散させ機械的
   に撹拌しながら、ステンレス鋼板を陽極として、陰極電
   流密度ど〜３０Ａ／ｄｍ＾２で電解することを特徴とす
   る、ニッケル−タングステン−炭化珪素複合めっき法。