JPH09263989A - 金属基材へのめっき方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】めっき層形成後における亀裂や剥離の発生を抑
制することの可能な金属基材へのめっき方法を提供す
る。 【解決手段】めっき液を、ジェットノズル１５から勢い
よく噴射せしめ、アルミニウム製の基材１表面に当て
る。また、めっき液によって電気的に接続された同ノズ
ル１５及び基材１間に電圧をかけることにより、ジェッ
トノズル１５がアノード、基材１がカソードとしての役
割を果たし、基材１の表面に金属めっき液中の金属イオ
ン成分が金属マトリックスとなって析出し、めっき層が
形成される。このように、めっき液を比較的速い流速を
もたせて基材１の表面に接触させることにより、形成さ
れるめっき層には水素が取り込まれにくく、めっき層の
形成後において、微視的なポーラス状態となるのが回避
される。従って、めっき層は、圧縮側の残存応力を有す
ることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属基材へのめっ
き方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、鉄や、アルミニウム等の基材
にめっきの施された製品が種々製造されている。当該製
品としては、例えば自動車用バンパー、バックミラー、
反射板、電気・電子部品、精密機械用部品、航空機の構
成部品、エンジン用ピストン、ブスバー、電線等が挙げ
られる。

【０００３】一般に、金属基材（例えばアルミニウム基
材）にめっきを施す場合には、以下のような工程を経
る。まず、基材とめっき層との間の密着性を確保するた
め、その表面に形成された酸化膜や汚れを除去するため
の前処理工程が必要である。かかる前処理の手法とし
て、従来では、例えば亜鉛置換法なる技術が採用されて
いる。すなわち、まず脱脂工程において、基材の表面が
脱脂され、次いで、エッチング溶液により、アルミニウ
ム基材の表面がエッチングされ、硝酸、ふっ化水素酸、
硫酸等により酸処理が行われる。上記酸処理を工程を経
た基材は、亜鉛置換（又は亜鉛合金置換）工程へと供さ
れる。この置換工程においては、水酸化ナトリウムと酸
化亜鉛とを基本成分とする亜鉛置換液中で、アルミニウ
ム基材が処理される。すると、アルミニウム表面の薄い
酸化皮膜が除去され、新しく露出した活性な表面に亜鉛
が置換析出する。そして、この亜鉛皮膜を硝酸で剥離
し、もう一度亜鉛置換処理を繰り返すと、一層均一な表
面が得られる。

【０００４】そして、このような複雑な前処理工程を経
た後、基材は、公知の電気めっき工程へと供される。す
なわち、所定のめっき溶液中に基材が浸漬されるととも
に、その状態で、電極間に電圧が印加される。これによ
り、図６に示すように、基材５１の表面に、電気めっき
層５２が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、同図に示すように、基材５１上に形成され
ためっき層５２は、引張側の残留応力を有している場合
がほとんどであった。これは、次のことが原因であると
考えられる。つまり、個々の金属イオンがめっき層５２
を形成する際に、水素原子を取り込んでしまい、めっき
層５２の形成後において、その取り込まれた水素原子
が、水素ガスとなって放出される。そのため、めっき層
５２は微視的にはポーラスなものとなり、中心部方向に
向かって引っ張られることとなり、これが引張側への残
留応力の原因になるのである。

【０００６】そして、このように引張側への残留応力が
めっき層５２に残ってる場合には、めっき層５２に亀裂
（クラック）が発生したり、めっき層５２が剥離したり
するおそれがあった。

【０００７】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、めっき層形成後におけ
る亀裂や剥離の発生を抑制することの可能な金属基材へ
のめっき方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、金属基材に金属めっき
を施す方法であって、金属めっき液を、ノズル開口部か
ら吹き付けて前記金属基材の表面に流速をもたせて接触
させ、前記金属めっき液で電気的に接続された前記ノズ
ル及び金属基材間に電圧をかけることにより前記金属基
材の表面にめっき層を形成するとともに、形成されるめ
っき層の残留応力が圧縮側となるようにしたことをその
要旨としている。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載の金属基材へのめっき方法において、前記金属
めっき液中に不溶性粒子を分散させることにより、前記
金属めっき液の吹き付けに際し、少なくとも前記金属基
材の表面に前記不溶性粒子からの応力を与えるようにし
たことをその要旨としている。

【００１０】さらに、請求項３に記載の発明では、請求
項２に記載の金属基材へのめっき方法において、前記不
溶性粒子からの応力を、形成されつつあるめっき層の表
面にも与え続けるようにしたことをその要旨としてい
る。

【００１１】併せて、請求項４に記載の発明では、請求
項１〜３のいずれかに記載の金属基材へのめっき方法で
あって、前記金属基材の表面に接触させる際の前記金属
めっき液の流速を、４ｍ／ｓ以上とし、かつ、前記金属
基材が変形しない速度としたことをその要旨としてい
る。

【００１２】加えて、請求項５に記載の発明では、請求
項２〜４のいずれかに記載の金属基材へのめっき方法で
あって、前記金属基材はアルミニウムにより構成されて
いることをその要旨としている。

【００１３】ここで、上記金属めっき液としては、各種
金属イオンを含有するめっき液であればいかなるもので
もよく、例えばニッケルめっき液、銅めっき液、亜鉛め
っき液、錫っき液及びこれらの組合せ等が挙げられる。

【００１４】さらに、金属めっき液中に分散される不溶
性粒子としては、例えばアルミナ、ジルコニア、シリ
カ、チタニア、セリア等の酸化物及びこれらの２種以上
の組合せからなる複合酸化物、炭化珪素、炭化チタン等
の炭化物、窒化珪素、窒化硼素等の窒化物、フッ素樹脂
粉末、ポリアミド粉末、ポリエチレン粉末等の有機高分
子粉末等が挙げられる。しかし、不溶性粒子を構成する
素材としては、これらのものに限定されるものではな
く、金属めっき液に不溶であり、分散されうるものであ
り、かつ、所定の硬度を有するものあればいかなるもの
も採用しうる。

【００１５】併せて、不溶性粒子の粒径の範囲について
も何ら限定されるものではないが、０．１μｍ〜１００
０μｍ程度のものが好適に使用されうる。加えて、金属
めっき液中に分散される不溶性粒子の濃度（分散量）も
適宜選定されうるが、１ｇ／Ｌ〜１０００ｇ／Ｌ程度が
好ましく、より好ましくは１０〜５００ｇ／Ｌである。

【００１６】また、本発明（請求項１に記載の発明）に
おいては、金属めっき液を流速をもたせて基材表面に接
触せしめる必要がある。但し、このときの流速は、当初
においては少なくとも金属基材の表面に形成されるめっ
き層に水素原子が取り込まれにくい程度の充分な速度を
有している必要がある。このように、金属めっき液を流
速をもたせて接触させることにより、ノズルから吹き付
けられている金属めっき液によってノズル及び金属基材
間が電気的に接続されることとなる。そして、両者間に
電圧がかけられることにより、金属基材の表面に金属め
っき液中の金属イオン成分が金属となって析出し、めっ
き層が形成される。

【００１７】このため、金属めっき液を流速をもたせて
基材表面に接触せしめるという工程のみで、金属基材に
強固なめっき層を形成することが可能となる。特に、本
発明では、金属めっき液が流速をもって基材表面に接触
するので、形成されるめっき層には水素が取り込まれに
くい。このため、めっき層の形成後において、水素ガス
が放出されることにより、めっき層が微視的なポーラス
状態となるのが回避される。そのため、めっき層は、む
しろ圧縮側の残存応力を有することとなる。このよう
に、めっき層が圧縮側の残存応力を有することで、めっ
き層の界面が、基材に強固に接合することとなる。

【００１８】また、請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載の発明の作用に加えて、金属めっき液中に不溶
性粒子が分散させられている。このため、金属めっき液
の吹き付けに際し、少なくとも金属基材の表面に不溶性
粒子からの応力が与えられる。この応力により、基材自
身が圧縮側の応力を受けることとなるため、その上に形
成されるめっき層自身も圧縮側への残留応力を残した状
態で形成される。従って、少なくとも金属基材近傍のめ
っき層は圧縮側への残留応力を有しやすいものとなり、
上記請求項１に記載の発明の作用がより確実なものとな
る。

【００１９】加えて、本発明では、金属基材の表面に存
在する酸化皮膜が不溶性粒子によって削られるため、酸
化皮膜を除去するという前処理工程を場合によっては省
略することが可能となる。

【００２０】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
請求項２に記載の発明の作用に加えて、不溶性粒子から
の応力を、形成されつつあるめっき層の表面にも与え続
けるようにした。このため、少なくとも金属基材近傍の
めっき層のみならず、厚さ方向の全てのめっき層が、圧
縮側への残留応力を有しやすいものとなり、上記請求項
１に記載の発明の作用がより一層確実なものとなる。

【００２１】併せて、請求項４に記載の発明によれば、
請求項１〜３に記載の発明の作用に加えて、金属基材の
表面に接触させる際の金属めっき液の流速が、４ｍ／ｓ
以上とされ、かつ、金属基材が変形しない速度とされ
る。従って、上記請求項１〜３に記載の作用がより確実
に奏されることとなる。なお、前記流速は、６ｍ／ｓ以
上であることがより望ましく、さらに望ましくは１０ｍ
／ｓ以上であり、一層望ましくは１２ｍ／ｓ以上であ
る。但し、上記流速は、金属基材が変形しない程度のも
のである必要がある。

【００２２】加えて、請求項５に記載の発明によれば、
請求項２〜４に記載の発明の作用に加えて、前記金属基
材はアルミニウムにより構成されている。このため、上
記不溶性粒子によって塑性変形されやすく、圧縮側への
残留応力を保持しやすい。

【００２３】また、金属基材はアルミニウムにより構成
されているが故に、その表面には酸化皮膜が形成されや
すい。従って、上記の各作用がより効果的に発揮させら
れることとなる。

【００２４】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、本発明を具体化した第１の
実施の形態を図１〜５に基づいて説明する。図２は本実
施の形態において基材１表面に形成されためっき層２を
示す模式的な断面図である。同図に示すように、アルミ
ニウム製の金属基材（以下、単に「基材」という）１の
表面にはめっき層２が形成されている。当該めっき層２
は、ニッケルにより構成されている。

【００２５】次に、上記のようにアルミニウム製の基材
１上にめっき層２を形成するためのめっき装置について
説明する。図１に示すように、本実施の形態のめっき装
置は、内部に攪拌機１１及びヒータ１２を有してなるタ
ンク１３を備えている。そして、このタンク１３内に
は、後述する組成よりなるめっき溶液が貯留されてい
る。また、このタンク１３の上方には、基材１を載置す
るための載置台１４が配設されている。さらに、載置台
１４の上方には、ジェットノズル１５が配設されてい
る。また、ジェットノズル１５には電源１６の陽極が接
続され、載置台１４には電源１６の負極が接続されてい
る。

【００２６】さらに、本実施の形態では、前記タンク１
３とジェットノズル１５とを連結する連通路１７が設け
られており、この連通路１７の途中にはポンプ１８が設
けられている。そして、このポンプ１８が駆動されるこ
とにより、タンク１３内にて加温され、均一に攪拌され
ためっき液が、連通路１７を通ってジェットノズル１５
の方へと導かれる。さらに、そのジェットノズル１５か
らは、噴流（シャワー）状のめっき液が、載置台１４に
載置された基材１表面に当たるようになっている。な
お、前記載置台１４及びジェットノズル１５は、箱状の
ジェットセル１９内に収容されており、噴出されためっ
き液が外部に飛散しないようになっている。

【００２７】併せて、前記ポンプ１８下流における連通
路１７の途中には、メインバルブ２１が設けられてお
り、このバルブ２１の開度を調整することにより、ジェ
ットノズル１５からのめっき液の噴出量を調整すること
ができるようになっている。また、ポンプ１８の上流側
及び下流側を連通するバイパス通路２２が設けられてお
り、その途中にはサブバルブ２３が設けられている。こ
のバルブ２３の開度を調整することにより、ポンプ１８
の上流側から還流されるバイパス量が調整され、上記同
様ジェットノズル１５からのめっき液の噴出量を調整す
ることができるようになっている。なお、本実施の形態
における上記めっき液は、スルファミン酸ニッケル［Ni
(NH₂SO₄)・4H₂O］（４３０kg／m³）、塩化ニッケル［Ni
Cl₂ ・6H₂O］（１５kg／m³）、ホウ酸［Ｈ₃ ＢＯ₃ ］
（４５kg／m³）、サッカリン［Ｃ₇ Ｈ ₅ ＮＯ₃ Ｓ］（５
kg／m³）よりなっている。さらに、めっきの条件とし
て、めっき液の温度はヒータ１２により３２８Ｋに、ｐ
Ｈは２．０に、電流密度は４０×１０² Ａ／ｍ² に、め
っき液の接触時間は４８０秒にそれぞれ設定されてい
る。但し、これらの数値はあくまでも例示である。

【００２８】次に、上記のようにして構成されてなるめ
っき装置を用いて、前記めっき層２を形成する際のめっ
き方法について説明する。まず、載置台１４上に基材１
を載置する。そして、電源１６をオン状態としてポンプ
１８を作動させる。但し、この際、サブバルブ２３及び
メインバルブ２１の開状態を適宜調整する。すると、め
っき液は、ポンプ１８から連通路１７を通ってジェット
ノズル１５から勢いよく噴射され、基材１表面に当た
る。このように、めっき液を比較的速い流速をもたせて
基材１の表面に接触させる。

【００２９】また、これとともに、ジェットノズル１５
から吹き付けられている金属めっき液（めっき液）によ
って、同ノズル１５及び基材１間が電気的に接続される
こととなり、ジェットノズル１５がアノードとしての役
割を果たし、基材１がカソードとしての役割を果たす。
このように両者１，１５間に電圧がかけられることによ
り基材１の表面に金属めっき液中の金属イオン成分（ニ
ッケル）が金属マトリックスとなって析出し、めっき層
２が形成される。

【００３０】次に、本実施の形態の作用及び効果につい
て説明する。 （イ）本実施の形態によれば、金属めっき液を流速をも
たせて基材１の表面に接触せしめるという工程のみで、
基材１に強固なめっき層２を形成することが可能とな
る。特に、本実施の形態では、金属めっき液が流速をも
って基材１の表面に接触するので、形成されるめっき層
２には水素が取り込まれにくい。このため、めっき層２
の形成後において、水素ガスが放出されることによりめ
っき層が微視的なポーラス状態となるのが回避される。
そのため、めっき層２は、図３に示すように、むしろ圧
縮側の残存応力を有することとなる。このように、めっ
き層が圧縮側の残存応力を有することは、めっき層２の
界面が、むしろ基材１に強固に接合することとなる。そ
の結果、めっき層２形成後における亀裂や剥離の発生を
抑制することができる。

【００３１】（ロ）また、本実施の形態によれば、めっ
き液の流速が、４ｍ／ｓ以上とされる。従って、上記作
用効果がより確実に奏されることとなる。 （ハ）さらに、従来の基材を浸漬させることにより行っ
ていためっき方法とは異なり、本実施の形態では噴射さ
れているめっき液に基材を接触せしめるという工程を経
ることでめっきを施すことができる。このため、設備の
簡素化及びコストの低減を図ることができる。

【００３２】（確認実験）ここで、上記（イ），（ロ）
の効果を確認するべく、以下のような実験を行った。す
なわち、上記アルミニウム製の基材及び上記組成を有す
るめっき液を用いるとともに、上記めっき装置を用い
て、噴流速度を種々変更させてめっき層を形成した場合
における残留応力を測定した。但し、めっき層の厚み
は、６０μｍとした。その結果を図４に示す。

【００３３】同図に示すように、噴流速度が大きいほ
ど、残留応力が圧縮側に大きくなることがわかる。これ
に対し、噴流速度がゼロ（従来の浸漬によるめっき方
法）の場合には、残留応力が引張側に大きくなりすぎて
いることがわかる。このことからも、本実施の形態にお
けるめっき方法によれば、めっき層が圧縮側の残存応力
を有し、めっき層形成後における亀裂や剥離の発生を抑
制することができるといえる。

【００３４】（第２の実施の形態）次に、本発明を具体
化した第２の実施の形態について説明する。但し、本実
施の形態の構成等においては上述した第１の実施の形態
と同等であるため、同一の部材等については同一の符号
を付してその説明を省略する。そして、以下には、第１
の実施の形態との相違点を中心として説明することとす
る。

【００３５】本実施の形態においては、上記めっき液中
に平均粒径が「３００μｍ」の炭化珪素（ＳｉＣ）製の
不溶性粒子が１０ｇ／Ｌの割合で配合されている点で、
第１の実施の形態とは異なっている。

【００３６】次に、上記第１の実施の形態と同様のめっ
き装置を用いて、前記めっき層２を形成する際のめっき
方法の作用及び効果について説明する。 （イ）基本的には、本実施の形態においても、金属めっ
き液を流速をもたせて基材１の表面に接触せしめるとい
う工程のみで、基材１に強固なめっき層２を形成するこ
とが可能となる。特に、本実施の形態でも、金属めっき
液が流速をもって基材１の表面に接触するので、上記第
１の実施の形態と同様の作用効果を奏する。

【００３７】（ロ）また、特に、本実施の形態では、上
記作用効果に加えて、金属めっき液中に不溶性粒子が分
散させられている。このため、金属めっき液の吹き付け
に際し、少なくとも基材１の表面に不溶性粒子からの応
力が与えられる。この応力により、基材１自身が圧縮側
の応力を受けることとなるため、その上に形成されるめ
っき層２自身も圧縮側への残留応力を残した状態で形成
される。従って、少なくとも基材１近傍のめっき層２は
圧縮側への残留応力を有しやすいものとなり、上記作用
効果がより確実なものとなる。

【００３８】（ハ）さらに、本実施の形態によれば、不
溶性粒子からの応力は、形成されつつあるめっき層２の
表面にもさらに継続的に与えられる。このため、基材１
近傍のめっき層２のみならず、厚さ方向に全てのめっき
層２が、圧縮側への残留応力を有しやすいものとなり、
上記作用効果がより一層確実なものとなる。

【００３９】（ニ）併せて、本実施の形態によれば、基
材１がアルミニウムにより構成されていることから、そ
の表面には酸化皮膜が形成されやすい。しかし、本実施
の形態によれば、酸化皮膜が不溶性粒子によって削られ
る。そのため、酸化皮膜を除去するという前処理工程を
省略することが可能となる。

【００４０】（確認実験）ここで、上記（イ）〜（ハ）
の効果を確認するべく、以下のような実験を行った。す
なわち、上記アルミニウム製の基材及び上記組成を有す
るめっき液（不溶性粒子を含んでいないものと含んでい
るもの）を用いるとともに、上記めっき装置を用いて、
噴流速度を種々変更させてめっき層を形成した場合にお
ける残留応力を測定した。但し、めっき層の厚みは、６
０μｍとした。その結果を図５に示す。

【００４１】同図に示すように、第１の実施の形態と同
様、本実施の形態においても噴流速度が大きいほど、残
留応力が圧縮側に大きくなることがわかる。これに対
し、噴流速度がゼロ（従来の浸漬によるめっき方法）の
場合には、残留応力が引張側に大きくなりすぎているこ
とがわかる。

【００４２】また、これに加えて、不溶性粒子を含んで
いる場合には、そうでない場合に比べて、さらに、残留
応力が圧縮側に大きくなることがわかる。このことから
も、本実施の形態におけるめっき方法によれば、より一
層、めっき層が圧縮側の残存応力を有しやすく、より一
層めっき層形成後における亀裂や剥離の発生を抑制する
ことができるといえる。

【００４３】尚、本発明は上記各実施の形態に限定され
るものではなく、例えば次の如く構成してもよい。 （１）前記各実施の形態では、めっき層２を金属マトリ
ックスのみによって構成するようにしたが、特に第２の
実施の形態の如く、めっき液中に不溶性粒子を配合させ
たような場合には、流速を比較的遅くすることにより、
めっき層２中に共析させることもできる。かかる場合に
は、不溶性粒子の共析により、めっき層２の硬度を高め
ることができる等、付随的な効果をも期待することがで
きる。

【００４４】（２）前記各実施の形態では、めっき液を
ジェットノズル１５から噴出させる構成としたが、例え
ば滝状に当てる等、めっき液を流速をもたせて当てるよ
うにする構成であればいかなる方法を採用してもよい。

【００４５】（３）前記各実施の形態では、金属マトリ
ックス３として、ニッケル系の金属を採用したが、その
他の金属を採用してもよい。 （４）前記各実施の形態では、金属基材としてアルミニ
ウム製の基材１に適用したが、金属基材であれば、鉄等
いかなるものにも適用しうる。

【００４６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の金属基材
へのめっき方法によれば、めっき層形成後における亀裂
や剥離の発生を抑制することができるという優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態のめっき装置を示す概略シス
テム図である。

【図２】第１の実施の形態の基材及びめっき層を示す断
面図である。

【図３】第１の実施の形態の作用効果を説明するための
断面図である。

【図４】第１の実施の形態においてめっき液の噴流速度
に対する残留応力の関係を示すグラフである。

【図５】第２の実施の形態においてめっき液の噴流速度
に対する残留応力の関係を示すグラフである。

【図６】従来技術における基材及びめっき層を示す断面
図である。

【符号の説明】

１…基材、２…めっき層、１５…ノズル。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属基材（１）に金属めっきを施す方法
   であって、 金属めっき液を、ノズル（１５）開口部から吹き付けて
   前記金属基材（１）の表面に流速をもたせて接触させ、
   前記金属めっき液で電気的に接続された前記ノズル（１
   ５）及び金属基材（１）間に電圧をかけることにより前
   記金属基材（１）の表面にめっき層（２）を形成すると
   ともに、形成されるめっき層（２）の残留応力が圧縮側
   となるようにしたことを特徴とする金属基材へのめっき
   方法。
2. 【請求項２】 前記金属めっき液中に不溶性粒子（４）
   を分散させることにより、前記金属めっき液の吹き付け
   に際し、少なくとも前記金属基材（１）の表面に前記不
   溶性粒子（４）からの応力を与えるようにしたことを特
   徴とする請求項１に記載の金属基材へのめっき方法。
3. 【請求項３】 前記不溶性粒子（４）からの応力を、形
   成されつつあるめっき層（２）の表面にも与え続けるよ
   うにしたことを特徴とする請求項２に記載の金属基材へ
   のめっき方法。
4. 【請求項４】 前記金属基材（１）の表面に接触させる
   際の前記金属めっき液の流速を、４ｍ／ｓ以上とし、か
   つ、前記金属基材（１）が変形しない速度としたことを
   特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の金属基材へ
   のめっき方法。
5. 【請求項５】 前記金属基材（１）はアルミニウムに
   より構成されていることを特徴とする請求項２〜４のい
   ずれかに記載の金属基材へのめっき方法。