JPS6033382A - パルス電解による非晶質合金の電着方法 - Google Patents

パルス電解による非晶質合金の電着方法

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JPS6033382A
JPS6033382A JP58141218A JP14121883A JPS6033382A JP S6033382 A JPS6033382 A JP S6033382A JP 58141218 A JP58141218 A JP 58141218A JP 14121883 A JP14121883 A JP 14121883A JP S6033382 A JPS6033382 A JP S6033382A
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metal
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amorphous
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Shiro Haruyama
春山 志郎
Izumi Oono
大野 湶
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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】 本発明はパルス電解による非品質合金の電着方法に関す
る。
非品質金属−!たは合金は通常の金属とは異なって金属
原子が全体として均一かつランダ入に分布する、いわば
微結晶集合体の極限の形態として存在し、したがって結
晶質に固有の結晶粒界や転位などの欠陥を含iないこと
から金属材料として特異な性質と示すことが知られてい
る。
このような非品質金属または合金からなるいわゆるアモ
ルファス材料はたとえばそれらの機械的特性として極め
て大きな強さと靭性とを併せて有するもの、また電気的
、磁気的特性として通常の金属よりも電気抵抗が遥かに
大きくその湿度係数が零に近いものまたは透磁率が著し
く高いものなどが見出されている。さらに特定の組成の
アモルファス合金については優れた耐食性を有するもの
も知られており、その他光電変換能、超電導性、触媒活
性、水素吸蔵性、耐放射線照射性等について優れた特性
を有するものも多い。
かかる有用な特性に着目して近年アモルファス材料につ
いて急速に研究、開発が進められ金属−金属、金属−半
金属の種々の組成の合金にライて刃物、複合材料、バネ
、トランス鉄心、磁気5ツドフイルタ、太陽電池等多く
の工業的な応用分野で実用化への期待が寄せられている
このようなアモルファス合金の製造方法としては従来か
ら真空蒸着、法、スパッタ法、液体急冷法および電気め
っきまたは無電解めっき法が知られており、これらの中
でもたとえば金属(合金)融体を単ロールもしくは双ロ
ール上で急冷する液体急冷法が最近実用化の規模で開発
されている。液体急冷法では融解した金属を高−速で回
転する熱伝導性のよい金属ドラム(たとえば銅ドラム)
上で合金の臨界冷却速度106〜1080ヴsee に
近い高速で急冷することにより液体金属の原子配列をそ
のまま保持した形態としてのアモルファス薄膜が連続的
に得られる。しかしこのような液体急冷法によって形成
されるアモルファス合金は通常巾数α膜厚が数10μm
程度のリボン状薄膜のもののみであり、また連続して形
成されるアモルファスリボンに所望の特性を均一に具備
させるには前記高速の急冷条件?厳密に調節しかつ雰囲
気の巻込を防止する等の製造工程上の制御が容易ではな
く、また装置が複雑なものとなる。
一方、溶液中の金属イオンおよび半金属イオンf!:電
析あるいは化学的な還元法によって析出させることによ
りアモルファス合金を得る電気めっき法あるいは無電解
めっき法も古くから知られており、最近ではFe−P、
 Co−Pの非晶質合金の磁性材料を電気めっきによっ
て製造する方法が特許文献においても提案されている(
特開昭52−140403号および55−164092
号公報)。
しかし、これらのめつき法では一般に合金の析出速度が
遅く、また析出可能な金属あるいは半金属の組合せに強
い制約があり、かつアモルファス化の程度も低い場合が
多かった。
ところで通常の金属あるいは合金の電気めっきにパルス
電流を用いると濃度分極の抑制によって電流密度したが
って過電圧と増大させることができ、それによってめっ
き速度の増大と共に緻密なめつき膜の得られることがい
わゆる゛パルスめつき″の効果として知られている。こ
のような利点のためにパルスめっきには工業的にも大き
な関心が寄せられているが、これまでのところ通常の金
属もしくは合金めっきの分野においても必らずしも一般
的に実用化の段階に達したとはいえない。特にめっき法
による形成機借それ自体が充分に解明されていない非晶
質金属ないしは合金についてはパルス電流またはパルス
電圧の効果が論じられたことはほとんどなく、合金のア
モルファス化と明確に意図してパルス電流の使用を試み
た具体的な技術は全く開示されていない。
本発明者等は金属あるいは合金の電析にパルス電流を用
いることについて以前から一連の研究を行なっており、
たとえば一般に針状あるいは樹枝状結晶を生じ易いもの
とされているスズなどとパルス電流で電析すると拡散層
形状の抑制によって濃度分極が抑えられることにより大
きな電流密度、したがって大きな結晶化過電圧の使用が
可能になり臨界様半径が小さくなると共に結晶核が大き
な速度でランダムに発生して緻密で平滑なスズの電析物
が効率的に得られることを確認し、報告している〔大野
、春山等鴨パルスめっきにおける核発生および成長”、
電気化学、Vol 51、A1.P167 (1983
) 〕。さらに本発明者等は前記パルス電流の効果がパ
ルス波形のオンタイム、オフタイムおよび特にそのデユ
ーティ俤サイクルなどのパルス条件に依存していること
についても考察した〔大野、春山等゛′酸化浴における
スズパルスめっきの電析形態′(金属表面技術V013
3.煮1. (1982)等〕。
ここで合金、たとえば金属−半金属系の非晶質合金を電
着によって析出させる際には、前記液体急冷法などの場
合と同様に金属および半金属がほぼ共晶組成をとること
が望ましく、そのためには合金を構成する各元素の夫々
の析出速度と制御する因子として、前記金属および半金
属のイオンの濃度ならびにそれらの間の比と共に電流密
度(あるいは過電圧)が重要である。
また、アモルファス化のためのもう一つの条件として、
結晶化過電圧が重要である。すなわち、この結晶化過電
圧は液相あるいは気相からの結晶成長における過冷却度
あるいは過飽和度に相当する量であり、したがって電着
において結晶化過電圧を増大させることは液体金属急冷
法における冷却速度の増大に対応するものと考えられる
。一方、結晶化過電圧の増大によって小さな臨界核半径
を持つ結晶核が大きな析出速度でランダムに発生すると
いう前記通常の金属の電析の理論からもかかる過電圧の
増大によって析出合金が微結晶化され究極的にはアモル
ファス化の方向に向うことが期待される。
本発明者等は前記パルスめっきについての研究の結果に
基づいて得られた具体的な知見から、非晶質合金の電着
に従来の直流電流に代えてパルス電流と用いると七に着
目し、神々研究、実験を重ねて本発明を完成するに到っ
た。
すなわち本発明の方法は非晶質合金を該合金の合金構成
元素のイオンと含む溶液から電着によって形成する方法
において、前記電着に際してパルス電流(ならびにパル
ス電圧般用いることと特徴とする。
前記本発明の方法によれば、非晶質合金を対応するめつ
き浴から電着によって形成する際に、電着物のアモルフ
ァス化が直流を用いた場合に比較して遥かに顕著になり
しかもそのアモルファス化の程度とパルス電流の電流密
度、パルス幅およびデユーティリサイクルによって制御
することができる。
非晶質合金の一例として、金属−半金属系のN1−P非
晶質合金をワット浴に皿リン酸を加えた組成のめつき浴
から直流および一定の平均電流密度のパルス電流を用い
て形成する実験によれば、電着物の試料のNtの結晶性
を示すX線回折像のチャート上のピーク(Ni < 1
11) )は直流電流を用いた場合にもかなりブロード
な形状を呈しである程度のアモルファス化が起っている
ことを示したが、本発明の方法にしたがってパルス電流
を用いた場合には前記ピークが一層平坦になっており、
直流に代えてパルス電流を用いることによりアモルファ
ス化が格段に進行していることが判明した。
さらに、前記パルス電流を用いた場合、パルスのデユー
ティ・サイクルを低下させるにつれて前記X線回折像の
ピークの高さが急激に低くなり、アモルファス化の程度
がパルスのデユーティ−サイクルに密接に関連している
ことが明らかにされた。ここで一定の平均電流密度でデ
ユーティ・サイクルを低下させることはパルス電流密度
、したがって結晶化過電圧を増大させることを意味する
ので、結晶化過電圧の増大がアモルファス化を進行させ
得るという前述した着想はデユーティ・サイクルの変化
がアモルファス化に影響することを示すこの実験結果に
よってさらに具体的に裏付けられた。
さらに本実験においては前記結晶化過電圧と共にN;−
p合金のアモルファス化の−っの因子であるP含有量も
またパルス条件に依存しており、特にデユーティ・サイ
クルが極めて低くなるとP含有量が合金の共晶組成に対
応する値よりも減少してアモルファス化が進行しなくな
ることが認められた。これはデユーティリサイクルが低
下して電流密度がある値以上になるとNiおよびPへの
還元析出速度の関係が逆転することによるものと考えら
れ、したがって合金アモルファス化のためのパルス電流
のパルス条件には結晶化過電圧と合金化元素の含有量と
に関連しである特定の最適範囲が存在することが確認さ
れた。
このようなパルス条件は一般的にはノぐルス幅が0.1
〜1ooo msの範囲にありかつデユーティ・サイク
ル(パルス−オンタイム/)ぐルスオンタ・イム+パル
ス・オフタイム)が1〜50%の範囲にあることが好ま
しい。たとえばデユーティ中サイクルについては通常1
%以下では電着がほとんど進行せず、また50%以上で
はノ々ルス電流のオフタイムの間における拡散層抑制の
効果が実質的に得られない。特定の組成の合金のアモル
ファス化のためには個々の浴組成等に応じてパルス条件
を前記の範囲内から適宜に設定すれば良く、たとえばN
1−P合金のアモルファス化の一例ではパルス幅1 m
s、デユーティ・サイクル加%付近で極めて良好な結果
が得られる。
このように、本発明の方法にしたがってなされた前記実
験に、よれば、非晶質合金の電着に、<ルス電流を用い
ることによって大きな結晶化過電圧で電着が行なわれ、
それによって結晶核の発生速度が増大し臨界核半径が減
少して微結晶が均一かつランダムに形成されるので、そ
の極限の形態としてのアモルファス化が得られるという
前述した予測が具現化された。さらに前記の実験によれ
ばアモルファス化の因子としての結晶化過電圧およびP
の含有量がパルス条件の変化に依存することが明らかに
された。このことは適当な一定平均電流密度でデユーテ
ィ・サイクルを選択することによって所定の組成の合金
を効率的にアモルファス化できることを意味し電着法に
よる各種非晶質合金の工業的な製造への実用的な手段を
与えることになる。
以上、本発明の方法をN1−p非晶質合金を一例として
説明したが、本発明はかかる特定の例のみに限定される
ものではなく、共晶組成を持つ金属または非金属からな
るその他の種々の合金についても同様に適用できること
は明らかであろう。たとえば金属−半金属系合金として
のN1−BおよびN1−AS %金属−金属系合金とし
てのNt−ybおよびNt−Wについて本発明の方法を
適用して非晶質合金を製造した実験例においてはいずれ
もN1−Pの場合と実質的に同様な結果が得られ、さら
にNi以外の元素?母金属とする合金についてもたとえ
ば0r−Wおよび0r−Noについて所期通シの結果が
確められた。したがって個々の合金に対応して電解条件
を設定し、特に所定の一定平均電流密度でパルスのデユ
ーティ・サイクルを最適な値に選択することによって、
所定の組成?有する各種の非晶質合金を効率よく形成す
ることが可能である。
本発明の方法によって形成されるアモルファス合金材料
の合金組成として特に期待できるものとしては、式:M
−X(金属−半金属系)またはM−M’(金属−金属系
)〔式中、MはR1Ni、■、Pd1ω、7.nおよび
ωからなる群より選ばれた金属、Xはp%:3SAs、
Oe、Si、’I’eおよび8eからなる群より選ばれ
た半金属であり M/はMo、、Ws Or、 Ru、
肋、Pd、 Pt、 Au、 In、 Ti、 Hf%
”lr、 Sn、 Pb、 8bおよびgiからなる詳
より選ばれた金属である〕によって表わされる共晶組成
近傍の二元あるいは三元以上の合金が挙げられる。
このように本発明の方法によれば、非晶質合金の電着に
パルス電流およびパルス電圧と用いることにより、従来
公知の直流を用いるめっき法よりも遥かにアモルファス
化の進んだ合金と効率的に得ることができる。また本発
明の方法は電気めつ@等のように暴利上に非晶質合金の
被膜を形成する表面処理用途の他、電鋳等のように複雑
な形状の非晶質合金利料を製造するためにも適用するこ
とができる。
以下本発明の方法を具体的なパルスめっきの実施例によ
って説明する。
実施例1 非晶質N1−P合金 硫酸ニッケル(240Y/L )、塩化ニッケル(45
々l)およびホウ酸(3011)からなるNiめつき用
のワット浴組成に亜リン酸(1,11μ)を添加してな
る浴組成(pI(: 1..5 )を用い、一定平均電
流密度20 mA/cm ’のパルス電流によって浴温
度45°Cで電気めっきを行ない、陰極に析出したNr
−p合金の電着物から試料と調製した。尚パルス電源を
しては北斗電工製HC−113型?用いパルス電流はO
Nタイム11m5ecに設定しOFFタイムを1〜49
m sec (7’ニ一テイーサイクル=50〜2%)
の範囲で変化させた。
比較のために前記ワット浴のみおよびワット浴に亜リン
酸を加えた各組成の浴について通常の直流電流による電
気めっきを行ない(電流密度20 mA/cm’、温度
45°C)、夫々の電着物の試料を調製した。
試料の結晶性の観察 前記のようにして調製した電着物の各試料の結晶性(N
i(111>)について走査電子顕微鏡(日本電子製J
AM−15型)および干渉コントラスト顕微鏡(ユニオ
ン光学社製ME−1807型)?用いて表面観察を行な
うと共にX線回折法(東芝製ADG−302型)によっ
て前記結晶性を判定し、さらにこの結晶性に対してパル
ス電流のデユーティ・サイクル等が及はす影響を考察し
た。尚、電着試料中のNiおよびP含有量は原子吸光分
光分析および吸光光度法によって測定した。
(+) 透過電顕回折格子像 前記ワット浴十亜リン酸の組成の浴からパルス電流(平
均電流密度加mAA−パルスONタイム1ms、デユー
ティ・サイクル50%)による電気めっきによって調製
した試料の電子顕微鏡?用いて得られた回折格子像の写
真?第1図に示す。
パルスめっきによって得られた試料はNi結晶が示す特
有の回折環が認められず非晶質に個有なハロー回折環が
現われている。
(+t)X線回折チャート 前記ワラF浴から直流電流による電気めっきで調製した
試料(比較試料(4))、前記ワット浴+亜リン酸の組
成よりなる浴から直流電流による電気めっきで調製した
試料(比較試料(B )およびパルス電流による電気め
っきで調製した試料(試料C1〜aS)についてX線回
折像のチャートを作成した。それらのNi結晶性(Ni
<ttx>)を示す回折強度■のピーク(20= 44
.5°)付近のグラフを第2図に示す。
比較試料Aでは曲線1に示すように急峻なピーり(Ni
 (111> )が現われており、ワット浴からのNi
の直流電気めっきによっては全くアモルファス化が生じ
なかったことが示されている。
一方試料Bでは曲線2に示すように前記ピークがかなり
平坦になってワット浴十亜リン酸の浴組成から直流電流
を用いる電気めっきによってもある程度のアモルファス
化が生じたことが示されている。
これに対して試料C,〜C5では前記Ni結晶性(Ni
<111>)を示すピークが一層平坦化されており、同
じワット浴+亜リン酸の浴組成であっても直流に代えて
パルス電流を用いることにより電析物としてのN1−P
合金のアモルファス化が格段に進行したことが示されて
いる。
さらに本発明の方法によって調製された前記試料C3〜
C8については、曲線3〜5で夫々示すように、一定の
平均電流密度下でパルス電流のOFF タイムを1.2
および4m sec (ONタイム=Imsec)とし
てデユーティ・サイクルを順次低下穴オスrつ引で M
tpのビーh太へ嘉reゴh−トになり、N1−P合金
のアモルファス化がパルス電流のデユーティ・サイクル
に密接に関連しているとkが示されている。
デユーティ・サイクルの影響 ここでデユーティ−サイクルとアモルファス化との関係
とさらに明確なものとするために、各デユーティ・サイ
クル(2〜50%)Dに対応して夫々得られたN1−P
非晶質合金の第1図示のピーク(Ni(111) )の
高さと相対的な尺度RHで表わしたグラフと第3図中に
点廟で示す。尚、第3図中実線グラフは各デユーティ・
サイクルにおいて夫々得られたN1−P非晶質合金中の
P含有量(mass%)である。図から明らかなように
、縦軸で示されるアモルファス化の相対的な度合い几■
(はP含有分にそれほど大きな変化がないにも拘わらず
、デユーティ・サイクルDの変化につれて大きく斐わっ
ている。すなわちアモルファス化はD = 100%の
点(直流:第1図中曲線2の試料Bに対応)からDの低
下と共に増大しくピークの高さの減少)、その増大の度
合いはD=関%(第1図中、曲線3の試料CIに対応)
の近傍から急激になり、D=20%(第2図中、曲線5
の試料C8に対応)付近で最大になる。この傾向は一定
の平均パルス電流密度でデユーティ・サイクル分低下、
させるにつれてパルス電流密度、したがって結晶化過電
圧が増大し、これによってN1−P合金のアモルファス
化が進行したことを示している。
一方、デユーティ会サイクルDとD−20%の点を越え
て減少させるとアモルファス化が再び減少する。これは
第3図中に実線で示すようにデユーティ・サイクルDの
低下と共に縦軸に示すP含有量が減少し、D<20%の
極めて低いデユーティ・サイクルではNLP合金の組成
が共晶組成からずれてアモルファス化が抑制されるため
である。すなわちNtso、およびHsPO,の各単独
浴についての電流−電位曲線の測定によれば、H,PO
,からPへの還元速度は広い電位域にわたってNiの析
出速度よりも速いが、極めて高い電流密度ではこの関係
が逆転する。したがって第3図の場合デユーティφサイ
クルを極めて低く、すなわちパルス電流密度を極めて高
くするとPの析出速度がNiのそれよりも小さくなって
電着物のP含有量が共晶組成近傍における値以下に低下
し、アモルファス化の度合いが減少することになる。
実施例2 非晶質N i−Mo合金 硫酸ニッケル(’60 f/l )、クエン酸ナトリウ
ム(100f/l )およびモリブデン酸ナトリウム(
5,01/l)からなる浴組成(1)H: 4.0 )
を用い、平均電流密度を15 mA/cm’、浴温度を
5°Cとした以外は実施例1と同様な手順によってパル
スめっきを行なってNi−No合金のめつき試料を調製
し、実施例Iと同様にして試料の結晶性を調べた。
試料の実施例1と同様なX線回折像のチャートにおける
Ni411>のピークの高さに基いて相対的な尺度で表
わしたアモルファス化の度合RHとデユーティ・サイク
ルDとの関係を第4図中に点線のグラフで示す。第4図
のグラフでもNt−Mo合金のアモルファス化がデユー
ティ・サイクルの低下につれて第3図の場合と同様な傾
向で変化することが示されており、この場合にもD=2
0%付近でアモルファス化が最大になっている。
尚Ni−MoについてはMO含有量はデユーティ・サイ
クルDの低下と共に一様に増大している。
この場合、前記デユーティ・サイクルD=20%で共晶
近傍の組成に対応する値に達したMoが、Dの低下につ
れてさらに増大するので、N1−M。
合金が共晶組成からずれ、したがってアモルファス化が
進行しなくなる。
実施例3 非晶質N1−B合金 硫酸ニッケル(2402μ)、塩化ニッケル(45y7
t )およびホウ酸(30f/l )からなる組成のワ
ット浴にNaBO2(10f/l )と添加した浴Cp
H2−6)を用い一定平均電流密度10mA/cm”お
よびデユーティ・サイクル10〜25%(ONタイム5
m5)のパルス電流によって浴温度25°Cで電気めっ
きを行なって電着試料を調製し実施例1と同様にしてそ
の結晶性を観察した。
N1−P合金の場合と同様に、得られたN1−n合金が
アモルファス化しており、またそのアモルファス化の度
合いがデユーティ・サイクルによって変化する傾向が確
認された。
一方同一の浴からの電流密度10 rrtA/cm”の
直流めっきの場合ではpH3の極めて限られた範囲でし
かNt−w合金のアモルファス化が生ぜず、またソノ度
合いも前記パルスめっきの場合に比較して遥かに低いも
のであった。
実施例4 非晶質N1−W合金 実施例1と同じ組成のワット浴にNa 2WO4(20
1/l)を添加した浴(pfl−3’ )と用い、一定
平均電流密度を5 mA7’cm”とし、デユーティ・
サイクルのt乞50〜2%としたノくルス電流によって
浴温度45°Cでめっきを行なって電着試料を調製し実
施例1と同様にしてその結晶性を観察した。
N1−P合金の場合と同様に得られたN1−w合金がア
モルファス化しており、またそのアモルファス化の度合
いがデユーティ・サイクルによって変化する傾向が確認
された。
一方同一の浴からの電流密度5 mAA−の直流めっき
の場合ではN1−W合金のアモルファス化の度合゛いが
前記パルスめっきの場合に比較して遥かに低いものであ
った。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法によるN1−P合金試料の回折格
子像を示す電子顕微鏡写真、第2図けN1−P合金めつ
き試料の結晶性を示すX線回折像のチャート、第3図は
パルス電解のデユーティ・サイクルとN1−P合金のア
モルファス化度およびP含有量との関係を示す図、第4
図はパルスのデユーティ−サイクルとNi−Mo合金の
アモルファス化度およびMo含有量との関係を示す図で
ある。 第3図 C1uty cycls 1%l (0,C,1第4図 Duty cycls(%1

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)非晶質合゛金を該合金の合金構成元素のイオン?
    含む溶液から電着によって形成する方法において、前記
    電着に際してパルス電流ならびにパルス電圧と用いるこ
    とを特徴とするパルス電解による非晶質合金の電着方法
  2. (2) パルス電流のパルス幅を0.1mS〜100n
    ISとし、かつデユーティ働サイクルを1%〜50%の
    範囲としたことと特徴とする前記特許請求の範囲第1項
    記載の非晶質合金の電着方法。
  3. (3)前記非晶質合金が式: %式% 〔式中; M:式、Ni、Co、Pd、Ou、ZnおよヒQlカラ
    7zル群より選ばれた金属、 X:P、B、As、ω、3i、TeおよびSeからなる
    詳より選ばれた半金属、 M’:bb、W、Or、Ru、lLh、 pdlpt、
     All、In、’I’i 、 Hf。 zr、 sn、 pblSbおよびBiからなる群より
    選ばれた金属〕 によって表わされる(金属−金属)系または(金属−半
    金属)系の二元あるいは三元以上の合金であるこ七を特
    徴とする特許 囲第1項記載の非晶質合金の電着方法。
JP58141218A 1983-08-03 1983-08-03 パルス電解による非晶質合金の電着方法 Granted JPS6033382A (ja)

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Cited By (13)

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