JPS6319599B2 - - Google Patents

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JPS6319599B2
JPS6319599B2 JP26041284A JP26041284A JPS6319599B2 JP S6319599 B2 JPS6319599 B2 JP S6319599B2 JP 26041284 A JP26041284 A JP 26041284A JP 26041284 A JP26041284 A JP 26041284A JP S6319599 B2 JPS6319599 B2 JP S6319599B2
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JP
Japan
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plating
amorphous
alloy
plating bath
bath
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Akira Kamihira
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非晶質(アモルフアス)の合金の製造
方法に関するものである。
近年、非晶質合金はその構造と物理的性質(特
に熱的、電気的及び磁気的性質)、更には力学的
性質の点で注目されはじめている。即ち、非晶質
合金の一般的な特長として下記のものが考えられ
る。
(1) 機械的強度が実用金属材料に比べて高く、実
用金属材とウイスカーとの中間であること。
(2) 剛性率が結晶金属に比べて20〜40%低いこ
と。
(3) 殆ど加工硬化がないこと。
(4) 電気抵抗が一般に高いこと。
(5) Cr等の転化によつて耐食性が著しく向上す
ること。
(6) 高透磁性を有するものの製造が可能であるこ
と。
従来此種の非晶質合金の製造方法としては、ス
パツタリングによる方法、容融物の急冷法(例え
ばガン法、ピストンアンビル法、圧延法、遠心
法)等が知られているが、後者の急冷法の方が一
般的に行なわれている。この方法によれば、Fe
系金属と、非晶質元素(例えばP,C,B,Si)
の2種以上とを一旦溶解せしめ、これを冷却して
から粉砕し、再び溶解せしめ、これを吹き付ける
等して急冷することにより非晶質化するようにし
ている。この結果、非晶質合金被膜を形成するこ
とは出来るが、Feの融点が高く、共晶温度を下
げて製造を容易にするため非晶質元素を少なくと
も2種類含有させることが必要となる。従つて例
えばFe―Pの2元素からなる合金を製造するこ
とは不可能であり、然も急冷法によるプロセスは
非常に面倒なものである。また合金被膜の膜厚を
コントロールしたり或いは合金被膜の形状のパタ
ーンを様々なものとするのは困難である。
本発明は上述の如き欠陥を是正すべく発明され
たものであつて、FeSO4・7H2Oとして計算して
100〜500g/に相当する2価Feイオンを供給
する量の硫酸第一鉄及び/又はスルフアミン酸鉄
と、NaH2PO2・H2Oとして計算して8〜30g/
に相当する次亜リン酸及び/又は次亜リン酸塩
とを主として含有するメツキ浴を用いて、PH1.4
〜2.2、温度30〜50℃、電流密度5〜20A/dm2
の条件下で電気メツキすることにより、FeとP
とから成る非晶質合金を製造するようにした非晶
質合金の製造方法に係るものである。この方法に
よつて、1種の非晶質元素を用いて非晶質合金を
極めて簡単に製造することが出来、然も非晶質元
素の量を少なくすることが出来、また合金の膜厚
及び形状のコントロールも非常に簡単となる。
なお本発明の方法によつて製造されるFe―P
系の非晶質合金はFeが60〜88at%でPが12〜
30at%であるのが好ましい。Feを60〜88at%
(原子数の割合)としたのは、Feが60%at%末満
ではメツキの付きが悪くなりかつまたP濃度が増
えて磁束密度Bmが低化してしまい、またFeが
88at%を越えるとP濃度が減少して非晶質(スモ
ルフアス)合金とならないからである。またPを
12〜30at%としたのは、上記のFeの割合と丁度
逆の関係からPが12at%未満では非晶質合金が得
られ難く、またPが30at%を越えると電気抵抗が
高くなりすぎてメツキの付きが悪くなりかつまた
磁束密度Bmが低下してしまうからである。
第1図には、後述するメツキ条件を満足した状
態でメツキを行つた場合のメツキ浴中のPの濃度
とメツキ被膜中のPの濃度との関係が示されてい
る。これによれば析出物(即ち合金)中のPの濃
度が12at%未満となれば、非晶質となりにくいこ
とが分る。また第2図には、後述するスルフアミ
ン酸浴を用いて後述するメツキ条件を満足した状
態で、メツキ浴のPHを変化させた場合にメツキ被
膜中のPの濃度が変化する状態が示されている
が、これによつても析出物(即ち合金)中のPの
濃度が12at%以上でないと、非晶質になりにくい
ことが分る。
なお本発明の方法によつて製造される非晶質合
金は上述のFe及びP以外に、Cr等を1〜2at%含
有せしめて合金の耐食性を向上させることも出来
るが、この場合CrがCr3+としてメツキ浴中に存
在していないとFe2+をFe3+に酸化させてしまう
ので望ましくはない。
また本発明による非晶質合金の製造方法におい
て、メツキ浴の主成分である2価のFeイオンは、
硫酸第一鉄(FeSO4)、スルフアミン酸鉄(Fe
(NH2SO32)、或いはこれらの混合物から得られ
る。なおFe2+を供給するものとして塩化第一鉄
(FeCl2)も存在するが、これはFe3+を生成し易
いので、メツキされないで沈澱するFe成分が増
大し、好ましくない。またメツキ浴の他方の主成
分はPの供給源であつて、次亜リン酸
(H3PO2)、次亜リン酸塩、或いはこれらの混合
物を用いるが、この次亜リン酸塩としては次亜リ
ン酸ナトリウム(NaH2PO2)次亜リン酸カリウ
ム(KH2PO2)等が挙げられる。
次にメツキの原理を概略的に述べると、例えば
FeSO4はFe2+とSO4 2-に解離してFe2+が陰極側に
移動し、ここで還元されてFeとして電着される。
また次亜リン酸塩、例えばNaH2PO2は一旦Na+
と(H2PO2-に解離し、これらはH2Oによつて
NaOHとH3PO2となるが、このうちNaOHはメ
ツキ浴のPHが低いためにNa2SO4に変化してしま
う。従つて次亜リン酸塩はほとんどH3PO2とな
り、これからPが供給されるものと考えられる。
なおNaH2PO2のNaはこの試薬を安定化させる作
用をする。
本発明によるメツキ浴は下記の基本組成から成
り、下記の条件下で電気メツキするのが望まし
い。
FeSO4・7H2O 100〜500g/ L―アスコルビン酸 2〜10g/ NaH2PO2・H2O 8〜30g/ PH 1.4〜2.2 電流密度 5〜20A/dm2 浴温 30〜50℃ この場合、L―アスコルビン酸はFe2+の安定
化剤として作用する。また上記基本組成の成分以
外に、ホウ酸(H3BO3)や塩化アンモニウム
(NH4Cl)を添加してもよい。
メツキ条件としてPHが上記の範囲から外れ、
1.4未満になるとPの濃度が増えるので、メツキ
の付きが悪くなると共にFeの割合が低下して磁
束密度Bmが低下し、2.2を越えるとメツキは付く
が非晶質のメツキにするのが困難となる。また電
流密度が上記の範囲から外れ、5A/dm2未満に
なるとメツキが困難となり、20A/dm2を越える
と電極に焼けが生じるので好ましくない。また浴
温もあまり高すぎるとメツキ浴の成分が沈澱して
しまう。
第3図には、メツキ浴のPHとFe系の酸化還元
電位Ehとの関係が示されているが、これによれ
ばFeとFe2+との間の酸化還元電位は−0.47mVで
あつてPH=0〜6では一定である。第4図には、
メツキ浴のPHとP系の酸化還元電位Ehとの関係
が示されているが、FeとPとの共晶によるFe―
P系共晶合金をメツキするためには、Feに関す
る上記酸化還元電位(−0.47mV)とPに関する
酸化還元電位とが接近していなければならない。
ところが第4図によれば、PHが2以上になれば、
PとH3PO2又はH2PO2 -との間の酸化還元電位が
非常に低下する傾向があり、従つてFeの上記酸
化還元電位ではPが共析されにくく、非晶質のも
のが得難いことが分る。このため第4図におい
て、Pの酸化還元電位に近づけた状態で非晶質合
金を得るにはPHを2.2以下、好ましくは1.5〜2.0に
することが必要である。
また本発明によるメツキ浴は上記基本組成を変
更したものであつてよく、FeSO4・7H2Oの代わ
りに1/3〜5/3モルのスルフアミン酸鉄を用いてよ
く、またこの変更した基本組成に対し、低活性及
び光沢性付与のために0〜130g/の尿素、PH
を調節してバツフア作用をする20〜60g/のス
ルフアミン酸アンモニウム、少量の光沢剤を夫夫
添加してもよい。
本発明による上述のメツキ浴を用いて非晶質合
金を製造する際には、メツキの前処理として、例
えばCu試験片からなる被メツキ物をまずトリク
レン蒸気に脱脂洗浄し、次いで例えば30g/の
メタレツクスWスペシヤル(マクダーミド社製の
商品名)にて陰極洗浄してから後水洗し、本メツ
キに入つた。また他の前処理として、Al試験片
をトリクレン蒸気で洗浄し、次いでZn又はSn置
換法によりシアン化銅浴からUuストライク(即
ち薄いCu膜を付けること)を行い、更にピロリ
ン酸銅浴からCuメツキした後に本メツキに入つ
た。
本メツキは、以下に述べる本発明の各実施例に
よるメツキ浴で行つた。
実施例 1 下記の組成の酸性メツキ浴を調製した。
FeSO4・7H2O 300g/ H3BO3 30g/ L―アスコルビン酸 5g/ NaH2PO2 21g/ NH4Cl 20g/ そしてこのメツキ浴を用い、下記の条件でメツ
キを行なつた。
PH 2.2 電流密度 10A/dm2 浴温 40℃ この結果、第5図に示す如く、厚さ0.2mm程度
のAl試験片1上の厚さ1μ程度のCu膜2には、Fe
―P系の非晶質合金メツキ被膜3が厚さ30〜
100μ(例えば50μ程度)に析出した。このメツキ
被膜3のみを取出すには、Al試験片1をまず
NaOH又はKOHでエツチング除去し、更にCu膜
2をNH4OH+NH4Clで電解エツチングして除去
すればよい。
本実施例によれば、メツキ被膜3の膜厚はメツ
キ浴の成分の濃度、PH、電流密度等のコントロー
ルによつて自由に変えることが出来る。またCu
膜2の表面に所定パターンのメツキレジスト層
(図示せず)を被着しておけば、このメツキレジ
スト層が存在しない部分にメツキ被膜3を付けら
れるから、メツキレジスト層の形状によつて様々
なパターンのメツキ被膜を容易に形成することが
出来る。
次に以上のようにして製造したFe―P系の合
金についてX線回析を行つたところ、第6図に示
す如く、ブロードなスペクトルを示し、結晶質特
有のピークは現れなかつた。また、磁気天秤によ
る磁化量の温度変化を第7図に示したが、これに
よれば温度上昇に伴つて磁化量が低下し、300℃
を越えたあたりで結晶質であれば点線のように磁
化量が低下してゼロ(キユリー点)となるのに、
本実施例による非晶質合金の場合、磁化量がゼロ
にならず温度上昇に伴つて磁化量が上昇すること
が分る。この磁化量の上昇は、非晶質が結晶化す
ることにより生じるものであり、従つて本実施例
により製造されたメツキ被膜は非晶質のものであ
ることが明らかである。また第8図には、メツキ
被膜を示差熱分析した結果が示されているが、こ
れによれば磁化量の上記上昇(第7図)が起こる
温度において非晶質の結晶化によつて示差熱での
発熱反応が起こつていることが明らかである。
なお本実施例により得られたFe―P系非晶質
合金は例えばFe85.1P14.9からなり、磁束密度Bm
=13200gaussであつた。
以上説明したように、Feの供給源である
FeSO4とPの供給源であるNaH2PO2とを主成分
とする酸性メツキ浴を用いて電気メツキするよう
にしているから、従来不可能であつたFe―Pの
2元素からなる非晶質合金を製造することが可能
となつた。然もメツキ法によるものであるから、
従来法と比べてその操作が極めて簡単となり、ま
た非晶質元素であるPの量も比較的少なくなる。
本実施例による非晶質合金は従来の非晶質合金の
有する諸特性を具備している。即ち、機械的強度
が高く、加工硬化が殆んどなく、剛性率が比較的
低く、電気抵抗が高く、然も高透磁性を有したも
のとなり、磁性材料をはじめ、強度が要求される
小物部品や複合材料、板材、線材等に非常に有用
である。
実施例 2 本実施例では下記の組成の酸性メツキ浴を調製
した。
FeSO4・7H2O 300g/ H3BO3 30g/ L―アスコルビン酸 5g/ NaH2PO2・H2O 8.5g/ NH4Cl 20g/ そしてこのメツキ浴を用い、下記の条件で非晶
質を行なつた。
PH 1.8 電流密度 10A/dm2 浴温 40℃ 上記メツキ浴ではNaH2PO2・H2Oを前記実施
例1よりも少なくしているが、前記実施例1で述
べたと同様のFe―P系非晶質合金を製造するこ
とが出来た。
実施例 3 本実施例では下記の組成の酸性メツキ浴を調製
した。
スルフアミン酸鉄(鉄として) 56g/ L―アスコルビン酸 5g/ 尿素 120g/ スルフアミン酸アンモニウム 40g/ NaH2PO2・H2O 10.6g/ 光沢剤 少量 そしてこのメツキ浴を用い、下記の条件でメツ
キを行なつた。
PH 1.38 電流密度 10A/dm2 浴温 30℃ 上記メツキ浴から析出したFe―P系の合金に
ついてX線回析を行つたところ、第9図に示すス
ペクトルaに示す如く、ブロードなスペクトルが
得られたが、シヤープなピークを示すα―鉄のス
ペクトルbと比較すれば本実施例による合金は非
晶質のものであることを表している。また本実施
例による合金は、分析の結果、Fe87.2P12.8の組成
を有しており、磁気天秤による磁気量の測定結果
は磁束密度Bm=14200gaussであり、その温度特
性は第10図に示す如くになつた。即ち、温度上
昇に伴つて磁化量が減少するが、点線で示す結晶
質のものとは違つて更に温度を上げた場合に逆に
磁化量が増えた。これは結晶化によるものであ
り、本実施例による合金が明らかに非晶質である
ことを示している。また示唆熱分析の結果を示す
第11図によれば、温度上昇に伴つて吸熱反応か
ら発熱反応を起こすようになるが、これは非晶質
の結晶化によるものであることを示している。
なお比較のために、上記メツキ浴のPHを2.27と
してメツキした場合、第9図のスペクトルbで示
すようなα―鉄の(110)のピークが現れ、この
合金メツキは非晶質ではないことが分る。
実施例 4 本実施例では、前記実施例3で述べたメツキ浴
において、NaH2PO2・H2Oを42g/に増加さ
せ、かつH3BO3を20g添加した。そしてこのメ
ツキ浴を用い、下記の条件でメツキを行つた。
PH 1.68 電流密度 7A/dm2 浴温 40℃ 上記メツキ浴から析出したFe―P系の合金の
X線回析は第9図に示したスペクトルaと同様で
あり、やはり非晶質であることを示している。ま
た本実施例による合金は、分析の結果、Fe71.8
P28.2の組成を有しており、磁束密度Bm=
12000gaussであつた。
本発明は上述のような構成であるから、磁束密
度Bmが大きくかつFe―P系の非晶質合金特有の
諸特性を有する非晶質合金を製造することができ
る。
またこの非晶質合金を電気メツキで製造するよ
うにしているから、1種の非晶質元素Pを用いて
非晶質合金を極めて簡単に製造出来、然も膜厚及
び形状のコントロールも非常に容易である。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明による非晶質合金を説明するため
のものであつて、第1図はメツキ浴中のP濃度と
メツキ析出物のP濃度との関係及び非晶質領域を
示す曲線図、第2図はメツキ浴のPHとメツキ析出
物のP濃度の関係及び非晶質領域を示す曲線図、
第3図はメツキ浴のPHとFe系の酸化還元電位Eh
との関係を示すダイヤグラム、第4図はメツキ浴
のPHとP系の酸化還元電位Ehとの関係を示すダ
イヤグラム、第5図はFe―P系非晶質合金メツ
キ被膜が析出したAl試験片の断面図、第6図は
Fe―P系非晶質合金のX線回析スペクトル図、
第7図はその磁化量の温度特性を示す曲線図、第
8図はその示差熱分析の結果を示す曲線図、第9
図は別のFe―P系非晶質合金及びα―鉄のX線
回析スペクトル図、第10図はその非晶質合金の
磁化量の温度特性を示す曲線図、第11図はその
示差熱分析の結果を示す曲線図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 FeSO4・7H2Oとして計算して100〜500g/
    に相当する2価Feイオンを供給する量の硫酸
    第一鉄及び/又はスルフアミン酸鉄と、
    NaH2PO2・H2Oとして計算して8〜30g/に
    相当する次亜リン酸及び/又は次亜リン酸塩とを
    主として含有するメツキ浴を用いて、PH1.4〜
    2.2、温度30〜50℃、電流密度5〜20A/dm2
    条件下で電気メツキすることにより、FeとPと
    から成る非晶質合金を製造するようにした非晶質
    合金の製造方法。
JP26041284A 1984-12-10 1984-12-10 非晶質合金の製造方法 Granted JPS60145392A (ja)

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