WO2014199727A1 - パラジウムめっき被覆材料およびその製造方法 - Google Patents

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    • C23C28/021Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material including at least one metal alloy layer

Definitions

  • the present invention relates to a palladium plating coating material and a method for producing the palladium plating coating material.
  • a member in which a palladium plating layer is coated on the surface of a base material has been used as an electrical contact material used for a connector, a switch, a printed wiring board, or the like.
  • Patent Document 1 As a member in which a palladium plating layer is formed on the surface of such a substrate, for example, in Patent Document 1, after forming a conductive oxide film on a substrate, the palladium plating layer is formed on the conductive oxide film.
  • a palladium-plated coating material formed by forming is disclosed.
  • the present invention has been made in view of such a situation, and even when the surface palladium plating layer is thinned, the coverage and adhesion of the palladium plating layer can be improved.
  • Another object of the present invention is to provide a palladium plating coating material that is excellent in conductivity and advantageous in cost.
  • the present inventors formed a base alloy layer composed of a predetermined element on the base material, and formed a palladium plating layer on the base alloy layer, The inventors have found that the above object can be achieved and have completed the present invention.
  • a palladium plating coating material comprising a base material, a base alloy layer formed on the base material, and a palladium plating layer formed on the base alloy layer
  • the base alloy layer is an M1-M2-M3 alloy (where M1 is at least one element selected from Ni, Fe, Co, Cu, Zn, and Sn, and M2 is Pd, Re, Pt, Rh, Ag) , And at least one element selected from Ru, and M3 is at least one element selected from P and B.), a palladium plating coating material is provided.
  • the palladium plating has a step of forming a base alloy layer on the base material by electroless plating and a step of forming a palladium plating layer on the base alloy layer by electroless plating.
  • a method for producing a coating material wherein the base alloy layer is an M1-M2-M3 alloy (where M1 is at least one element selected from Ni, Fe, Co, Cu, Zn, and Sn, and M2 is , Pd, Re, Pt, Rh, Ag, and Ru, and M3 is at least one element selected from P and B.)
  • M1 is at least one element selected from Ni, Fe, Co, Cu, Zn, and Sn
  • M2 is , Pd, Re, Pt, Rh, Ag, and Ru
  • M3 is at least one element selected from P and B.
  • the palladium plating layer formed on the base material can improve the coverage and adhesion even when the thickness is reduced, thereby improving the corrosion resistance and conductivity, and reducing the cost.
  • An advantageous palladium plating coating material can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a palladium plating coating material 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is an SEM photograph of the surface of the palladium plating coating material 100 obtained in the example.
  • FIG. 3 is a graph showing the results of evaluating the corrosion resistance of the palladium plating coating material 100 obtained in the example.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of measuring the contact resistance of the palladium plating coating material 100 obtained in the example.
  • FIG. 5 is a graph showing the results of measuring the contact resistance of the palladium plating coating material 100 obtained in the example.
  • the palladium plating coating material 100 of the present embodiment includes a base alloy layer 20 and a palladium plating layer 30 on a base material 10, and the base alloy layer 20 is M1-M2- M3 alloy (where M1 is at least one element selected from Ni, Fe, Co, Cu, Zn, and Sn, and M2 is at least one selected from Pd, Re, Pt, Rh, Ag, and Ru) One element, M3, is at least one element selected from P and B.).
  • ⁇ Substrate 10> Although it does not specifically limit as the base material 10, Steel, stainless steel, Al, Al alloy, Ti, Ti alloy, Cu, Cu alloy, Ni, Ni alloy etc. are mentioned.
  • the shape of the base material 10 is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the intended use. For example, a conductive metal part or plate processed into a linear shape or plate shape is processed into an uneven shape. It is possible to use a material that has been processed into a necessary shape according to the intended use, such as a conductive member, a part of an electronic device processed into a spring shape or a cylindrical shape.
  • the thickness (diameter) and thickness (plate thickness) of the base material 10 are not particularly limited, and can be appropriately selected according to the intended use.
  • the palladium plating coating material 100 can also be used as a fuel cell separator.
  • the fuel cell separator is used as a member of a fuel cell constituting the fuel cell stack, and has a function of supplying fuel gas and air to the electrode through a gas flow path and a function of collecting electrons generated at the electrode. It is what you have.
  • the palladium plating coating material 100 is used as a separator for a fuel cell, the substrate 10 having a surface on which irregularities (gas flow paths) that function as flow paths for fuel gas and air are formed in advance is used. .
  • a method for forming the gas flow path is not particularly limited, and for example, a method of forming by a press working can be mentioned.
  • the base alloy layer 20 is a base layer for satisfactorily forming the palladium plating layer 30, and is made of an M1-M2-M3 alloy.
  • the M1-M2-M3 alloy is composed of different elements M1, M2, and M3, and M1 is at least one element selected from Ni, Fe, Co, Cu, Zn, and Sn.
  • M2 is at least one element selected from Pd, Re, Pt, Rh, Ag, and Ru, and M3 is at least one element selected from P and B.
  • the method for forming the base alloy layer 20 is not particularly limited, and can be formed by electrolytic plating, electroless plating, sputtering, or the like, but is preferably formed by electroless plating as described later.
  • M1 in the M1-M2-M3 alloy is at least one element selected from Ni, Fe, Co, Cu, Zn, and Sn. These may be used alone or in combination of two or more. For example, Ni—Fe, Ni—Co, Ni—Cu, or the like may be used.
  • Each element that constitutes M1 is an element that has a characteristic that a plating layer can be formed on the base material 10 alone, and each element has an effect of bringing the base alloy layer 20 into close contact with the base material 10. It is.
  • M2 in the M1-M2-M3 alloy is at least one element selected from Pd, Re, Pt, Rh, Ag, and Ru, and these may be used alone or in combination of two or more. May be used.
  • Each element constituting M2 is an element having an autocatalytic action, and each of them acts as a catalyst for the reaction of the reducing agent in the plating bath when it is deposited on the substrate 10, and continuously performs the metal deposition reaction. It has the effect
  • M2 is preferably at least one element selected from Pd and Ag, and particularly preferably Pd, from the viewpoint of cost reduction.
  • M3 in the M1-M2-M3 alloy is at least one element selected from either P and B, and these elements may be used alone, or P—B combining them may be used. It may be used.
  • Each element constituting M3 is a metalloid that constitutes a reducing agent in the plating bath for forming the base alloy layer 20 and is normally inevitably taken into the base alloy layer 20 when the base alloy layer 20 is formed. Will be.
  • P it is preferable to use P from the point that self-decomposition of a plating solution can be prevented and stability of a plating solution can be improved.
  • the ratio of each element in the M1-M2-M3 alloy is preferably 15 to 65 atomic% for M1, 20 to 60 atomic% for M2, 15 to 40 atomic% for M3, more preferably 20 to 20 atomic%. 50 atomic%, M2 is 30 to 50 atomic%, and M3 is 20 to 30 atomic%. Further, if the palladium plating layer 30 can be appropriately formed on the M1-M2-M3 alloy, the M1-M2-M3 alloy contains a slight amount of impurities that are inevitably mixed. Also good. Examples of impurities that are inevitably mixed include heavy metals such as Pb, Tl, and Bi that are added as stabilizers that prevent self-decomposition of the plating solution and stabilize the plating solution.
  • impurities that are inevitably mixed include heavy metals such as Pb, Tl, and Bi that are added as stabilizers that prevent self-decomposition of the plating solution and stabilize the plating solution.
  • Bi is preferably used from the viewpoint of reducing environmental burden.
  • the base alloy layer 20 is satisfactorily formed on the base material 10 and the palladium plating layer 30 formed on the base alloy layer 20 is covered.
  • the rate that is, the ratio of the area covered by the palladium plating layer 30 on the surface on which the palladium plating layer 30 is formed
  • the adhesion are improved, and thereby excellent in corrosion resistance and conductivity. It will be.
  • any combination of the elements can be used. From the viewpoint that self-decomposition of the plating solution can be prevented and the stability of the plating solution can be improved.
  • a —Pd—P alloy and a Co—Ag—P alloy are preferable, and a Ni—Pd—P alloy is particularly preferable.
  • the method of forming the base alloy layer 20 made of the M1-M2-M3 alloy is not particularly limited as described above, but when the method of forming by electroless plating is used, the elements shown in M1, M2, and M3 are used.
  • a plating bath (a base alloy electroless plating bath) containing a reducing agent and a complexing agent is used.
  • the base alloy electroless plating bath may be obtained by mixing a commonly used nickel plating bath and palladium plating bath, etc. Can be used.
  • a nickel plating bath for example, a plating comprising a nickel salt such as nickel chloride, nickel sulfate, nickel nitrate and nickel acetate, a reducing agent containing phosphorus such as hypophosphite, and a complexing agent such as citric acid. Examples include baths.
  • the palladium plating bath examples include a plating bath comprising a palladium salt such as palladium chloride, a reducing agent containing phosphorus such as hypophosphite and phosphite, and a complexing agent such as thiodiglycolic acid. Is mentioned.
  • a base alloy electroless plating bath by mixing a nickel plating bath and a palladium plating bath, it is preferable to use nickel chloride as the nickel salt and palladium chloride as the palladium salt.
  • the mixing ratio of the nickel plating bath and the palladium plating bath may be appropriately set according to the ratio of each element constituting the Ni—Pd—P alloy.
  • the base alloy layer 20 is made of a Ni—Pd—P alloy has been exemplified, but the case where the base alloy layer 20 is made of a material other than the Ni—Pd—P alloy is similarly M1.
  • a base alloy electroless plating bath prepared by appropriately adjusting a plating bath containing each of the elements M2, M3, and M3 and containing a reducing agent and a complexing agent may be used.
  • the base alloy layer 20 is preferably formed using the above-described base alloy electroless plating bath under the conditions of pH 4.0 to 7.0, bath temperature 30 to 50 ° C., and immersion time 5 to 20 minutes.
  • the thickness of the underlying alloy layer 20 to be formed is preferably 5 to 100 nm, more preferably 30 to 50 nm.
  • the palladium plating layer 30 can be satisfactorily formed on the base alloy layer 20.
  • the base material 10 for forming such a base alloy layer 20 is pre-pressed as described above.
  • a gas flow path formed by processing or the like is used.
  • by forming the base alloy layer 20 on the base material 10 on which such a gas flow path is previously formed cracks in the base alloy layer 20 in the obtained fuel cell separator are effectively prevented. be able to.
  • the base alloy layer 20 is formed on the base material 10 on which no gas flow path is formed, and then the gas flow path is formed by pressing or the like, the stress applied when forming the gas flow path
  • the base alloy layer 20 is cracked, it is possible to solve such a problem by forming the base alloy layer 20 after previously forming the gas flow path in the base material 10 as described above. it can.
  • the base alloy layer 20 is formed by electroless plating, the base alloy layer 20 is uniformly formed on the uneven gas flow path portion and the occurrence of non-formed portions is suppressed. In this way, it can be formed.
  • the base alloy layer 20 may be formed directly on the base material 10, but in order to improve the adhesion of the base alloy layer 20, A modified layer may be provided therebetween.
  • the modified layer can be appropriately formed according to the characteristics of the base material 10 and the base alloy layer 20, but from the viewpoint of improving the adhesion with the base alloy layer 20, M1 constituting the base alloy layer 20 A layer containing the same element as M1 of the M2-M3 alloy is preferable.
  • the modified layer is preferably a Ni-based layer containing Ni which is an element corresponding to M1.
  • the Ni-based layer is formed by electroless reduction plating, a Ni—P plating layer and the like can be mentioned.
  • the modified layer may be only one layer or two or more layers. In the case of two or more layers, the components constituting each layer may be different or the same. It may be a thing.
  • the method for forming the modified layer is not particularly limited, but it can be formed by electrolytic plating, electroless plating, sputtering, or the like.
  • the palladium plating layer 30 is a layer formed by performing a palladium plating process on the base alloy layer 20.
  • the plating method for forming the palladium plating layer 30 is not particularly limited, but is preferably formed by electroless plating.
  • a palladium plating bath used when forming the palladium plating layer 30 by electroless plating contains palladium chloride as a palladium salt, Hypophosphite, phosphorous acid as a reducing agent, for example.
  • a plating bath containing a salt or formate can be used.
  • hypophosphite or phosphite is used as the reducing agent, the palladium plating layer 30 to be formed contains a slight amount of phosphorus.
  • the palladium plating layer 30 When the palladium plating layer 30 is formed by electroless plating, it is preferably formed using a palladium plating bath under the conditions of pH 5.5 to 7.0 and bath temperature 55 to 72 ° C.
  • the immersion time in the palladium plating bath when forming the palladium plating layer 30 is not particularly limited, and can be set according to the required film thickness of the palladium plating layer 30.
  • the thickness of the palladium plating layer 30 is preferably 2 to 20 nm, more preferably 5 to 10 nm. If the thickness of the palladium plating layer 30 is too thin, the uniform palladium plating layer 30 is not formed on the underlying alloy layer 20, and when used as the palladium plating coating material 100, the corrosion resistance, conductivity, and solderability are lowered. There is a fear. On the other hand, when the thickness of the palladium plating layer 30 is too thick, it is disadvantageous in terms of cost.
  • the base alloy layer 20 composed of the M1-M2-M3 alloy is formed on the base material 10, and the palladium plating layer 30 is formed thereon. Therefore, the coverage and adhesion of the palladium plating layer 30 can be improved. Therefore, the palladium plating coating material 100 of the present embodiment has high coverage and adhesion of the palladium plating layer 30 even when the surface palladium plating layer 30 is thinned, and thereby has excellent corrosion resistance and conductivity. In addition, it is advantageous in terms of cost and can be suitably used as an electrical contact material used for a connector, a switch, a printed wiring board or the like.
  • a method for producing a palladium plating coating material having a palladium plating layer formed on the surface a method of forming a palladium plating layer by directly performing a palladium plating process on a base material has been conventionally used.
  • a method of forming a palladium plating layer by directly performing a palladium plating process on a base material has been conventionally used.
  • the palladium plating layer is formed thin, the coverage of the palladium plating layer with respect to the base material is reduced, and thus the base material is easily corroded.
  • the palladium plating layer is formed thickly, However, since a large amount of expensive palladium is used, there is a problem that it is disadvantageous in terms of cost.
  • the fuel cell separator when a palladium plating coating material is used as a fuel cell separator, the fuel cell separator is exposed to a high temperature and acidic atmosphere in the fuel cell, so when the coverage of the surface palladium plating layer is low, Corrosion of the base material progresses at an early stage, which increases the electrical resistance value due to the corrosion products generated on the surface of the base material and reduces the function as a fuel cell separator that collects electrons generated at the electrode. There is a problem of end up.
  • the palladium plating coating material 100 according to the present embodiment, by forming a layer composed of the M1-M2-M3 alloy as the base alloy layer 20, the coverage ratio is increased on the base alloy layer 20. And the palladium plating layer 30 excellent in adhesiveness can be formed. Therefore, according to the present embodiment, even when the thickness of the palladium plating layer 30 is reduced, the obtained palladium plating coating material 100 can be excellent in corrosion resistance and conductivity, and more cost-effective. It can be suitably used as a fuel cell separator.
  • a stainless steel material (SUS316L) was prepared as the base material 10.
  • nickel plating bath 3: 1 (volume ratio)
  • electroless plating treatment at 35 ° C. for 3 minutes
  • a Ni—Pd—P alloy layer having a thickness of 40 nm was formed as the base alloy layer 20 on the substrate 10.
  • the palladium salt, reducing agent, and complexing agent in the plating bath conventionally known compounds were used.
  • Palladium salt An amount that results in 0.15% by weight of Pd in the palladium plating bath Reducing agent: 1.8% by weight Complexing agent: 0.63% by weight Water: 97.2% by weight pH: 5.5 ⁇ Nickel plating bath> Nickel salt (nickel chloride): 1.8% by weight Reducing agent (sodium hypophosphite): 2.4% by weight Complexing agent: 2.4% by weight Water: 93.2% by weight pH: 5.5
  • the base material 10 on which the Ni—Pd—P alloy layer is formed is subjected to an electroless plating treatment at 60 ° C. for 1 minute using the palladium plating bath described above, whereby a Ni—Pd—P alloy is obtained.
  • a palladium plating layer 30 having a thickness of 6.2 nm was formed on the layer to obtain a palladium plating coating material 100.
  • an SEM photograph of the surface imaged after forming the Ni—Pd—P alloy layer on the substrate 10 and before forming the palladium plating layer 30 is shown in FIG.
  • SEM photographs of the surface imaged after forming the palladium plating layer 30 are shown in FIG.
  • Example 2 The thickness of the formed palladium plating layer 30 is changed to 8.8 nm (Example 2) and 13.3 nm (Example 3) by changing the immersion time in electroless plating when forming the palladium plating layer 30. And 21.5 nm (Example 4), the palladium plating coating material 100 was obtained in the same manner as in Example 1, and the coverage of the palladium plating layer 30 was measured in the same manner. Table 1 shows the measurement results of coverage. Further, surface SEM photographs of the palladium plating coating materials 100 of Examples 2 to 4 are shown in FIGS. 2 (C), 2 (D), and 2 (E).
  • a base alloy layer 20 is formed on the base material 10, and the base alloy layer 20 is formed on the base alloy layer 20.
  • the palladium plating layer 30 has a high coverage even when the thickness is as thin as several nanometers. It was confirmed that it was possible to prevent the occurrence of exfoliation as a trigger, and to have excellent adhesion.
  • a palladium plating coating material 100 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness was 9 nm.
  • the composition of the base alloy layer 20 was measured using an inductively coupled plasma emission spectrometer (ICPE-9000, manufactured by Shimadzu Corporation).
  • a palladium plating coating material 100 was obtained in the same manner as in Example 5 except that the thickness was 4 nm.
  • the corrosion resistance of the palladium plating coating material 100 obtained in Examples 5 and 6 was evaluated. Specifically, the palladium plating coating material 100 is masked with a polyimide tape so that an area of 35 mm in length and 20 mm in width is exposed, and immersed in a 90 ° C. sulfuric acid aqueous solution (volume 80 ml, pH: 1.0) for 100 hours.
  • the palladium plating coating material 100 is taken out, and the mass concentration (g / L) of ions (Ni, Pd, P, Fe, Cr, Mo) eluted from the palladium plating coating material 100 in the sulfuric acid aqueous solution is inductively coupled plasma emission spectrometer (Shimadzu Corporation, ICPE-9000).
  • ICPE-9000 inductively coupled plasma emission spectrometer
  • stainless steel (SUS316L) which is usually used as a material for fuel cell separators, is also immersed in a sulfuric acid aqueous solution and ions (Fe, Cr, Mo) eluted in the sulfuric acid aqueous solution.
  • Ni was evaluated for corrosion resistance by measuring the mass concentration (g / L). The results are shown in FIG.
  • the evaluation results in Examples 5 and 6 indicate the mass concentrations of Ni, Pd, P, Fe, Cr, and Mo ions eluted from the palladium plating coating material 100, while SUS316L. These evaluation results indicate mass concentrations of Fe, Cr, Mo, and Ni ions eluted from SUS316L.
  • a measurement system as shown in FIG. 4 is formed using the palladium plating coating material 100 obtained in Examples 5 and 6, and measurement of the contact resistance value is performed using the formed measurement system.
  • Went. 4 includes a palladium plating coating material 100, a carbon cloth 200 used as a gas diffusion layer substrate in a fuel cell separator, a copper electrode 300 coated with gold plating, a voltmeter 400, and an ammeter 500. Consists of. Specifically, the contact resistance value is measured by first processing the palladium plating coating material 100 into a size of 20 mm in width, 20 mm in length, and 1.27 mm in thickness, and as shown in FIG.
  • FIG. 5 also shows the contact resistance value measured for SUS316L as comparison data.
  • the contact resistance value of SUS316L was obtained by processing the SUS316L into a size of 20 mm in width, 20 mm in length, and 1.0 mm in thickness and then measuring with the measurement system shown in FIG. 4 described above.

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Abstract

 基材(10)と、前記基材(10)上に形成された下地合金層(20)と、前記下地合金層(20)上に形成されたパラジウムめっき層(30)と、を備えるパラジウムめっき被覆材料(100)であって、前記下地合金層(20)が、M1-M2-M3合金(ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。)で形成されていることを特徴とするパラジウムめっき被覆材料(100)を提供する。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称] パラジウムめっき被覆材料およびその製造方法
 本発明は、パラジウムめっき被覆材料、およびパラジウムめっき被覆材料の製造方法に関する。
 従来、コネクタ、スイッチ、もしくはプリント配線基板などに用いられる電気接点材料として、基材の表面にパラジウムめっき層が被覆された部材が用いられている。
 このような基材の表面にパラジウムめっき層が形成された部材として、たとえば、特許文献1では、基材上に導電性酸化物被膜を形成した後、該導電性酸化物被膜上にパラジウムめっき層を形成してなるパラジウムめっき被覆材料が開示されている。
特開2008-4498号公報
 しかしながら、上記特許文献1に開示されているパラジウムめっき被覆材料では、表面のパラジウムめっき層の厚みを薄くしすぎると、パラジウムめっき層にピンホールなどの欠陥が発生することで被めっき材である基材が腐食して電気抵抗値が増加(すなわち、導電性が低下)してしまうという問題があり、一方、表面のパラジウムめっき層の厚みを厚くしすぎると、コスト的に不利になってしまうという問題がある。
 本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであり、表面のパラジウムめっき層を薄膜化させた場合においても、パラジウムめっき層の被覆率および密着性を向上させることができ、これにより、耐食性および導電性に優れ、コスト的に有利なパラジウムめっき被覆材料を提供することを目的とする。
 本発明者等は、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、基材上に所定の元素から構成される下地合金層を形成し、該下地合金層上にパラジウムめっき層を形成することにより、上記目的を達成できることを見出し本発明を完成させるに至った。
 すなわち、本発明によれば、基材と、前記基材上に形成された下地合金層と、前記下地合金層上に形成されたパラジウムめっき層と、を備えるパラジウムめっき被覆材料であって、前記下地合金層が、M1-M2-M3合金(ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。)で形成されていることを特徴とするパラジウムめっき被覆材料が提供される。
 また、本発明によれば、基材上に、無電解めっきにより下地合金層を形成する工程と、前記下地合金層上に、無電解めっきによりパラジウムめっき層を形成する工程と、を有するパラジウムめっき被覆材料の製造方法であって、前記下地合金層が、M1-M2-M3合金(ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。)で形成されることを特徴とするパラジウムめっき被覆材料の製造方法が提供される。
 本発明によれば、基材上に形成するパラジウムめっき層について、厚みを薄くした場合においても、被覆率および密着性を向上させることができ、これにより、耐食性および導電性に優れ、コスト的に有利なパラジウムめっき被覆材料を提供することができる。
図1は、本実施形態に係るパラジウムめっき被覆材料100の構成を示す図である。 図2は、実施例で得られたパラジウムめっき被覆材料100の表面のSEM写真である。 図3は、実施例で得られたパラジウムめっき被覆材料100の耐食性を評価した結果を示すグラフである。 図4は、実施例で得られたパラジウムめっき被覆材料100の接触抵抗を測定する方法を説明するための図である。 図5は、実施例で得られたパラジウムめっき被覆材料100の接触抵抗を測定した結果を示すグラフである。
 以下、本実施形態のパラジウムめっき被覆材料100について説明する。
 本実施形態のパラジウムめっき被覆材料100は、図1に示すように、基材10上に、下地合金層20と、パラジウムめっき層30と、を備え、前記下地合金層20が、M1-M2-M3合金(ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。)で形成されていることを特徴とする。
<基材10>
 基材10としては、特に限定されないが、鋼、ステンレス鋼、Al、Al合金、Ti、Ti合金、Cu、Cu合金、Ni、Ni合金などが挙げられる。基材10の形状としては、特に限定されず、使用用途に応じて適宜選択することができるが、たとえば、線形状や板形状に加工された導電性の金属部品、板を凹凸形状に加工してなる導電性部材、ばね形状や筒形状に加工された電子機器の部品などの用途に応じて必要な形状に加工したもの用いることができる。また、基材10の太さ(直径)や厚み(板厚)は、特に限定されず、使用用途に応じて適宜選択することができる。
 本実施形態においては、パラジウムめっき被覆材料100を、燃料電池用セパレータとして用いることもできる。なお、燃料電池用セパレータは、燃料電池スタックを構成する燃料電池セルの部材として用いられ、ガス流路を通じて電極に燃料ガスや空気を供給する機能、および電極で発生した電子を集電する機能を有するものである。パラジウムめっき被覆材料100を、燃料電池用セパレータとして用いる際には、基材10については、予めその表面に燃料ガスや空気の流路として機能する凹凸(ガス流路)が形成されたものを用いる。ガス流路を形成する方法としては、特に限定されないが、たとえば、プレス加工により形成する方法が挙げられる。
<下地合金層20>
 下地合金層20は、パラジウムめっき層30を良好に形成するための下地層であり、M1-M2-M3合金からなる。ここで、M1-M2-M3合金は、互いに異なる元素であるM1、M2、およびM3から構成され、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素であり、また、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素であり、さらに、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。
 なお、下地合金層20を形成する方法は、特に限定されず、電解めっき、無電解めっき、スパッタリングなどにより形成することができるが、後述するように無電解めっきにより形成することが好ましい。
 M1-M2-M3合金におけるM1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素であり、これらを単独で用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて、たとえば、Ni-Fe、Ni-Co、Ni-Cuなどを用いてもよい。M1を構成する各元素は、単独で、基材10上にめっき層を形成することができるという特性を有する元素であり、いずれも、下地合金層20を基材10に密着させる作用を有するものである。なお、M1としては、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ni、およびCoから選択される少なくとも1つの元素を用いるのが好ましく、Niを用いるのが特に好ましい。
 また、M1-M2-M3合金におけるM2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素であり、これらを単独で用いてもよいし、2つ以上を組み合わせて用いてもよい。M2を構成する各元素は、自己触媒作用を有する元素であり、いずれも、基材10上に析出した際に、めっき浴中の還元剤の反応に対する触媒として作用し、金属析出反応を連続的に進行させる作用を有するものである。なお、M2としては、コストを抑えることができるという点より、Pd、およびAgから選択される少なくとも1つの元素を用いるのが好ましく、Pdを用いるのが特に好ましい。
 さらに、M1-M2-M3合金におけるM3は、P、およびBのいずれかから選択される少なくとも1つの元素であり、これらの元素を単独で用いてもよいし、これらを組み合わせたP-Bを用いてもよい。M3を構成する各元素は、下地合金層20を形成するためのめっき浴中の還元剤を構成するメタロイドであり、通常、下地合金層20を形成する際に不可避的に下地合金層20に取り込まれることとなる。なお、M3としては、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Pを用いるのが好ましい。
 また、M1-M2-M3合金における各元素の比率は、好ましくはM1が15~65原子%、M2が20~60原子%、M3が15~40原子%であり、より好ましくはM1が20~50原子%、M2が30~50原子%、M3が20~30原子%である。さらに、M1-M2-M3合金上に適切にパラジウムめっき層30を形成することができる範囲であれば、M1-M2-M3合金には不可避的に混入してしまう不純物がわずかに含まれていてもよい。不可避的に混入してしまう不純物としては、たとえば、めっき液の自己分解を防止し、めっき液を安定させる安定剤として添加されるPb、Tl、Biなどの重金属が挙げられる。なお、このような安定剤としては、環境負荷軽減の観点から、Biが好ましく用いられる。M1-M2-M3合金の組成比を上記範囲とすることにより、基材10上に良好に下地合金層20が形成され、かつ、下地合金層20上に形成されるパラジウムめっき層30について、被覆率(すなわち、下地合金層20上のパラジウムめっき層30が形成された面における、パラジウムめっき層30によって被覆されている面積の割合)および密着性が向上し、これにより、耐食性および導電性に優れたものとなる。
 そして、M1-M2-M3合金としては、各元素を任意に組み合わせたものを用いることができるが、めっき液の自己分解を防止し、めっき液の安定性を高めることができるという点より、Ni-Pd-P合金、Co-Ag-P合金が好ましく、Ni-Pd-P合金が特に好ましい。
 M1-M2-M3合金からなる下地合金層20を形成する方法は、上述したように特に限定されないが、無電解めっきにより形成する方法を用いる場合には、M1、M2、およびM3に示す元素を含み、還元剤、錯化剤が添加されためっき浴(下地合金無電解めっき浴)を用いる。
 たとえば、Ni-Pd-P合金からなる下地合金層20を形成する場合には、下地合金無電解めっき浴としては、通常用いられるニッケルめっき浴と、パラジウムめっき浴とを混合して得られるものなどを用いることができる。ニッケルめっき浴としては、たとえば、塩化ニッケル、硫酸ニッケル、硝酸ニッケル、酢酸ニッケルなどのニッケル塩と、次亜リン酸塩などのリンを含む還元剤と、クエン酸などの錯化剤とからなるめっき浴などが挙げられる。パラジウムめっき浴としては、たとえば、塩化パラジウムなどのパラジウム塩と、次亜リン酸塩、亜リン酸塩などのリンを含む還元剤と、チオジグリコール酸などの錯化剤とからなるめっき浴などが挙げられる。
 なお、ニッケルめっき浴と、パラジウムめっき浴とを混合して下地合金無電解めっき浴を作製する際においては、ニッケル塩としては塩化ニッケル、パラジウム塩としては塩化パラジウムを用いるのが好ましい。ニッケルめっき浴と、パラジウムめっき浴との混合比率は、Ni-Pd-P合金を構成する各元素の比率に応じて適宜設定すればよい。なお、上記においては、下地合金層20を、Ni-Pd-P合金とする場合を例示したが、下地合金層20を、Ni-Pd-P合金以外で構成する場合においても、同様に、M1、M2、およびM3の各元素を含み、還元剤、錯化剤が添加されためっき浴を適宜調整してなる下地合金無電解めっき浴を用いればよい。
 なお、下地合金層20は、上述した下地合金無電解めっき浴を用いて、pH4.0~7.0、浴温30~50℃、浸漬時間5~20分の条件で形成することが好ましい。
 また、形成する下地合金層20の厚みは、好ましくは5~100nmであり、より好ましくは30~50nmである。下地合金層20の厚みを上記範囲とすることにより、下地合金層20上に、良好にパラジウムめっき層30を形成することができる。
 ここで、本実施形態に係るパラジウムめっき被覆材料100を、燃料電池用セパレータとして用いる場合には、このような下地合金層20を形成するための基材10としては、上述したように、予めプレス加工などによりガス流路が形成されたものを用いる。本実施形態においては、このような予めガス流路が形成された基材10上に下地合金層20を形成することにより、得られる燃料電池用セパレータにおける下地合金層20のクラックを有効に防止することができる。すなわち、ガス流路が形成されていない基材10上に下地合金層20を形成し、その後、プレス加工などによりガス流路を形成する場合には、ガス流路を形成する際に加わる応力により下地合金層20にクラックが生じるという問題があるが、上述したように予め基材10にガス流路を形成した後、下地合金層20を形成することで、このような問題を解決することができる。特に、本実施形態においては、下地合金層20を無電解めっきにより形成する場合には、凹凸のあるガス流路部分に対して、下地合金層20を均一に、かつ不形成部分の発生を抑制するようにして形成することができる。
 なお、本実施形態においては、下地合金層20を、直接基材10上に形成してもよいが、下地合金層20の密着性を向上させるために、基材10と下地合金層20との間に改質層を設けてもよい。改質層としては、基材10や下地合金層20の特性に応じて適宜形成することができるが、下地合金層20との密着性を向上させるという観点より、下地合金層20を構成するM1-M2-M3合金のM1と同じ元素を含有する層とすることが好ましい。たとえば、下地合金層20としてNi-Pd-P合金を採用する場合には、改質層としては、M1に相当する元素であるNiを含有するNi系の層とすることが好ましく、このようなNi系の層を、無電解還元めっきにより形成する場合には、Ni-Pめっき層などが挙げられる。なお、改質層は、1層のみでもよいし、2層以上としてもよく、また、2層以上とする場合には、各層を構成する成分は異なるものであってもよいし、あるいは、同じものであってもよい。また、改質層を形成する方法は特に限定されないが、電解めっき、無電解めっき、スパッタリングなどにより形成することができる。
<パラジウムめっき層30>
 パラジウムめっき層30は、下地合金層20上にパラジウムめっき処理を施すことにより形成される層である。なお、パラジウムめっき層30を形成するめっき方法は特に限定されないが、無電解めっきにより形成することが好ましい。
 パラジウムめっき層30を無電解めっきにより形成する際に用いるパラジウムめっき浴としては、特に限定されないが、たとえば、パラジウム塩として、塩化パラジウムを含有し、還元剤として、次亜リン酸塩、亜リン酸塩、またはギ酸塩を含有するめっき浴を用いることができる。なお、還元剤として次亜リン酸塩、または亜リン酸塩を用いた場合には、形成されるパラジウムめっき層30には、わずかにリンが含まれることとなる。
 パラジウムめっき層30を無電解めっきにより形成する際には、パラジウムめっき浴を用いて、pH5.5~7.0、浴温55~72℃の条件で形成することが好ましい。なお、パラジウムめっき層30を形成する際における、パラジウムめっき浴への浸漬時間は特に限定されず、必要とするパラジウムめっき層30の膜厚に応じて設定することができる。
 なお、パラジウムめっき層30の厚みは、好ましくは2~20nmであり、より好ましくは5~10nmである。パラジウムめっき層30の厚みが薄すぎると、下地合金層20上に均一なパラジウムめっき層30が形成されず、パラジウムめっき被覆材料100として用いる際に、耐食性、導電性、およびはんだ接合性が低下するおそれがある。一方、パラジウムめっき層30の厚みが厚すぎると、コスト的に不利になる。
 本実施形態に係るパラジウムめっき被覆材料100によれば、基材10上にM1-M2-M3合金から構成される下地合金層20を形成し、この上にパラジウムめっき層30を形成するものであるため、パラジウムめっき層30の被覆率および密着性を向上させることができる。そのため、本実施形態のパラジウムめっき被覆材料100は、表面のパラジウムめっき層30を薄膜化させた場合においても、パラジウムめっき層30の被覆率および密着性が高く、これにより、耐食性および導電性に優れ、かつコスト的に有利なものとなり、コネクタ、スイッチ、もしくはプリント配線基板などに用いられる電気接点材料として好適に用いられるものである。
 なお、表面にパラジウムめっき層が形成されたパラジウムめっき被覆材料を製造する方法としては、従来より、基材上に、直接、パラジウムめっき処理を施してパラジウムめっき層を形成する方法が用いられている。しかしながら、このような方法においては、パラジウムめっき層を薄く形成すると、基材に対するパラジウムめっき層の被覆率が低下することで基材が腐食しやすくなってしまい、一方、パラジウムめっき層を厚く形成すると、高価なパラジウムを多量に用いることとなるため、コスト的に不利になってしまうという問題がある。
 特に、パラジウムめっき被覆材料を燃料電池用セパレータとして用いる場合には、燃料電池用セパレータは、燃料電池内における高温かつ酸性雰囲気の環境にさらされるため、表面のパラジウムめっき層の被覆率が低いときには、基材の腐食が早期に進行してしまい、これにより、基材表面に生成した腐食生成物により電気抵抗値が増加し、電極で発生した電子を集電する燃料電池用セパレータとしての機能が低下してしまうという問題がある。
 これに対し、本実施形態に係るパラジウムめっき被覆材料100によれば、下地合金層20として、M1-M2-M3合金から構成される層を形成することにより、下地合金層20上に、被覆率および密着性に優れたパラジウムめっき層30を形成することができる。そのため、本実施形態によれば、パラジウムめっき層30の厚みを薄くした場合においても、得られるパラジウムめっき被覆材料100を、耐食性および導電性に優れ、さらにコスト的に有利なものとすることができ、燃料電池用セパレータとして好適に用いることができる。
 以下に、実施例を挙げて、本発明についてより具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
<実施例1>
 まず、基材10としてステンレス鋼材(SUS316L)を準備した。次いで、準備した基材10に対し、下記に示すパラジウムめっき浴と、ニッケルめっき浴とを、パラジウムめっき浴:ニッケルめっき浴=3:1(体積比)の割合で混合しためっき浴を用いて、35℃、3分間の条件で、無電解めっき処理を施すことにより、基材10上に、下地合金層20として厚さ40nmのNi-Pd-P合金層を形成した。なお、めっき浴中におけるパラジウム塩、還元剤、および錯化剤については、従来公知の化合物を用いた。
<パラジウムめっき浴>
 パラジウム塩:パラジウムめっき浴中におけるPd量が0.15重量%となる量
 還元剤:1.8重量%
 錯化剤:0.63重量%
 水:97.2重量%
 pH:5.5
<ニッケルめっき浴>
 ニッケル塩(塩化ニッケル):1.8重量%
 還元剤(次亜燐酸ソーダ):2.4重量%
 錯化剤:2.4重量%
 水:93.2重量%
 pH:5.5
 次いで、Ni-Pd-P合金層を形成した基材10について、上記のパラジウムめっき浴を用いて、60℃、1分間の条件で、無電解めっき処理を施すことにより、Ni-Pd-P合金層上に、厚さ6.2nmのパラジウムめっき層30を形成し、パラジウムめっき被覆材料100を得た。
パラジウムめっき層30の被覆率の測定
 そして、このようにして得られたパラジウムめっき被覆材料100の表面を、走査型電子顕微鏡SEM(日立ハイテクノロジーズ社製、S-4800)にて観察し、得られたSEM写真に基づいて、パラジウムめっき被覆材料100の表面におけるパラジウムめっき層30の被覆率を測定した。パラジウムめっき層30の被覆率の測定は、上記SEM写真を、パラジウムめっき層30のピンホールなどの欠陥が特定できるような明度閾値で二値化した後、二値化した画像に基づいてパラジウムめっき層30が形成された面積の割合を測定することにより行った。被覆率の測定結果を表1に示す。また、本実施例のパラジウムめっき被覆材料100において、基材10上にNi-Pd-P合金層を形成した後、パラジウムめっき層30を形成する前に撮像した表面のSEM写真を図2(A)に、パラジウムめっき層30を形成した後に撮像した表面のSEM写真を図2(B)にそれぞれ示す。
<実施例2~4>
 パラジウムめっき層30を形成する際の、無電解めっきにおける浸漬時間などを変更して、形成されるパラジウムめっき層30の厚みを、8.8nm(実施例2)、13.3nm(実施例3)、および21.5nm(実施例4)とした以外は、実施例1と同様にしてパラジウムめっき被覆材料100を得て、同様にパラジウムめっき層30の被覆率の測定を行った。被覆率の測定結果を表1に示す。また、実施例2~4のパラジウムめっき被覆材料100について、表面のSEM写真を図2(C)、図2(D)、図2(E)に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1、図2(B)、図2(C)、図2(D)、図2(E)の結果より、基材10上に下地合金層20を形成し、この下地合金層20上にパラジウムめっき層30を形成した実施例1~4においては、パラジウムめっき層30は、その厚みが数nm程度と薄い場合においても、被覆率が高く、これにより、ピンホールなどのパラジウムめっき未析出部をきっかけとした剥離の発生を防止することができ、密着性に優れていることが確認された。
<実施例5>
 下地合金層20を形成する際における、パラジウムめっき浴およびニッケルめっき浴の混合比などを変更して、形成されるNi-Pd-P合金層の厚みを40nm、組成をNi:Pd:P=34:42:20(原子%)および不可避的不純物とし、パラジウムめっき層30を形成する際における、無電解めっき時の浸漬時間などを変更して、形成されるパラジウムめっき層30の厚みを、8.9nmとした以外は、実施例1と同様にしてパラジウムめっき被覆材料100を得た。なお、下地合金層20の組成については、誘導結合プラズマ発光分析装置(島津製作所社製、ICPE-9000)を用いて測定した。
<実施例6>
 下地合金層20を形成する際における、パラジウムめっき浴およびニッケルめっき浴の混合比などを変更して、形成されるNi-Pd-P合金層の厚みを44nm、組成をNi:Pd:P=62:23:15(原子%)および不可避的不純物とし、パラジウムめっき層30を形成する際における、無電解めっき時の浸漬時間などを変更して、形成されるパラジウムめっき層30の厚みを、7.4nmとした以外は、実施例5と同様にしてパラジウムめっき被覆材料100を得た。
耐食性の評価
 次いで、実施例5,6において得られたパラジウムめっき被覆材料100に対し、耐食性の評価を行った。具体的には、パラジウムめっき被覆材料100を縦35mm、横20mmの面積が露出するようにポリイミドテープでマスキングし、90℃の硫酸水溶液(体積80ml、pH:1.0)に100時間浸漬した後、パラジウムめっき被覆材料100を取り出し、パラジウムめっき被覆材料100から硫酸水溶液中に溶出したイオン(Ni、Pd、P、Fe、Cr、Mo)の質量濃度(g/L)を誘導結合プラズマ発光分析装置(島津製作所社製、ICPE-9000)により測定することにより行った。また、比較として、併せて、燃料電池用セパレータの材料として通常用いられているステンレス鋼材(SUS316L)についても、同様に、硫酸水溶液に浸漬させ、硫酸水溶液中に溶出したイオン(Fe、Cr、Mo、Ni)の質量濃度(g/L)を測定することで、耐食性の評価を行った。結果を図3に示す。
 なお、図3に示すグラフにおいては、実施例5,6における評価結果は、パラジウムめっき被覆材料100から溶出したNi、Pd、P、Fe、Cr、Moのイオンの質量濃度を示し、一方、SUS316Lの評価結果は、SUS316Lから溶出したFe、Cr、Mo、Niのイオンの質量濃度を示している。
 図3の結果より、基材10上に下地合金層20としてNi-Pd-P合金層を形成し、形成した下地合金層20上にパラジウムめっき層30を形成した実施例5,6においては、パラジウムめっき層30の厚みが数nm程度と薄い場合においても、従来の燃料電池用セパレータの材料などとして用いられているSUS316Lと比較して、基材からのイオンの溶出を有効に抑制することができ、耐食性に優れることが確認された。
接触抵抗値の測定
 次いで、実施例5,6において得られたパラジウムめっき被覆材料100を用いて、図4に示すような測定系を形成し、形成した測定系を用いて、接触抵抗値の測定を行った。なお、図4に示す測定系は、パラジウムめっき被覆材料100、燃料電池用セパレータにおいてガス拡散層基材として用いられるカーボンクロス200、金めっき被覆された銅電極300、電圧計400、および電流計500によって構成される。接触抵抗値の測定は、具体的には、まず、パラジウムめっき被覆材料100を幅20mm、長さ20mm、厚さ1.27mmの大きさに加工し、図4に示すように、カーボンクロス200(東レ社製、品番:TGP-H-090)を介して、金めっき被覆された銅電極300によって両側から挟んで固定することで、図4に示す測定系を形成した。次いで、銅電極300に一定の荷重を加えながら、荷重5~20(kg/cm)の範囲において、抵抗計(日置電機社製、ミリオームハイテスタ3540)を用いて、試験片を挟んだ上下のカーボンクロス200間の接触抵抗値を測定した。測定結果を図5に示す。
 また、図5においては、比較データとして、SUS316Lについて測定した接触抵抗値の値も併せて示した。SUS316Lの接触抵抗値は、SUS316Lを幅20mm、長さ20mm、厚さ1.0mmの大きさに加工した後、上述した図4に示す測定系により測定することで得た。
 図5の結果より、基材10上に下地合金層20を形成し、この下地合金層20上にパラジウムめっき層30を形成した実施例5,6においては、いずれの荷重値においても、従来の燃料電池用セパレータの材料などとして用いられているSUS316Lより接触抵抗値が低い値となり、導電性に優れる結果となった。
100…パラジウムめっき被覆材料
 10…基材
 20…下地合金層
 30…パラジウムめっき層

Claims (2)

  1.  基材と、
     前記基材上に形成された下地合金層と、
     前記下地合金層上に形成されたパラジウムめっき層と、を備えるパラジウムめっき被覆材料であって、
     前記下地合金層が、M1-M2-M3合金(ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。)で形成されていることを特徴とするパラジウムめっき被覆材料。
  2.  基材上に、無電解めっきにより下地合金層を形成する工程と、
     前記下地合金層上に、無電解めっきによりパラジウムめっき層を形成する工程と、を有するパラジウムめっき被覆材料の製造方法であって、
     前記下地合金層が、M1-M2-M3合金(ただし、M1は、Ni、Fe、Co、Cu、Zn、およびSnから選択される少なくとも1つの元素、M2は、Pd、Re、Pt、Rh、Ag、およびRuから選択される少なくとも1つの元素、M3は、P、およびBから選択される少なくとも1つの元素である。)で形成されることを特徴とするパラジウムめっき被覆材料の製造方法。
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