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無電解ニッケルめっきについて

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品物の多くは用途に応じて表面処理がされています。美観をあたえたり、防錆、摩擦を強くするなどの寄与目的で表面処理が施されます。この記事では、無電解ニッケルめっきについてまとめます。

 

無電解ニッケルめっきの特徴

無電解ニッケルめっきの主な特徴は以下になります。

  1. ほとんどの金属素材や非伝導性のプラスチック・樹脂部品にもめっきできる
  2. 複雑な形状でも、均一なめっきができる
  3. 目的に応じて多くの種類が存在する

無電解ニッケルめっき(ENP)とは、電気めっきプロセスで使用される電流を使わずに、化学的に還元してニッケル合金皮膜を析出させることです。

エンジニアリング目的のENPの大部分は、リンを2~14%含みます。リン含有量が多いほど耐食性が向上しますが、リン含有量を増やすと硬度が低下します。

特徴
  • 硬度
    めっき状態でビッカース硬度500。
    400℃×1時間熱処理したものはビッカース硬度900。
  • 厚さの均一性
    電気を使わないので複雑な形状の品物にも均一にめっきが付く
    (精度±10%)
  • 密着性
    電気メッキよりはるかに良い。曲げたり加熱しても剥げない。
  • 耐磨耗性
    非常に優れており、金属間の「かじり」や「焼き付き」を防止する。
  • 耐食性
    ピンホールが皆無に近く耐食性が良い。有機酸、塩類、苛性アルカリ、希薄鉱酸に対して高い耐食性を示す。 

 

無電解ニッケルめっきのおもな用途

無電解ニッケルめっき
  目的 部品
自動車部品 硬度、耐摩耗性、焼き付け防止、耐食性、均一皮膜 ピストン、シリンダ、歯車、カム、エンジン内部部品
電子部品 硬度、精度、半田つけ性、溶接性など 接点、シャフト、バネ、ボルト、ナット、マグネット、抵抗体
その他 硬度、耐摩耗性、離型性など

金型、各種機械部品

無電解ニッケルめっきの膜厚・精度

用途に合わせて膜厚を選定します。JISでは以下のように規定されています。

JIS H 8645:1999

等級及びめっきの最小厚さについて。

 

1級 めっきの最小厚さ:3μm
2級 めっきの最小厚さ:5μm
3級 めっきの最小厚さ:10μm
4級 めっきの最小厚さ:15μm
5級 めっきの最小厚さ:20μm
6級 めっきの最小厚さ:30μm
7級 めっきの最小厚さ:50μm

 

化学反応でめっきを析出していくので、めっき浴の循環などにより常に新しいめっき液が触れるところには、形状、サイズに関わらず均一なめっき厚が析出します。μm単位でのコントロールが可能です。電気めっきは、電極との位置関係により、電気的に陰になってしまうところにはめっきが全く析出しない、また電気はエッジや鋭利な場所に多く流れる性質がありますが、無電解めっきでは、どの部位にも均一なめっき厚を得ることができます。

寸法精度が高い製品に対して、電気めっきはめっき後に研磨等を施し寸法を調整することが多いですが、無電解めっきは、めっき前に寸法を合わせておけば、めっき後の調整は不要となる場合が殆どです。


無電解ニッケルめっきの英語表現 無電解ニッケルとは?

無電解ニッケルめっきとは?
  • Electroless Nickel Plating (ENP) is the deposit of a nickel-alloy coating by chemical reduction – without the electric current that’s used in electroplating processes.
  • 無電解ニッケルめっき(ENP)とは、電気めっきプロセスで使用される電流を使わずに、化学的に還元してニッケル合金皮膜を析出させることです。
Electroless Nickel Plating (ENP)
the deposit of a nickel-alloy coating *deposit: 金属皮膜
chemical reduction
electric current
electroplating

 

無電解ニッケルめっきの英語表現 リンとの関係

リンとの関係
  • The majority of ENP for engineering purposes is a nickel phosphorus deposit containing 2 to 14% phosphorus. The higher the phosphorus content the greater the corrosion resistance, however the compromise on increased phosphorus content is a decrease in hardness.
  • エンジニアリング目的のENPの大部分は、2~14%のリンを含むニッケルリン皮膜である。リンの含有量が多いほど耐食性が向上します。しかし、リン含有量が多いほど硬度が下がります。
phosphorus
corrosion resistance

 

一般的には、「低リンタイプ」「中リンタイプ」「高リンタイプ」に分けられ、磁性特性、耐薬品性、耐食性、硬度などが変化させることが出来ます。 また、べーキング処理(熱処理)を行うことにより、Hv900〜1000程度の高硬度を実現することも可能です。 RoHS指令にも抵触せず、安心して使用することが出来る無電解めっき処理であり、「カニゼンめっき」とも言われる場合があります。

 

無電解ニッケルめっきの英語表現 熱処理との関係

無電解ニッケルめっき熱処理
  • ENP is at its most corrosion resistant in its amorphous phase. Heat treatment causes particles of nickel phosphide to precipitate, destroying the amorphous character of the deposit. With high phos ENP deposits this occurs at temperatures between 330 and 360C.
  • ENPは、アモルファス相で最も耐食性が高いです。熱処理によりリン化ニッケルの粒子が析出し、皮膜の非晶質の特性が破壊されます。高濃度リンのENP皮膜では、これは330~360℃の温度で発生します。

amorphous phase :発音 əmˈɔɚfəs
アモルファスとは、結晶構造を持たない物質の状態のことを言います。固体では、原子が規則正しく並んだ結晶と呼ばれるものと、原子が不規則に配列したアモルファス(非晶質)と呼ばれるものの2種類があります。一般に、氷や金属、水晶などの鉱物などは結晶構造で、ガラスなどはアモルファス構造です。

precipitate: 発音 prɪsípətèɪt
沈殿させる、促進させるなどの意味もあり
phosphide: 

 

無電解ニッケルめっきの英語表現 品質影響を与える要素

無電解ニッケルめっき品質
無電解ニッケルめっきの品質に影響を与える要素は、いくつかありますが、最も関連性の高いものは以下3つになります。
 
Surface preparation: 
Rough, badly machined surfaces with uneven metal surfaces, burrs or cold shuts cannot be effectively plated.
Cleaning: 
Surfaces must be free from oils, dirt and soaps formed by saponification of oils by alkaline cleaners.
Control of the plating baths: 
Temperature, pH, nickel ion concentration and hypophosphite concentration all need to be carefully managed to ensure high quality, consistent plating finish is achieved.
 
①表面
金属表面の凹凸やバリ、コールドシャット(湯境)、粗い加工面は、効果的にメッキを施すことができません。
②洗浄 
表面には、油が除去する必要あります。アルカリ性洗浄剤、ケン化による油分によってできた汚れ、石鹸などが付着していないことが必要です。
③ めっき浴の管理
温度、pH、ニッケルイオン濃度、次亜リン酸塩濃度の管理は、高品質で安定しためっきを実現するために慎重に行う必要があります。
saponification
alkaline
hypophosphite

 

無電解ニッケルめっきの工程

 *鉄素地の場合

1) 予備脱脂 
Preliminary degreasing

    ⬇︎ 

2) 脱脂  

Degreasing

      ⬇︎ 

3) 電解脱脂 

Electrolytic degreasing

      ⬇︎ 

4) 酸活性

Acid activation

      ⬇︎ 

5) 無電解ニッケルメッキ

Electroless Nickel Plating

      ⬇︎ 洗浄 Rinse

6) 乾燥

 Drying

   

まとめ

無電解にっけるめっきは、ほとんどの金属素材や非電導性素材など多様な素材に適用可能で、複雑な形状にも均一な皮膜を得ることができます。皮膜の硬度や耐摩耗性、耐食性などの観点で今後も多く利用されていく表面処理となります。