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無電解ニッケルメッキを選ぶ理由は1つではなかった。その特徴とは?

無電解ニッケルメッキを選ぶ理由は1つではなかった。その特徴とは?

無電解ニッケルメッキは、耐食性や表面硬度の上昇、膜厚の均一性、メッキできる素材の幅が広いなどさまざまな機能特性を持ち、自動車・機械・電気・電子機器、半導体・精密機器と多くの産業分野で必要不可欠な機能メッキとして普及しています。

近年、精密機器などで需要が高まり年々増加傾向にあるメッキ処理ですが、そもそもこの無電解ニッケルメッキの特徴ってどういうものなのでしょうか?代表的な特徴とともにご紹介します。

無電解ニッケルメッキとは?

一般的に無電解ニッケル-リンメッキを指し、無電解ニッケルメッキをすることで、耐食性が向上することや表面硬度が上昇することが知られています。無電解ニッケルメッキを特徴づけるさまざまな仕組みやその始まりなど、詳しく解説します。

そもそもいつから?米国で偶然に発見

そもそもいつから無電解ニッケルメッキは使われているのでしょうか。

無電解ニッケルメッキは、1946年にアメリカのブレンナー博士らによって偶然に発明され、その後、実用化の研究を行い、工業化に成功しました。

別名「カニゼンメッキ」とも言われる無電解ニッケルメッキ

1950年代に、無電解ニッケルメッキは、特許「KANIZEN(カニゼン)プロセス」として登録され、日本では1957年に日本カニゼン()が設立され、その翌年から生産が開始されました。

無電解ニッケルメッキの仕組み

無電解ニッケルメッキの仕組みはどうなっているのでしょうか?どのようにしてメッキできるのでしょうか。詳しくみていきましょう。

無電解メッキの仕組み

無電解メッキは、酸化反応によって供給される電子を使うメッキ方法で、被メッキ物の表面で酸化反応と還元反応が繰り返され、電子のやり取りによりメッキ反応が行われます。

触媒型

電気を使わない無電解メッキの方法には2種類あり、置換型と触媒型があります。無電解ニッケルメッキは触媒型でメッキされます。

触媒型は、メッキ溶液中に還元剤を入れ、触媒によってこの還元剤を酸化させ、出てきた電子が溶液中のメッキ金属イオンと結びつくことでメッキします。

溶液中の金属イオンが還元剤の酸化反応で放出される電子によって還元され、金属膜が析出するのです。

自己触媒作用によって、メッキ反応を継続させると、厚付けが可能になります。

メッキ液には、主成分として金属塩と還元剤、補助的成分として錯化剤、緩衝剤、pH調整剤、促進剤、光沢剤、安定剤、改良剤から構成されています。置換型メッキでは還元剤を使いません。還元剤はメッキの還元反応よりも酸化反応が起こりやすいものを使います。こちらでも解説しております。

還元剤の酸化反応の触媒の結果、機能特性が多く生まれる

ニッケルメッキの溶液中に、還元剤の次亜リン酸塩を入れると、触媒がこれを酸化させて、電子を放出します。この電子がニッケルイオンと結びついて、素材の表面に析出してメッキができるというわけです。

還元剤の酸化反応の触媒の結果、硬度や耐食性などの特性が生まれます。

還元剤はリンをはじめとして3種類

無電解ニッケル-リンメッキを主とする無電解ニッケルメッキですが、還元剤は、主な次亜リン酸塩をはじめ、ホウ素化合物とヒドラジン化合物の3種類。

  • 次亜リン酸塩
  • ホウ素化合物
  • ヒドラジン化合物

それぞれ異なった複数特性を得られます。

次亜リン酸塩の還元剤からは、Ni-P合金が、ホウ素化合物ではホウ素(B)が共析したニッケルボロン膜が生まれ、ヒドラジンからはほぼ純ニッケルのメッキ膜が得られます。

代表的な無電解ニッケル-リンメッキNi-Pでもリン濃度によって違う

また、リンの濃度によっても硬度や磁性などの特性が変わってきます。リン濃度による違いは、後述しています。

実用範囲が広い

無電解であることや還元剤の酸化反応の触媒によって生まれる特性は、実用的な特性を多く生み出しています。それは実用範囲が広いということです。

次の3つの利点があります。

  • アルミなど電気メッキができない金属のメッキができる
  • 電導性がない樹脂やセラミックなどへの通電性付与の下地メッキとなる
  • 素地材料と仕上げメッキの間で調整役の中間下地処理となる

製造上の自由度が高い

また、無電解であるために金属だけでなく、プラスチックやセラミックなど非電導性の素材など処理素材の範囲が広くなるなどの利点から、複数の機能特性を目的に、複数の用途で使うことができます。そのため、多くの産業界で重宝され、必要不可欠な表面処理医術の根幹をなしているのです。

無電解ニッケルメッキの特徴とは?

では、このように実用範囲が広く、製造上の自由度が高い無電解ニッケルメッキの特性について、それぞれ一つ一つ見ていきましょう。

複雑な形状の部品に均一にメッキできる

精密機械部品、精密金型、ねじといった複雑な形状の部品に均一にメッキできるというのが大きな特徴の一つです。

先にご紹介したように、厚付けのメッキができるだけでなく、精密な薄さにも均一にメッキできます。

プラスチックやセラミックといった非電導性の素材にもメッキできる

プラスチックやセラミック、樹脂などの非電導性の素材は電気メッキでは対応できませんが、無電解ニッケルメッキですと対応できます。これにより、基盤などにもメッキでき、ハンダ付性も良好なので、精密機器の分野で多用されているというわけです。

金属製品の幅が広い

電気メッキでは難しいアルミニウムに対してもメッキできます。

ただ、銅素材にはメッキできませんが、無電解ニッケル-ホウ素メッキを選んでいただければ、銅合金場にもメッキできます。

耐食性を向上できる

耐食性を向上できることも大きな特徴の一つです。

硬度

硬度は最大でHV900~1000と硬質クロムに匹敵する硬さになります。

リン濃度による違いで異なった特性を選べる

リン濃度により、硬度や磁性などについて異なった特性があり、目的に応じて選べるという特徴があります。

特性が複数あるため、目的に機能する皮膜を得ることができる

 最大の特徴は、これまでに挙げた素材の選択肢が多いこと、硬度・耐食性・耐摩耗性といった特性が一つではなく、複数あることです。

自動車や精密機器などの産業分野において、目的に機能する皮膜を選択して、硬度と耐食性など複数の用途を得ることができる点に大きな特徴があると言えるでしょう。

コネクションの無電解ニッケルメッキは選択肢が多い

無電解ニッケルメッキの最大の特徴は、素材の選択肢が広く、特性が複数あるということでしたが、さらにその特性を目的に応じて選ぶことができます。

用途の広い無電解ニッケル-リンメッキ

無電解ニッケルメッキとして一般に知られる無電解ニッケル-リンメッキは、用途が広くさまざまな分野で多用されています。

無電解ニッケル-リンメッキとは?

次亜リン酸塩を還元剤とする無電解ニッケル-リンメッキは、ホウ素化合物を還元剤とするニッケル-ホウ素合金メッキに比べて

  • 価格が安い
  • 液の安定性が優れている
  • リン含有率の違いにより異なる性質の皮膜が得られる

という性質があります。このため、一般的に無電解ニッケルメッキは、こちらを指し、工業的に最も普及しているタイプになります。

リン濃度により3種類で異なる特性を選べる

リン濃度は、低・中・高それぞれの違いで異なった特性があります。

リン含有率は、低リン(1~4%)中リン(7~10%)高リン(11~12%)と3種類に分けられ、それぞれ次の特性があります。

  • 精密機器(カメラ機構部品)
  • 自動車部品(ブレーキ、ピストン、シリンダー、ボディなど)
  • 電子部品(トランジスターキャップ、ベース、ハンダ付け用途、抵抗体)
  • 事務機(複写機用ハブ、ローラ、シャフト)
  • 化学装置(バルブ、コック類、容器)
  • 樹脂成形機(金型、ダイス、スクリュー、粉砕機)
  • その他(食品、医療器部品、航空機)

無電解ニッケル-ボロンメッキの用途

無電解ニッケル-ボロンメッキは、上記に挙げた【弊社の採用例】の中でも、電導性、ハンダ付性、ろう付け性、ボンディング性、耐熱性、耐摩耗性、離形性、硬度、焼き付き防止などを必要とする部品に用いられています。

テフロン無電解ニッケルメッキの用途

テフロン無電解複合ニッケルメッキの用途としては、潤滑性、摺動性が高いことが特長で、摺動性を必要とする目的で使われています。

また、皮膜が削れた場合でもPTFEが皮膜中に均一に分散しているため、新たなPTFEが表層に現れメッキ皮膜がなくなるまで特性を維持することが可能です。

【弊社の採用例】

射出成形ノズル、ゴム成形金型、樹脂成形金型、食品機械刃物、シュート、ヒンジ、液晶フィルム製造装置、シートベルト部品など幅広く採用されております。

 無電解ニッケルメッキの複数特性はJIS規格で決められている

ここまで紹介してきた無電解ニッケルメッキのさまざまな特性は、JIS規格で品質の保持が定められています。具体的には、外観や硬度など特性も含めた11にわたるさまざまな品質項目があります。詳細はこちら

発注の際にはJIS規格に則った一定の品質が担保されているか確認ください

発注する際には、こういった品質が担保されているかしっかりと見極める必要があります。無電解ニッケルーリンメッキは、「JIS H8645」 という番号で定められています。こちらに詳しく解説していますので、参考にしていただけたらと思います。

マスキングや熱処理、精密洗浄などメッキ以外の対応は?

工業用品として、メッキ以外にもマスキングや熱処理、精密洗浄などが必要になってくる場合があります。

弊社では、製品の部分的なマスキング対応、熱処理をはじめ、研磨処理なども対応可能です。 材料についてもご相談下さい。

また、半導体製造装置向け表面処理として、メッキ処理後、精密洗浄(クリーンルームクラス1000)ができます。

まとめ

無電解ニッケルメッキの特徴をまとめていくと、次のことが挙げられます。

代表的な特徴は処理可能素材の範囲が広く、どんな形状にも均一にメッキできること

無電解ニッケルメッキの特徴は、無電解であることから、金属素材だけでなく、プラスチックやセラミック、樹脂といった非電導性の素材にもメッキができ、さらにどんな形状にも均一にメッキできるという特徴があります。

耐食性、表面硬度の上昇、耐摩耗性をはじめ、複数の特性がある

文電界ニッケルメッキの特徴はなんといっても、耐食性や硬度、耐摩耗性など特性は複数にわたることで、さまざまな用途に応じて使うことができることです。

無電解ニッケルメッキのなかでも用途や条件に応じて、選択肢がある

複数特性を持つ無電解ニッケルメッキですが、同じ無電解ニッケルメッキといっても還元剤のリンやホウ素の濃度によって、特性が異なり、目的や用途に応じて選ぶことができます。

つまり、無電解ニッケルメッキには、選択肢が多いというのも特徴です。

コネクションはメッキの選択肢が多いだけでなく、製品に合わせた対応が可能

 また、弊社は複数特性を持ち、非常に便利な無電解ニッケルメッキの選択肢が多いというだけでなく、メッキ以外でも製品に合わせた対応が可能という特色があります。

メッキについてはもちろん、お客様の用途や目的などに合わせて柔軟に対応いたしますので、まずはお気軽にお問い合わせくださいませ。

お問い合わせはこちら。

  • 高リンタイプ(11~12%)
    耐食性、耐酸性、耐塩水性に優れる。非晶質なため非磁性。
  • 中リンタイプ(7~10 %)
    汎用性が高い。特殊素材への密着性が高くなる。非磁性だが、熱処理を施すことで磁性。
  • 低リンタイプ(1~4%)
    耐食性が劣るが、特殊場合に耐食性を発揮。ハンダ付性に優れる。磁性。

リンのパーセンテージは、ご希望に応じて選択いただけます。

リン含有率が8%以上になると、非磁性で、耐食性が優れている

高リンタイプは、耐食性が最も高く、アルミニウム素材への処理に活用されています。 

無電解ニッケルーボロンメッキ

一般的な無電解ニッケル-リンメッキとは別に、無電解ニッケル-ボロン(ホウ素合金)メッキがあります。還元剤にホウ素化合物を使うとニッケルボロン膜ができ、無電解ニッケル-リンメッキとは異なる特性が生まれます。

無電解ニッケル-リンメッキに比べて、還元剤が高価、安定性は弱いですが、次にあげる優れた特性を持っています。

熱処理しなくても硬度が高く、熱処理すればさらに硬度が高くなる

 硬度は、析出状態で700HV程度、熱処理を行うと、最大1000~1300HV程度に達します。無電解ニッケル-リンメッキは、析出状態で500~700HV、熱処理を行うと最大で950~1000HVとなります。

熱処理を行わなくても皮膜硬度が高いので、熱処理ができない製品に対応できます。

耐摩耗性に優れる

 硬度が高いので、耐摩耗性も優れています。

低ホウ素のNi-Bはハンダ付性、ボンディング性に優れる

 低濃度の無電解ニッケル-ボロンメッキは、ハンダ付性やボンディング性に優れております。

無電解Ni-Pは銅素材にメッキできないが、Ni-Bは銅合金にメッキできる

 無電解ニッケル-リンNi-Pメッキは銅素材にダイレクトにメッキができませんが、無電解ニッケル-ボロンNi-Bメッキは銅合金にダイレクトにメッキできます。

銅合金に直接メッキしたいときは、無電解ニッケルーボロンメッキを選択するといいでしょう。

強磁性

 また、磁性が非常に強いという特性があります。

テフロン無電解複合メッキ

テフロン無電解複合メッキとは、無電解ニッケルリンメッキ(Ni-P皮膜)にPTFE(ポリテトラフルオロエチレン=通称テフロン)粒子をメッキ皮膜中に均一に分散し複合共析させたメッキ皮膜です。

金属皮膜がベースのため、導電性があり皮膜硬度が高く、PTFEの特性により摺動性、離型性、撥水性などの特性を与えることが可能です。

別名は、ニムフロン(上村工業株式会社薬品名)、カニフロン(日本カニゼン株式会社様薬品名)、ニムテック(清水長金属工業様商品名:弊社取扱可)など様々な別名があります。

 皮膜硬度が高く、複雑な形状の部品にもメッキできる

 無電解ニッケルメッキ皮膜に含まれるリンやホウ素は、メッキを終えると、熱処理により金属の結晶化を伴い、合金皮膜が効果皮膜を形成します。複合メッキとしての骨格を形成する金属マトリックスとしては、最適なものとなります。

無電解複合メッキを用いると、複雑な形状の部品にもほぼ均一に複合メッキ皮膜を形成することができます。

無電解ニッケルメッキの様々な種類

また弊社では、これらのほか、Ni-P-W、Ni-P-SiC、黒色無電解ニッケルなど様々なメッキ方法を扱っております。詳しくはお問い合わせください。

無電解ニッケルメッキの用途

無電解ニッケルメッキは、自動車、電子、精密機器、航空・船舶、化学工業などさまざまな産業分野で、広く使われています。

これまでに紹介したさまざまな特性を利用して、どのように応用されているのでしょうか。

電子部品にも多く用いられている

 電子部品にも多く用いられています。

抵抗体として

電気が流れにくい特性を活用して、電子部品の抵抗体として使われます。

推奨素材はアルミニウム

brushed steel or aluminum metal background

無電解ニッケルメッキは、アルミニウムの表面処理として非常に活用が高いです。アルミニウムの弱点である硬度や耐食性を補完してくれるからです。

軽量のアルミニウムは、さまざまな産業の分野で鉄に次いで多く活用されていますが、柔らかく、耐食性に弱いことが弱点です。アルミニウムに無電解ニッケルメッキをすれば、軽量である特長を生かしつつ、弱点を補完して活用できます。

コネクションは精密機械部品にも対応 

近年、IT関連で需要が高まる精密機械部品にメッキをしたいとき、コンタミ除去は必須ですよね。コネクションでは、このような需要にも対応し、メッキ処理後、精密洗浄(クリーンルームクラス1000)ができます。

無電解ニッケル-リンメッキの用途

無電解ニッケルメッキは、半導体製造機器をはじめ、さまざまな分野の機器などに使われています。

【弊社採用例】

  • 精密機器(カメラ機構部品)
  • 自動車部品(ブレーキ、ピストン、シリンダー、ボディなど)
  • 電子部品(トランジスターキャップ、ベース、ハンダ付け用途、抵抗体)
  • 事務機(複写機用ハブ、ローラ、シャフト)
  • 化学装置(バルブ、コック類、容器)
  • 樹脂成形機(金型、ダイス、スクリュー、粉砕機)
  • その他(食品、医療器部品、航空機)

無電解ニッケル-ボロンメッキの用途

無電解ニッケル-ボロンメッキは、上記に挙げた【弊社の採用例】の中でも、電導性、ハンダ付性、ろう付け性、ボンディング性、耐熱性、耐摩耗性、離形性、硬度、焼き付き防止などを必要とする部品に用いられています。

テフロン無電解ニッケルメッキの用途

テフロン無電解複合ニッケルメッキの用途としては、潤滑性、摺動性が高いことが特長で、摺動性を必要とする目的で使われています。

また、皮膜が削れた場合でもPTFEが皮膜中に均一に分散しているため、新たなPTFEが表層に現れメッキ皮膜がなくなるまで特性を維持することが可能です。

【弊社の採用例】

射出成形ノズル、ゴム成形金型、樹脂成形金型、食品機械刃物、シュート、ヒンジ、液晶フィルム製造装置、シートベルト部品など幅広く採用されております。

 無電解ニッケルメッキの複数特性はJIS規格で決められている

ここまで紹介してきた無電解ニッケルメッキのさまざまな特性は、JIS規格で品質の保持が定められています。具体的には、外観や硬度など特性も含めた11にわたるさまざまな品質項目があります。詳細はこちら

発注の際にはJIS規格に則った一定の品質が担保されているか確認ください

発注する際には、こういった品質が担保されているかしっかりと見極める必要があります。無電解ニッケルーリンメッキは、「JIS H8645」 という番号で定められています。こちらに詳しく解説していますので、参考にしていただけたらと思います。

マスキングや熱処理、精密洗浄などメッキ以外の対応は?

工業用品として、メッキ以外にもマスキングや熱処理、精密洗浄などが必要になってくる場合があります。

弊社では、製品の部分的なマスキング対応、熱処理をはじめ、研磨処理なども対応可能です。 材料についてもご相談下さい。

また、半導体製造装置向け表面処理として、メッキ処理後、精密洗浄(クリーンルームクラス1000)ができます。

まとめ

無電解ニッケルメッキの特徴をまとめていくと、次のことが挙げられます。

代表的な特徴は処理可能素材の範囲が広く、どんな形状にも均一にメッキできること

無電解ニッケルメッキの特徴は、無電解であることから、金属素材だけでなく、プラスチックやセラミック、樹脂といった非電導性の素材にもメッキができ、さらにどんな形状にも均一にメッキできるという特徴があります。

耐食性、表面硬度の上昇、耐摩耗性をはじめ、複数の特性がある

文電界ニッケルメッキの特徴はなんといっても、耐食性や硬度、耐摩耗性など特性は複数にわたることで、さまざまな用途に応じて使うことができることです。

無電解ニッケルメッキのなかでも用途や条件に応じて、選択肢がある

複数特性を持つ無電解ニッケルメッキですが、同じ無電解ニッケルメッキといっても還元剤のリンやホウ素の濃度によって、特性が異なり、目的や用途に応じて選ぶことができます。

つまり、無電解ニッケルメッキには、選択肢が多いというのも特徴です。

コネクションはメッキの選択肢が多いだけでなく、製品に合わせた対応が可能

 また、弊社は複数特性を持ち、非常に便利な無電解ニッケルメッキの選択肢が多いというだけでなく、メッキ以外でも製品に合わせた対応が可能という特色があります。

メッキについてはもちろん、お客様の用途や目的などに合わせて柔軟に対応いたしますので、まずはお気軽にお問い合わせくださいませ。

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経営者インタビュー 元プロボクサー畑山氏に取材して頂きました。