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めっきメーカーでは教えてくれない。さまざまな素材への無電解ニッケルめっきの前処理工程

めっきメーカーでは教えてくれない。さまざまな素材への無電解ニッケルめっきの前処理工程

無電解ニッケルメッキは、素材に通電することなく行うことができる表面処理です。

この方法を用いると、さまざまな素材をニッケル皮膜で覆うことができ、耐食性や硬度を付与することができます。

素材の種類としては、アルミニウムをはじめとして、鉄、銅、さらには樹脂などの不導体に至るまで、多岐にわたります。

ただし、対象となる素材が異なると、前処理などのメッキ工程も少しずつ異なります。

本記事では、代表的な無電解ニッケルメッキの素材と、それぞれにおける主な工程をご紹介します。

また、素材に応じて、密着性を十分確保するための工夫についても紹介します。

無電解ニッケルメッキをご検討中の方は是非とも参考にされてください。

1.無電解ニッケルメッキとは

無電解ニッケルメッキとは

メッキにもいろいろな種類がありますが、無電解ニッケルメッキは電極を用いて電流を流すことなく、メッキを行う方法です。

電解メッキでは外から電流を流して電子のやり取りをすることで、表面にニッケルの皮膜を付着させる一方、無電解メッキはメッキ液中の還元剤を利用した素材自体の電子の放出を利用します。

通電を伴わないメッキ方法であるため、素材が電流を通すものか否かにとらわれることなくメッキを行うことができます。

無電解ニッケルメッキや電解ニッケルメッキの原理ついては、こちらの記事も御覧ください。

無電解ニッケルメッキの主な特徴

無電解ニッケルメッキにはいくつかの特徴があります。

まず、皮膜を構成するニッケルの特性から、高い耐食性を持ちます。

電解ニッケルメッキと比べて緻密な皮膜を構成し、ピンホールのような腐食要因も起こりにくいです。

したがって、もともと耐食性に不安がある素材を長持ちさせるのに、とても有効な方法です。

無電解ニッケルメッキの耐食性については、こちらでも詳しく紹介しています。

次に、素材表面の硬度を上げ、耐摩耗性を上げることもできます。

この性質により、機械の摺動部のように消耗が大きい箇所での素材の保護にも適用できます。

無電解ニッケルメッキの硬度や耐摩耗性については、こちらでも詳しく紹介しています。

また、通電を伴わないメッキであることから、電極との位置関係にとらわれず、複雑な形状であっても素材のあらゆる面で均一な皮膜を構成することができます。

はんだ付け性や導電性など、電子部品への適用に優位な性質もあります。

2.無電解ニッケルメッキを行うことができる素材

無電解ニッケルメッキをお勧めする理由の一つとして、前にも述べた通り、あらゆる素材に適用できる点も挙げられます。

適用例としてはアルミニウムやアルミニウム合金、鉄鋼材が多いですが、銅や銅合金、電気を通さない樹脂材(プラスチック)やセラミックスなどへの適用も可能です。

電解メッキで検討していては不可能だった素材にも、ニッケル皮膜を生成させることができ、無電解ニッケルメッキはさまざまな分野での技術向上にも貢献しています。

ただし、使用する素材によって少しずつメッキ作業の工程は変わります。

この後より、主な無電解ニッケルメッキの素材ごとの工程もご紹介してゆきます。

3.アルミニウム素材への無電解ニッケルメッキ

アルミニウム素材の主な用途

アルミニウムは軽量で高強度な特徴があり、軽量化が必須な物品が多い現代ではとても広く使用されている素材です。

アルミニウム素材にはアルマイト処理などの防食処理もありますが、アルマイト処理では耐薬品性が期待できません。

また、他部品と接触のある部品にアルミニウムを使用するときは、表面に硬度(耐摩耗性)が必要な場合もあります。

無電解ニッケルメッキは耐薬品性も優れており、また硬度を高くできることから、採用されることも多いです。

もちろん、通常の空気中での耐食性も向上します。

他にも、はんだ付けをしやすくすることなどが目的となることがあります。

無電解ニッケルメッキの対象素材のうち、アルミニウム素材は最も典型的な適用素材と言っても過言ではありません。

アルミニウム素材のときの工程

アルミニウム素材に無電解ニッケルメッキを行うときは、図のような工程を経るのが一般的です。

これらの工程について詳細をご説明します。

 

脱脂:

加工を行った材料は特に、表面に油分が残っていることが多いです。

一方で、メッキを行う際に表面に油があると、それが密着性の邪魔をしてしまい、せっかくのメッキが意味を成さないことがあります。

そこで、最初に表面も油分を除去します。

アルミニウムは酸にもアルカリにも反応してしまうので、弱アルカリの特別な脱脂剤を用いることが多いです。

 

エッチング:

アルミニウムの素材とメッキ皮膜の密着性を向上させるために、意図的に脱脂後の表面を粗くします。

表面を荒くすることで、その凹凸にメッキが入り込み、なかなか皮膜だけを引き剥がせない状態となります。

このような効果をアンカー効果といいます。

この工程を入れることで、アルミニウム素材の無電解ニッケルメッキの密着性は大幅に改善します。

 

スマット除去:

エッチングを行ったあとは、表面に不純物が残ります。

このような不純物も、メッキを行ったときの密着性に影響を及ぼしてしまいます。

スマット除去は、このような不純物の除去工程です。

 

ジンケート処理:

アルミニウム表面は酸化しやすく、さまざまな処理を行った後も、空気に触れるとすぐに酸化皮膜が発生してしまいます。

せっかく処理を行った後なのに、このような酸化被膜はメッキ皮膜の密着性を落とす要因となります。

そこで、酸化皮膜発生を防止するために置換反応という現象を利用し、表面を亜鉛の皮膜に置き換えます。

なお、密着性を向上する方法として、このジンケート処理を2回行うダブルジンケートという方法も有効です。

当然、表面が亜鉛であっても、後のメッキ工程は行うことができます。

 

メッキ:

ここまでの処理を合わせて前処理と呼びます。

工程の主役となるメッキは、ここまでの前処理が十分に行われていることによって、はじめてしっかりした機能性を発揮します。

メッキ工程では、金属塩となる硫酸ニッケル、還元剤となる次亜リン酸ナトリウムの他、安定剤などで構成されたメッキ液を用います。

メッキのために電流を通す必要はなく、素材をメッキ液に浸すだけでメッキ処理が進んでゆきます。

皮膜の厚さの管理などは、メッキ時間で管理します。

 

なお、アルミニウム素材の前処理と密着性の関連については、こちらの記事でもご紹介しています。

4.鉄素材への無電解ニッケルメッキ

鉄素材の主な用途

無電解ニッケルメッキは、アルミニウムだけでなくさまざまな素材に適用することができるのは既に述べたとおりです。

例えば、ステンレスをはじめとした鉄素材にも行うことができます。

ステンレスは、強度が高く耐食性にも優れているため、とても汎用性の高い金属で、私たちの日常にも広く浸透しています。

あえてメッキをして耐食性を気にすることがないようにも思われますが、それでも無電解ニッケルメッキの機能を必要とする場合があります。

例えば、一般的なSUS304のような材料より無電解ニッケルメッキの皮膜の方が高度を高くできる場合があり、耐摩耗性にも優れます。

また、ステンレス自体には導電性やはんだ付け性は期待できず、電子部品などに使用するときは無電解ニッケルメッキが必要となることがあります。

鉄素材のときの工程

ステンレスのような鉄素材の場合、主な処理工程は図のようなものになります。

素材の性質上、そのままメッキを行ってしまうと密着性が確保できないため、メッキ前の前処理に相当する工程もとても重要です。

それぞれについて少し説明を加えます。

 

脱脂:

アルミ素材と同様、加工時の油分の残りなどを脱脂工程によって取り除く必要があります。

 

電解脱脂:

脱脂剤を用いた脱脂工程だけでは取り除かれない、細かな凹凸などに入り込んだ油分も取り除く工程です。

電気を利用して電解反応を起こすことで発生するガスによって、細かな部分の微細な油分も取り除くことができます。

 

酸洗い:

素材表面の酸化膜を除去するために、塩酸や硫酸に漬け込みます。

また、この工程を行うことで素材表面が活性化されます。

アルミニウム素材におけるエッチングのように、表面に凹凸を生成することもできるため、密着性の向上にも繋がります。

 

メッキ:

ここまでの前処理を十分に行った上で、ようやくメッキの工程となります。

メッキ液の構成はアルミニウム素材のものと同様です。

ストライクメッキ

ステンレスのような素材では、前処理を行っても、無電解ニッケルメッキで十分な密着性が得られない場合もあります。

酸洗いを行った後でも、再び酸化膜などの不動態皮膜が発生してしまうことなどが原因です。

そこで、無電解ニッケルメッキを行う前に、あえて電解ニッケルメッキを短時間行い、薄いニッケルメッキの皮膜で覆うことがあります。

この工程のことを、ストライクメッキといいます。

ストライクメッキは、不動態皮膜を引き剥がす効果もあり、なおかつ本来の無電解ニッケルメッキを行う際の触媒となるニッケル皮膜も生成してくれます。

初期の段階のみ電解ニッケルメッキの力を借りるようなイメージの工程で、この工程を経ると無電解ニッケルメッキの密着性は大きく向上します。

5.その他の素材への無電解ニッケルメッキ

銅素材の場合

銅は強度、導電性などのほか、耐食性もある金属です。

そんな銅材にも、耐摩耗性や耐食性の目的で無電解ニッケルメッキを行うことがあります。

例えば、プラスチック成形用の射出ノズルに使われる銅は、高い耐食性と耐摩耗性が求められます。

また、形状的に均一な表面処理である必要もあり、このような事例には無電解ニッケルメッキが最も適しています。

銅素材への無電解ニッケルメッキは、鉄素材のときの工程とほぼ同じです(ただし脱脂の主成分は異なります)。

また、ストライクメッキによって密着性を向上する場合もあります。

パラジウム吸着

銅素材に無電解ニッケルメッキを行う場合、ストライクメッキ以外の方法で密着性を向上するもう一つの方法があります。

素材を予めパラジウム溶液に浸し、パラジウムを吸着させて触媒とする方法です。

パラジウムは希少な金属ですが、水素吸蔵性に優れ、触媒としてもしばしば利用される、工業的価値の高い物質です。

近年ではパラジウムの価格が上がっており、コストはかかってしまいますが、有効な方法です。

プラスチックやセラミックスなどの場合

無電解ニッケルメッキの大きな特徴として、電気を通す必要がないので、不導体へのメッキも可能であることが挙げられます。

プラスチックやセラミックスのような、一見メッキに適さないように思われる素材も、無電解ニッケルメッキの適用範囲となります。

プラスチックやセラミックスの場合、工程として脱脂→エッチング→パラジウム吸着→メッキといった工程が一般的です。

このパターンでも、前述のパラジウムの触媒性を利用することになります。

なお、プラスチック素材へのメッキ工程は他の素材より低温での処理となります。

6.弊社の対応について

弊社 株式会社コネクションでも無電解ニッケルメッキに対応しております。

鉄、ステンレス、アルミニウム、銅・銅合金への処理実績があります。

また、処理可能サイズとして、アルミニウムですと500mm×405mm t86mmまで実績がございます。

他の材料やサイズでも対応可能な場合もありますので、お気軽にご相談ください。

また、本記事でご紹介した前処理などの工程についてもご相談ください。

お問い合わせ・ご相談はこちらまでお願い致します。

7.まとめ

さまざまな素材への無電解ニッケルメッキの工程についてご紹介しました。

以下は本記事のまとめです。

・無電解ニッケルメッキは、鉄やアルミニウム、銅といった金属の他にも、プラスチックやセラミックスのような電気を通さない素材へもメッキが可能である。

・アルミニウム素材への無電解ニッケルメッキは、脱脂→エッチング→スマット除去→ジンケート処理→メッキの工程が一般的である。

・ステンレスなどの鉄素材への無電解ニッケルメッキは、脱脂→電解脱脂→酸洗い→メッキの工程が一般的である。

・メッキの密着性を向上させるために、事前に薄く電解ニッケルメッキを行うストライクメッキという方法がある。

・銅やプラスチック、セラミックスの無電解ニッケルメッキには、パラジウムを吸着させて触媒とする方法がある。

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