(57)【要約】【課題】耐摩耗性を向上させることができるとともに、耐焼付き性および潤滑性を高めることができるＮｉ複合メッキを提供する。【解決手段】部材に被覆されたＮｉ複合メッキ２において、Ｎｉの基地３中に、ＳｉＣ粒子４とＭｏ２Ｃ粒子５とを分散させた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材に被覆されたＮｉ複合メッキにおいて、
Ｎｉの基地中に、ＳｉＣ粒子とＭｏ２Ｃ粒子とを分散させたことを特徴とするＮｉ複合メッキ。
【請求項２】
前記ＳｉＣ粒子の平均粒径は２．０〜５．０μｍであり、前記Ｍｏ２Ｃ粒子の粒径は０．５〜３．０μｍであり、前記Ｍｏ２Ｃ粒子の平均粒径は前記ＳｉＣ粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のＮｉ複合メッキ。
【請求項３】
前記ＳｉＣ粒子は２〜１０重量％含有され、前記Ｍｏ２Ｃ粒子は２〜１０重量％含有され、前記ＳｉＣ粒子および前記Ｍｏ２Ｃ粒子は合計で４〜２０重量％含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載のＮｉ複合メッキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性、耐焼付き性、潤滑性、耐食性等を必要とする摺動部や転動部を有する機械構造用部品材料として、アルミニウム、チタニウム、マグネシウムなどの軽金属材を使用するに際し、これらの軽金属材料の表面を改質して耐摩耗性、耐焼付き性、潤滑性、耐食性等を付与するＮｉ複合メッキの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種金型や機械部品等の摩耗部には、従来から機械構造用炭素鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、クロムモリブデン鋼等に浸炭処理、焼入れ焼き戻し処理、浸炭窒化処理、軟窒化処理等を施した耐摩耗性鋼材が使用されており  耐摩耗性に対する要求は満たされている。しかしながら、これらの耐摩耗性鋼材は比重が大きいため車両や航空機等への軽量化の要望にそぐわない。このため、軽量化に適した金属材料として、チタニウム、アルミニウム、更にはマグネシウム等の軽金属材料の採用が進められている。
【０００３】
しかしながら、これらの軽金属材料はそのままでは耐焼付き性や耐摩耗性に欠けるため実用に供することができない。そこで、機械の摺動部材や軸材として使用する場合には、電解メッキ、無電解メッキ、気相メッキ、ガス窒化、溶射等による表面改質によって耐摩耗性を向上させる方法が試みられてきた。中でも電解メッキ法あるいは無電解メッキ法において、メッキ層中に硬質性粒子（耐摩耗性粒子）や潤滑性粒子を含有させて被処理面に共析させる複合メッキは、軽金属材料の耐焼付き性や耐摩耗性を向上させる方法として広く用いられてきた。
【０００４】
複合メッキの析出金属マトリクスとしては、ニッケル、クロム、コバルト、銅、亜鉛、鉛、鉛／錫合金、等を挙げることができる。耐焼付き性や耐摩耗性を向上させるための複合メッキにおける金属マトリクスとして、単一メッキでのメッキ硬さの高いクロムは最も適した金属マトリクスと考えられる。しかしながら、クロムメッキは電流効率が低く、陰極電流の約８０％が水素ガス発生に使用される。陰極で発生する多量の水素ガスは、メッキ浴中の分散粒子がメッキ層へ共析するのを妨げる。クロムメッキが複合メッキ浴としてあまり利用されていないのはこのためである。
【０００５】
一方、単一メッキにおけるニッケルメッキの硬さはＨｖ２００以上と比較的高く、複合メッキ浴ベースとしてニッケルメッキ浴は最も一般的に採用されている。ニッケルメッキの場合、電解メッキ、無電解メッキのいずれの方法でも可能である。
【０００６】
電解メッキ法は、分散粒子をメッキ層に共析させる際に分散粒子に正電荷を帯びさせて電場を利用して陰極に泳動させることが可能であり、無電解メッキ法（化学メッキ）と比較し原理的により高い分散粒子共析率を得られる可能性があるが、陰極で発生する水素ガスが分散粒子の析出を妨げるマイナスの要素もある。したがって、電解メッキと無電解メッキのいずれのメッキ方法を選択するかは複合メッキに共析させる粒子の適性により決定される。
【０００７】
無電解メッキの場合、共析物を分散させることによりメッキ速度が低下する傾向がある。浴温を高くすることによりメッキ速度を速めることができるが、分散粒子の析出速度は温度に依存しないため  共析率が低下することになる。これらのことから、厚膜が必要とされるケースでは電解メッキ法を採用することが多い。
【０００８】
ここで、耐摩耗性、耐焼付き性、潤滑性、耐食性等を目的とした複合メッキにおいて、共析物質として次のような物質が利用されている。たとえば、硬質性粒子としては、ＷＣ、ＳｉＣ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、ＴｉＮ、ＴｉＣなどが挙げられる。また、潤滑性粒子としては、ＭｏＳ２、ＢＮ、（ＣＦ）Ｘ、ＰＴＦＥ、グラファイト、雲母などが挙げられる。複合された硬質性粒子は、メッキ皮膜の硬度を高め耐摩耗性を向上させ、潤滑性粒子は、メッキ皮膜の摩擦係数を低下させ耐焼付き性、潤滑性を付与する。硬質性粒子を複合させたメッキプロセスや潤滑性粒子を複合させたメッキプロセスは実用に供され  広く使用されている。
【０００９】
上記のような技術としては、たとえば特許文献１に開示されているように、Ｎｉのマトリクス中にＳｉＣ粒子を分散させたものがある。一般的に硬質性粒子を共析させた複合メッキでは、硬度を高めたことによりそれ自身の耐摩耗性は改善されるが、場合によっては、相手材に攻撃することになり結果的に摩耗の問題が生じる。
【００１０】
そのため特許文献２に記載されているように  硬質性粒子と共に潤滑性粒子としてＭｏＳ２粒子を共析させて摩擦係数を低下させ、相手材への攻撃性を緩和することにより、より厳しい条件下での使用にも耐えうる材料が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３３９６１７０号公報
【特許文献２】特開平５−３３１６９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、硬質性粒子と共にＭｏＳ２粒子も共析させることは技術的に困難なことが判明している。すなわち、複数の種類の分散粒子を決められた比率で析出させるには、分散粒子の帯電状態が類似した状態になっている必要があり、たとえば表面電位（ゼータポテンシャル）が近似している状態であることが求められる。一般に  硬質性粒子と潤滑性粒子では、電子・電磁的性質や濡れ性にかなりの隔たりがあるので、硬質性粒子と潤滑性粒子を複合メッキ皮膜として同時に析出させることは極めて困難である。本発明者等の検討によれば、ＭｏＳ２粒子に限らず、ＰＴＦＥやグラファイト、あるいはＷＳ２などの潤滑性粒子は、硬質性粒子と殆ど複合化されないことが判明している。
【００１３】
したがって、本発明は上記従来技術の実情に鑑みてなされたもので、耐摩耗性を向上させることができるとともに、耐焼付き性および潤滑性を高めることができるＮｉ複合メッキを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明者等は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ＳｉＣ粒子と同様の硬質性粒子として知られているＭｏ２Ｃ粒子に着目した。そして、ＳｉＣ粒子とＭｏ２Ｃ粒子を含有するメッキ液にて電解Ｎｉメッキを行ったところ、それらの粒子はＮｉマトリクスに共析することが確認された。ここで、ＳｉＣ粒子は２０００Ｈｖ以上の硬さを有することから、Ｎｉ複合メッキの耐摩耗性が向上される。一方、Ｍｏ２Ｃ粒子は１５００〜２０００Ｈｖの硬さでやや軟質であるため、相手材とのなじみ性が良く、耐焼付き性および潤滑性が向上される。
【００１５】
本発明は上記知見に基づきなされたもので、部材に被覆されたＮｉ複合メッキにおいて、Ｎｉの基地中に、ＳｉＣ粒子とＭｏ２Ｃ粒子とを分散させたことを特徴としている。
【００１６】
本発明のＮｉ複合メッキによれば、硬質の硬質性粒子とやや軟質の硬質性粒子を複合メッキ皮膜内に共析させることができ、これにより耐摩耗性を向上させることができるとともに、耐焼付き性および潤滑性を高めることができる。
【００１７】
ここで、ＳｉＣ粒子の平均粒径は２．０〜５．０μｍであり、Ｍｏ２Ｃ粒子の平均粒径は０．５〜３．０μｍであることが望ましい。また、Ｍｏ２Ｃ粒子の平均粒径はＳｉＣ粒子の平均粒径よりも小さいことが望ましい。その理由を図１を参照して説明する。図１において符号１は例えばアルミニウムやマグネシウム等の合金からなる基材であり、基材１の片面にはＮｉ複合メッキ２が設けられている。Ｎｉ複合メッキ２は、Ｎｉマトリクス３に、ＳｉＣ粒子４とＭｏ２Ｃ粒子５が分散して構成されている。
【００１８】
Ｎｉ複合メッキ２と相手材６とが摺接すると、Ｍｏ２Ｃ粒子５が早期に摩滅し、相手材６とのなじみ性が高い。また、ＳｉＣ粒子４とＭｏ２Ｃ粒子５の一部はＮｉマトリクス３から脱落し、その痕に凹部４ａ，５ａが形成される。ここで、Ｍｏ２Ｃ粒子の平均粒径がＳｉＣ粒子の平均粒径よりも小さいと、小さい凹部５ａに潤滑油が保持されて油膜が形成され、大きい凹部４ａに潤滑油が貯留されて小さい凹部５ａに供給される。したがって、Ｎｉ複合メッキ２と相手材６との間には常に油膜が形成されて潤滑される。上記したＳｉＣ粒子とＭｏ２Ｃ粒子の平均粒径は、そのような作用、効果を得るための条件であり、より確実には、ＳｉＣ粒子は２〜１０重量％含有され、Ｍｏ２Ｃ粒子は２〜１０重量％含有され、ＳｉＣ粒子および前記Ｍｏ２Ｃ粒子は合計で４〜２０重量％含有されていることが望ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のＮｉ複合メッキによれば、耐摩耗性を向上させることができるとともに、耐焼付き性および潤滑性を高めることができる等の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】Ｎｉ複合メッキを設けた部材と相手材との作用を説明するための断面図である。
【図２】本発明の実施例と比較例におけるＮｉメッキおよびＮｉ複合メッキの断面写真である。
【図３】本発明の実施例と比較例におけるメッキの摩擦係数を示すグラフである。
【図４】本発明の実施例と比較例におけるメッキの摩耗量を示すグラフである。
【実施例】
【００２１】
１．電解Ｎｉメッキ
平均粒径が３．５μｍのＳｉＣ粒子と、平均粒径が１．５μｍのＭｏ２Ｃ粒子をＮｉメッキ液にそれぞれ２０ｇ／ｌの割合で添加した。このＮｉメッキ液にアルミニウム製のピンを浸漬し、電解Ｎｉメッキを行った。比較のために、硬質性粒子としてＭｏ２Ｃ粒子、Ｓｉ３Ｎ４粒子、ＳｉＣ粒子、潤滑性粒子としてＢＮ粒子、ＭｏＳ２粒子をＮｉメッキ液に２０ｇ／ｌの割合で添加して電解Ｎｉメッキを行った。また、粒子を添加しないでの電解Ｎｉメッキも行った。それぞれのＮｉメッキ皮膜の硬度を測定した。以上の結果を表１に示す。ＭｏＳ２粒子では、Ｎｉメッキ液に粒子を添加したときに泡が大量に発生し、メッキ不良となった。これは、酸性のＮｉメッキ液によって粒子が分解されたためである。
【００２２】
２．摺動試験
電解Ｎｉメッキ皮膜の摩擦係数（μ）を測定した。鉄鋼材料（Ｓ４５Ｃ）製のディスクに上記の電解Ｎｉメッキを施したピンを８０Ｎで押圧し、ピンの相対的な周速が０．４２ｍ／秒となるようにディスクを室温にて回転させた。この摺動試験において、ディスクを回転し始めた初期のみ１０μｌで潤滑油を供給し、ディスクを１５分間回転させた後のピンの摩耗量を測定した。また、Ｎｉメッキの厚さとそれに含まれる粒子の体積割合を調査した。図２は摺動試験後のＮｉメッキおよびＮｉ複合メッキの断面（厚さ方向）を観察した顕微鏡写真である。これにより、本発明のＮｉ複合メッキでは、Ｎｉ複合メッキ中にＳｉＣ粒子とＭｏ２Ｃ粒子が分散しているのが確認することができる。また、以上の結果を表１と図３および図４に示す。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
図３に示すように、ＳｉＣ粒子とＭｏ２Ｃ粒子を含む本発明のＮｉ複合メッキでは、ＳｉＣ粒子のみを含むＮｉ複合メッキと比較して摩擦係数（μ）が４０％も低減され、Ｍｏ２Ｃ粒子のみを含むＮｉ複合メッキと同じ値である。一方、図４に示すように、本発明のＮｉ複合メッキでは、ＳｉＣ粒子のみを含むＮｉ複合メッキと同じ摩耗量である。以上の結果により、本発明では、ＳｉＣ粒子による耐摩耗性と、Ｍｏ２Ｃ粒子による耐焼付き性および潤滑性が何ら減殺されることなく発揮されることが確認された。
【００２５】
なお、表１には摩擦係数と摩耗量の判定結果を併記した。表１より、比較例では、摩擦係数と摩耗量がトレードオフの関係にあることが歴然としているが、本発明例では摩擦係数と摩耗量が共に優れていることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、内燃機関や機械構造用部品にアルミニウム、チタニウム、マグネシウムなどの軽金属材を使用するに際し、耐摩耗性、耐焼付き性、潤滑性、耐食性等を必要とする摺動部や転動部に本発明のＮｉ複合メッキを適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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