(57)【要約】  粒子状物体をめっきするための無電解めっき浴組成物を提供する。めっき浴組成物は、金属含有成分と還元性成分とを含む。粒子状物体は、耐摩耗性を向上させた切削および研削工具を提供するために、無電解金属析出によって、少なくとも２種の金属を含む少なくとも１層の金属層でめっきする。
2014502675.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物体をめっきするための無電解めっき浴組成物であって、
ニッケル塩と、
カルシウム塩、マグネシウム塩、ストロンチウム塩、およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも１種の金属塩と、
キレート化剤と、
水と
を含む金属含有成分、ならびに
還元剤と、
水と
を含む還元性成分
を含む無電解めっき浴組成物。
【請求項２】
前記ニッケル塩が、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、および酢酸ニッケルからなる群から選択される、請求項１に記載のめっき浴組成物。
【請求項３】
前記少なくとも１種の金属塩が、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、硫酸バリウム、塩化バリウム、および酢酸バリウムからなる群から選択される、請求項１に記載のめっき浴組成物。
【請求項４】
前記少なくとも１種の金属塩が、塩化カルシウムである、請求項３に記載のめっき浴組成物。
【請求項５】
前記少なくとも１種の金属塩が、塩化マグネシウムである、請求項３に記載のめっき浴組成物。
【請求項６】
前記金属含有成分が、ニッケル塩と、カルシウム塩、マグネシウム塩、ストロンチウム塩、およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも２種の金属塩とを含む、請求項１に記載のめっき浴組成物。
【請求項７】
前記少なくとも２種の金属塩が、カルシウム塩およびマグネシウム塩である、請求項６に記載のめっき浴組成物。
【請求項８】
前記少なくとも２種の金属塩が、塩化カルシウムおよび塩化マグネシウムである、請求項７に記載のめっき浴組成物。
【請求項９】
前記粒子状物体が、天然ダイヤモンドおよび人工ダイヤモンドからなる群から選択される、請求項７に記載のめっき浴組成物。
【請求項１０】
前記キレート化剤が、酢酸である、請求項１に記載のめっき浴組成物。
【請求項１１】
前記還元剤が、次亜リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、および水素ガスからなる群から選択される、請求項１に記載のめっき浴組成物。
【請求項１２】
前記金属含有成分が、苛性の金属塩基をさらに含み、前記還元性成分が、金属酢酸塩をさらに含み、前記苛性の金属塩基および前記金属酢酸塩が、前記めっき浴組成物のｐＨを緩衝する、請求項１に記載のめっき浴組成物。
【請求項１３】
粒子状物体を無電解めっきする方法であって、
容器に粒子状物体を装入するステップと、
前記粒子状物体を含有する容器に、無電解めっき浴組成物と活性化成分とを含む溶液を装入するステップであって、前記めっき浴組成物が、
ニッケル塩と、
カルシウム塩、マグネシウム塩、ストロンチウム塩、およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも１種の金属塩と、
キレート化剤と、
水と
を含む金属含有成分、ならびに
還元剤と、
水と
を含む還元性成分
を含むステップと、
約６０℃〜約１００℃の温度で、約４〜約１３のｐＨで、前記めっき浴組成物、前記活性化成分、および前記粒子状物体を混合するステップと、
少なくとも１層の金属層を前記粒子状物体上にめっきするステップであって、前記金属層が、少なくとも２種の金属を含むステップと
を含む方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１層の金属層が、ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属とを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ニッケル塩が、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、および酢酸ニッケルからなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１種の金属塩が、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、硫酸バリウム、塩化バリウム、および酢酸バリウムからなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１種の金属塩が、塩化カルシウムである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１種の金属塩が、塩化マグネシウムである、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記金属含有成分が、カルシウム塩、マグネシウム塩、ストロンチウム塩、およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも２種の金属塩を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記粒子状物体が、天然ダイヤモンドおよび人工ダイヤモンドからなる群から選択される、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記活性化成分が、パラジウム塩と塩酸との溶液である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記パラジウム塩が、塩化パラジウムである、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記粒子状物体を含有する容器に、最初に、前記金属含有成分、続いて、前記活性化成分、次いで、前記還元性成分を装入する、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
粒子状物体を無電解めっきすることによって形成されるコーティング付き物品であって、前記コーティング付き物品が、所定の外表面積を有する粒子状物体を含み、前記粒子状物体が、少なくとも１層の金属層を有する天然ダイヤモンドおよび人工ダイヤモンドからなる群から選択され、前記少なくとも１層の金属層が、粒子状物体の外面上にめっきされており、ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属とを含む物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、２０１１年１月１１日出願の米国仮特許出願第６１／４３１，６７５号の特典を主張し、その開示を参照により本明細書に明示的に組み込む。
【０００２】
本発明は、無電解めっき浴組成物に関する。より詳細には、本発明は、無電解ニッケルめっき浴組成物、およびこうした組成物を用いて粒子状物体上に少なくとも２種の金属を含む金属層をめっきすることに関する。
【背景技術】
【０００３】
物体の無電解コーティングはよく知られている。また、金属層をめっきすると、石およびコンクリートの鋸引きに使用される工具などの切削工具、ならびにメタルボンドホイールなどの研削工具のマトリクス中のダイヤモンド粒子の保持を向上できることも当技術分野でよく知られている。天然または人工ダイヤモンドを含む、金属めっきされた粒子材料が市販されており、一般にニッケルコーティングが無電解析出で施されている。このようなコーティングされた粒子材料は良好な性能をもたらすが、粒子の早期喪失を低減し、切削工具の摩耗を低減するために改良が望まれている。
【０００４】
無電解析出で施されためっき金属層が粒子状物体の表面に化学的に結合することが知られているが、より強力に粒子表面に付着し、金属層を形成する他の金属として、モリブデン、チタン、およびクロムが挙げられる。これらの金属は、炭化物形成元素であり、粒子表面上に一般に化学蒸着またはスパッタリングされる。
【０００５】
これらの炭化物形成金属層は、ダイヤモンド粒子上の多層コーティングの一部として使用されて、工具マトリクス内での保持を助けてきた。この合金層は、無電解または電解析出によってニッケルなどの別の層でオーバーコーティングすることができる。合金は、最大で３０ｗｔ％の炭化物形成金属を含み、炭化物を形成させるために、真空蒸着またはスパッタリングによる堆積後、コーティングを高温で加熱する。多層コーティングを施すためのこれらの手順は、金属合金を複数層のうちの１層として施す、または３層の異なる層を使用するので複雑である。さらに、これらの手順は、ダイヤモンド粒子を高温に曝露する金属コーティングの浸炭によってダイヤモンド粒子と工具マトリクスとの間の結合力を増大させる。高温はダイヤモンド結晶の分解を引き起こす可能性があり、それは切削工具の性能にとって有害である。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書に記載の現況技術にもかかわらず、切削および研削工具のマトリクス内での粒子状物体の保持を助け、工具の耐摩耗性を向上させると見込まれる少なくとも１層の金属層を、より単純な方法によって粒子状物体上にめっきする無電解めっき浴組成物が必要とされている。
【０００７】
一般に、本発明の一態様は、粒子状物体の表面をめっきするための無電解ニッケルめっき浴組成物を提供することである。めっき浴は金属含有成分を含み、この金属含有成分は、ニッケル塩と、カルシウム塩、マグネシウム塩、ストロンチウム塩、およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも１種の金属塩と、キレート化剤と、水とを含む。めっき浴はまた還元性成分を含み、この還元性成分は、還元剤と水とを含む。
【０００８】
本発明の別の一態様は、粒子状物体を無電解めっきする方法を提供することである。その方法は、容器に粒子状物体を装入するステップと、次いで、粒子状物体を含有する容器に、無電解めっき浴組成物と活性化成分とを含む溶液を装入するステップとを含む。めっき浴組成物は、金属含有成分であって、ニッケル塩と、カルシウム塩、マグネシウム塩、ストロンチウム塩、およびバリウム塩からなる群から選択される少なくとも１種の金属塩と、キレート化剤と、水とを含む金属含有成分、ならびに還元性成分であって、還元剤と水とを含む還元性成分を含む。その方法はまた、約６０℃〜約１００℃の温度で、約４〜約１３のｐＨで、めっき浴組成物、活性化成分、および粒子状物体を混合するステップと、少なくとも２種の金属を含む少なくとも１層の金属層を粒子状物体上にめっきするステップとを含む。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、粒子状物体を無電解めっきすることによって形成されるコーティング付き物品を提供することである。コーティング付き物品は、所定の外表面積を有する粒子状物体を含み、その粒子状物体は、少なくとも１層の金属層を有する天然ダイヤモンドおよび人工ダイヤモンドからなる群から選択され、その少なくとも１層の金属層は、粒子状物体の外面上にめっきされており、ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属とを含む。
【００１０】
本発明の別の一態様は、ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属との金属層を含む、切削および研削工具の摩耗性能を向上させる、金属めっきされた粒子状物体を提供することである。
【００１１】
本発明の別の一態様は、ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属との少なくとも１層の金属層を有する金属めっきされた粒子状物体を含む、耐摩耗性を向上させた切削および研削工具を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態によるめっきされた粒子状物体の走査電子顕微鏡画像を示す図である。
【図２】本発明の別の一実施形態によるめっきされた粒子状物体の走査電子顕微鏡画像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態では、耐摩耗性を向上させた切削および研削工具を提供するために、粒子状物体を、無電解金属堆積で析出させる少なくとも１層の金属層（ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属とを含む）でめっきする。好ましくは、最高で２０層まで含む多層を粒子状物体上にめっきすることができる。
【００１４】
粒子状物体上にめっきされる少なくとも１層の金属層は、無電解めっき浴組成物によってもたらされ、コーティング付き物品を生じる。めっき浴は、金属含有成分および還元性成分を含む。
【００１５】
金属含有成分は、ニッケル塩と、少なくとも１種の別の金属塩であって、金属塩の金属が、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される金属塩と、キレート化剤と、水とを含む。水の量は、一般に、金属含有成分の約６０．０〜８０．０重量％、あるいは約５０．０〜７０．０重量％を占める。一実施形態では、ニッケル塩は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、および酢酸ニッケルからなる群から選択される。ニッケル塩は、一般に、金属含有成分の約６．０〜１２．０重量％、あるいは約８．０〜１０．０重量％を占める。別の一実施形態では、少なくとも１種の別の金属塩は、硫酸カルシウム、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硫酸マグネシウム、塩化マグネシウム、酢酸マグネシウム、硫酸ストロンチウム、塩化ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、硫酸バリウム、塩化バリウム、および酢酸バリウムからなる群から選択される。好ましくは、少なくとも１種の金属塩としては、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、およびそれらの組合せが挙げられる。少なくとも１種の別の金属塩は、一般に、金属含有成分の約３．０〜１８．０重量％、あるいは約１０．０〜１４．０重量％を占める。さらに別の一実施形態では、キレート化剤は、酢酸であり、一般に、金属含有化合物の約５．０〜１１．０重量％、あるいは約７．０〜９．０重量％を占める。金属含有成分はまた、苛性の金属塩基を含むことができ、それにはカセイソーダが挙げられ、その塩基は、無電解めっき処理中に酸性になる傾向を有する組成物のｐＨの平衡を保つ。苛性の金属塩基は、一般に、金属含有成分の約２．０〜８．０重量％、あるいは約４．０〜６．０重量％を占める。
【００１６】
還元性成分は、還元剤と水とを含む。水の量は、一般に、還元性成分の約５０．０〜７０．０重量％、あるいは約５５．０〜６０．０重量％を占める。一実施形態では、還元剤は、次亜リン酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム、および水素からなる群から選択される。還元剤は、一般に、還元性成分の約３０．０〜５０．０重量％、あるいは約３５．０〜４５．０重量％を占める。還元性成分はまた、金属酢酸塩、例えば、酢酸ナトリウムを含み、これはめっき浴組成物のｐＨを緩衝する。金属酢酸塩は、一般に、還元性成分の約０．０１〜０．２重量％、あるいは約０．０５〜０．１重量％を占める。
【００１７】
本発明で利用する粒子状物体は、ダイヤモンド砥粒粒子を含むことができる。これらの粒子は、切削工具、例えば、２０／８０Ｕ．Ｓ．メッシュサイズのものなどにおいて通常使用されるサイズである。粒子のサイズは、約１／１５００μｍ、約１５０〜１０００μｍ、さらには約２００〜６００μｍの幅広い範囲内で変わり得る。通常サイズのダイヤモンド砥粒粒子は、所望の工具に切削プロフィルを付与し、かつ施した金属コーティングによって過度に強度が弱められないように、十分に大きい。
【００１８】
本発明で使用するダイヤモンド砥粒粒子は、天然または人工のものでよいが、人工のものは、高圧および高温（ＨＰ／ＨＴ）下において触媒ありまたはなしでグラファイトを転化させることによって一般に得られる。好ましくは、ダイヤモンドは、約２０〜約８０のＵ．Ｓ．メッシュの範囲内のサイズであり、転化プロセスから直接得られる。しかし、利用するダイヤモンド粒子は、より大きなサイズの材料から、それを従来技術で粉砕または微粉砕して得ることができる。
【００１９】
コーティングしたダイヤモンド砥粒粒子は、切削および研削工具において使用する場合、従来技術によって適切な金属マトリクス内に含浸させることができる。例えば、コーティングした粒子と金属粒子との混合物を、周囲温度で所望の形に押圧し、押圧した物品を加熱して、金属をそこに焼結させることができる。適切な金属としては、ニッケル、コバルトなどが挙げられる。例えば、鋸刃用の工具インサートは、クロムおよびニッケルでコーティングされ、かつ焼結させたニッケル、コバルト、および／またはコバルト／銅マトリクスによって固められた３０〜４０メッシュサイズのダイヤモンド粒子を含むことができる。これらの工具インサートは、任意の形態または形状、特に、切石およびコンクリートに使用される工具では従来の形状とすることができる。
【００２０】
以下の実施例は、無電解めっき浴組成物の成分ならびに量と、粒子状物体を無電解めっき浴組成物でめっきする方法とを例示している。これらの実施例は、例示的なものにすぎないとみなされるべきであり、いかなる点においても本開示の残りの部分を限定するものではない。
【実施例１】
【００２１】
無電解めっき浴組成物
金属含有成分（重量％）
６０．０〜８０．０％  脱イオン水
６．０〜１２．０％  硫酸ニッケル
３．０〜９．０％  塩化カルシウム
５．０〜１１．０％  酢酸
２．０〜８．０％  カセイソーダ
還元性成分（重量％）
５０．０〜７０．０％  脱イオン水
３０．０〜５０．０％  次亜リン酸ナトリウム
０．０１〜０．２％  酢酸ナトリウム
【実施例２】
【００２２】
無電解めっき浴組成物
金属含有成分（重量％）
７０．０〜７５．０％  脱イオン水
８．０〜１０．０％  硫酸ニッケル
５．０〜７．０％  塩化カルシウム
７．０〜９．０％  酢酸
４．０〜６．０％  カセイソーダ
還元性成分（重量％）
５５．０〜６５．０％  脱イオン水
３５．０〜４５．０％  次亜リン酸ナトリウム
０．０５〜０．１％  酢酸ナトリウム
【実施例３】
【００２３】
無電解めっき浴組成物
金属含有成分（重量％）
６０．０〜８０．０％  脱イオン水
６．０〜１２．０％  硫酸ニッケル
３．０〜９．０％  塩化マグネシウム
５．０〜１１．０％  酢酸
２．０〜８．０％  カセイソーダ
還元性成分（重量％）
５０．０〜７０．０％  脱イオン水
３０．０〜５０．０％  次亜リン酸ナトリウム
０．０１〜０．２％  酢酸ナトリウム
【実施例４】
【００２４】
無電解めっき浴組成物
金属含有成分（重量％）
７０．０〜７５．０％  脱イオン水
８．０〜１０．０％  硫酸ニッケル
５．０〜７．０％  塩化マグネシウム
７．０〜９．０％  酢酸
４．０〜６．０％  カセイソーダ
還元性成分（重量％）
５５．０〜６５．０％  脱イオン水
３５．０〜４５．０％  次亜リン酸ナトリウム
０．０５〜０．１％  酢酸ナトリウム
【実施例５】
【００２５】
無電解めっき浴組成物
金属含有成分（重量％）
６０．０〜８０．０％  脱イオン水
６．０〜１２．０％  硫酸ニッケル
３．０〜９．０％  塩化カルシウム
３．０〜９．０％  塩化マグネシウム
５．０〜１１．０％  酢酸
２．０〜８．０％  カセイソーダ
還元性成分（重量％）
５０．０〜７０．０％  脱イオン水
３０．０〜５０．０％  次亜リン酸ナトリウム
０．０１〜０．２％  酢酸ナトリウム
【実施例６】
【００２６】
無電解めっき浴組成物
金属含有成分（重量％）
７０．０〜７５．０％  脱イオン水
８．０〜１０．０％  硫酸ニッケル
５．０〜７．０％  塩化カルシウム
５．０〜７．０％  塩化マグネシウム
７．０〜９．０％  酢酸
４．０〜６．０％  カセイソーダ
還元性成分（重量％）
５５．０〜６５．０％  脱イオン水
３５．０〜４５．０％  次亜リン酸ナトリウム
０．０５〜０．１％  酢酸ナトリウム
【実施例７】
【００２７】
粒子状物体の無電解めっき
無電解めっきの第１サイクル中、粒子状物体の無電解めっきの実施に適切な容器に、所定量の粒子状物体を装入し、次いで、予備洗浄用の温かい脱イオン水で満たす。粒子状物体と水とを含有する容器を、約６０℃〜約１００℃、好ましくは約７０℃の温度に加熱し、続いて、水を容器からデカンテーションする。次いで、実施例１の金属含有成分を容器に装入し、続いて、活性化成分、次いで還元性成分を添加する。一実施形態では、活性化成分は、パラジウム塩、例えば、塩化パラジウムを含む塩酸溶液を含み、これは粒子状物体の非導電性表面を活性化する。活性化成分の濃度は、塩酸１リットル当たりパラジウム塩約２．０〜１０．０グラムの範囲とすることができる。一実施形態では、パラジウム塩は、塩化パラジウムである。代替実施形態では、実施例１の金属含有成分および還元性成分を、実施例２〜６の金属含有成分および還元性成分と置き換えることができる。
【００２８】
次いで、金属含有成分と還元性成分と活性化成分とを含む溶液を１０〜３０分間撹拌すると、金属層が粒子状物体の表面上に無電解めっきされる。第１サイクル中の金属層のめっき後、生じた溶液を容器から除去し、次いで、めっきされた粒子状物体を脱イオン水で洗浄し、続いて、それを容器から除去することができる。得られた金属層は、ニッケルと、カルシウム、マグネシウム、ストロンチウム、およびバリウムからなる群から選択される少なくとも１種の別の金属とを含む。一実施形態では、金属層は、ニッケルとカルシウムとを含む。別の一実施形態では、金属層は、ニッケルとマグネシウムとを含む。さらに別の一実施形態では、金属層は、ニッケルとカルシウムとマグネシウムとを含む。
【００２９】
粒子状物体上への少なくとも１層の金属層のめっき中、溶液のｐＨは、４〜１３に維持することができるが、好ましくは６〜９に維持する。また、粒子状物体上への金属層のめっき中、混合中の反応混合物の温度は、約６０℃〜約１００℃、好ましくは約７０℃に維持することできる。
【００３０】
本明細書に記載するような粒子状物体上に第１金属層を堆積させる第１サイクルの完了後、追加のサイクルを行って、粒子状物体上にさらなる金属層をめっきすることができる。一実施形態では、粒子状物体に約２０サイクルを施すと、２０層の金属層が粒子状物体上にめっきされ得る。
【００３１】
本明細書に記載の無電解めっき法に基づいた粒子状物体のめっきは、図１および２の走査電子顕微鏡画像に示すようなめっきされた粒子状物体をもたらす。これらの図の各々から分かるように、めっきされた粒子状物体の表面プロフィルは改変されている。理論ならびに図１および２に拘泥するものではないが、めっきされた粒子状物体の表面プロフィルの改変は、粒子状物体に表面積の追加をもたらすと考えられる。表面積の増大は、めっきされた粒子状物体を適切な切削および研削工具の表面上に堆積させたとき、めっきされた粒子状物体の保持を向上させると考えられる。次いで、これは、切削および研削工具の摩耗性能の増強をもたらす。
【００３２】
前述の開示に基づいて、無電解めっき浴組成物、および粒子状物体を本明細書に記載するような組成物でめっきする方法が、上述の目的を達成することは明らかであろう。したがって、いずれの明白な変形形態も特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内にあり、それにより、特定成分元素の選択は、本明細書に開示および記載の本発明の趣旨から逸脱することなく決定され得ることを理解されたい。
【図１】
2014502675.tif 000003
【図２】
2014502675.tif 000004
【国際調査報告】
2014502675.tif 000005
2014502675.tif 000006