環境に優しい航空機部品用めっきの開発－亜鉛・ニッケル合金めっきを航空機降着装置へ－
安井治之*

鷹合滋樹*

上 村 彰 宏 **浅 下 秀 昭 ***日 野 実 ****

近 年 欧 州 の RoHS 指 令 や REACH規 制 を 初 め と す る 有 害 物 質 規 制 で は ， カ ド ミ ウ ム ， シ ア ン お よ び 六 価 ク
ロムの使用が禁止されているが，航空機降着装置に使用される超高抗張力鋼の耐食めっきには，適当な代替技術がないことからカドミウムめっきあるいはチタニウム・カドミウム合金めっきが使用されている。
そこで本研究では，航空機降着装置にこれまで適用されている耐食めっきと同等以上の耐食性を持ち，めっき処理において環境有害物質を使用しない環境対応型の代替カドミウムめっき技術として低水素脆性型亜鉛・ニッケル合金めっきの成膜技術を確立した。さらに，実用化に不可欠である非破壊膜厚測定技術
およびめっき剥離技術についても併せて開発した。
キーワード: 航空機降着装置，亜鉛・ニッケル合金めっき，水素脆性，非破壊膜厚測定，めっき剥離技術

Development of Eco-friendly Electroplating for Aircraft Parts- Zinc-nickel Alloy Electroplating for Aircraft Landing Gear Haruyuki YASUI, Shigeki TAKAGO, Akihiro UEMURA, Hideaki ASASHITA and Makoto HINO

In recent years, the use of cadmium, cyanide and hexavalent chromium has been prohibited by toxic substance regulations
including the European Restriction of Hazardous Substances (RoHS) Directive and REACH Regulation. However, as no adequate
substitute technology exists for the corrosion resistant plating of super high tensile strength steel used in aircraft landing gear, cadmium
and titanium-cadmium alloy plating are used. In this study, we established low hydrogen embrittlement zinc-nickel alloy electroplating
film deposition technology, as an eco-friendly substitute cadmium plating technique. It possesses corrosion resistance equal to or higher
than that of conventional aircraft landing gear plating, and does not use environmentally hazardous materials in the plating process. In
addition, we developed a stripping technique and nondestructive film thickness measurement technology: indispensable for practicalapplication.
Keywords: aircraft landing gear, zinc-nickel alloy electroplating, hydrogen embrittlement, non destructive film thickness measurement,
stripping technique

１．緒

言は，材料中の僅かな水素に

航 空機 の降 着装 置 (図 1参照 )は ，離 着陸 時に 使用機 体

よっても水素脆性を起こす

重量を直接支えることから重要な保安部品に指定されとともに，応力腐食割れにている。特に着陸時には，着陸の衝撃も加わるため，対しても敏感な材料である。

超 高 抗 張 力 鋼 (300M鋼 ： Ni-Cr-Mo系 の 低 炭 素 鋼 )が 使 用

そのため，従来航空機の降されている。また，防食目的での表面処理には，生産着装置には，水素脆性感受性やコストの観点よりめっきが採用されるが，めっき性が低いカドミウムめっき時に発生する水素ガスによる脆化が懸念される。一般

あるいはチタニウム・カドに鉄鋼材料の水素脆性感受性は，強度上昇とともに敏ミウム合金めっきが施され感 に な り ， 特 に 引 張 強 さ が 1200MPa以 上 の 鉄 鋼 材 料 でてい る。
し か し ， RoHS 指 令 や*機 械金属 部******

化学食 品部***

REACH 規 制 を は じ め と す

浅 下 鍍 金 (株 )図1 航空機降着装置例

広島工業大学-1-

る環境規制により，カドミウム，シアンおよび六価ク

試 料 に ハ ル セ ル 板 (( 株 ) 山 本 鍍 金 試 験 器 ・ 100 ×ロムの使用が禁止されていることから，航空宇宙産業

67mm)お よ び 4130鋼 (24.5×101.6mm， 300M鋼 と 同 種 のでも環境有害物質であるカドミウム，六価クロム，水航 空 機 降 着 装 置 用 合 金 鋼 )を 用 い ， 有 機 溶 剤 脱 脂 ， 水

銀，鉛を全廃する目標をかかげ，欧州はエアバス社，洗，酸活性後，めっきを施した。めっき中は，カソー

米国はボーイング社が中心となって航空機降着装置のド ロ ッ カ ー お よ び 液 循 環 (濾 過 )に よ る 攪 拌 を 行 っ た 。

超高抗張力鋼に適用されるカドミウムめっきに代わる

なお，エア攪拌では炭酸ナトリウムが生成されること代替カドミウムめっきの実用化研究を進めているが，から 使用しなかっ た。

現在 まで実用化に 至っていない 。

め っ き の 試 作 工 程 で は 図 3に 示 す よ う に め っ き 後 に一方，自動車産業では，環境規制に対応した耐食性水洗してからクロメート処理を行った。その後，水洗に優れた酸性の亜鉛・ニッケル合金めっきが開発されし，エアブローおよび乾燥を行った。作製した試料は，ているものの，自動車産業に適用される鉄鋼材料の多

ほぼ 均一に青みが かった色調 と なった。

くは比較的強度の低い炭素鋼であり，水素脆性につい２．２ては 問題視されて いない。

２．２．１

そこで本研究開発では，航空機降着装置の耐食めっき技術に使用できる環境有害物質を含まない新しいめっき 手法を開発し ，事業化に繋 げることとし た。

亜鉛・ニッケル合金めっきの評価
耐食性試験

めっきの耐食性評価では，塩水噴霧試験を行った。
航空機機体メーカの要求仕様では，めっきの耐食性とし て ， 500時 間 の 塩 水 噴 霧 試 験 で 赤 サ ビ が 発 生 し な い

２．１

２．環境に優しいめっきの開発

こ と が 指 針 で 示 さ れ て い る 。 500時 間 の 段 階 で 白 サ ビ

亜鉛・ニッケル合金めっきの成膜を 生 じ た も の の 赤 サ ビ は 発 生 せ ず ， 最 終 的 に 4000時 間低水素脆性型の亜鉛・ニッケル合金めっきの実用化のため，亜鉛・ニッケル合金めっき液の選定と，その継続しても赤サビの発生は見られなかったことから，耐食 性に優れため っきであるこ とが 確認され た。

めっき液を使用可能なめっき装置の導入のための基礎２．２．２

デー タを取得した 。
市販の亜鉛・ニッケル合金めっき液には，酸性とア

水素脆性

試験

ル カ リ 性 の 2種 類 が 存 在 す る 。 自 動 車 産 業 で は 密 着 性

航空機部品にとって最もに優れた酸性浴が使用されているが，本研究開発では，問題となる水素脆性の評価

超高抗張力鋼300Mで も 水 素 脆 性 を 起 こ し に く い ア ル カ

で は ， 低 歪 速 度 3点 曲 げ 試

リ浴 を選択した。

験 (SSRT： Slow Strain Rate

ま ず ， 小 型 め っ き 実 験 装 置 (( 株 ) 山 本 鍍 金 試 験 器 ・Test)を 用 い た 水 素 脆 化 感 受

10Lめ っ き 試 験 装 置 ， 図 2参 照 )を 用 い て ， め っ き 液 の性の定量的測定を検討した

基本 特性を評価し た。

1)

酸活性

水 洗めっき。

この試験は，オートグラフの 3点 曲 げ 試 験 機 治 具 を 用

水 洗

い て ， 試 験 片 サ イ ズ 4 × 70× t0.5mm ， ひ ず み 速 度

クロメート

0.01mm/min で 試 験 を 行 った。
その結果，亜鉛・ニッケ

水 洗

ル合金めっきだけの試料の破断応力と変位量は，一般的な亜鉛めっきのそれらよりも低い値を示し，水素脆性感受性が高まった。これ
図2

Zn-Ni合金めっき液選択用小型めっき設備-2-乾 燥
図3 めっき試作工程

に対 して，亜鉛・ ニッケル合金 めっき後にベ ーキング処理を施した試料では破断応力および変位量が大幅に1)た。
成膜した試料の膜厚を，蛍光Ｘ線膜厚計とポータブ向上し，めっき前の試験片とほぼ同じ値であった 。

ル 膜 厚 計 で 測 定 し た 結 果 を 図 4に 示 す 。 縦 軸 に 測 定 し

このことから，本事業で開発したアルカリ浴の亜鉛・た膜厚，横軸にニッケル共析率を示す。ポータブル膜

ニッケル合金めっきは，ベーキング処理を行うと水素厚計では，いずれの試料においても，蛍光Ｘ線膜厚計脆性を生じず，航空機降着装置へ適用しても問題無い

よ り 3m程 度 小 さ く 測 定 さ れ た 。 こ の た め ポ ー タ ブ ルこと が確認された 。

膜 厚 計 で 測 定 し た 結 果 に 3m程 度 加 算 し て 検 量 線 を 引くことにより，製品の膜厚測定に使用できることがわ

３．めっきの非破壊膜厚測定技術の開発

かっ た。

実生産においては，航空機機体メーカの膜厚に関する要求仕様を満たしているかを全数検査する必要があ４．めっきの剥離液の開発る。そこで，開発しためっきの膜厚を非破壊で測定可

本 研 究 開 発 の 事 業 化 の 一 つ と し て ｢メ ン テ ナ ン ス 事

能な 評価方法を開 発した。

業 ｣へ の 進 出 を 考 え て い る 。 航 空 機 の メ ン テ ナ ン ス で

航空機降着装置部品は大型であり，通常の膜厚評価は，定期的に降着部品を航空機本体から一旦外し，め装 置 (蛍 光 Ｘ 線 膜 厚 計 等 )の 試 料 台 に 置 く こ と が で き なっきを剥離して表面き裂有無を検査後に，再度めっきい。また，切断して断面から観察する手法では，製品を施している。そのため，鉄素地を傷めないめっきのを破壊する必要があり，品質検査に使用できない。そ剥離技術が重要であり，本研究開発で剥離手法を検討のため，非破壊で大型部品にも適用可能な，プローブした 。

を押し当てて測定するポータブル型膜厚計を用いた膜現状で最も剥離速度の高いと考えられているシアン

厚管理技術について検討した。開発しためっきは亜鉛化ナトリウムと同等以上の剥離速度の達成を目標とし，素地にニッケルが析出した合金めっきであるため，単水酸化ナトリウム，硝酸アンモニウムを主剤とした非元素測定のように簡単には測定できない。そのため，シアン系剥離液を，添加する薬品を変化させながら実電磁式，渦電流式などを比較しながら，蛍光Ｘ線膜厚験し 、剥離液を開 発した。

計や破壊式である断面膜厚観察結果に対して検量線を引く 等の複合的な 評価手法を検 討した 。

開発しためっき試料について，めっき剥離前後の質量差を測定してめっきの剝離量を評価した結果，シアニ ッ ケ ル 共 析 率 が 12～ 18%ま で 2%ず つ 異 な る 4試 料

ン 化 ナ ト リ ウ ム の 場 合 で ， 約 7分 で 剥 離 が 完 了 し た 。

を作製し，蛍光Ｘ線膜厚計とポータブル膜厚計にてそ

これに対して本研究で開発した剥離液では，シアン化れぞれのめっき厚を測定した。なお，いずれの膜厚計

ナ トリウ ムと同等 以上の 剥離 速度 (約 5分 )を 有し， 鉄素もめっきの基板であるハルセル陰極板を校正の素地と地へのダメージがないことから，十分実用性のある剥して使用した。作製しためっきの組成分析には，蛍光離液 であると考え られる 。

Ｘ 線 分 析 機 (( 株 ) 堀 場 製 作 所 ・ XGT-5000WR)を 使 用 し５．実製品への適用
開 発 し た亜 鉛 ・ニ ッケ ル合 金 め っき を 実物 の航 空機
17降 着 装 置 部 品 の ピ ン (材 質 ： 300M鋼 ， サ イ ズ ： Φ30～1560mm×L450mm)に 成 膜 し た 一 例 を 図 5に 示 す 。 暗 色 部

膜厚（μm）

蛍光Ｘ線膜厚計

13分がめっきを成膜した部分であり，その他の部分はマ

11ス キ ン グ を 行 っ て め っ き を 付 け て い な い 。 図 5か ら わ

ポータブル膜厚計

かるとおり，めっきは均一に付着しており，穴の内部9にも 成膜されてい ることがわか る。

7510

図4121416
ニッケル共析率（％）

1820６．結

蛍光 Ｘ線膜厚計お よびポー タブル膜厚計

言

以上，県内めっき企業と共同で航空機降着部品用のによ る膜厚測定結 果-3-精度 良く膜厚が測 定できること を 確認した。

めっき成膜部(3)機 体のメンテ ナンス 時に必要 な環境負荷の 少ない めっき 剥離技術を開 発した。本研 究で開発した めっきは ， 亜 鉛と ニ ッケ ル の二 元系 で あ る が ， 鉄素 地 を傷め ず に 両元 素 を剥 離 可能 で あ る 水 酸化 ナ トリ ウ ムと硝 酸 ア ンモ ニ ウム を 主剤 とし た 剥 離液 を 開発 し た。
そし て，従来めっ きの剥離速度 と同等以上の 性能を有し ていることを 確認した。
(4)実 際に用いら れている航空機 降着装置部品 のピンに
め っ き した と ころ ， 外周 およ び 穴 の内 部 とも に 均一に成 膜できた。
今後 ，本研究で開 発したアルカ リ性亜鉛・ニ ッケル 合 金 めっ き が航 空 機機 体メ ー カ での 採 用を 目 指し
てい きたい。

謝辞

本研究は経済産業省戦略的基盤技術高度化支援事業
図5｢環 境 対 応 型 航 空 機 降 着 装 置 用 亜 鉛 ・ ニ ッ ケ ル 合 金 め

航空 機降着装置部 品 (ピン )への成 膜

っ き の 実 用 化 技 術 の 研 究 開 発 ｣(H26～ 28)に お け る 成 果
有 害 物 質 フ リ ー の 環 境 負 荷 の 少 な い ｢亜 鉛 ・ ニ ッ ケ ル合金 めっき ｣を開 発し，以下の 結果を得た。の一 部であり，関 係者の皆様に 感謝します。
また，剥離液開発においてご指導，ご助言をいただ(1)航 空機 機体メ ーカの要 求仕 様を満 たし たア ルカリ 性

いた 矢部技術士事 務所の矢部先 生に感謝いた します。の亜 鉛・ニッケル 合金めっき 技 術を開発した 。
開 発 め っき は ，現 行 カド ミウ ム め っき と 同等 以 上の参考文献

耐 食 性 を示 し ，さ ら に耐 水素 脆 性 に関 し て も 問 題な

1) 日野実，浅下秀昭，安井治之，鷹合滋樹，平松実，金谷

いこ とから，実用 性が高いと考 えられる 。

輝人．三点曲げ試験による高強度鋼の水素脆性評価と亜(2)ポ ータブル膜 厚計と検量 線法 を併せること で， 大型部品 に対応した非 破壊の膜厚測 定技術を開発 した。
亜鉛 にニッケルが 析出した二元 系合金でも非 破壊 で-4-鉛めっきへの適用. 日本金属学会誌，2016，第80巻，第12号，p.731-735.