Ni-SiC複合めっきにおける粒子含有率および硬さへのSiC粒径の影響－粒子分散浴および沈降堆積浴からの複合めっき－
中野賢三 *1

𠮷田智博 *1

古賀弘毅 *1

Effect of SiC Particle Size to Content Rate and Hardness on Ni-SiC Composite Plating- Composite Plating from Particles Dispersion Bath and Sedimentation Bath Kenzo Nakano, Tomohiro Yoshida and Hiroki Koga

耐摩耗性被膜として知られるSiC複合めっきにおいて, 粒子分散浴および沈降堆積浴からの2種類の複合めっき方法を用いて, 粒径3.0 μm, 1.2 μm, 0.5 μmのSiC粒子による複合Niめっきを行い, めっき膜中のSiC含有率および硬さへの影響を調査した。粒子分散浴からの複合めっきでは, SiC濃度50 g/dm3 までの低濃度SiC浴において,SiC粒径が大きくなるに伴いSiC含有率は高くなった。沈降堆積浴では, 3.0μm-SiCにおいて低濃度SiC浴から高いSiC含有率の複合めっき膜が得られた。めっき膜の硬さは, いずれの粒径においてもSiC含有率の増加に伴い増加した。また, SiC粒径が小さくなるに伴い, 低含有率で硬さが大きく増加した。

1 はじめに0.5 μ m （（ 株 ） フ ジ ミ イ ン コ ー ポ レ ー テ ッ ド 製 ,SiC やダイヤモンドなどの硬質粒子をめっき金属膜に取り込む複合めっき

1)-4)

GC#20000 ） の α -SiC 粒 子 を 用 い た （ 以 降 , そ れ ぞ れは, めっき膜の硬度や耐摩

3.0μm-SiC, 1.2μm-SiC, 0.5μm-SiCと略記）。陽極

耗性などの特性を改良できることから, エンジンシリ及び陰極には, それぞれ面積30 mm×40 mmのNi板, Ni

ンダなどの耐摩耗部材2), 3)や切削工具

4)などで利用めっき付きCu板を用いた。

されている。複合めっきでは, 粒子を含むめっき浴を2-2 粒子分散浴からの複合めっき用いることでめっき金属膜成長時に金属膜に接触してSiC粒子を所 定濃度 （ 10, 50, 100, 200 g/dm 3 ）といる粒子が取り込まれることから, 粒子をめっき浴中なるように基本浴に添加し, スターラーで60分間強撹に分散させた状態でめっき

1), あるいは, 粒子を基材拌して複合めっき浴を調製した。なお, 粒径0.5 μm

表面に充填した状態でめっき 4), 5) する方法などがとについては, 粒子分散性向上のためスターラー撹拌しられている。本研究では, 複合めっきにおける硬質粒ながら超音波照射を行った。陰極は容量0.3 dm3 のビ子の粒径の影響を調査するため, 粒子分散浴からの複ーカー中央部に底面と垂直になるように配置し, 陽極

合めっき, 沈降堆積浴からの複合めっきの 2 種類の方との距離を20 mmとした。めっき浴は正逆反転スター法を用いて, 粒径の異なる SiC 粒子による複合 Ni めラーを用いて回転速度200 rpmで撹拌を行い, 陰極電っきを行い, めっき膜の SiC 粒子含有率および硬さを流密度5 A/dm 2, 90 分間の定電流電解により複合めっ評価したので報告する。

き膜を得た。
2-3 沈降堆積浴からの複合めっき
前述と同様にしてSiC粒子濃度10 g/dm 3 を分散させ

2 実験方法2-1 めっき浴および分散粒子た複合めっき浴において, スターラー撹拌を停止後す3

Niめ っ き の 基 本 浴 に は NiSO 4 ・ 6H 2O（ 240 g/dm ） ,ぐに0.3 dm 3 ビーカーの底面に陰極を上向きに配置し

NiCl2 ・ 6H2O （ 45 g/dm3 ） , H 3BO3 （ 35 g/dm 3 ） ,た。30 分間静置して陰極表面にSiC粒子を沈降堆積さ

C12H 25OSO 3Na（0.2 g/dm 3 ）からなるワット浴 （pH4.0,せた後, 電極間距離20 mmとなるように陽極を配置し浴温50 ℃）を用いた。分散粒子 には, それぞれ累積た。陰極表面の粒子堆積層が移動しないようにめっき

高さ50 %の粒径（D 50 ）が3.0 μm（（株）マルトー製,

浴上方か ら Airバブリ ング しながら, 陰極電流密 度5GC#4000）, 1.2 μm（（株）マルトー製, GC#8000）,

A/dm2 で90 分間の定電流電解により複合めっき膜を得た。

*1 機械電子研究所- 21 -

2-4 複合めっきの評価

膜中に分散して取り込まれたSiC粒子が黒点として観めっき膜の断面観察および元素分析にはFE-SEM（日察され, めっき浴へのSiC粒子添加濃度の増加に伴い,

本 電 子 （ 株 ） 製 , JSM-7001F ） -EDS （ ア メ テ ッ ク

Niめっき膜に取り込まれるSiC粒子数が増加した。ま（株）製, Pegasus）を用いた。めっき膜中のSiC含有

た, 1.2μm-SiCにおいても同様の傾向を示したが（図率は, めっ き膜断 面の30 μm×200 μmのエリア を31 （ d ） , （ e ） , （ f ）） , 0.5 μ m-SiC の 場 合 , 200回EDS測定し, ZAF法によるNi, Siの組成比から算出しg/dm3 の高濃度SiC浴では, SiC微粒子が一部凝集してた。めっき膜の硬さはマイクロビッカース硬さ試験機

めっき膜に取り込まれた（図1（i））。粒子分散浴から（（株）松沢精機製, MHT-1）を用い, めっき膜断面の得られた複合めっき膜におけるめっき浴へのSiC添加

中央付近を荷重0.98 Nで15 秒間加圧して5 回測定し,濃度とSiC含有率の関係を図 2に示す。SiC50 g/dm 3 まその平均値を求めた。

での低濃度浴において, SiC粒径が大きくなるに伴い,めっき膜中のSiC含有率が高くなる傾向があった。また, SiC50 g/dm 3 より高濃度側において, 3.0μm-SiC

3 結果と考察
SiC粒径および添加濃度の異なる粒子分散浴から得および1.2μm-SiCではめっき膜中のSiC含有率増加はられた複合めっき膜の断面SEM像を図1に示す。いずれ小さかった。一方, 0.5μm-SiCの場合, 高濃度SiC浴の SiC 粒 径 で も 均 一 な 複 合 め っ き が 得 ら れ た 。 図 1において も SiCが凝集 状態 で取り組 まれ た ことか ら,（a）, （b）, （c）より, 3.0μm-SiCではNiめっき

めっき膜中のSiC含有率は増加し続けた。

図1

粒子分散浴から得られた複合めっき膜の断面 SEM 像 : (a)3.0μm-SiC 10 g/dm3,333(b)3.0μm-SiC 50g/dm , (c)3.0μm-SiC 200 g/dm , (d)1.2μm-SiC 10 g/dm , (e)1.2μm-SiC 50 g/dm 3,(f)1.2μm-SiC

200 g/dm 3, (g)0.5μm-SiC 10 g/dm 3, (h)0.5μm-SiC 50 g/dm3, (i)0.5μm-SiC 200g/dm 3.

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沈降堆積浴から得られた複合めっき膜の断面SEM像を図3に示す。3.0μm-SiCでは粒子が分散して取り込
まれ, SiC添加濃度10 g/dm 3 の低濃度浴にも関わらず,22.6 wt% の 高 い 含 有 率 と な っ た （ 図 3 （ a ））。 一 方 ,1.2μm-SiCではSiC粒子凝集体が一部観察され, 不均一であった（図3（b））。浴調製時のスターラー撹拌のみでは凝集粒子の解砕が十分でなく, 残っていたSiC凝集体が沈降してめっき膜中に取り込まれた可能性がある。また, 0.5μm-SiCでは基材-めっき界面に無めっきの箇所が観察された（図3（c））。SiC沈降堆積層の微小な粒子間隙を通ってめっき液が陰極表面まで供
図 2

粒子分散浴から得られた複合めっき膜における SiC 含有率とめっき浴中の SiC 添加濃度の関係 : （○）3.0μm-SiC 10 g/dm3, (△)1.2μ m-SiC 10 g/dm 3, ( ◇ )0.5 μ m-SiC 10g/dm3.

給されにくいため, 無めっきの原因になったと推察される。
複合めっき膜のSiC含有率と硬さの関係を図4に示す。
いずれのSiC粒径においても純Niよりも硬く, SiC含有率増加に伴い硬さは増加した。また, 0.5μm-SiCおよび1.2μm-SiCでは, 3.0μm-SiCに比べてめっき膜中のSiC 含 有 率 が 低 い に も 関 わ ら ず 硬 さ が 増 加 し た 。
Garciaらは, サブミクロンサイズのNi-SiC複合めっきにおける硬さ増加を粒子分散強化によるものと説明している 1) 。本研究において粒子間距離は評価していな
いものの, 少量の分散微粒子でも転位の移動を抑制することで硬さに影響したものと推察される。

図4

複合めっき膜の SiC 含有率と硬さの関係 :(○)3.0μm-SiC 粒子分散浴, (◎)3.0μm-SiC
沈降堆積浴,( △ )1.2 μ m-SiC 粒 子 分 散 浴 ,(◇)0.5μm-SiC 粒子分散浴 , (●)無添加浴.
粒子分散浴.
図 3

沈降堆積浴から得られた複合めっき膜の断面
SEM 像 : (a)3.0μm-SiC 10 g/dm 3, (b)1.2μm-SiC 10g g/dm 3, (c)0.5μm-SiC 10 g/dm 3.
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4 まとめ本研究では, Ni-SiC複合めっきにおいて, 粒子分散浴および沈降堆積浴からの２種類の複合めっき方法を用いてSiC粒径の及ぼす影響について調査し, 以下の結果を得た。
（1）粒子分散浴からの複合めっきの場合, いずれのSiC粒径でも均一な複合めっきが得られた。また,
SiC 濃 度 50 g/dm3 ま で の 低 濃 度 SiC 浴 に お い て ,SiC粒径が大きくなるに伴い, めっき膜中のSiC含有率は高くなる傾向があった。
（2）沈降 堆積浴 からの 複 合めっき の場合 , 3.0μmSiCではSiC濃度10 g/dm 3 の低濃度SiC浴にも関わらず, めっき膜中のSiC含有率は高い値を示した。
一方, 1.2μm-SiC, 0.5μm-SiCでは粒子凝集, 無めっきなどめっき不良となった。
（3）めっき膜中のSiC含有率の増加に伴い, 複合めっき膜の硬さは増加した。また, SiC粒径が小さい方が低含有率で硬さの増加が顕著であった。

5 参考文献1)I. Garcia, J. Fransaer, J.-P.Celis ： Surfaceand Coatings Technology,

vol.148, pp. 171-178(2001)
2)石森茂, 清水充, 本田信 一, 大塚信治郎, 豊田正
義 ： 金 属 表 面 技 術 ， 28 巻 , 10 号 , pp. 508512(1977)
3) 林 忠 夫 ： 金 属 表 面 技 術 ， 28 巻 , 10 号 , pp. 490497(1977)
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5)新井進：表面技術，66巻, 6号, pp. 252-255(2015)- 24 -