研 究 ノート

鉄−タングステン合金めっき皮膜の作製
松田喜樹＊１、野口裕臣＊１

Formation ofFe-W Alloy Plating

Yoshiki MATSUDA and Hiroomi NOGUCHI
Industrial Technology Division,AITEC * 1
単独では水溶液中から析出しないタングステンを、鉄族金属の中から鉄を選び誘起共析させ、鉄−タン
グ ス テ ン 合 金 め っ き 皮 膜 を 作 製 し た 。浴 pH7 で は め っ き 浴 中 の 鉄 塩 と タ ン グ ス テ ン 塩 の 割 合 を 変 化 さ せ ても め っ き 皮 膜 中 の タ ン グ ス テ ン 量 は あ ま り 変 わ ら ず 約 50〜 60wt%と な り 、電 流 効 率 は 約 15%と 低 か っ た 。
pH を 下 げ て め っ き を 行 っ た と こ ろ 、電 流 効 率 は pH5 で 約 60%ま で 上 昇 し た が 、タ ン グ ス テ ン 量 は 34wt%
程 度 ま で 減 少 し た 。め っ き 皮 膜 の 硬 さ は pH6 以 上 で 作 製 し た も の が 高 く 、平均でおよそ 400HV0.002 であった。

１．はじめに性を検討した。

２．実験方法

これまで表面処理業界では有害な物質であっても優れ2.1 浴組成た特性を得るためこれらを多く用いる傾向があった。最近では環境意識の高まりから、有害物質を使用しない、これまで研究してきたニッケル−タングステンめっき

もしくは環境に負荷を与えない水準まで有害物質の使用の浴組成１，２）を参考にし、ニッケル塩を鉄塩に変更して量を削減した表面処理技術が求められている。その中で、めっきを行った。しかし、建浴中及びめっき中にめっき各種の摺動部に安価で耐磨耗性を保持させることができ液の色が変化し易く、電流効率もばらつき、めっき浴中る工業用クロムめっきは、めっき浴に有害な６価のクロの Fe２＋が Fe３＋へ酸化していると考えられる。このため、ム酸を多量に含んでいるため、その使用が将来規制されめっき浴に還元作用のあるアスコルビン酸ナトリウムをることも考えられる。そのため、環境に優しい表面処理添加し、Fe２＋から Fe３＋への酸化防止を図った。
めっき槽は 100×40×80mm のものを用い、めっき液技術の確立とクロムめっきに代わる耐磨耗性に優れた皮量は 200mＬとした。陽極には白金箔クラッドチタン板膜の開発が緊急な課題となっている。

を用い、陰極側の真鍮板試験片（80mm×40mm）に皮膜

筆者らは、金属中最高の融点を持ち、優れた耐磨耗性を有し超硬合金の主成分であるタングステンをめっき皮を析出させた。

膜の成分の１つとして用いて耐磨耗性の向上を図るため、

2.2 鉄−タングステン合金めっき皮膜の分析

１，２）

。

試験片上に作製しためっき皮膜について、エネルギータングステン自体は単独では水溶液中から析出しないが、分散型Ｘ線マイクロアナライザ（ＥＤＸ）を用いて鉄と鉄族金属（鉄、コバルト、ニッケル）とは誘起共析するタングステンについて分析して皮膜組成を求めた。また、タングステン合金めっき皮膜の形成を検討してきた

３）。そこで、鉄族金属のうち、ニッケ

めっき前後の試験片の質量変化からめっきの析出量を求ルを用いた電気めっきによりニッケル−タングステン合め、これと皮膜組成の分析結果より電流効率を求めた。

金皮膜を形成させ、その耐磨耗性の評価を行い、優れた

ただし、鉄は２価として、またタングステンは６価とし特性を見いだした。しかし、ニッケルは、金属アレルギて計算した。

ーの問題や、ニッケル塩が環境汚染物質排出移動登録

2.3 皮膜硬さ測定という報告がある（PRTR）の対象物質になるなど使用環境が限定されつつある。

耐磨耗性皮膜の形成を目標としており、その評価の一つとしてめっき皮膜の硬さを測定した。

そこで、本研究では、鉄族金属の中から身近な金属で試験片の上に鉄−タングステン合金めっき皮膜を析出構造材にも用いられている鉄を取り上げ、タングステンさせて作製した試料の表面からマイクロビッカース微小と誘起共析させるめっき浴組成とタングステン析出量の硬度計を用いて硬さを測定した。なお、素材の影響を少関係を調べ、鉄−タングステン合金めっき皮膜の耐磨耗なくするため測定荷重は 2.0×10−２Ｎで行った。

＊

1 工業技術部

加工技術室

表

浴組成及びめっき条件

金属塩に対するﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ酸ﾅﾄﾘｳﾑの割合(mol%)
硫酸ｱﾝﾓﾆｳﾑ鉄(Ⅱ)(mol/L)
ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ酸ﾅﾄﾘｳﾑ(mol/L)

17330.25
0.05

0.200.10

ｸｴﾝ酸３ｱﾝﾓﾆｳﾑ
ｱｽｺﾙﾋﾞﾝ酸ﾅﾄﾘｳﾑｐＨ
浴温度
電流密度50

代替としては不十分であり、さらなる改善が必要である。
6783

浴中のタングステン塩含有量を高くすると皮膜形成時の0.15 0.10
0.15 0.20
0.3mol/L
0.3mol/L
７４０℃５Ａ／ｄ㎡

0.050.25

電流効率は低下し、電流効率の上昇を図ると皮膜中のタングステン含有量が下がり、逆に硬度が低下する。耐磨耗性向上と電流効率の向上が相反する結果となった。

文献1)松田，吉野，野口：愛知県産業技術研究所研究報告,
1,45(2002)
2) 松 田 、 野 口 ： 愛 知 県 産 業 技 術 研 究 所 研 究 報 告 ，

３．実験結果及び考察
3.1 浴組成の影響

2,40(2003)
3)秋山，福島，東：鉄と鋼，72，918(1986)

表に示す組成でめっき浴を建浴し、作製した皮膜中のタングステン量及び電流効率を計算から求めた結果を図6030502540203015

合はそれほど変わらず、タングステン量は約 50〜60wt%となった。電流効率も 14〜17％であまり変化はなかった。
3.2 浴 pH による影響

2010
ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ量(wt%)
電流効率（％）

浴中の金属塩に対するタングステン酸ナトリウムの割10合を 33mol％とした時の浴 pH がめっきの皮膜組成及び50電流効率に与える影響を図２に示す。ただし、アスコル

00

ビン酸ナトリウムが表の量では鉄イオンが安定化し、還元しにくくなると考えられるため、電流効率向上のため

20

図１後となり、pH 調整に希硫酸を多く必要とする。そこで、ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ量(wt%)

錯化剤にクエン酸水素２アンモニウムを用い、pH 調整剤の低減を図った。その結果、皮膜のタングステン量は pHの低下とともに減少する傾向を示し、pH5 で 34wt％程度となった。一方、pH を下げることにより電流効率が上昇し、浴 pH5 における電流効率は約 60％となった。

80100

浴組成が皮膜中のタングステン量・電流効率に及ぼす影響

60705060504040303020

各 pH における皮膜の硬さの測定結果を図３に示す。

20ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ量(wt%)
電流効率（％）

103.3 皮膜の硬さ60

金属塩に対するﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ酸ﾅﾄﾘｳﾑの割合(mol%)

濃度を 0.1mol/L まで低下させた。また、錯化剤にクエン酸３アンモニウムを用いると、pH 調整前の浴 pH は７前

4010003

測定圧痕が小さいため、図には測定データのばらつき範

45678浴ｐＨ囲を示した。皮膜の硬さは pH6 以上で硬いめっき皮膜が図２得られ、平均で約 400HV0.002 であった。pH5 以下で作浴ｐＨが皮膜中のタングステン量・電流効率に及ぼす影響製した皮膜は硬さが低くなった。すなわち電流効率の上600たと考えられる。

４．結び
鉄−タングステン合金めっきの浴組成を検討し、得られためっき皮膜を硬さ試験により評価した。

硬さ ＨＶ0.002

昇が皮膜中のタングステン量を減少させ、硬さが低下し400200

浴組成を選択することによりタングステン含有量の高い皮膜の形成が可能となった。皮膜中のタングステン含有量が 40wt%以上であれば比較的高い硬さを示した。しかしながら、この程度の硬さでは現有の耐磨耗性皮膜の04567pH

図３鉄−タングステンめっきの硬さ

電流効率（％）

ﾀﾝｸﾞｽﾃﾝ 量(wt%)

るにも関わらず、めっき皮膜中の鉄とタングステンの割電流効率（％）

１に示す。浴中の鉄とタングステンの割合が変わってい