愛知県工業技術センター研究報告第３７号 （２００１）

SiC を共析させた複合無電解 Ni‑P めっき皮膜の耐磨耗性評価
松田喜樹＊１

吉野順子＊１

野口裕臣＊１

Wear‑resistance of SiC Composited Electroless Ni‑P Plating
Yoshiki MATSUDA， Junko YOSHINO and Hiroomi NOGUCHI

無電解 Ni‑P めっき皮膜中に平均粒径 10μm と 1μm の SiC 粒子を共析させた複合めっきを作製し、めっき浴の攪拌方法と複合粒子の粒径が耐磨耗性に及ぼす影響について検討した。耐磨耗性は大越式磨耗試験、往復運動平面磨耗試験により評価した。平均粒径 10μm の粒子は、攪拌速度が上昇すると皮膜中の共析率が高くなり、300 回転／分で約 8wt%となったが、1μm の粒子については、攪拌速度の上昇によっても共析率はあまり変わらず、約 3wt%であった。また、攪拌速度の上昇に伴い粒子が均一に共析しにくくなる傾向がみられた。
平均粒径 10μm の粒子の複合めっき皮膜については、大越式磨耗試験では、いずれの攪拌速度でも比磨耗量が 0.02μm２/N であり、攪拌速度の影響はほとんど見られなかったが、往復運動平面磨耗試験では、共析率の高い皮膜の磨耗減量が低下し、１往復あたり 3μg であった。
一方、平均粒径 1μm の粒子の複合めっき皮膜は、大越式磨耗試験では比磨耗量が 0.03μm２/N と 10μm の粒子の複合めっき皮膜と比べ耐磨耗性が若干低下したが、往復運動磨耗試験では磨耗減量が１往復あたり 23μg と耐磨耗性はそれほど高くはならなかった。

１．はじめにえ、大越式磨耗試験の凝着磨耗についても行った。

自動車部品や航空機部材などの摺動部には、耐磨耗性を持たせるために、硬質クロムめっきが多く用いら

２．試験方法れている。しかし、クロムめっきには有害な酸化クロ２．１

複合めっき皮膜の作製ムを用いるため、将来的には環境への配慮から、クロ複合めっき皮膜のマトリックス（母相）には無電解ムめっきの使用が規制される可能性がある。このため、Ni‑P めっきを用いた。その浴組成及び条件を表１に示

クロムめっきに代わる耐磨耗性表面処理法が求められす。添加する硬質粒子には炭化ケイ素(SiC)を用いた。ている。

粒径は、これまでの実験結果から比較的よく共析した

その候補の一つとして複合めっきが挙げられる。め

平均粒径約 10μm のものと、粒径の影響を調べるためっき皮膜中に硬質粒子を共析させた複合めっきは金属に約 1μm のものを用いた。めっき浴に粒子を多く添加単独では得られない耐磨耗性皮膜となる１−３）。複合めすると皮膜中への共析率は増加するが、10g/L 以上でっき皮膜の粒子の共析率は粒子の添加量やめっき浴組はあまり共析率が変わらないことから ２ ）、添加量は成の他、めっき浴の攪拌方法が影響し１）、これらの要10g/L とした。

因により耐磨耗性も変わってくる。
これまでの報告では平均粒径の大きい粒子の方が共析率が比較的高く ２）、耐磨耗性も高かった。しかし、大きい粒子を共析させた複合めっきを摺動部に施した場合には、相手材をかえって磨耗させてしまうおそれがあることから、本研究では細かい粒子を用いた複合めっきについても検討した。耐磨耗性評価は、これまでの往復運動平面磨耗試験によるアブレシブ磨耗に加

*1

加工技術部

表 １ めっきの浴組成及び条件
硫酸ニッケル
0.1 mol/L
次亜リン酸ナトリウム0.3 mol/L
グリシン
0.1 mol/L
クエン酸３ナトリウム0.1 mol/L
硝酸鉛
2mg/L
ｐＨ
６
浴温度８０℃愛知県工業技術センター研究報告第３７号 （２００１）

複合めっき皮膜の作製には、図１に示す装置を用いた。攪拌には、回転速度を変えることができ、回転方を求めた。

２．３

磨耗試験

向を一定時間毎に反転することができる攪拌機を用い耐磨耗性の評価は、大越式迅速磨耗試験機及び往復た。一定時間毎に攪拌方向を反転させることにより粒運動平面磨耗試験機を用いて行った。複合めっきを２子の共析率は増加することから１）、本研究においては時間行い、膜厚を約 10μm つけたものを磨耗試験片と30 秒間隔で反転させながら複合めっきを行った。なお、 した。
攪拌速度は 100 回転／分、300 回転／分、500 回転／分とした。

大越式磨耗試験は、磨耗輪の回転速度 1.09m/s、摩擦距離 100m、最終荷重 22N の条件で試験を行い、比磨耗量にて耐磨耗性を評価した。
往復運動平面磨耗試験では、磨耗輪に取り付ける研攪拌機

磨紙に SiC の#400 を用い、荷重は 9.8N で行った。往復磨耗は表面調整のため 50 回の往復磨耗を行った後、150 回の往復磨耗を行い、その間の磨耗減量により耐磨耗性を評価した。

試験片

ＳｉＣ粒子

３．実験結果及び考察
３．１

共析率と表面性状

複合めっき液に平均粒径 1μm もしくは 10μm の硬質ウォーターバス粒子を添加し、攪拌速度 100 回転／分、300 回転／分、500 回転／分で攪拌し、30 秒間隔で攪拌方向を反転させながら複合めっきを行った。その攪拌速度と共析率

めっ き浴の関係を図２に示す。10μｍの粒子の共析率は、攪拌
速度 100 回転／分で約 3wt%であったのに対し、300 回転／分では約 8wt%まで増加したが、500 回転／分での共析率は 300 回転／分に比べ、わずかな増加にとどまった。攪拌を行わない場合は皮膜中にほとんど共析しないと考えられることから、100 回転／分では攪拌が不十分であり、300 回転／分以上でめっき浴中に粒子が十分分散してめっき皮膜に取り込まれるものと考え

図１

複合無電解めっき装置られる。一方、1μm の粒子については、100 回転／分で約 3wt%となり、それ以降も共析率があまりかわらな

２．２

共析率の測定作製した複合めっきの皮膜中に含まれる粒子の割合いことから、攪拌速度 100 回転／分で十分分散していると考えられる。

を示す共析率は次式により重量％として求めた ４）。

Ｗ ：複合めっき皮膜の質量Ｗ０：複合めっきを行った試験片の質量
Ｗ１：複合めっきを濃硝酸にて溶解後の試験片質量ｍ ：複合めっきに共析している粒子の質量ｍ０：メンブレンフィルターの質量ｍ１：複合めっきの溶解液濾過後のフィルター質量
また、この方法では全体の共析率は測定できるが、部分的に偏って共析している状態についてはわからないため、試験片の表面及びその反対側の面を観察し、画像解析によって、表面に露出している粒子の面積比10共析率（ｗｔ％）ｍｍ１−ｍ０供析率(ｗｔ％)＝
＝
Ｗ
Ｗ０−Ｗ１

1μｍ
10μｍ

864
200200400

攪拌速度（回転／分）
図２

攪拌速度と共析率600

愛知県工業技術センター研究報告第３７号 （２００１）

10μm の粒子の複合めっきの表面写真を写真１に、50µm

表裏各面で粒子が表面に占める割合を図３に示す。
50µm

表

100 回転／分300 回転／分500 回転／分

めっき浴の攪拌速度
写真２

攪拌速度による複合めっきの表面性状

裏SiC 平均粒径：1µm

３．２
100 回転／分300 回転／分500 回転／分

めっき浴の攪拌速度
写真１

攪拌速度による複合めっきの表面性状
SiC 平均粒径：10µm

耐磨耗性

耐磨耗性の評価は、まず、凝着磨耗である大越式磨耗試験により行った。結果を図４に示す。粒径 10μmの粒子については攪拌速度によらず、比磨耗量はほぼ0.02μm２/N であった。粒径 1μm の粒子についても同様の傾向を示したが、全体的に比磨耗量が約 0.04μm２/N

60

表面
裏面

径 10μm の粒子は攪拌速度により共析率が異なってくることから、1μm と 10μm の比磨耗量の差は、共析率の差に起因するというより、粒径の影響によるものが40大きいと考えられる。

0.04200100300
500
攪拌速度（回転／分）
SiC粒径：１０μｍ
図３

試験片の表裏面による共析状態の差

ここで、粒子の多く入っている面を表とした。100回転／分、300 回転／分ではあまり差がないが、500回転／分では表裏面での差が大きくなった。粒子が十比磨耗量（μ㎡／N）

粒子の面積率(％)と、粒径 10μm の粒子に比べ２倍近い値を示した。粒0.03
0.02
0.01

1μｍ
10μｍ

00

あまり影響しないが、粒子は均一分散しにくくなる傾

200400600

攪拌速度（回転／分）

分分散した後の攪拌速度の上昇は、全体の共析率には
図４

大越式磨耗試験による耐磨耗性向がみられた。前報１ ）では、100 回転／分でも共析率は他と変わらなかったが、今回は共析率が下がった。

次に、アブレシブ摩耗である往復運動平面磨耗試験

この理由として 100 回転／分の低速では攪拌が不十分

でも耐磨耗性評価を行った。結果を図５に示す。なお、で沈降する粒子も発生し始め、この攪拌速度では安定図には比較のために、SiC 粒子を添加せずに当該速度した共析率が得られないことが明らかとなった。

で攪拌して作製した無電解 Ni‑P めっき皮膜の耐磨耗平均粒径 1μm の細かい粒子を用いた複合めっきの性試験結果も示した。平均粒径 1μm の細かい粒子を用表面性状を写真２に示す。攪拌速度を変えても共析率い攪拌速度 500 回転／分で行った複合めっきの耐磨耗はほぼ同じであったが、めっき表面への粒子の分散状性については１往復あたりの磨耗減量 23μg で、粒子態に少し差があり、攪拌速度が速いと粒子の凝集が解の入っていない通常の無電解 Ni‑P めっきの磨耗減量けて分散し、共析すると考えられる。

約 40μg と比べおよそ半減しており、10μm の粒子の入った複合めっきについては、磨耗減量は 3μg とさら愛知県工業技術センター研究報告第３７号 （２００１）に 5 分の 1 以下になっている。図から攪拌速度によるす。めっき浴の攪拌速度と被めっき物の攪拌速度を単影響はほとんどなかったことが伺える。

純には比較できないが、めっき浴を攪拌した場合に比アブレシブ磨耗の磨耗形態は、細かい粒子のほうがべ、試験片を回転させた場合に多少の耐磨耗性の向上皮膜から脱落しやすくなると考えられるため、耐磨耗が認められた。表面写真を写真３に示す。粒子がより性に対する粒径の影響が凝着磨耗に比べ大きくなると多く共析しており、これにより耐磨耗性が向上したと考えられる。

考えられる。

細かい粒子ではアブレシブ磨耗より凝着磨耗に対して耐磨耗性に寄与する影響が大きいため、凝着磨耗で50µmの耐磨耗性の向上を目的とし、被めっき物自体を回転させて複合めっきを行う方法を試みた。このようにし磨耗減量（μｇ／往復）て作製した複合めっきの耐磨耗性試験結果を図６に示

40

写真３30４．結試験片を回転させて作製した複合めっきびめっき浴の攪拌方法と複合粒子の粒径が耐磨耗性20に及ぼす影響について検討した。粒径 10μm の粒子に粒子なし
１μｍ10μｍ

10

ついては共析率も高く、耐磨耗性にも優れている。一方、粒径 1μm の細かい粒子ではアブレシブ磨耗におけ

0図５

る耐磨耗性の向上は期待できない。しかし、凝着磨耗
100300攪拌速度（回転／分）

500

については、細かい粒子でも耐磨耗性に寄与できる可往復運動平面摩耗試験による耐摩耗性能性があり、攪拌方法により共析率を上昇させれば、凝着磨耗での耐磨耗性の向上が期待できる。

参考文献
1)松田ほか：愛知県工業技術センター研究報告、36、試験片を回転（100回転／分）

45(2000)
2)松田ほか：愛知県工業技術センター研究報告、35、11(1999)

攪拌速度100回転／分

3)松田ほか：愛知県工業技術センター研究報告、32、
81(1996)

攪拌速度500回転／分

00.01

0.020.03

比 磨 耗 量 （μ㎡／N）
SiC粒径：１μｍ

図６攪拌方法が耐摩耗性に及ぼす影響

0.044)松 田 ほ か ： 愛 知 県 工 業 技 術 セ ン タ ー 報 告 、 29、49(1993)