無電解ニッケルメッキはさまざまな用途に用いられる表面処理方法です。
ざっと挙げるだけでも、表面硬度、耐食性、はんだ付け性など、現代の技術でも重要な役割を持つ性質があります。
このような性質を材料に付与したい場合、それに適した膜厚があります。
例えば、アルミニウムのような柔らかい材料の表面の硬度を上げる目的の場合、無電解ニッケルメッキを厚めにするのがお勧めです。
こういったことからも、無電解ニッケルメッキの膜厚管理はとても重要なものになります。
本記事では、他にもある、無電解ニッケルメッキの用途とお勧めの膜厚について詳しく解説します。
無電解ニッケルメッキを行うときの参考にしていただければ幸いです。
■ＩＮＤＥＸ■
１．無電解ニッケルメッキとは
２．無電解ニッケルメッキの膜厚
３．無電解ニッケルメッキのさまざまな用途
４．無電解ニッケルメッキの用途と膜厚の関係
７．まとめ
１．無電解ニッケルメッキとは
無電解ニッケルメッキの原理
ニッケルの皮膜をメッキする方法には、通電を伴う電解メッキと通電を伴わない無電解メッキがあります。
電解メッキは外部から電子を供給することで、メッキ液内のニッケルイオンと結合させ、材料にニッケル皮膜を析出させます。
それに対し、無電解メッキはメッキ液内の電解液の作用により材料自体が触媒となり、それによって放出された電子を利用します。
化学的な作用のみでメッキを行うことができるため、通電は必要ありません。
また、電解メッキは電極との位置関係によってメッキにムラができやすいのに対し、無電解メッキはその心配もありません。
したがって、複雑な形状の材料にメッキを行いたい場合などは、無電解ニッケルメッキが適しています。
無電解ニッケルメッキの原理と特徴についてはこちらの記事もご参照ください。
リンの含有と皮膜の特徴
電解ニッケルメッキの皮膜がニッケルであるのに対し、無電解ニッケルメッキの皮膜はニッケルとリンの合金になることが一般的です。これは、メッキ液の構成によるものです。
ニッケルが耐食性に優れているのと同様、ニッケルとリンの合金である無電解ニッケルメッキの皮膜も耐食性の高い性質を持ちます。耐食性は、皮膜中のリンの含有率によっても異なります。
リン含有率が4%以下の低リンタイプではさほど耐食性を得られませんが、一般的なリン含有率7～10%の中リンタイプでは耐食性も高く、リン含有率11～12%の高リンタイプでは高い耐食性と耐薬品性があります。また、硬度も高く、これによって他の部品と接触する素材の表面を摩耗から守る耐摩耗性も高く期待することができます。
２．無電解ニッケルメッキの膜厚
さまざまな性質を持った無電解ニッケルメッキの皮膜ですが、前述のとおり、メッキを行うときに電極の影響を受けることがありません。
このことは、複雑な形状の素材にも対応できるだけでなく、どのような形状でも均一な膜厚でメッキできることにもなります。材料表面からの化学反応は時間とともに均一に行われるためです。
メッキを行う品物の用途によっては、厳しい寸法公差や幾何公差が求められるものもありますが、膜厚が均一でコントロールしやすい無電解ニッケルメッキはそのような品物にも対応することができます。
膜厚の管理方法
メッキを厚くするのか薄くするのか、その膜厚は指定をすることができます。
メッキ業者はどのようにそれを管理するのかというと、皮膜の析出速度という概念を利用します。
メッキ液の構成ができた時点で、ダミーの素材を浸し、時間を測りながらメッキを行います。
ダミーの膜厚を測ってみて、要した時間で割ったものが析出速度です。
無電解ニッケルメッキの場合、この析出速度は一定なので、本来行いたい膜厚分の時間を掛け合わせれば良いのです。なお、膜厚の測定にはX線検査などの非破壊検査、メッキ前後の厚さを測って差を求める方法、断面を切って観察する方法などがあります。
無電解ニッケルメッキの膜厚の管理方法などは、こちらの記事もご参照いただけます。
３．無電解ニッケルメッキのさまざまな用途
表面の硬度を上げる
無電解ニッケルメッキの皮膜はとても硬く、柔らかい素材の表面を覆うことで、傷などから守る役割を持たせることができます。
具体的な数値で表すと、皮膜のビッカース硬度は低リンタイプで700Hvほど、中リンタイプと高リンタイプでも550Hvほどです。
ビッカース硬度は、一般的な構造用の鋼材で200Hv程度、アルミニウム材だと50Hv程度しかないので、この数値がいかに高いものかがわかります。また、表面の硬度が高いと、接触する機械部品などで部品の消耗が起きにくくなります。
このような性質を耐摩耗性といいますが、無電解ニッケルメッキは耐摩耗性を付与するために行う例も少なくありません。自動車や航空機、機械部品への適用も多く見られます。
耐食性を向上させる
硬度と並んで無電解ニッケルメッキの大きな特徴となるのは、耐食性です。
もともと耐食性の高いニッケルの皮膜ですが、無電解ニッケルメッキの皮膜は電解メッキのものと比べても緻密に生成され、素材へのガードが固くなります。また、局所的な腐食を起こすピンホールの出現率も低く、安定して素材の耐久性を上げてくれる皮膜となります。
適正なメッキ条件であれば皮膜は均一に生成されるため、形状によってムラが出るようなこともありません。このような耐食性は、機械部品などで耐摩耗性とともに重宝されたり、複雑な形状の工具や刃物の表面処理に活用されることもあります。
また、化学的環境での耐薬品性にも優れており、化学プラントでの部品などにも適用されます。
はんだ付け性を付与する
前述２つの機械的な用途の他に、無電解ニッケルメッキは電気的な特徴を生かした用途でも用いられます。代表的な事例はセラミックス基板など電子回路への適用です。
無電解ニッケルメッキは金属以外の素材にもメッキすることができます。また、硬度や耐食性と並んで有用な特徴として、優れたはんだ付け性があります。
電子回路などにはんだ付けを行うときに、いかに付けやすいかという性質です。この性質を持つことで、無電解ニッケルメッキは電気電子分野へも広く用いられています。
その他の用途
その他、例えば中リンタイプや高リンタイプの無電解ニッケルメッキは磁性を持ちません。
非磁性と言われるこの性質を利用し、ハードディスクの下地に無電解ニッケルメッキを用いることがあります。ハードディスクは磁性があるとデータ処理の際のノイズとなってしまう可能性があり、表面は非磁性である必要があるためです。
ハードディスクの場合、表面の形状にムラがあることも問題となるので、無電解ニッケルメッキの均一性も役に立ちます。
４．無電解ニッケルメッキの用途と膜厚の関係
硬度を上げるときの膜厚
ここからは、無電解ニッケルメッキのさまざまな用途に応じた膜厚についてです。
無電解ニッケルメッキの膜厚については、JISで等級が決められています。
JISはメッキだけでなく、日本のあらゆる産業で適用される規格で、大抵の製品はこれに準拠して作られています。JISによると、硬度（耐摩耗性）を目的にメッキされる場合、無電解ニッケルメッキは3級以上が必要とされています。
3級というのは最小膜厚10μmなので、この場合は10μm以上の膜厚が必要ということになります。
一般的な無電解ニッケルメッキの膜厚は5～10μmぐらいが多いですが、耐摩耗性を目的とする場合は比較的厚めにメッキすることを推奨していることになります。
JISでの規定は製品の耐久性を保証するために決められたものですが、硬度目的での無電解ニッケルメッキはそれ以外にも厚く付けておく必要がある理由があります。無電解ニッケルメッキは、アルミニウムのような柔らかい素材にメッキする場合が多いですが、柔らかい素材に薄い無電解ニッケルメッキをほどこしただけでは、硬度を充分に得られないこともあります。
実は硬度と膜厚にはそれ自体は相関がなく、皮膜自体は薄くても充分に硬くなります。しかし、薄く無電解ニッケルメッキした製品に素材ごと上から押すような荷重をかけると、素材の柔らかさを拾ってしまい、凹んでしまうことがあります。
局所的に硬くても、それが素材の硬さとしては反映しない場合も出てしまうのです。
また、微視的に見ると、厚膜と薄膜では剛性もわずかに違い、厚膜のほうが変形もしにくくなります。
耐食性向上のときの膜厚
JISでは防食性のために推奨される膜厚は2級（最小5μm）以上とされています。
耐摩耗性ほどではないですが、厚めに設定するほうが良いということです。また、無電解ニッケルメッキの膜厚と耐食性は明確に相関関係があり、膜厚が厚いほど耐食性も高いことがわかっています。
ただし、あまり膜厚を厚くしてしまうと、ピンホールが発生してそこから局部腐食が起きてしまう場合もあります。
はんだ付け性を付与するときの膜厚
はんだ付け性用途についてもJISで推奨されており、1級～2級とされています。
1級は最小3μmの設定なので、薄い膜厚で良いということです。なお、はんだ付け性の付与については、同じ無電解ニッケルメッキでも、無電解ニッケル-リンメッキより無電解ニッケル-ボロンメッキの方が適しています。
その他、無電解ニッケルメッキの用途に応じた膜厚については、お気軽に弊社までご相談ください。
５．他にもある硬度を上げる方法（ベーキング処理）
無電解ニッケルメッキの硬度については、もう1トピックご紹介させていただきます。
無電解ニッケルメッキの皮膜の硬度は低リンタイプで700Hv程度とご紹介しましたが、これより硬いレベルが必要とされる状況もあります。無電解ニッケルメッキの場合、400℃付近でベーキング処理（熱処理）を行うことで、この数値を900～1000Hvまで上げることができます。
皮膜のニッケルとリンが熱によってニッケルリン化合物に変化することによるものです。ただし、熱処理温度を上げすぎてしまうと逆に硬度が下がってしまったり、熱処理によって耐食性などの性質が変化してしまうことがありますので、専門的な知識やスキルが必要です。
活用の際は是非ご相談ください。
６．弊社の対応について
当社でも無電解ニッケルメッキに対応しております。
もちろん弊社で対応できる内容であれば弊社にて処理を行いますが、弊社でサイズなど対応が難しい場合、全国の協力メーカーから対応できるメーカーを探し弊社が協力メーカーと処理方法の調整など行いますので、複数のメーカーにご相談のご連絡を頂く必要がございません。
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品質管理や納期管理は当社が一元管理を行いますので、ご連絡は弊社担当者一本で完了できます。
複数社確認を取る手間が省けます。
７．まとめ
無電解ニッケルメッキの用途と膜厚について解説いたしました。
以下はそのまとめです。
無電解ニッケルメッキの皮膜には硬度が高い、耐食性が良い、はんだ付け性があるなどの特徴がある。
無電解ニッケルメッキはそれぞれの特徴に合わせた広い用途で用いられている。
無電解ニッケルメッキの各用途での膜厚は、硬度や耐食性目的では厚めに、はんだ付け性目的では薄めに設定されることが多い。
硬度を上げる方法として、ベーキング処理（熱処理）もある。
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【著者のプロフィール】
1996年、福井工業大学附属福井高等学校を卒業後、地元のメッキ専門業者に入社、製造部門を4年経験後に技術部門へ異動になり、携帯電話の部品へのメッキ処理の試作から量産立ち上げに携わる。
30歳を目前に転職し別のメッキ専門業者に首席研究員して入社。メッキ処理の新規開発や量産化、生産ラインの管理、ISO9001管理責任者などを担当。
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