メッキには単一金属によるメッキと複数の金属による合金メッキがあります。
無電解ニッケルメッキは「ニッケルメッキ」という名目で知られていますが、ニッケルと他の物質との合金メッキで行われます。
無電解ニッケルメッキのもっとも典型的な方法は無電解ニッケル-リンメッキですが、本記事ではそれ以外の方法として、無電解ニッケル-ボロンメッキの特徴もご紹介します。
また、複合メッキの例としてテフロン無電解複合メッキについてもご紹介します。
■ＩＮＤＥＸ■
・無電解ニッケルメッキとは
・無電解ニッケルメッキの一般的特徴
・無電解ニッケルメッキの用途
・合金メッキ
・複合メッキ
・通常の無電解ニッケル-リンメッキ
・黒色無電解ニッケルメッキ
・無電解ニッケル-リンメッキと無電解ニッケル-ボロンメッキの比較
・テフロン無電解複合メッキの特徴
・テフロン無電解複合メッキの用途
・その他の複合メッキ
１．無電解ニッケルメッキ
１．１．無電解ニッケルメッキとは
ニッケルメッキには電解メッキと無電解メッキがあります。
無電解ニッケルメッキは、還元剤を利用して化学的還元によってニッケルを析出し、金属に付着させる方法です。電解メッキと違い、電極を使用せず化学反応のみでメッキを行う方法です。
１．２．無電解ニッケルメッキの一般的特徴
無電解ニッケルメッキは電極の影響を受けないため、複雑な形状の表面にも均一な厚さで皮膜が付着します。主な性質として、高い硬度や耐摩耗性を持つことでも知られています。また、表面のはんだ付けも可能です。メッキの目的として、錆の発生を抑える耐食性が望まれることも多いです。
無電解ニッケルメッキは、電解ニッケルメッキと比べてもピンホールが現れにくく、耐食性が上がります。さらに耐食性については、ニッケルをリンなどと結合させることで向上し、無電解ニッケルメッキの多くはこの方法を採用しています。
１．３．無電解ニッケルメッキの用途
無電解ニッケルメッキはメッキの均一性などに長所があり、非常に細かい精度にも対応できます。
したがって、自動車部品、電気電子部品、精密部品などの用途に使用されることが多いです。
ただし、ニッケル単体でのメッキで使用されることは少なく、多くの場合は他物質との合金メッキの形で行われます。
この合金メッキについては、次でご紹介します。
２．さまざまなメッキの種類
メッキにはニッケルのような単一の金属を付着させるものだけではなく、複数の物質を組み合わせたさまざまな種類があります。
２．１．合金メッキ
金属には単一の元素のみから成立する純金属と、複数の元素が融合してできる合金があります。例えば、建材等さまざまな用途に用いられる「鋼」は鉄と炭素の合金として知られています。
メッキとして表面に付着する金属でも合金はあります。これを合金メッキと言います。
合金には元の素材とも違ういろいろな特徴があり、合金をメッキすることにより、製品の表面処理としてもそれに応じた特徴を持たせることができます。
例えば、銅と亜鉛の合金である真鍮は、黄銅とも呼ばれ、見た目が金とよく似ています。真鍮メッキは金メッキと比べて安価であるため、しばしば金色の表面に仕上げたい製品のメッキとして活用されています。
無電解ニッケルメッキにもニッケルと別の物質を結合させた合金メッキの種類があります。詳しくは後ほどご紹介します。
２．２．複合メッキ
メッキ浴中に他の粒子を混ぜ合わせ、被膜にその粒子を共析させる方法を複合メッキと言います。
こちらは物質的に結合しているわけではないので、合金メッキとは異なります。
共析させる粒子の性質が現れるため、この方法で特定の機能性を実現することもできます。
無電解ニッケルメッキには複合メッキの事例もあります。こちらも後ほどご紹介します。
３．無電解ニッケルメッキにおける合金メッキの例
無電解ニッケルメッキにも合金メッキの適用例があります。
ニッケルとリンを結合させてメッキすることで耐食性の向上を実現できることは既に述べたとおりですが、この無電解ニッケル-リンメッキも合金メッキの代表的な例です。
３．１．無電解ニッケル-リンメッキについて
３．１．１．通常の無電解ニッケル-リンメッキ
無電解ニッケルメッキの還元剤に次亜リン酸ナトリウムを用いたものが無電解ニッケル-リンメッキです。この方法は無電解ニッケルメッキの中で最も一般的な方法です。
一方で、無電解ニッケル-リンメッキはリンの含有量によってもその性質が異なります。これは、結晶構造が変化することによるものです。
以下に主なりん含有量とその性質についてまとめます。
・低リンタイプ
リン含有率1～4％。はんだ付性に非常に優れています。ただし、耐食性は他に比べて劣ります。
・中リンタイプ
リン含有率7～10％。素材への密着性も高く、汎用性の高い方法です。高い耐食性も持っています。
・高リンタイプ
リン含有率11％～12％。耐食性、耐酸性に優れています。
また、無電解ニッケルメッキは高い硬度を持っていますが、さらに硬度を上げることなどを目的として、熱処理を行うことがあります。
結晶構造は熱処理の前後でも異なるため、例えば、中リンタイプは熱処理前は非磁性ですが、熱処理後は磁性を持つといった変化も起こります。リン含有量や熱処理は用途に合わせて適切に選択することが重要です。それぞれの詳細な性質と用途については弊社にご相談ください。
３．１．２．黒色無電解ニッケルメッキ
無電解ニッケルメッキは通常のものは飴色のシルバー色です。
ただし、表面を酸化または硫化させることで黒化した黒色無電解ニッケルメッキというものもあります。
黒色無電解ニッケルメッキも基本的にはリンとの合金メッキで、多くの場合は意匠目的での用途で使われます。従来の黒色メッキとの最も大きな違いは、六価クロムが発生しないことです。
環境的観点から、鉛や六価クロムへの規制が厳しい昨今ですが、この方法は欧州のRoHS指令の基準にも適合した環境に配慮したメッキ方法と言えます。
３．２．無電解ニッケル-ボロンメッキについて
同じ無電解ニッケルメッキと同じ方法で、還元剤にジメチルアミンボラン(DMAB）を用いると、無電解ニッケル-ボロンメッキになります。
還元剤が高価なものなので、無電解ニッケル-リンメッキと比べてコストは上がってしまいます。
３．２．１．無電解ニッケル-リンメッキと無電解ニッケル-ボロンメッキの比較
無電解ニッケル-ボロンメッキはニッケルとホウ素（ボロン）の合金メッキで、無電解ニッケル-リンメッキとは性質も異なる別物です。
無電解ニッケル-リンメッキと比べると、硬度が高く、耐摩耗性も向上します。また、はんだ付性も良好です。一方で、耐食性は最も一般的な中リンタイプの無電解ニッケル-リンメッキと比べると劣ってしまいます。また、有効な性質として、耐熱性が高いことが挙げられます。
この性質により、高温で使用される機械や自動車などの部品としても活用されることがあります。
３．３．その他の合金メッキ
本記事では合金メッキの種類として２種類をご紹介しましたが、無電解ニッケルメッキにも他に多くの合金メッキがあります。
無電解ニッケル-銅-リン、無電解ニッケル-リン-タングステン、無電解ニッケル-リン-ホウ素-タングステンなどです。
2種類ではなく3種類以上の合金で成り立つものも多いです。ご希望の合金メッキがある場合は弊社までご相談ください。
４．複合メッキの例：テフロン無電解複合メッキについて
複合メッキの例として、テフロン無電解複合メッキをご紹介します。
テフロン無電解複合メッキのベースは無電解ニッケル-リンメッキです。
無電解ニッケル-リンメッキの皮膜にPTFE（ポリテトラフルオロエチレン=通称テフロン）粒子を均一に分散し複合共析させたものになります。
４．１．テフロン無電解複合メッキの特徴
テフロンには摺動性、離型性、撥水性といった独自の特性があります。摺動性とは表面の滑りやすさ、離型性とは表面の粘着のしにくさ、撥水性とは水のはじきやすさを表す性質です。
テフロンを皮膜に複合させることで、テフロン無電解複合メッキは、無電解ニッケルメッキの金属皮膜ならではの導電性などは保ちつつ、摺動性、離型性、撥水性も合わせて持つことができます。
また、単なるテフロン皮膜と比べても硬度が高く仕上がります。仮に皮膜が削れた場合でもPTFEが皮膜中に均一に分散しているため、新たなPTFEが表層に現れメッキ皮膜がなくなるまで特性を維持することができます。
４．２．テフロン無電解複合メッキの用途
無電解ニッケルメッキの持つ特徴に加え、表面が滑りやすく、傷、かじり、焼き付きなどを防ぐこともできる特徴を併せ持つのがテフロン無電解複合メッキです。
このような特徴から、成形用型などに活用されることもあります。
４．３．その他の複合メッキ
テフロン以外の複合材として、タングステン、セラミックス、SiC、ダイヤモンド、カーボンなどもあります。ご希望の複合材がある場合は弊社までご相談ください。
５．まとめ
さまざまな無電解ニッケルメッキの種類として、合金メッキの無電解ニッケル-リンメッキと無電解ニッケル-ボロンメッキ、複合メッキのテフロン無電解複合メッキをご紹介しました。
以下まとめです。
無電解ニッケル-リンメッキは無電解ニッケルメッキの最も一般的な方法で、硬度や耐摩耗性、はんだ付性、皮膜の均一性に加えて耐食性も高い。
無電解ニッケル-リンメッキにはリンの含有率によって、低リン、中リン、高リンの各タイプがあり、それぞれ特徴が異なる。
無電解ニッケル-ボロンメッキは耐食性が劣るものの、硬度、耐摩耗性、はんだ付性があり、耐熱性も高い。
テフロン無電解複合メッキは通常の無電解ニッケルメッキの性質と、摺動性、離型性、撥水性といったテフロンの性質を併せ持っている。
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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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