無電解ニッケルめっきは、素材に対して耐食性や耐摩耗性などの機能性を付与することができる表面処理です。製品の機能性にとって、表面処理の品質はとても重要なものであり、十分に保証されたものでなければなりません。
一方、無電解ニッケルめっきには、剥がれや膨れなどのさまざまな不具合が存在するため、これらが発生しないよう工程を管理する必要があります。本記事では、無電解ニッケルめっきで起きうる不具合とその対策をご紹介します。中でも、めっきの剥がれと強く関係する密着性については詳しくご説明します。また、不具合を見つけ出し、十分な品質を保証するための検査についても、当社の取り組みを中心にご説明します。
技術面のみならず、表面処理を含めた品質管理などをご担当の方も是非ご一読ください。
■ＩＮＤＥＸ■
・無電解ニッケルメッキの原理と特徴
・無電解ニッケルメッキにおける品質とは
・さまざまな不具合
・不具合の特徴
・剥がれが起こる原因
・密着性とは
・密着性を向上させるための前処理
・品質保証の方法
・密着性に関する検査
１．無電解ニッケルメッキの品質
１．１．無電解ニッケルメッキの原理と特徴
アルミニウムやステンレスなどさまざまな素材に対し、耐食性や硬度を付与する表面処理方法に無電解ニッケルメッキがあります。
この方法は、皮膜の主成分であるニッケルの耐食性や硬度を利用したメッキ方法ですが、多くのメッキで用いられるような電極を用いて行うメッキではありません。
電解メッキと言われるメッキ方法とは違い、無電解ニッケルメッキは素材とメッキ液の化学還元反応のみを利用します。化学的な作用のみでメッキを行うことで、複雑な形状であってもムラなく均一にメッキできることが大きな特徴です。
皮膜の均一性により、形状が複雑な精密部品や電子部品への用途でも多く活用されています。なお、無電解ニッケルメッキの均一性についてはこちらの記事もご覧ください。
その他にも耐熱性、はんだ付け性、環境への適用性なども優位な性質です。
無電解ニッケルメッキのさまざまな長所についてはこちらの記事にも掲載しています。
１．２．無電解ニッケルメッキにおける品質とは
このように多くの特徴を持った無電解ニッケルメッキは、多くの用途で重宝されます。
精密部品や電子部品、自動車や航空機の部品などでの適用はとても多く、重要な役割を果たしています。
これらの用途にとってメッキの品質は、製品の品質自体を左右すると言っても過言ではない重要なファクターです。一般的に「製品の耐久性」といった場合、表面処理を含めた耐用年数や強さを表すことが多く、例えばメッキがすぐに消耗してしまうようでは製品の品質が保てないのです。
メッキにとっての品質には、外観的な品質と機能的な品質があります。前者は傷や色ムラなどがないかどうか、後者は基本的なメッキの機能を保てるかどうかです。
例えば無電解ニッケルメッキであれば、十分な耐食性や硬度が確保できるか、といったことになります。外観について、傷をつけないように注意するといったことはもちろんですが、せっかくメッキを行ったものが、剥がれやすくなっていたりすることもないよう、さまざまな工夫があります。
メッキの品質は、メッキ中に起こるさまざまな不具合を起こさないようにし、メッキ自体の外観と機能を守ることです。
そこで本記事では、まず無電解ニッケルメッキにおける不具合の種類をご紹介し、それらの解消方法もご紹介します。
２．無電解ニッケルメッキにおける不具合
２．１．さまざまな不具合
無電解ニッケルメッキにおける不具合は以下のようなものです。
・剥がれ
メッキの皮膜が剥がれてしまう不具合です。
・膨れ
皮膜の一部が内部から膨らんで粒状や丘状になってしまうことです。
・外観ムラ
メッキ外観がくもったり変色してしまう現象です。
・ピット
メッキ表面の微小な凹部分です。
・ピンホール
メッキ表面に空く穴のことで、ピットと違い穴は素材部まで到達します。
・スキップ
部分的に皮膜が未析出になっている部分のことです。
２．２．不具合の特徴
いずれの不具合も当然、起こってしまってはメッキの品質に影響を与えてしまいます。
・剥がれの特徴
無電解ニッケルメッキの不具合の中でもよく取り上げられるもので、前処理が不十分で表面に油分や不純物が残っているときなどに発生します。
メッキの密着不良が原因です。
剥がれている箇所は耐食性や耐摩耗性も機能しません。
・膨れの特徴
剥がれと同様、密着不良の状態で、内部からの応力の増大によって起こります。
応力増大の原因は水素などの内部の気体によるものです。
・外観ムラの特徴
表面の不純物などの影響のほか、酸洗い、研磨不足などによる表面の粗さが原因になることもあります。意匠目的など、製品の外観が重要になるメッキもありますので、その場合は最も避けたい不具合です。
・ピットの特徴
前処理不足、素材の欠陥、異物混入、浴の老化などの原因があります。
素材まで到達する不具合ではないものの、その箇所の膜厚は薄くなってしまうため、十分な機能性を有するとは言えません。
・ピンホールの特徴
メッキ内部に溜まった水素ガスが原因で起こります。
ピットと違い、素材内部まで穴が到達しますので、その部分には錆が発生してしまうなど耐久性が大きく損なわれてしまいます。
・スキップの特徴
前処理の不足などによって起こります。
その箇所に皮膜が存在しない状態になりますので、本来の機能性が全く失われます。
３．無電解ニッケルメッキの剥がれ
３．１．剥がれが起こる原因
本記事では、数ある不具合の中でも剥がれについて掘り下げたいと思います。
剥がれは素材と皮膜との密着不良が原因と既に述べましたが、もう少し詳しく解説します。
剥がれ・膨れの原因は密着不良と述べましたが、そもそもメッキの皮膜と素材の間には金属結合が起こります。金属結合を起こすためには、それぞれの物質が直接接している必要があり、それが十分に行われていないと、密着不良を起こします。
素材と皮膜の間に介在し得る物質として、酸化物、油、スマット、汚れなどがあり、これらがあると両者の間が密着不良となり、剥がれを起こします。また、膨れの場合は、その隙間の水素などの気体が膨張し、高い応力を発生させてしまいます。したがって、密着不良を起こさないため、これらの介在物をできるだけ除去することが重要となります。
３．２．密着性とは
このような素材と皮膜の結合の度合いのことを密着性と言います。
メッキ皮膜を剥がそうとする荷重が素材と皮膜の結合力（密着力）を超えると剥がれてしまうわけですから、メッキの密着性はメッキの品質としても重要な要素です。この密着性を向上させる手段としては、界面の介在物を除去することのみならず、エッチングなどにより素材表面を粗面化することも有効です。
平滑な表面より粗面化された凹凸のある表面のほうが、皮膜を剥がす力を分散したり、アンカー効果を利用することができ、より剥がれにくい皮膜にすることができるのです。
３．３．密着性を向上させるための前処理
密着性を向上させ、メッキの品質を保つために無電解ニッケルメッキの際にも前処理を行います。
前処理とは、メッキ作業そのものの前に素材に施しておく作業です。
例えばアルミ素材への無電解ニッケルメッキであれば、以下のような工程が一般的な前処理です。
・脱脂
加工時に付着した切削油などの油を除去する工程です。
油分は密着性を阻害する要因ですので、密着性向上に有効です。
・エッチング
アルミの表面を意図的に溶解し、粗面化する作業です。
前述の通り剥離力を分散したりアンカー効果を付与することができるので、この作業により密着性も大きく向上が期待できます。
・スマット除去
エッチングで残った不純物の除去です。
不純物も密着性にはマイナスですので、この作業でエッチングの効果も最大限なものになります。
・ジンケート処理
アルミ素材特有の話ですが、アルミの場合は表面に酸化被膜が発生しやすく、それが密着性を阻害してしまいます。
ジンケート処理は素材表面のみを亜鉛に置き換える処理で、酸化被膜の発生を防ぎます。
このような前処理を行うことは、密着性を向上させ、メッキ製品の品質を高めるためのとても重要な工程です。剥がれの原因として、前処理を十分に行っていなかったことが挙げられる例も多く、メッキ本作業の前の準備と思って軽視してはいけないものです。
密着性と前処理についてはこちらの記事にも記載しておりますので、合わせてご覧ください。
４．その他の不具合への対策
剥がれの話を中心に前処理についてご紹介しましたが、前処理が不十分だと、剥がれや膨れだけでなく他の不具合（外観ムラ、ピット、ピンホール、スキップなど）を引き起こす場合もあります。
いかなる不具合に対しても、まず前処理はとても重要な工程といえます。
また、ピットは浴中の異物の影響、ピンホールは浴の撹拌条件などの影響も受けることがあります。
メッキの品質を保つ条件としては、十分な洗浄を含めた素材の前処理と徹底したメッキ浴の管理が大切です。
５．品質保証について
５．１．品質保証の方法
製品の品質にとって、ここまでに述べた前処理も含め工程をしっかり管理することはとても重要です。
工程表を公開したり提出したりして、それを確実に行っている証拠とすることは、製品の信頼性を上げる一つの方法です。また、その中にメッキ浴の条件、管理方法なども入っていれば、より信頼性が増します。
一方で、一般的な品質管理という観点に立つと、製品が確実に要求の品質を満たしているか検査することも有効な方法です。工程管理と品質検査は品質管理のツートップとも言える存在です。
５．２．密着性に関する検査
メッキの密着性を確認する検査（試験）はJISでもいくつか規定されています。
例えば、以下のようなものがあります。
・テープ試験
メッキした面に粘着性のあるテープを貼り、これを一定のスピードと強度で引き剥がしてテープに皮膜が剥がれて付着しないかを確認します。
密着性が確保されていれば非破壊での試験が可能なので、製品自体を検査することもできます。
・やすり試験
試料をやすりで削って密着性を確認しますが、サンプル試料を切断して行う必要があるので、製品には適用できません。
・たがね打ち込み試験
メッキ層と素材の間にたがねを打ち込んで密着性を確認します。
この方法も試料を破壊してしまい、製品での検査ができません。
・曲げ試験
メッキされた試料を両方向に曲げることを繰り返し、密着性を確認します。
主に大型の製品に適用されます。
無電解ニッケルメッキの製品のようにさほど大きなものでなく、破壊も許されないパターンが多いものには、テープ試験が有効です。
当社でも無電解ニッケルメッキの密着性の検査には簡易のテープ試験を採用しております。
６．まとめ
無電解ニッケルメッキの品質や不具合についてご説明してきました。
以下はそのまとめです。
メッキの品質は製品自体の品質にも関わる重要な要素なので、十分に保証されるものでなければならない。
メッキの品質とは、即ち不具合なくメッキが行われているかどうかである。
メッキの不具合には、剥がれ、膨れ、外観ムラ、ピット、ピンホール、スキップなどがある。
剥がれや膨れの原因は密着不良なので、密着性を十分に確保することが重要である。
密着性を向上させるのに、前処理は有効な方法である。
品質管理の手段として密着性を検査することも必要だが、その方法にはテープ試験などがある。
７．当社の対応について
当社にて無電解ニッケルメッキの処理対応しております。
鉄、ステンレス、アルミニウム、銅・銅合金への処理実績があります。
処理サイズとしては、500mm×405mm×86mmのアルミ材が最大実績です。
他のサイズや素材についてもご相談ください。
密着性向上のため、前処理も対応いたします。また、品質管理としてテープ試験により密着性の確認も行っております。どうぞお気軽にご相談ください。
お急ぎの方はこちら 直通電話 090−6819−5609
【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。
