【メッキ技能士直伝】多層メッキとは？構成・メリットと設計事例をわかりやすく解説
- connectionfukui
- 1 日前
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株式会社コネクションは、各種金属へのめっき・表面処理を通じて、耐久性や機能性の向上とともに、環境や安全性にも配慮した技術を提供しています。
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素材表面に金属の皮膜を形成し、薄い層を付与することで、素材に耐食性・耐摩耗性・機能性・意匠性などの特性を与える技術を「メッキ」といいます。
メッキ皮膜は、使用する金属の種類によってさまざまな機能を発揮しますが、多くの場合、単一の金属層からなる「単層メッキ」で要求性能を満たすことができます。
一方で、部品の用途や使用環境、構造によっては、付与すべき性能が一つに限られないケースや、より高度で複合的な機能が求められる場合も少なくありません。
そのような単層メッキでは要求を満たせない場合に有効な技術が、「多層（積層）メッキ」です。多層メッキは、異なる特性を持つ金属皮膜を重ねることで、単層では実現できない性能の両立や信頼性の向上を可能にします。
本記事では、多層メッキの基本的な考え方をはじめ、そのメリットや適用分野について分かりやすく解説します。さらに、実際の設計例を交えながら、多層メッキがどのように課題解決に寄与するのかをご紹介します。
単層メッキでは対応が難しい課題をお持ちの方、表面処理の選定でお悩みの方は、ぜひ最後までご覧ください。
■ＩＮＤＥＸ■
1.1. 単層メッキとは
1.2. 多層メッキとは
3.1. 多層メッキのメリット
3.2. 多層メッキのデメリット
3.3. 多層メッキの適用分野
4.1. 構成
4.2. 適用事例
4.3. 中間層のダブル（トリプル）ニッケルの効果
5.1. 構成
5.2. 適用事例
6.1. 構成
6.2. 適用事例
1. 単層メッキと多層（積層）メッキ
1.1. 単層メッキとは
メッキとは、素材表面に金属の薄い皮膜を形成する表面処理技術です。
表面に金属皮膜を付着させることで、そのメッキ金属が持つ性質が素材表面に付与されます。これにより、素材本来にはなかった機能を与えたり、外部環境から素材を保護したりすることが可能になります。
メッキの主な目的には、耐食性の向上、硬度や電気的特性などの機能付与、および意匠性（美観）の向上などが挙げられます。
多くの場合、メッキは1種類の金属または合金を、1層のみの皮膜として付着させる方法で行われます。このようなメッキは「単層メッキ」と呼ばれます。
代表的な例としては、耐食性向上を目的とした亜鉛メッキや、はんだ付け性の付与を目的としたスズメッキなどがあります。
単層メッキは比較的処理工程が少なく、コストを抑えやすいうえ、処理時間も短いというメリットがあります。
一方で、ピンホール（メッキ皮膜中に生じる微小な欠陥）が発生しやすく、その部分を起点として腐食が進行する場合があります。また、付与できる機能が限定されるという側面もあり、用途や使用環境によっては単層メッキでは十分な性能を得られないケースもあります。
1.2. 多層メッキとは
用途や目的によっては、単層メッキでは対応しきれない高度な機能性や、複合的な性質の付与が求められる場合があります。
例えば、より高い耐食性を確保して錆の発生リスクを低減したい場合や、耐食性と電気的特性、耐摩耗性など、複数の機能を同時に付与したい場合などが挙げられます。
このような要求に対しては、表面に1種類ではなく、複数の異なる金属皮膜を積み重ねるメッキ処理が選択されます。この方法を「多層メッキ」または「積層メッキ」といいます。
多層メッキは、一般的に「下地層」「バリア層」「機能層」「表層」といった複数の層で構成され、各層がそれぞれの役割を担いながら積層されます。
皮膜が単一層ではないため、ピンホールが連続して貫通しにくく、耐食性の向上が期待できるほか、各層の金属が持つ特性を組み合わせることで、単層メッキでは実現できない複合的な機能付与が可能となります。
一方で、多層メッキは処理工程が増えるため、コストが高くなり、処理時間も長くなる傾向があります。しかし、その分高い信頼性や性能が求められる用途においては、必要に応じて選択される重要な表面処理技術です。
本記事では、この多層メッキの考え方や特長について詳しく解説していきます。また、具体的な設計事例についても後ほどご紹介します。
2. 多層メッキの工程
メッキの工程は、基本的に「前処理 → メッキ処理 → 後処理」の順で行われます。
前処理とは、メッキを行う前に素材表面の脱脂、水洗、酸処理などを実施する工程を指します。
素材表面に油分や汚れが残ったままでは、メッキ皮膜の密着性が低下し、剥離やふくれなどの不具合につながる恐れがあります。そのため前処理は、メッキの仕上がり品質や密着性を左右する極めて重要な工程です。
次に行われるのがメッキ処理工程です。単層メッキの場合、この工程は1種類のメッキ浴のみで完結しますが、多層メッキでは、各層ごとに異なるメッキ浴を順番に通すことで皮膜を積層していきます。
最初に形成される1層目のメッキは、素材と直接接する層であり、「下地層」とも呼ばれます。下地層は、素材との密着性を確保するとともに、表面の凹凸を埋めて平滑性を向上させる役割を担います。
2層目以降のメッキは、中間層にあたり、機能層やバリア層と呼ばれることもあります。これらの層は、耐食性や硬度といった機能の付与や、金属間の拡散を抑制するためのバリアとしての役割を果たします。
その上に形成される最終層が表層（最上層）です。表層には、製品表面として求められる装飾性、低い接触抵抗、耐摩耗性などの最終的な特性が付与されます。
メッキ処理の後には、後処理工程が行われます。後処理には、ベーキング処理や変色防止処理などが含まれ、メッキ皮膜の安定化を図るとともに、最終製品として要求される特性を満たすための重要な工程となります。
3. 多層メッキの特徴
3.1. 多層メッキのメリット
多層メッキには、単層メッキにはないいくつかのメリットがあります。
まず、単層メッキで問題となりやすいピンホール（皮膜中の微小欠陥）は、皮膜を複数層に積層することで連続して貫通しにくくなり、結果として耐食性が大きく向上します。耐食性はメッキの主要な目的の一つであり、多層メッキが採用される大きな理由でもあります。
さらに、後述するダブルニッケルメッキなどの構成を採用することで、腐食の進行を抑制する効果をより効果的に活かすことができ、耐食性は単層メッキと比べて格段に向上します。
また、多層メッキにおいて設けられるバリア層は、素材と表層金属との間の金属拡散を抑制し、長期使用における皮膜性能の安定性や信頼性の向上に寄与します。
このように、多層メッキでは各層がそれぞれの役割を分担するため、耐食性、耐摩耗性、電気的特性、意匠性など、複数の特性を同時に満たす設計が可能となります。
3.2. 多層メッキのデメリット
多層メッキには多くのメリットがある一方で、**いくつか注意すべき点（デメリット）**も存在します。
まず、皮膜を複数層で形成するため、処理工程が増加し、処理時間が長くなる傾向があります。それに伴い、単層メッキと比較してコストが高くなる点は考慮が必要です。
また、異なる金属皮膜を積層することで、層間に内部応力や熱膨張係数の差が生じやすくなります。その結果、条件によっては剥離やクラックなどの不具合が発生するリスクがあり、設計段階および工程管理において十分な検討が求められます。
さらに、多層メッキでは各層ごとに役割が異なるため、膜厚管理やメッキ液の組成・状態管理がより複雑になります。安定した品質を確保するためには、適切な工程設計と継続的な管理体制が不可欠です。
3.3. 多層メッキの適用分野
多層メッキは、複合的な機能を付与できる表面処理技術として、高い信頼性が求められる多くの分野において不可欠な存在となっています。
代表的な適用分野として、以下のような例が挙げられます。
自動車部品装飾用途では Cu／Ni／Cr などの多層構成が用いられ、外観品質を維持しながら高い耐食性を確保します。また、機能部品においては、耐摩耗性や耐食性の向上を目的として多層メッキが採用されます。
電子部品コネクタやプリント基板端子では、Ni／Au、Ni／Pd／Au などの多層メッキが一般的です。これにより、高い導電性、安定したはんだ付け性、長期信頼性が確保されます。
機械部品無電解ニッケルメッキと硬質クロムメッキの積層などは、油圧部品や金型に用いられ、耐摩耗性や摺動性の向上、部品寿命の延長に寄与します。
建材・水回り部品屋外や湿潤環境で使用される部材では、耐食性と装飾性を両立させる目的で多層メッキが活用されます。
このように、多層メッキは用途ごとに最適な皮膜構成を設計することで、製品の長寿命化や高性能化を実現する重要な表面処理技術として、さまざまな分野で広く利用されています。
4. 多層メッキの設計事例1：装飾性と高耐食性を両立させる設計例 (Cu-Ni-Cr系)
4.1. 構成
ここからは、多層メッキの具体的な設計例をご紹介します。
まず取り上げるのは、Cu／Ni／Cr メッキです。Cu／Ni／Cr メッキは、多層メッキの中でも代表的な構成として広く知られており、装飾性と高い耐食性を両立できることから、主に鉄鋼材を対象として使用されています。
① 下地層：銅メッキ（Cu）
最初の層は銅メッキです。銅メッキは下地メッキとして用いられ、素材との密着性を高めるとともに、表面の凹凸を埋めて平滑性を向上させる役割を担います。膜厚の目安は 5～20 μm 程度です。
② 中間層：ニッケルメッキ（Ni）
次に配置されるのが、ニッケルメッキ層です。Cu／Ni／Cr メッキでは、ニッケル層を複数種類に分けて積層することで、より高い耐食性を実現します。
一般的な構成例としては、以下のようになります。
半光沢ニッケルメッキ：10～15 μm
光沢ニッケルメッキ：5～10 μm
マイクロポーラスニッケルメッキ：0.5～1 μm
このように、性質の異なるニッケルメッキを複数層に分けて構成することで、腐食の進行を抑制し、耐食性を大幅に向上させることが可能となります。
このようなニッケル層の構成は、一般に「ダブルニッケル」、または「トリプルニッケル」と呼ばれます。その耐食性向上のメカニズムについては、後ほど詳しく解説します。
③ 表層：クロムメッキ（Cr）
最上層にはクロムメッキを施します。膜厚は 0.2～0.5 μm 程度で、耐摩耗性、硬度、光沢といった表面特性を付与する役割を果たします。
4.2. 適用事例
このような Cu／Ni／Cr メッキは、腐食性の高い環境下においても優れた耐食性を発揮するとともに、美しい外観を長期間維持できるという特長を備えています。
そのため、見た目の美しさと屋外環境での耐久性が同時に求められる製品に多く採用されています。具体的には、自動車外装部品をはじめ、高級水栓金具や家電製品の装飾部品などが代表的な用途です。
このように、Cu／Ni／Cr メッキは、意匠性と耐食性を高次元で両立できる多層メッキの代表例として、さまざまな分野で幅広く活用されています。
4.3. 中間層のダブル（トリプル）ニッケルの効果
ここでは、前項でご紹介したダブルニッケル（トリプルニッケル）構成による耐食性向上の仕組みについて、あらためて説明します。
ニッケルメッキの中間層のうち、2層目に配置される半光沢ニッケルメッキは、硫黄含有量が少なく、電位が高いという特性を持っています。
電位が高い金属はイオン化傾向が低く、腐食しにくい性質を示します。そのため、多層メッキ構成においては、この半光沢ニッケル層が腐食の進行を抑制する主要な防食層として機能します。
一方、3層目の光沢ニッケルメッキは、硫黄含有量が多く、半光沢ニッケルに比べて電位が低い層です。この層は相対的に腐食しやすい性質を持っていますが、層間に電位差を設けることにより、耐食性向上に重要な役割を果たします。
万が一、表層から腐食が進行した場合、電位の低い光沢ニッケル層が優先的に、かつ水平方向へ広がるように腐食します。これにより、腐食は深さ方向へ進行しにくくなり、仮に3層目を突破したとしても、その内側には腐食に強い半光沢ニッケル層が存在するため、素材本体は効果的に保護される仕組みとなっています。
このような構造により、素材に腐食が到達するまでには長い時間を要し、結果として製品の耐用年数の大幅な延長につながります。
このように、電位差を利用して一方の層を意図的に先行腐食させ、全体を保護する防食方法を「犠牲防食」といいます。上記の2層のニッケルメッキの関係性は、まさにこの犠牲防食を応用したものであり、これをダブルニッケルと呼びます。
なお、前述の構成例では、第4層としてマイクロポーラスニッケルメッキを追加しています。この層では微細な粒子を共析させることで、表面に均一な微細孔を意図的に形成します。これにより、腐食の起点が分散され、腐食の深さ方向への進行をさらに抑制する効果が得られます。
5. 多層メッキの設計事例2：電気的接触信頼性を高める設計例 (Ni-Au系)
5.1. 構成
次にご紹介する設計例は、Ni／Au 系の多層メッキです。この多層メッキは、主に銅合金などの素材に対して用いられ、電子部品や接点部品など、高い信頼性が求められる用途で広く採用されています。
① 下地・バリア層：ニッケルメッキ（Ni）
1層目には、膜厚 2～5 μm のニッケルメッキを施します。このニッケル層は、銅素材と表層金属との拡散を防止するバリア層として機能するとともに、表面に一定の硬度を付与する役割も担います。
② 表層：金メッキ（Au）
その上に、表層として 0.5～2 μm の金メッキ層を積層します。金は接触抵抗が低く、耐食性にも優れるため、安定した導電性を長期間維持できる点が特長です。特に、表層の接触抵抗が低いことは、信号品質や接点信頼性の確保において重要な要素となります。
③ Ni／Pd／Au 構成について
なお、ニッケルメッキ層と金メッキ層の間に、0.3～1 μm のパラジウムメッキ層を中間バリア層として設ける構成もあります。
この Ni／Pd／Au メッキでは、金メッキ層を薄膜化できるため、金の使用量を抑えつつ、高い接点信頼性と耐食性を確保することが可能です。そのため、コストと性能のバランスが求められる用途において、有効な多層メッキ構成として採用されています。
5.2. 適用事例
Ni／Au 系の多層メッキは、低い接触抵抗と安定した導電性が求められる製品に多く使用されます。
具体的には、コネクタ端子、スイッチ接点、プリント基板の接続部（端子部）などが代表的な用途です。
これらの部位では、長期使用においても接触抵抗の増加や腐食による性能低下を抑えることが重要であり、Ni／Au 系多層メッキは、その要求を満たす有効な表面処理技術として採用されています。
6. 多層メッキの設計事例3：機械部品の高硬度・摺動性を追求した設計例
6.1. 構成
他の設計例として、無電解ニッケルメッキを下地層とし、その上に異なる機能を持つ表層を積層する多層メッキがあります。
① 無電解ニッケル／硬質クロム メッキ
一つ目は、第1層に無電解ニッケルメッキを 5～15 μm 施し、その上に硬質クロムメッキを表層として積層する構成です。
無電解ニッケルメッキは、電流を用いずに化学反応で析出するため、形状が複雑な部品であっても膜厚が均一になりやすく、高い耐食性を有する点が特長です。
一方、表層の硬質クロムメッキは、非常に高い硬度を持ち、優れた耐摩耗性を発揮します。そのため、摩耗や摺動が発生する部品に適した多層メッキ構成となります。
② 無電解ニッケル／フッ素樹脂複合メッキ
もう一つの例として、第1層に無電解ニッケルメッキを 10～30 μm 施し、その上にフッ素樹脂を共析させた複合メッキ層を表層として積層する構成があります。
この多層メッキでは、下地層で均一な皮膜と耐食性を確保したうえで、表層に優れた摺動性および非粘着性を付与することができます。そのため、摩擦低減や付着防止が求められる用途に適しています。
6.2. 適用事例
このように、無電解ニッケルメッキの均一性や耐摩耗性を活かした多層メッキは、形状が複雑でありながら、高硬度や高い耐摩耗性が求められる製品に適しています。
具体的な用途としては、精密機械のシャフト、金型、油圧機器の摺動部などが挙げられます。これらの部品では、寸法精度を維持しつつ、長期間にわたって安定した性能を確保することが重要となります。
また、食品機械部品や高精度な摺動部品においては、耐摩耗性に加えて、低摩擦性や非粘着性が求められるケースも多く、そのような用途では、フッ素樹脂を共析させた複合メッキ層を積層した多層メッキが適用されることもあります。
7. まとめ
本稿では、多層メッキの考え方とその特長について解説し、いくつかの代表的な設計事例をご紹介しました。
多層メッキとは、素材表面に複数の金属皮膜を積層させる表面処理技術であり、単層メッキでは実現が難しい高機能化や、複数の機能を同時に付与したい場合に用いられます。耐食性、耐摩耗性、導電性、装飾性など、それぞれの金属が持つ特性を役割分担させることで、用途に応じた最適な表面特性を設計できる点が大きな特長です。
一方で、多層メッキは処理工程が増えるため、処理時間が長くなり、コストも単層メッキに比べて高くなる傾向があります。また、層間の応力や熱膨張差、膜厚管理やメッキ液管理など、品質を安定させるための設計・管理が重要となります。
設計例としては、装飾性と高い耐食性を両立させたCu-Ni-Cr系多層メッキ、低接触抵抗と高い電気的信頼性を確保するNi-Au系（Ni-Pd-Au系）多層メッキ、さらに、複雑形状への均一成膜や高硬度・耐摩耗性・摺動性を追求した無電解ニッケル系多層メッキなどがあります。
特に、Cu-Ni-Cr系多層メッキで用いられるダブルニッケルやトリプルニッケル構成は、電位差を利用した犠牲防食効果によって、極めて高い耐食性を発揮することが知られています。
このように、多層メッキは「なぜ多層にするのか」「各層にどの役割を持たせるのか」を明確にした設計が重要であり、用途・使用環境・要求性能を踏まえた上で適切に選定することで、その効果を最大限に発揮します。
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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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