説明

マグネシウム合金の高耐食被膜形成方法

【課題】 マグネシウム合金上に亜鉛/銅/ニッケル/アルミニウム4層構造めっき膜を形成した場合、被めっき物の形状が複雑化した際に、ニッケルめっき膜の内部応力により、アルミニウムめっき後に被膜全体の密着性が低下する。
【解決手段】 マグネシウム合金上にマグネシウム合金側から順にニッケル/銅/アルミニウムの3層構造を有する被膜をめっき法により形成し、更に表面のアルミニウム層の一部を陽極酸化する。ニッケルめっき膜とアルミニウムめっき膜との間に応力緩和層として銅めっき膜を形成することで、ニッケルめっき膜及びアルミニウムめっき膜に発生する内部応力が緩和されるので、被膜全体の密着性は向上する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
マグネシウム合金の高耐食被膜形成方法及び、それを用いて生成したマグネシウム製品に関する。
【背景技術】
【0002】
マグネシウムはアルミニウムに比べて密度が約2/3と軽く、薄板とした時の強度が強いことから、実用化が期待されている。ところが、マグネシウム及びその合金は非常に錆びやすい性質を持っているので、高耐食性を目的として様々な表面処理方法が検討されている。現在、マグネシウム合金の表面処理には主に塗装が用いられているが、金属質感を持つ表面処理も要求されており、めっきによる表面処理が注目されている。
【0003】
電解アルミニウムめっき方法は、めっき膜に環境および人体に影響を与える重金属を含まないことから、古くから研究が行われている。水溶液中におけるアルミニウム電析の電位は水素発生の電位よりも卑であるため、水溶液からのめっきは不可能とされている。従って、電解アルミニウムめっき溶媒にはテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、トルエン等の非水溶媒が使用されている。アルミニウム源となる溶質には、アルミニウムハロゲン化物やアルキルアルミニウムが用いられるため、めっき液は水分と反応しやすいという特徴をもっている。アルミニウムの表面は、陽極酸化することで高耐食性を持つ被膜とすることができる。また、陽極酸化後に着色を行うことで、様々な外観を持つ被膜を形成することができる。
【0004】
マグネシウム合金表面には自然酸化による酸化膜が生成するため、マグネシウム合金へのめっきは困難なものとされている。上述のように、電解アルミニウムめっき液は水分を嫌う特性をもっているため、被めっき物が充分乾燥した状態でめっきしなければならない。従って、酸化膜を除去し、且つ乾燥により酸化膜を生成しない前処理が必要となる。
特許文献1にはマグネシウム合金に亜鉛/銅/ニッケル/アルミニウムの多段めっきに関する技術について報告されており、酸化防止層として亜鉛/銅/ニッケルの3層が使用されている。
【特許文献1】特許2751530号公報(特許請求の範囲、第1図、第2図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記の亜鉛/銅/ニッケル/アルミニウム4層構造めっき膜の場合、被めっき物の形状が複雑化した際に、ニッケルめっき膜の内部応力により、アルミニウムめっき後に被膜全体の密着性が低下するという問題があった。
【0006】
したがって本発明の目的は、マグネシウム又はマグネシウム合金を被めっき物とし、被めっき物の形状が複雑化しても密着性の良い被膜を形成することのできる被膜形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明では、ニッケル/銅/アルミニウムの3層めっき膜構造とすることで上記課題を解決した。マグネシウム合金上にニッケル/銅/アルミニウムの3層構造を持つ膜をめっきにより作製することで、高耐食で意匠性に富み、密着性の良い被膜を得ることができる。マグネシウム合金用ニッケルめっきを行うことにより、マグネシウム表面の酸化膜を除去すると同時に酸化防止層としてニッケルめっきと銅めっきを行い、更に電解アルミニウムめっきと陽極酸化により高耐食性かつ意匠性に富み、密着性の良いめっき膜を形成する。
【0008】
電解アルミニウムめっきの前処理としてマグネシウム合金用無電解ニッケルめっきを使用する。この工程においては、表面に無電解NiめっきでNiめっき層、すなわち、ニッケルを主成分としためっき層を形成する。このためには、上記のMg合金を例えば、メルプレートMG5401(商品名:メルテックス(株)製)に70℃で浸漬する。この時間を調整することによって、ニッケルめっき層の厚さを調整できるが、その厚さは1〜20μmが好ましい。なお、この無電解めっきによるNiめっき層には燐(P)が含まれる。ニッケルめっき工程においては、Mgのイオン化傾向が大きいために、Mgの溶出とNiの析出が同時に進行する。このため、得られたニッケルめっき層にはピンホールが形成されやすい。後述する銅めっき工程において、このMg合金の表面に達しているピンホールが存在すると、めっき液にMgが溶け出すことがある。ニッケルめっき層の厚さが1μm以上の場合には、Mg合金の表面に達するピンホールは少なくなるため、銅めっき工程が良好に行われる。また、このニッケルめっき層の厚さが20μmを超えるとマグネシウム/ニッケル間の密着性が低下する。
【0009】
更にニッケルめっき膜とアルミニウムめっき膜との間に応力緩和層として銅めっき膜を形成することで、ニッケルめっき膜及びアルミニウムめっき膜に発生する内部応力が緩和されるので、被膜全体の密着性は向上する。銅めっき膜の厚さは0.2μm以上が好ましい。膜厚が0.2μm未満になると、応力緩和効果が期待できなくなるためである。一方、膜厚が4μm以上となると、全めっき工程において銅めっき膜形成が律速となり、生産性が低下する。銅めっきは市販の電解銅めっきを使用する。この工程ではニッケルめっき膜上にめっきを行うため一般的に使用されている電解銅めっきを使用することが出来るが、例えばメルカパーCF2120を用いてめっき膜を形成し、流した電気量により膜厚を調整することができる。
【0010】
次に、Alめっき工程を行なう。この工程においては、前記の銅めっき層の上にAlめっき層、すなわち、アルミニウムを主成分としためっき層を形成する。Alめっきとしては、電解めっきが好ましく用いられる。例えば、これに用いる液としては、ジメチルスルホン(DMSO)を溶媒とし、無水塩化アルミニウム(III)(AlCl)を溶質としたものを用いる。そのモル比はDMSO:AlClで5:1とする。これをビーカー内で混合し、50℃及び80℃で2時間ずつ加熱した後に110℃まで昇温することによりめっき液を作成する。その後、アルミニウム板を陽極とし、ニッケルめっき膜および銅めっき膜が形成された上記のMg合金を陰極として、このめっき液の中に浸漬し、通電することによってAlめっき層を形成する。このときの温度は110℃程度とし、めっき時間は典型的には20分程度であるが、この時間によってAlめっき層の厚さを調整できる。このときの電流密度は、10A/dm程度が好ましい。電解アルミニウムめっき膜の厚さはアルミニウムめっき膜の陽極酸化工程終了時に残ったAlめっき層の厚さが、12〜150μmとなる厚さとすることが好ましい。理由は後述する。
【0011】
次に、陽極酸化工程を行う。この工程は、特にこのマグネシウム合金材を筐体用材料として用いる場合に、その表面に酸化アルミニウム層を形成するために必要な工程である。陽極酸化工程は、例えば、前記のAlめっきの場合と同様に、硫酸と硫酸アルミニウムからなる溶液中で、このマグネシウム合金材を陽極として通電することにより行われる。このときの温度は25℃、電流密度は0.2A/dm程度が好ましい。通電時間によって、形成される酸化アルミニウム膜厚を調整できる。このとき、Alめっき層が酸化することによって酸化アルミニウム層が形成されるため、表面から酸化アルミニウム層が厚くなるに従って、残ったAlめっき層は薄くなる。ここで、陽極酸化工程終了時に残ったAlめっき層の厚さは、12〜150μmであることが好ましい。Alめっき層の厚さが12μmよりも小さいと、Alめっき層に存在するピンホールを介して銅めっき層とニッケルめっき層が溶出して、さらにその下のMg合金の表面が露出する可能性がある。12μm以上の厚さがあれば、このピンホールが銅めっき層まで達する確率が小さくなる。また、Alめっき層の厚さが150μmよりも大きいと、Alめっき層にクラックが発生するため、好ましくない。
【発明の効果】
【0012】
本発明を用いれば、マグネシウム合金上に耐食性と密着性に優れ、且つ金属光沢とカラーバリエーションを持つ被膜を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
本発明のマグネシウム合金用高耐食コーティングについて、その一例を以下に述べる。
【0014】
(比較例1)
被めっき試料には、縦8.0cm×横8.0cm×厚さ1mmのマグネシウム合金(AZ31)板を使用した。Meltex(メルテックス)社製無電解ニッケルめっきプロセスにより、約8μmのNiめっき膜を生成し、表面を充分に乾燥させた。この後、ジメチルスルホン5.0molに無水塩化アルミニウム1.0molを溶融させて作製しためっき液を用いて電解アルミニウムめっきを行い、白色のAlめっき膜を得た。このときの電流密度は4A/dm2であり、被膜厚さは約40μmである。碁盤目試験(JIS K 5400)を行った結果、ニッケル/マグネシウム間で剥離を生じた。
【0015】
(実施例1)
ニッケルめっき後、アルミニウムめっき前に厚さ0.3μmとなるように電解銅めっきを行った以外は、比較例1と同様の処理を行った。碁盤目試験を行った結果、剥離は認められなかった。48時間の塩水噴霧試験ではフクレや腐食は認められなかった。電解銅めっき後、水分を嫌うためAlめっき工程に入る前に一度乾燥させる。表面層Cu膜表面にCuの酸化膜が形成されるが、Cu酸化膜はもろいので特別な前処理なしでAlめっきに投入しても酸化膜が溶解し、密着性は良好である。
【0016】
(実施例2)
ニッケルめっき後、アルミニウムめっき前に厚さ1μmとなるように電解銅めっきを行った以外は、比較例1と同様の処理を行った。碁盤目試験を行った結果、剥離は認められなかった。48時間の塩水噴霧試験ではフクレや腐食は認められなかった。
【0017】
(実施例3)
ニッケルめっき後、アルミニウムめっき前に厚さ5μmとなるように電解銅めっきを行った以外は、比較例1と同様の処理を行った。碁盤目試験を行った結果、剥離は認められなかった。48時間の塩水噴霧試験ではフクレや腐食は認められなかった。
【0018】
(比較例2)
電解銅めっき、無電解ニッケルめっき、電解アルミニウムめっきの順に皮膜を形成した以外は比較例1及び実施例1と同様の処理を行った。48時間の塩水噴霧試験ではフクレや腐食は認められなかった。碁盤目試験を行った結果、ニッケル/アルミニウム間で剥離を生じた。無電解ニッケルめっき後、水分を嫌うためAlめっき工程に入る前に一度乾燥させる。すると表面層Ni膜表面にNiの酸化膜が形成される。Ni酸化膜は強固で前処理なしでAlめっきするとNi酸化膜の影響で密着性は低下する。したがって10%塩酸などの酸処理をAlめっき前に導入する必要がある。但し、その後やはり乾燥しなければならないため、Ni酸化膜が再度形成される。
【0019】
【表1】

【産業上の利用可能性】
【0020】
本発明を用いれば、マグネシウム合金上に耐食性と密着性に優れ、且つ金属光沢とカラーバリエーションを持つアルミニウム被膜を形成することができ、マグネシウムの軽量性を生かしつつ耐食性とカラーバリエーションとを備えたマグネシウム製品を得ることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
マグネシウム合金上にマグネシウム合金側から順にニッケル/銅/アルミニウムの3層構造を有する被膜をめっき法により形成し、更に表面のアルミニウム層の一部を陽極酸化することを特徴とするマグネシウム合金用高耐食被膜形成方法。
【請求項2】
上記請求項1に記載の方法を用いて生成し、金属質感を有し且つカラーバリエーションに富んだ高耐食めっき膜。
【請求項3】
請求項1〜2に記載の高耐食、高意匠性被膜であって、銅の厚さが0.2μm以上であることを特徴とする被膜。

【公開番号】特開2006−161155(P2006−161155A)
【公開日】平成18年6月22日(2006.6.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−325416(P2005−325416)
【出願日】平成17年11月9日(2005.11.9)
【出願人】(000005083)日立金属株式会社 (2,051)
【Fターム(参考)】