亜鉛−ニッケル合金のめっき層により被覆された鋼製部材および鋼製部材の処理方法
【課題】亜鉛−ニッケル合金のめっき層を備える脱水素処理された鋼製部材において、水素の吸収による再水素脆化現象が生じるのを防止する。
【解決手段】鋼製部材１を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層２を形成する。前記鋼製部材１と前記めっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３を配置する。または、前記めっき層の内部に水素吸収機能を有する金属チタンを配置する。前記金属チタン３の配置後に前記鋼製部材１から水素を除去する脱水素処理を行う。
【解決手段】鋼製部材１を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層２を形成する。前記鋼製部材１と前記めっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３を配置する。または、前記めっき層の内部に水素吸収機能を有する金属チタンを配置する。前記金属チタン３の配置後に前記鋼製部材１から水素を除去する脱水素処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛−ニッケル（Ｚｎ−Ｎｉ）合金のめっき層により被覆された鋼製部材および鋼製部材の処理方法に関し、例えば航空機や宇宙用機材に使用される高強度鋼製の部材に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
例えば航空機の構造材として用いられる高強度鋼製部材を、防食のためにカドミウム−チタン（Ｃｄ−Ｔｉ）合金のめっき層により被覆することが従来から行われている。しかし、カドミウムは環境を害するという問題がある。そこで、カドミウム−チタン合金に代えて亜鉛−ニッケル合金のめっき層を電気めっきにより形成し、また、高強度鋼のような強度の高い鋼製部材は水素脆化により割れ易いことから、電気めっき時の通電により高強度鋼内部に取り込まれた水素（Ｈ）を、めっき後に昇温して外部に放出させるベーキング等の脱水素処理を行うことが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来においては、めっき後に鋼製部材内部に取り込まれた水素を脱水素処理により外部に放出させ、部材内の残留水素を十分に低減すれば、めっき層の毀損等による外観上の変化がない限り、その鋼製部材は水素脆化による脆性破壊の恐れはないものと位置付けられていた。そのため、めっき後にベーキング処理された鋼製部材のロットからサンプリングした試験片に引張荷重を一定時間作用させ、破断の有無を確認する水素脆化確認試験を行うことで、そのロットの鋼製部材の水素脆性評価が行えると考えられていた。
【０００５】
ところが、そのような水素脆化確認試験に合格した試験片を液体中に浸漬した状態で、引張荷重を作用させて破断の有無を確認する再水素脆化確認試験を行ったところ、その引張荷重と引張保持時間が水素脆化確認試験におけるより小さく、その試験片に外観上の変化がなくても水素脆化による脆性破断を生じることが本件発明者らにより確認された。図１５は再水素脆化確認試験の方法を示すもので、試験片６０の切欠き部６０ａをカップ６１に入れた水や塩水等の液体６２に浸漬させる。試験片６０は焼き入れされることで強度が１７９３ＭＰａ（２６０ｋｓｉ）〜１９３１ＭＰａ（２８０ｋｓｉ）とされ、切欠き部６０ａの形状は高精度に規定される。この状態で試験片６０は引張保持され、破断の有無で再水素脆化の発生が判断される。この再水素脆化確認試験により試験片６０に破断が生じる引張荷重と引張保持時間が、通常の水素脆性評価のための水素脆化確認試験において作用させる引張荷重と引張保持時間（引張荷重は材料強度の７５％、引張保持時間は２００時間）よりも低い値となった。すなわち、鋼製部材を亜鉛−ニッケル合金のめっき層により被覆した後に、その部材およびめっき層の水素量をベーキングにより十分に低減し、しかも、外観上の変化がない場合でも、その部材内の水素量が再び増大して脆化する再水素脆化現象が生じた。
【０００６】
上記のような再水素脆化は、めっきされた部材に外観上の変化が認められない場合でも発生することから、その発生防止が重要な課題となる。特に航空機における脚部のシリンダやフラップ作動用のトラックレールに使用される高強度鋼は、離着陸時に飛散する砂や食塩等の粒子・雨滴等との接触により当該部位から侵入する水素により再水素脆化を生じる可能性が考えられた。
【０００７】
本発明は、鋼製部材に亜鉛−ニッケル合金のめっき層を形成する場合における再水素脆化の発生という問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明方法は、鋼製部材を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層を形成する工程を含む鋼製部材の処理方法であって、前記鋼製部材と前記めっき層との間、または、前記めっき層の内部に、水素吸収機能を有する金属チタンを配置する工程と、前記金属チタンの配置後に前記鋼製部材から水素を除去する脱水素処理工程とを備えることを特徴とする。本発明の鋼製部材は、本発明方法により処理されていることを特徴とする。
亜鉛−ニッケル合金のめっき層においては、もしもその周辺に電解質を含む水溶液が存在すると、ニッケル含有率の分布の不均一に起因して電位差を生じて電流が流れ、そのため、めっき後にベーキング処理された鋼製部材であっても、めっき層の表面で水素が電解チャージすることにより鋼製部材に侵入し、これにより再水素脆化を生じる場合があることを本件発明者らは究明した。
そこで本件発明者らは、金属チタンは常温域で水素吸収機能を有し、鋼や亜鉛−ニッケル合金よりも水素を吸収し易いことに着目し、亜鉛−ニッケル合金のめっき層を介して鋼製部材に侵入しようとする水素を金属チタンにより吸収することで、鋼製部材への水素の侵入防止を図る本発明をなすに至った。
本発明によれば、亜鉛−ニッケル合金のめっき層の内部、または、鋼製部材とめっき層との間に配置される金属チタンにより、めっき層を介して鋼製部材に侵入しようとする水素を吸収することで、鋼製部材の再水素脆化を防止できる。
なお、めっき層の内部、または、鋼製部材とめっき層との間における金属チタンの配置態様は特に限定されないが、一様な層として配置するよりも粒子や薄い鱗片のような状態で分散して配置するのが、めっき層の耐剥離強度を確保する上で好ましい。
【０００９】
前記金属チタンを前記めっき層の下地面に付着させ、しかる後に、前記めっき層を形成することで前記鋼製部材と前記めっき層との間に前記金属チタンを配置するのが好ましい。これにより、鋼製部材とめっき層との間に金属チタンを確実に配置できる。この場合、前記金属チタンをプラズマ中で溶融させ、そのプラズマを前記下地面に吹きつける溶射により、前記金属チタンを前記下地面に付着させるのが好ましい。あるいは、表面に前記金属チタンが付着した多数の粒子、または、多数の微粒子状の前記金属チタンを、前記下地面に衝突させるブラスト処理により、前記金属チタンを前記下地面に付着させるのが好ましい。これにより、めっき層の下地面に金属チタンを分散して配置でき、また、工業的に容易に実用化できる。
【００１０】
多数の微粒子状の前記金属チタンをめっき液内に分散させ、しかる後に、微粒子状の前記金属チタンが分散する状態の前記めっき液内で、前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置するのが好ましい。これによって、めっき層の内部に金属チタンを分散して配置でき、また、めっき液の溶媒として水を用いることができ、工業的に容易に実用化できる。
【００１１】
従来のカドミウム−チタン合金のめっき層を、めっき液として水溶液を用いて電気メッキにより高強度鋼に形成することを試み、再水素脆化確認試験を行った。この場合、めっき層に金属チタンが含まれていると考えられたが、再水素脆化を防止することができなかった。そこで、そのめっき層に含まれたチタンの組成を調べたところ、水素吸収機能を有する金属チタンではなく、不活性な二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）による構成が確認された。これは、電気メッキの工程中にチタン原子が酸素と結合してしまい、金属チタンを析出させることができなかったためであると考えられる。
これに対し、亜鉛−ニッケル合金のめっき層を電気めっきにより形成する際に、めっき液に予めチタニルイオン（ＴｉＯ2+）を溶解させておくことで、亜鉛−ニッケル合金のめっき層の内部に水素吸収機能を有する金属チタンを析出できることを本件発明者らは見出した。そこで、チタニルイオンをめっき液に溶解させ、しかる後に、前記めっき液内で前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置するのが好ましい。これにより、めっき層の内部に金属チタンを配置でき、また、めっき液の溶媒として水を用いることができ、工業的な実用化が容易になる。この場合、めっき層における金属チタンの含有率を１％未満にするのがよい。
【００１２】
本発明においては、前記金属チタンの配置前に前記鋼製部材を被覆するニッケル下地層を形成し、前記下地層の表面を前記めっき層の下地面とするのが好ましい。これにより、下地層とめっき層は金属チタンが配置されていない領域で連続し、また、めっき層は下地層を構成するニッケルを含むことから、鋼製部材とめっき層の密着性が向上し、めっき層の耐剥離強度が低下するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有害物質の溶出がなく、廃棄時に有害物質を除去する必要がないので取り扱いが容易な亜鉛−ニッケル合金のめっき層を備え、脱水素処理がなされた鋼製部材において、水素の吸収による再水素脆化現象が生じるのを防止でき、安全性を求められる航空機部品に用いるのに適した鋼製部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の構成説明図
【図２】本発明の第２実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の構成説明図
【図３】本発明の第１実施形態に係り、金属チタンを溶射により供給するための構成の説明図
【図４】本発明の第１実施形態に係り、溶射を介して鋼製部材を処理する手順の説明図
【図５】本発明の第１実施形態に係り、金属チタンをブラスト処理により供給するための粒子の説明図
【図６】本発明の第１実施形態に係り、ブラスト処理を介し鋼製部材を処理する手順の説明図
【図７】本発明の第２実施形態に係り、金属チタンが分散するめっき浴を有する機構の説明図
【図８】本発明の第２実施形態に係り、金属チタンが分散するめっき浴を用いて鋼製部材を処理する手順の説明図
【図９】本発明の第２実施形態に係り、チタニルイオンが溶解するめっき浴を有する機構の説明図
【図１０】本発明の第２実施形態に係り、チタニルイオンが溶解するめっき浴を用いて鋼製部材を処理する手順の説明図
【図１１】本発明の第１実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の作用説明図
【図１２】本発明の第２実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の作用説明図
【図１３】従来のめっき層により被覆された鋼製部材の組成の分析結果を示す図
【図１４】本発明の第２実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の組成の分析結果を示す図
【図１５】再水素脆化確認試験の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明の第１実施形態に係るめっき層２により被覆された鋼製部材１を示す。鋼製部材１は、例えば航空機部品として用いられるニッケル・クロム・モリブデン鋼のような高強度鋼であり、亜鉛−ニッケル合金の防食用めっき層２により被覆されている。鋼製部材１とめっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３が分散状態で配置されている。金属チタン３の配置前に鋼製部材１を被覆するニッケル(Ni)の下地層４がニッケルストライクめっきにより形成されており、下地層４の表面がめっき層２の下地面４ａとされている。金属チタン３を下地面４ａに付着させた後にめっき層２が形成されることで、鋼製部材１とめっき層２との間に金属チタン３が配置されている。めっき層２の腐食（いわゆる白錆）を防止するため、めっき層２の上面には３価クロム化成処理により３価クロム層５が形成されている。めっき層２の耐食性は、例えばＡＳＴＭ Ｂ１１７準拠の塩水噴霧試験により、１０００時間以上経過してもサビ（白錆・赤錆ともに）を生じない耐食性を有するものとするのが好ましい。なお、３価クロム層５に代えて６価クロムを含有するクロメート処理層を用いても良いが、有害物質を含有しない３価クロム層５の方が好ましい。鋼製部材１は、例えば１９１℃で数時間〜24時間保持されることでベーキングされ、これにより金属チタン３の配置後に鋼製部材１から水素を除去する脱水素処理がなされている。
【００１６】
図２は本発明の第２実施形態に係るめっき層２′により被覆された鋼製部材１を示す。第１実施形態では鋼製部材１とめっき層２との間に金属チタン３が配置されているのに対し、本実施形態ではめっき層２′の内部に水素吸収機能を有する金属チタン３が分散状態で配置されている。金属チタン３は、めっき層２′を形成しつつめっき層２′の内部に配置される。他は第１実施形態と同様とされている。
【００１７】
図３は、第１実施形態に係るめっき層２の下地面４ａに向かい金属チタン３をプラズマ溶射ガン１２を用いて溶射するための機構を示す。プラズマ溶射ガン１２の内部に、高電圧電源回路１２ａに接続される陽極１２ｂと陰極１２ｃが設けられ、両電極１２ｂ、１２ｃの間の空間がプラズマ生成空間１２ｄとされている。プラズマ生成空間１２ｄに、配管１２ｅを介して例えばアルゴン（Ａｒ）にヘリウム（Ｈｅ）を混合した希ガス（第０属元素の混合ガス）が供給され、希ガスは両電極１２ｂ、１２ｃ間の放電によってプラズマとなり、噴出口１２ｇからプラズマジェット１３として噴出される。そのプラズマ１３中に配管１２ｆを介して粉末状の金属チタンが供給される。金属チタンはプラズマ中において溶融して微粒子３′となる。これにより、めっき層２の下地面４ａに溶融した金属チタンの微粒子３′が溶射により吹き付けられる。プラズマは希ガスが励起したものであるので金属チタンはプラズマ中において酸化することはない。なお、金属チタンが酸化して二酸化チタンになると水素吸収機能を十分に発揮できないことから、プラズマジェット１３の周囲から溶射対象の下地面４ａに向かうシールドガス１４を噴出する配管１５を設け、金属チタン３の酸化を確実に防止するのが好ましい。シールドガス１４としては、アルゴン等の第０属元素のガスや、これらの混合ガス（例えばアルゴンとヘリウムの混合ガス）を用いるのがよい。
【００１８】
図４は、プラズマ溶射ガン１２を用いて鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、図４（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を従来同様に酸などで洗浄することで活性化し、次に、図４（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。下地層４の厚さは例えば０．５〜１．０μm とされる。ニッケルストライクメッキの方法は特に限定されず従来と同様に行うことができ、例えば、めっき液として硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸を主成分とする水溶液を用いる所謂ワット浴を用いる電気メッキにより行う。次に、図４（Ｃ）に示すように、プラズマ溶射ガン１２を用い、金属チタンをプラズマ１３中で溶融させ、そのプラズマ１３を下地面４ａに吹きつける溶射により金属チタン３を下地面４ａに付着させる。プラズマ１３中において溶融した金属チタンの微粒子３′は、下地面４ａに付着した時点で急冷されることで微細な粒子状状の金属チタン３となり、下地面４ａにおいて分散して配置される。この際、金属チタンが酸化するのを防止するため、シールドガス１４を下地面４ａに向かい噴出するのが好ましい。次に、図４（Ｄ）に示すように、鋼製部材１を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層２を下地層４の上に形成することで、鋼製部材１とめっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３を配置する。めっき層２の形成方法は特に限定されず従来と同様に形成でき、例えば亜鉛イオンとニッケルイオンを含有するめっき浴を用いた電気めっきにより形成する。次に、図４（Ｅ）に示すように、めっき層２を３価クロム化成処理により３価クロム層５により被覆する。３価クロム層５の形成方法は特に限定されず従来と同様に形成でき、例えば市販の３価クロム化成処理剤を用いて化成皮膜を形成する。しかる後に、鋼製部材１から水素を除去する脱水素処理を行い、例えば従来同様に大気中での１９１℃、約２４時間のベーキングにより行う。
【００１９】
図５は、第１実施形態に係るめっき層２の下地面４ａに金属チタン３をブラスト処理により供給するための多数の粒子２１を示す。本実施形態の各粒子２１はアルミナ（酸化アルミニウム）、二酸化珪素、炭化珪素、あるいは窒化珪素等のセラミック製のボールとされ、その直径は例えば約０．２〜約１ｍｍとされる。図５（Ａ）に示すように、各粒子２１は、金属チタンを収納した坩堝（図示省略）と共に真空容器２２に入れられ、真空内でチタン蒸気が発生するまで金属チタンは高温に加熱される。これにより、図５（Ｂ）に示すように、各粒子２１の表面に金属チタン３が蒸着される。
【００２０】
図６は、ブラスト処理により鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、上記の溶射による場合と同様に、図６（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を酸などで洗浄することで活性化し、図６（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。次に、図６（Ｃ）に示すように、表面に金属チタン３が付着した多数の粒子２１をブラスト処理装置２３を用いて加速し、高速で下地面４ａに衝突させるブラスト処理により、金属チタン３を下地面４ａに付着させる。粒子２１の表面の金属チタン３は鱗片状となって下地面４ａに転写され、下地面４ａにおいて分散して配置される。ブラスト処理装置２３は、例えば高圧空気により粒子２１を加速して噴出する公知の装置を用いることができる。この際、金属チタンが酸化するのを防止するため、アルゴン等の第０属元素のガスや、これらの混合ガスを、粒子を加速するガスやシールドガスとして下地面４ａに向かい噴出するのが好ましい。次に、上記の溶射による場合と同様に、図４（Ｄ）に示すように、鋼製部材１を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層２を下地層４の上に形成することで、鋼製部材１とめっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３を配置し、図４（Ｅ）に示すように、めっき層２を３価クロム層５により被覆し、しかる後に脱水素処理を行う。
【００２１】
図７は、第２実施形態に係るめっき層２′を形成するための金属チタン３が分散するめっき浴を有する機構を示す。すなわち、めっき槽３２に貯留されるめっき液３１は水溶液であり、その中に陽極３３及びめっき対象の下地層４で被覆された鋼製部材１が陰極として配置され、両極は電源３４に接続される。本実施形態では、めっき液３１に亜鉛イオンとニッケルイオンが含有され、その含有量は例えばめっき層２′でのニッケル共析率が１２％〜１８％となるように設定される。なお、陽極３３としてめっき層２′を構成するニッケルや亜鉛を用いてもよいが、本実施形態では陽極３３として例えば白金のようなめっき液３１に溶解しない材料が用いられる。また、めっき液３１内のイオン濃度を維持するため、めっき槽３２に通じる補助槽３５に亜鉛イオンの供給用亜鉛ブロック３６が設置され、循環ポンプ３７によりめっき液３１はめっき槽３２と補助槽３５の間で循環され、また、ニッケルイオンの供給のためにニッケル塩等の薬剤３８がめっき処理の進行に応じて補充される。これにより、めっき層２′の亜鉛−ニッケル合金の合金割合を一定に維持することが図られている。多数の微粒子状の金属チタン３をめっき液３１内に投入し、その金属チタン３とめっき液３１とを混合する。金属チタン３はめっき液３１に溶解しないので、めっき液３１内で多数の微粒子状の金属チタン３が分散する。金属チタン３の各粒子直径は例えば１μｍ程度〜十数μｍ程度が適するとされる。攪拌器３９によってめっき液３１を攪拌することで、多数の微粒子状の金属チタン３が凝集するのを防止するのが好ましい。
【００２２】
図８は、金属チタン３を混合されためっき液３１を用いためっき処理を介して鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、上記の溶射による場合と同様に、図８（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を酸などで洗浄することで活性化し、図８（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。次に、図８（Ｃ）に示すように、多数の微粒子状の金属チタン３をめっき液３１内に分散させ、多数の微粒子状の金属チタン３が分散する状態のめっき液３１内で、めっき層２′を電気めっきにより形成する。この際、成長しつつある亜鉛−ニッケル合金のめっき層２′内に金属チタン３が取り込まれるので、めっき層２′を形成しつつ、めっき層２′の内部に金属チタン３を配置することができる。これにより、図８（Ｄ）に示すように、めっき層２′の内部に多数の微粒子状の金属チタン３を分散して配置することができる。次に、上記の溶射による場合と同様に、図８（Ｅ）に示すように、めっき層２′を３価クロム層５により被覆し、しかる後に脱水素処理を行う。
【００２３】
図９は、第２実施形態に係るめっき層２′を形成するためのチタニルイオンが溶解するめっき浴を有する機構を示す。図７に示す機構との相違は、多数の微粒子状の金属チタン３をめっき液３１内に投入するのに代えて、チタニルイオンをめっき液３１に溶解させる点にある。本実施形態では、チタニルイオン含有薬剤を含む布状部材４１をめっき液３１内に浸漬するように吊り下げることで、チタニルイオンをめっき液３１に溶解させている。チタニルイオン含有薬剤は特に限定されず、例えば硫酸チタニル（ＴｉＯＳＯ4 ）を用いる。めっき液３１におけるチタン濃度は、例えばめっき層内にチタンが０．５重量％程度含有するに適したものとする。さらに、めっき液３１はもともと水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が添加されているためアルカリ性となっているが、これに過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）を添加し、アルカリ浴により亜鉛−ニッケル合金めっき層２′を形成するものとしている。攪拌器３９によってめっき液３１を攪拌することで、チタニルイオンが常にめっき対象の陽極に向かう流れを形成するのが好ましい。
【００２４】
図１０は、チタニルイオンが溶解するめっき液３１を用いためっき処理を介して鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、上記の溶射による場合と同様に、図１０（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を酸などで洗浄することで活性化し、図１０（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。次に、図１０（Ｃ）に示すように、チタニルイオンをめっき液３１に溶解させ、そのめっき液３１内でめっき層２′を電気めっきにより形成する。この際、成長しつつある亜鉛−ニッケル合金のめっき層２′内で金属チタン３が析出するので、めっき層２′を形成しつつ、めっき層２′の内部に金属チタン３を配置することができる。これにより、図１０（Ｄ）に示すように、めっき層２′の内部に多数の微粒子状の金属チタン３を分散して配置することができる。次に、上記の溶射による場合と同様に、図１０（Ｅ）に示すように、めっき層２′を３価クロム層５により被覆し、しかる後に脱水素処理を行う。
【００２５】
図１１は第１実施形態のめっき層２に被覆された鋼製部材１の作用を示し、図１２は第１実施形態のめっき層２′に被覆された鋼製部材１の作用を示す。すなわち、長期間の使用等によって３価クロム層５の一部に綻び部３ａが生じ、外面に塩水や泥水のような液体５０が付着し、めっき層２、２′において金属組成の不均一に起因して電位差が生じ、その電位差により電流が流れることで綻び部３ａから鋼製部材１に侵入しようとする水素５１が、金属チタン３に吸収される状態を示す。これにより鋼製部材１の再水素脆化を防止できる。
【００２６】
図１３は、従来の金属チタンを含まない亜鉛−ニッケル合金めっき層で被覆され、７００時間の塩水噴霧を経た高強度鋼の試験片の組成を示す。図１４は、図９、図１０に示す方法で形成された亜鉛−ニッケル合金めっき層２′により被覆され、７００時間の塩水噴霧を経た高強度鋼の試験片の組成を示す。各組成はＧＤＳ（グロー放電発光表面分析装置）により分析した。各図における横軸は３価クロム層５が存在している表面からの深さ（μｍ）であり、縦軸は各組成の割合（重量％）である。なお、図では亜鉛、ニッケル、チタン、水素、鉄（Ｆｅ）の組成を示し、水素の含有率は１５００倍に、チタンの含有率は１００倍にそれぞれ拡大して示しているが、他の微量しか含まれないため図面上で識別困難な組成は図示省略している。図１３に示すように従来の亜鉛−ニッケル合金のめっき層により高強度鋼を被覆した場合、水素がめっき層だけでなく高強度鋼（鉄が組成の大部分を示す部分）においても検出されているのに対し、本願実施形態によればめっき層２′において水素は検出されるが、高強度鋼においては水素は実質的に検出されていないのを確認できる。すなわち、めっき層２′におけるチタンが水素を吸収することで、高強度鋼側への水素の拡散が防止されている。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、下地層や３価クロム層は必須ではない。また、下地面にチタンを付着させる場合、プラズマ中に金属チタンと共に他の適当な物質を併せて供給してもよいし、金属チタンが付着した粒子に代えて多数の微粒子状の金属チタンを下地面に衝突させてもよいし、溶射やブラスト処理に代えて真空中での蒸着により金属チタンを付着させてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…鋼製部材、２、２′…めっき層、３…金属チタン、４…下地層、３１…めっき液。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛−ニッケル（Ｚｎ−Ｎｉ）合金のめっき層により被覆された鋼製部材および鋼製部材の処理方法に関し、例えば航空機や宇宙用機材に使用される高強度鋼製の部材に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
例えば航空機の構造材として用いられる高強度鋼製部材を、防食のためにカドミウム−チタン（Ｃｄ−Ｔｉ）合金のめっき層により被覆することが従来から行われている。しかし、カドミウムは環境を害するという問題がある。そこで、カドミウム−チタン合金に代えて亜鉛−ニッケル合金のめっき層を電気めっきにより形成し、また、高強度鋼のような強度の高い鋼製部材は水素脆化により割れ易いことから、電気めっき時の通電により高強度鋼内部に取り込まれた水素（Ｈ）を、めっき後に昇温して外部に放出させるベーキング等の脱水素処理を行うことが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９７６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来においては、めっき後に鋼製部材内部に取り込まれた水素を脱水素処理により外部に放出させ、部材内の残留水素を十分に低減すれば、めっき層の毀損等による外観上の変化がない限り、その鋼製部材は水素脆化による脆性破壊の恐れはないものと位置付けられていた。そのため、めっき後にベーキング処理された鋼製部材のロットからサンプリングした試験片に引張荷重を一定時間作用させ、破断の有無を確認する水素脆化確認試験を行うことで、そのロットの鋼製部材の水素脆性評価が行えると考えられていた。
【０００５】
ところが、そのような水素脆化確認試験に合格した試験片を液体中に浸漬した状態で、引張荷重を作用させて破断の有無を確認する再水素脆化確認試験を行ったところ、その引張荷重と引張保持時間が水素脆化確認試験におけるより小さく、その試験片に外観上の変化がなくても水素脆化による脆性破断を生じることが本件発明者らにより確認された。図１５は再水素脆化確認試験の方法を示すもので、試験片６０の切欠き部６０ａをカップ６１に入れた水や塩水等の液体６２に浸漬させる。試験片６０は焼き入れされることで強度が１７９３ＭＰａ（２６０ｋｓｉ）〜１９３１ＭＰａ（２８０ｋｓｉ）とされ、切欠き部６０ａの形状は高精度に規定される。この状態で試験片６０は引張保持され、破断の有無で再水素脆化の発生が判断される。この再水素脆化確認試験により試験片６０に破断が生じる引張荷重と引張保持時間が、通常の水素脆性評価のための水素脆化確認試験において作用させる引張荷重と引張保持時間（引張荷重は材料強度の７５％、引張保持時間は２００時間）よりも低い値となった。すなわち、鋼製部材を亜鉛−ニッケル合金のめっき層により被覆した後に、その部材およびめっき層の水素量をベーキングにより十分に低減し、しかも、外観上の変化がない場合でも、その部材内の水素量が再び増大して脆化する再水素脆化現象が生じた。
【０００６】
上記のような再水素脆化は、めっきされた部材に外観上の変化が認められない場合でも発生することから、その発生防止が重要な課題となる。特に航空機における脚部のシリンダやフラップ作動用のトラックレールに使用される高強度鋼は、離着陸時に飛散する砂や食塩等の粒子・雨滴等との接触により当該部位から侵入する水素により再水素脆化を生じる可能性が考えられた。
【０００７】
本発明は、鋼製部材に亜鉛−ニッケル合金のめっき層を形成する場合における再水素脆化の発生という問題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明方法は、鋼製部材を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層を形成する工程を含む鋼製部材の処理方法であって、前記鋼製部材と前記めっき層との間、または、前記めっき層の内部に、水素吸収機能を有する金属チタンを配置する工程と、前記金属チタンの配置後に前記鋼製部材から水素を除去する脱水素処理工程とを備えることを特徴とする。本発明の鋼製部材は、本発明方法により処理されていることを特徴とする。
亜鉛−ニッケル合金のめっき層においては、もしもその周辺に電解質を含む水溶液が存在すると、ニッケル含有率の分布の不均一に起因して電位差を生じて電流が流れ、そのため、めっき後にベーキング処理された鋼製部材であっても、めっき層の表面で水素が電解チャージすることにより鋼製部材に侵入し、これにより再水素脆化を生じる場合があることを本件発明者らは究明した。
そこで本件発明者らは、金属チタンは常温域で水素吸収機能を有し、鋼や亜鉛−ニッケル合金よりも水素を吸収し易いことに着目し、亜鉛−ニッケル合金のめっき層を介して鋼製部材に侵入しようとする水素を金属チタンにより吸収することで、鋼製部材への水素の侵入防止を図る本発明をなすに至った。
本発明によれば、亜鉛−ニッケル合金のめっき層の内部、または、鋼製部材とめっき層との間に配置される金属チタンにより、めっき層を介して鋼製部材に侵入しようとする水素を吸収することで、鋼製部材の再水素脆化を防止できる。
なお、めっき層の内部、または、鋼製部材とめっき層との間における金属チタンの配置態様は特に限定されないが、一様な層として配置するよりも粒子や薄い鱗片のような状態で分散して配置するのが、めっき層の耐剥離強度を確保する上で好ましい。
【０００９】
前記金属チタンを前記めっき層の下地面に付着させ、しかる後に、前記めっき層を形成することで前記鋼製部材と前記めっき層との間に前記金属チタンを配置するのが好ましい。これにより、鋼製部材とめっき層との間に金属チタンを確実に配置できる。この場合、前記金属チタンをプラズマ中で溶融させ、そのプラズマを前記下地面に吹きつける溶射により、前記金属チタンを前記下地面に付着させるのが好ましい。あるいは、表面に前記金属チタンが付着した多数の粒子、または、多数の微粒子状の前記金属チタンを、前記下地面に衝突させるブラスト処理により、前記金属チタンを前記下地面に付着させるのが好ましい。これにより、めっき層の下地面に金属チタンを分散して配置でき、また、工業的に容易に実用化できる。
【００１０】
多数の微粒子状の前記金属チタンをめっき液内に分散させ、しかる後に、微粒子状の前記金属チタンが分散する状態の前記めっき液内で、前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置するのが好ましい。これによって、めっき層の内部に金属チタンを分散して配置でき、また、めっき液の溶媒として水を用いることができ、工業的に容易に実用化できる。
【００１１】
従来のカドミウム−チタン合金のめっき層を、めっき液として水溶液を用いて電気メッキにより高強度鋼に形成することを試み、再水素脆化確認試験を行った。この場合、めっき層に金属チタンが含まれていると考えられたが、再水素脆化を防止することができなかった。そこで、そのめっき層に含まれたチタンの組成を調べたところ、水素吸収機能を有する金属チタンではなく、不活性な二酸化チタン（ＴｉＯ2 ）による構成が確認された。これは、電気メッキの工程中にチタン原子が酸素と結合してしまい、金属チタンを析出させることができなかったためであると考えられる。
これに対し、亜鉛−ニッケル合金のめっき層を電気めっきにより形成する際に、めっき液に予めチタニルイオン（ＴｉＯ2+）を溶解させておくことで、亜鉛−ニッケル合金のめっき層の内部に水素吸収機能を有する金属チタンを析出できることを本件発明者らは見出した。そこで、チタニルイオンをめっき液に溶解させ、しかる後に、前記めっき液内で前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置するのが好ましい。これにより、めっき層の内部に金属チタンを配置でき、また、めっき液の溶媒として水を用いることができ、工業的な実用化が容易になる。この場合、めっき層における金属チタンの含有率を１％未満にするのがよい。
【００１２】
本発明においては、前記金属チタンの配置前に前記鋼製部材を被覆するニッケル下地層を形成し、前記下地層の表面を前記めっき層の下地面とするのが好ましい。これにより、下地層とめっき層は金属チタンが配置されていない領域で連続し、また、めっき層は下地層を構成するニッケルを含むことから、鋼製部材とめっき層の密着性が向上し、めっき層の耐剥離強度が低下するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、有害物質の溶出がなく、廃棄時に有害物質を除去する必要がないので取り扱いが容易な亜鉛−ニッケル合金のめっき層を備え、脱水素処理がなされた鋼製部材において、水素の吸収による再水素脆化現象が生じるのを防止でき、安全性を求められる航空機部品に用いるのに適した鋼製部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の構成説明図
【図２】本発明の第２実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の構成説明図
【図３】本発明の第１実施形態に係り、金属チタンを溶射により供給するための構成の説明図
【図４】本発明の第１実施形態に係り、溶射を介して鋼製部材を処理する手順の説明図
【図５】本発明の第１実施形態に係り、金属チタンをブラスト処理により供給するための粒子の説明図
【図６】本発明の第１実施形態に係り、ブラスト処理を介し鋼製部材を処理する手順の説明図
【図７】本発明の第２実施形態に係り、金属チタンが分散するめっき浴を有する機構の説明図
【図８】本発明の第２実施形態に係り、金属チタンが分散するめっき浴を用いて鋼製部材を処理する手順の説明図
【図９】本発明の第２実施形態に係り、チタニルイオンが溶解するめっき浴を有する機構の説明図
【図１０】本発明の第２実施形態に係り、チタニルイオンが溶解するめっき浴を用いて鋼製部材を処理する手順の説明図
【図１１】本発明の第１実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の作用説明図
【図１２】本発明の第２実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の作用説明図
【図１３】従来のめっき層により被覆された鋼製部材の組成の分析結果を示す図
【図１４】本発明の第２実施形態に係る亜鉛−ニッケル合金めっき層により被覆された鋼製部材の組成の分析結果を示す図
【図１５】再水素脆化確認試験の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は本発明の第１実施形態に係るめっき層２により被覆された鋼製部材１を示す。鋼製部材１は、例えば航空機部品として用いられるニッケル・クロム・モリブデン鋼のような高強度鋼であり、亜鉛−ニッケル合金の防食用めっき層２により被覆されている。鋼製部材１とめっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３が分散状態で配置されている。金属チタン３の配置前に鋼製部材１を被覆するニッケル(Ni)の下地層４がニッケルストライクめっきにより形成されており、下地層４の表面がめっき層２の下地面４ａとされている。金属チタン３を下地面４ａに付着させた後にめっき層２が形成されることで、鋼製部材１とめっき層２との間に金属チタン３が配置されている。めっき層２の腐食（いわゆる白錆）を防止するため、めっき層２の上面には３価クロム化成処理により３価クロム層５が形成されている。めっき層２の耐食性は、例えばＡＳＴＭ Ｂ１１７準拠の塩水噴霧試験により、１０００時間以上経過してもサビ（白錆・赤錆ともに）を生じない耐食性を有するものとするのが好ましい。なお、３価クロム層５に代えて６価クロムを含有するクロメート処理層を用いても良いが、有害物質を含有しない３価クロム層５の方が好ましい。鋼製部材１は、例えば１９１℃で数時間〜24時間保持されることでベーキングされ、これにより金属チタン３の配置後に鋼製部材１から水素を除去する脱水素処理がなされている。
【００１６】
図２は本発明の第２実施形態に係るめっき層２′により被覆された鋼製部材１を示す。第１実施形態では鋼製部材１とめっき層２との間に金属チタン３が配置されているのに対し、本実施形態ではめっき層２′の内部に水素吸収機能を有する金属チタン３が分散状態で配置されている。金属チタン３は、めっき層２′を形成しつつめっき層２′の内部に配置される。他は第１実施形態と同様とされている。
【００１７】
図３は、第１実施形態に係るめっき層２の下地面４ａに向かい金属チタン３をプラズマ溶射ガン１２を用いて溶射するための機構を示す。プラズマ溶射ガン１２の内部に、高電圧電源回路１２ａに接続される陽極１２ｂと陰極１２ｃが設けられ、両電極１２ｂ、１２ｃの間の空間がプラズマ生成空間１２ｄとされている。プラズマ生成空間１２ｄに、配管１２ｅを介して例えばアルゴン（Ａｒ）にヘリウム（Ｈｅ）を混合した希ガス（第０属元素の混合ガス）が供給され、希ガスは両電極１２ｂ、１２ｃ間の放電によってプラズマとなり、噴出口１２ｇからプラズマジェット１３として噴出される。そのプラズマ１３中に配管１２ｆを介して粉末状の金属チタンが供給される。金属チタンはプラズマ中において溶融して微粒子３′となる。これにより、めっき層２の下地面４ａに溶融した金属チタンの微粒子３′が溶射により吹き付けられる。プラズマは希ガスが励起したものであるので金属チタンはプラズマ中において酸化することはない。なお、金属チタンが酸化して二酸化チタンになると水素吸収機能を十分に発揮できないことから、プラズマジェット１３の周囲から溶射対象の下地面４ａに向かうシールドガス１４を噴出する配管１５を設け、金属チタン３の酸化を確実に防止するのが好ましい。シールドガス１４としては、アルゴン等の第０属元素のガスや、これらの混合ガス（例えばアルゴンとヘリウムの混合ガス）を用いるのがよい。
【００１８】
図４は、プラズマ溶射ガン１２を用いて鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、図４（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を従来同様に酸などで洗浄することで活性化し、次に、図４（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。下地層４の厚さは例えば０．５〜１．０μm とされる。ニッケルストライクメッキの方法は特に限定されず従来と同様に行うことができ、例えば、めっき液として硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸を主成分とする水溶液を用いる所謂ワット浴を用いる電気メッキにより行う。次に、図４（Ｃ）に示すように、プラズマ溶射ガン１２を用い、金属チタンをプラズマ１３中で溶融させ、そのプラズマ１３を下地面４ａに吹きつける溶射により金属チタン３を下地面４ａに付着させる。プラズマ１３中において溶融した金属チタンの微粒子３′は、下地面４ａに付着した時点で急冷されることで微細な粒子状状の金属チタン３となり、下地面４ａにおいて分散して配置される。この際、金属チタンが酸化するのを防止するため、シールドガス１４を下地面４ａに向かい噴出するのが好ましい。次に、図４（Ｄ）に示すように、鋼製部材１を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層２を下地層４の上に形成することで、鋼製部材１とめっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３を配置する。めっき層２の形成方法は特に限定されず従来と同様に形成でき、例えば亜鉛イオンとニッケルイオンを含有するめっき浴を用いた電気めっきにより形成する。次に、図４（Ｅ）に示すように、めっき層２を３価クロム化成処理により３価クロム層５により被覆する。３価クロム層５の形成方法は特に限定されず従来と同様に形成でき、例えば市販の３価クロム化成処理剤を用いて化成皮膜を形成する。しかる後に、鋼製部材１から水素を除去する脱水素処理を行い、例えば従来同様に大気中での１９１℃、約２４時間のベーキングにより行う。
【００１９】
図５は、第１実施形態に係るめっき層２の下地面４ａに金属チタン３をブラスト処理により供給するための多数の粒子２１を示す。本実施形態の各粒子２１はアルミナ（酸化アルミニウム）、二酸化珪素、炭化珪素、あるいは窒化珪素等のセラミック製のボールとされ、その直径は例えば約０．２〜約１ｍｍとされる。図５（Ａ）に示すように、各粒子２１は、金属チタンを収納した坩堝（図示省略）と共に真空容器２２に入れられ、真空内でチタン蒸気が発生するまで金属チタンは高温に加熱される。これにより、図５（Ｂ）に示すように、各粒子２１の表面に金属チタン３が蒸着される。
【００２０】
図６は、ブラスト処理により鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、上記の溶射による場合と同様に、図６（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を酸などで洗浄することで活性化し、図６（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。次に、図６（Ｃ）に示すように、表面に金属チタン３が付着した多数の粒子２１をブラスト処理装置２３を用いて加速し、高速で下地面４ａに衝突させるブラスト処理により、金属チタン３を下地面４ａに付着させる。粒子２１の表面の金属チタン３は鱗片状となって下地面４ａに転写され、下地面４ａにおいて分散して配置される。ブラスト処理装置２３は、例えば高圧空気により粒子２１を加速して噴出する公知の装置を用いることができる。この際、金属チタンが酸化するのを防止するため、アルゴン等の第０属元素のガスや、これらの混合ガスを、粒子を加速するガスやシールドガスとして下地面４ａに向かい噴出するのが好ましい。次に、上記の溶射による場合と同様に、図４（Ｄ）に示すように、鋼製部材１を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層２を下地層４の上に形成することで、鋼製部材１とめっき層２との間に水素吸収機能を有する金属チタン３を配置し、図４（Ｅ）に示すように、めっき層２を３価クロム層５により被覆し、しかる後に脱水素処理を行う。
【００２１】
図７は、第２実施形態に係るめっき層２′を形成するための金属チタン３が分散するめっき浴を有する機構を示す。すなわち、めっき槽３２に貯留されるめっき液３１は水溶液であり、その中に陽極３３及びめっき対象の下地層４で被覆された鋼製部材１が陰極として配置され、両極は電源３４に接続される。本実施形態では、めっき液３１に亜鉛イオンとニッケルイオンが含有され、その含有量は例えばめっき層２′でのニッケル共析率が１２％〜１８％となるように設定される。なお、陽極３３としてめっき層２′を構成するニッケルや亜鉛を用いてもよいが、本実施形態では陽極３３として例えば白金のようなめっき液３１に溶解しない材料が用いられる。また、めっき液３１内のイオン濃度を維持するため、めっき槽３２に通じる補助槽３５に亜鉛イオンの供給用亜鉛ブロック３６が設置され、循環ポンプ３７によりめっき液３１はめっき槽３２と補助槽３５の間で循環され、また、ニッケルイオンの供給のためにニッケル塩等の薬剤３８がめっき処理の進行に応じて補充される。これにより、めっき層２′の亜鉛−ニッケル合金の合金割合を一定に維持することが図られている。多数の微粒子状の金属チタン３をめっき液３１内に投入し、その金属チタン３とめっき液３１とを混合する。金属チタン３はめっき液３１に溶解しないので、めっき液３１内で多数の微粒子状の金属チタン３が分散する。金属チタン３の各粒子直径は例えば１μｍ程度〜十数μｍ程度が適するとされる。攪拌器３９によってめっき液３１を攪拌することで、多数の微粒子状の金属チタン３が凝集するのを防止するのが好ましい。
【００２２】
図８は、金属チタン３を混合されためっき液３１を用いためっき処理を介して鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、上記の溶射による場合と同様に、図８（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を酸などで洗浄することで活性化し、図８（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。次に、図８（Ｃ）に示すように、多数の微粒子状の金属チタン３をめっき液３１内に分散させ、多数の微粒子状の金属チタン３が分散する状態のめっき液３１内で、めっき層２′を電気めっきにより形成する。この際、成長しつつある亜鉛−ニッケル合金のめっき層２′内に金属チタン３が取り込まれるので、めっき層２′を形成しつつ、めっき層２′の内部に金属チタン３を配置することができる。これにより、図８（Ｄ）に示すように、めっき層２′の内部に多数の微粒子状の金属チタン３を分散して配置することができる。次に、上記の溶射による場合と同様に、図８（Ｅ）に示すように、めっき層２′を３価クロム層５により被覆し、しかる後に脱水素処理を行う。
【００２３】
図９は、第２実施形態に係るめっき層２′を形成するためのチタニルイオンが溶解するめっき浴を有する機構を示す。図７に示す機構との相違は、多数の微粒子状の金属チタン３をめっき液３１内に投入するのに代えて、チタニルイオンをめっき液３１に溶解させる点にある。本実施形態では、チタニルイオン含有薬剤を含む布状部材４１をめっき液３１内に浸漬するように吊り下げることで、チタニルイオンをめっき液３１に溶解させている。チタニルイオン含有薬剤は特に限定されず、例えば硫酸チタニル（ＴｉＯＳＯ4 ）を用いる。めっき液３１におけるチタン濃度は、例えばめっき層内にチタンが０．５重量％程度含有するに適したものとする。さらに、めっき液３１はもともと水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が添加されているためアルカリ性となっているが、これに過酸化水素（Ｈ2 Ｏ2 ）を添加し、アルカリ浴により亜鉛−ニッケル合金めっき層２′を形成するものとしている。攪拌器３９によってめっき液３１を攪拌することで、チタニルイオンが常にめっき対象の陽極に向かう流れを形成するのが好ましい。
【００２４】
図１０は、チタニルイオンが溶解するめっき液３１を用いためっき処理を介して鋼製部材１を処理する手順を示す。まず、上記の溶射による場合と同様に、図１０（Ａ）に示す鋼製部材１の表面を酸などで洗浄することで活性化し、図１０（Ｂ）に示すようにニッケルストライクメッキにより下地層４を形成する。次に、図１０（Ｃ）に示すように、チタニルイオンをめっき液３１に溶解させ、そのめっき液３１内でめっき層２′を電気めっきにより形成する。この際、成長しつつある亜鉛−ニッケル合金のめっき層２′内で金属チタン３が析出するので、めっき層２′を形成しつつ、めっき層２′の内部に金属チタン３を配置することができる。これにより、図１０（Ｄ）に示すように、めっき層２′の内部に多数の微粒子状の金属チタン３を分散して配置することができる。次に、上記の溶射による場合と同様に、図１０（Ｅ）に示すように、めっき層２′を３価クロム層５により被覆し、しかる後に脱水素処理を行う。
【００２５】
図１１は第１実施形態のめっき層２に被覆された鋼製部材１の作用を示し、図１２は第１実施形態のめっき層２′に被覆された鋼製部材１の作用を示す。すなわち、長期間の使用等によって３価クロム層５の一部に綻び部３ａが生じ、外面に塩水や泥水のような液体５０が付着し、めっき層２、２′において金属組成の不均一に起因して電位差が生じ、その電位差により電流が流れることで綻び部３ａから鋼製部材１に侵入しようとする水素５１が、金属チタン３に吸収される状態を示す。これにより鋼製部材１の再水素脆化を防止できる。
【００２６】
図１３は、従来の金属チタンを含まない亜鉛−ニッケル合金めっき層で被覆され、７００時間の塩水噴霧を経た高強度鋼の試験片の組成を示す。図１４は、図９、図１０に示す方法で形成された亜鉛−ニッケル合金めっき層２′により被覆され、７００時間の塩水噴霧を経た高強度鋼の試験片の組成を示す。各組成はＧＤＳ（グロー放電発光表面分析装置）により分析した。各図における横軸は３価クロム層５が存在している表面からの深さ（μｍ）であり、縦軸は各組成の割合（重量％）である。なお、図では亜鉛、ニッケル、チタン、水素、鉄（Ｆｅ）の組成を示し、水素の含有率は１５００倍に、チタンの含有率は１００倍にそれぞれ拡大して示しているが、他の微量しか含まれないため図面上で識別困難な組成は図示省略している。図１３に示すように従来の亜鉛−ニッケル合金のめっき層により高強度鋼を被覆した場合、水素がめっき層だけでなく高強度鋼（鉄が組成の大部分を示す部分）においても検出されているのに対し、本願実施形態によればめっき層２′において水素は検出されるが、高強度鋼においては水素は実質的に検出されていないのを確認できる。すなわち、めっき層２′におけるチタンが水素を吸収することで、高強度鋼側への水素の拡散が防止されている。
【００２７】
本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、下地層や３価クロム層は必須ではない。また、下地面にチタンを付着させる場合、プラズマ中に金属チタンと共に他の適当な物質を併せて供給してもよいし、金属チタンが付着した粒子に代えて多数の微粒子状の金属チタンを下地面に衝突させてもよいし、溶射やブラスト処理に代えて真空中での蒸着により金属チタンを付着させてもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…鋼製部材、２、２′…めっき層、３…金属チタン、４…下地層、３１…めっき液。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製部材を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層を形成する工程を含む鋼製部材の処理方法において、
前記鋼製部材と前記めっき層との間、または、前記めっき層の内部に、水素吸収機能を有する金属チタンを配置する工程と、
前記金属チタンの配置後に前記鋼製部材から水素を除去する脱水素処理工程とを備えることを特徴とする鋼製部材の処理方法。
【請求項２】
前記金属チタンを前記めっき層の下地面に付着させ、しかる後に、前記めっき層を形成することで前記鋼製部材と前記めっき層との間に前記金属チタンを配置する請求項１に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項３】
前記金属チタンをプラズマ中で溶融させ、そのプラズマを前記下地面に吹きつける溶射により、前記金属チタンを前記下地面に付着させる請求項２に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項４】
表面に前記金属チタンが付着した多数の粒子、または、多数の微粒子状の前記金属チタンを、前記下地面に衝突させるブラスト処理により、前記金属チタンを前記下地面に付着させる請求項２に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項５】
多数の微粒子状の前記金属チタンをめっき液内に分散させ、しかる後に、微粒子状の前記金属チタンが分散する状態の前記めっき液内で、前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置する請求項１に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項６】
チタニルイオンをめっき液に溶解させ、しかる後に、前記めっき液内で前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置する請求項１に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項７】
前記金属チタンの配置前に前記鋼製部材を被覆するニッケル下地層を形成し、前記下地層の表面を前記めっき層の下地面とする請求項１〜６の中の何れかに記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項８】
請求項１〜７の中の何れかの方法により処理されている鋼製部材。
【請求項１】
鋼製部材を被覆する亜鉛−ニッケル合金のめっき層を形成する工程を含む鋼製部材の処理方法において、
前記鋼製部材と前記めっき層との間、または、前記めっき層の内部に、水素吸収機能を有する金属チタンを配置する工程と、
前記金属チタンの配置後に前記鋼製部材から水素を除去する脱水素処理工程とを備えることを特徴とする鋼製部材の処理方法。
【請求項２】
前記金属チタンを前記めっき層の下地面に付着させ、しかる後に、前記めっき層を形成することで前記鋼製部材と前記めっき層との間に前記金属チタンを配置する請求項１に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項３】
前記金属チタンをプラズマ中で溶融させ、そのプラズマを前記下地面に吹きつける溶射により、前記金属チタンを前記下地面に付着させる請求項２に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項４】
表面に前記金属チタンが付着した多数の粒子、または、多数の微粒子状の前記金属チタンを、前記下地面に衝突させるブラスト処理により、前記金属チタンを前記下地面に付着させる請求項２に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項５】
多数の微粒子状の前記金属チタンをめっき液内に分散させ、しかる後に、微粒子状の前記金属チタンが分散する状態の前記めっき液内で、前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置する請求項１に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項６】
チタニルイオンをめっき液に溶解させ、しかる後に、前記めっき液内で前記めっき層を電気めっきにより形成することで、前記めっき層を形成しつつ前記めっき層の内部に前記金属チタンを配置する請求項１に記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項７】
前記金属チタンの配置前に前記鋼製部材を被覆するニッケル下地層を形成し、前記下地層の表面を前記めっき層の下地面とする請求項１〜６の中の何れかに記載の鋼製部材の処理方法。
【請求項８】
請求項１〜７の中の何れかの方法により処理されている鋼製部材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２３５９７３（Ｐ２０１０−２３５９７３Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８２４８６（Ｐ２００９−８２４８６）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【出願人】（０００１０９６５７）ディップソール株式会社 (25)
【出願人】（３０５０２１７０８）旭金属工業株式会社 (4)
【出願人】（５９２１１８１０３）メイラ株式会社 (19)
【出願人】（３９１００６２３４）社団法人日本航空宇宙工業会 (45)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【出願人】（０００００１９９３）株式会社島津製作所 (3,708)
【出願人】（０００００５３４８）富士重工業株式会社 (3,010)
【出願人】（０００１８３３６９）住友精密工業株式会社 (336)
【出願人】（０００１０９６５７）ディップソール株式会社 (25)
【出願人】（３０５０２１７０８）旭金属工業株式会社 (4)
【出願人】（５９２１１８１０３）メイラ株式会社 (19)
【出願人】（３９１００６２３４）社団法人日本航空宇宙工業会 (45)
【Ｆターム（参考）】
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