微細結晶−アモルファス混在金合金およびめっき皮膜、そのためのめっき液およびめっき皮膜形成方法
【課題】電気特性及び機械特性に優れた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜およびそのめっき方法を提供する。
【解決手段】結晶相の体積分率で１０〜９０％となるよう微細結晶相とアモルファス相を混在させることにより、結晶構造とアモルファス構造の利点を兼ね備えた物性を得る。微細結晶の平均粒径は３０ｎｍ以下、微細結晶の体積分率は１０〜９０％、ヌープ硬度はＨｋ１８０以上、比抵抗は２００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。金本来の良好な比抵抗値や化学的安定性を実用上問題にならない程度に維持しつつ、硬度や耐摩耗性が向上したものであり、コネクタ、リレー等の電気・電子部品の接点材料として有用である。
【解決手段】結晶相の体積分率で１０〜９０％となるよう微細結晶相とアモルファス相を混在させることにより、結晶構造とアモルファス構造の利点を兼ね備えた物性を得る。微細結晶の平均粒径は３０ｎｍ以下、微細結晶の体積分率は１０〜９０％、ヌープ硬度はＨｋ１８０以上、比抵抗は２００μΩ・ｃｍ以下であることを特徴とする。金本来の良好な比抵抗値や化学的安定性を実用上問題にならない程度に維持しつつ、硬度や耐摩耗性が向上したものであり、コネクタ、リレー等の電気・電子部品の接点材料として有用である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器部品の端子のめっき皮膜として有用であり、電気特性及び機械特性に優れた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜、この微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を成膜できる電気めっき液、及びこの電気めっき液を用いた電気めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子部品のコネクタ、電気機械式小型リレー、プリント配線板などにおいて、特に、高信頼性を要求される部位の電気接点材料として、現在、硬質金めっき皮膜と呼ばれる金めっき皮膜が広く使用されている。硬質金めっき皮膜は、金にコバルト、ニッケル等が添加されたもので、金本来の良好な導電性や化学的安定性を低下させることなく皮膜の硬度を向上させたものである。この硬質金めっき皮膜は、金の微細結晶（２０〜３０ｎｍ）が集合した微細構造を有しており、この微細構造により、接点材料に要求される耐摩耗性を得るために最低限必要とされる硬さ（ヌープ硬さでＨｋ１７０程度）が得られるものと考えられる。
【０００３】
一方、近年の電子部品の小型化に伴い、電気接点のサイズも微小化しているが、このような微小接点において形成されるめっき皮膜も小サイズ化、薄膜化され、高い摩耗性を得るために更なる硬度の向上が求められている。
【０００４】
また、近い将来には、接点のサイズが上述した硬質金めっき皮膜の微細結晶のサイズに近づくものと考えられ、このような微細な接点上に、上述したような硬質金めっき皮膜を形成した場合、皮膜を構成する微細結晶の絶対数が少なくなるために、現在適用されている程度の大きさの接点上に硬質金めっき皮膜を形成した場合と同等の耐久性が得られなくなることが予想される。そこで本発明者らは微細結晶を有さない均質なアモルファス相で形成されたアモルファス金合金めっき皮膜を発明した（例えば、特許文献６〜８）。しかしながら、金本来の良好な比抵抗や化学的安定性を実用上問題にならない程度に維持しつつ、硬度が向上したものを得るという目的においては、なお改善の余地があるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある。
【特許文献１】特開昭６０−３３３８２号公報
【特許文献２】特開昭６２−２９０８９３号公報
【特許文献３】特許第３４５２７２４号公報
【特許文献４】特許第３９８３２０７号公報
【特許文献５】特開２００４−３００４８３号公報
【特許文献６】特開２００６−２４１５９４号公報
【特許文献７】特開２００７−９２１５７号公報
【特許文献８】特開２００７−１６９７０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】川合慧，「金−ニッケル合金メッキの析出構造の研究」，金属表面技術，１９６８年，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１２，ｐ．４８７−４９１
【非特許文献２】清水保雄 他１名，「電析Ａｕ−Ｎｉ合金の微細構造と相に関する電子顕微鏡的研究」，金属表面技術，１９７６年，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１，ｐ．２０−２４
【非特許文献３】渡辺徹著，「ファインプレーティング めっき膜の構造制御技術とその解析法」，技術情報協会，２００２年２月，ｐ２５６−２６２
【非特許文献４】小見崇 他２名，「Ｎｉ−Ｗ合金めっき皮膜の高Ｗ含有率化と皮膜特性」，金属表面技術，１９８８年，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１２，ｐ．８０９−８１２
【非特許文献５】渡辺徹，「めっき法による非晶質合金の形成機構」，表面技術，１９８９年，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３，ｐ．２１−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、良好な導電性や化学的安定性を有しつつ硬度が向上した耐摩耗性に優れた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜、この微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を成膜できる電気めっき液、及びこの電気めっき液を用いた電気めっき方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねる中で、微小接点でも硬度を下げることがないめっき皮膜の微細構造としては、結晶性の構造よりもアモルファス相構造の方が、金本来の良好な比抵抗や化学的安定性を実用上問題にならない程度に維持しつつ、硬度や耐摩耗性を向上せしめることができるものの、電子の平均自由行程が結晶皮膜に比べて短いため、電気伝導性が低く、また内部応力によりめっき膜にクラックが発生しやすくなることも予想した上で研究を進めたところ、シアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩を所定濃度で含有し、好ましくは更に、有機酸、無機酸又はその塩等の錯化剤とアンモニアまたはアンモニウムイオンを含有する液安定性の良好な電気めっき液を用いて電気めっきすることにより、驚くべきことに微細結晶相とアモルファス相を混在して形成された微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜が得られること、およびこの膜が、金本来の良好な比抵抗値や化学的安定性を実用上有用な程度に保ちつつ、硬度が向上したものとなることを発見し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、（１）微細結晶相とアモルファス相が混在して形成されてなることを特徴とする微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜、（２）シアン化金塩を金基準で０．０００１〜０．４ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度、ニッケル塩をニッケル基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度、および／またはコバルト塩をコバルト基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度で含有し、好ましくは更に、有機酸、無機酸又はその塩等の錯化剤を０．００１〜２．０ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度、アンモニアまたはアンモニウムイオンを０．００１〜５．０ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度含有することを特徴とする液安定性の良好な電気めっき液、並びに（３）この電気めっき液を用いて被めっき物上に微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を形成することを特徴とする電気めっき方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、微細結晶相とアモルファス相が混在して形成されており、その結果金本来の良好な比抵抗値や化学的安定性を実用上有用な程度に保ちつつ、硬度が向上したものであることから、リレー等の電気・電子部品の接点材料として有用である。一般的に微細結晶からなる結晶膜の場合、構成する結晶粒の大きさが小さくなると、ある限界（例えばニッケルの場合は４ｎｍ位）までは硬度が増大するが、さらに結晶粒が小さくなると硬度が低下してしまうことが知られている。金においても一般論が適用できるかどうかは実測した例がないが、金において、初めて微結晶−アモルファス混在結晶膜を実現した本発明によって、微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜が、そのような問題点をすべて解決し、かつ電気伝導性も高く、クラックの発生もしにくいため、コネクタやリレー等の電気・電子部品の微小接点材料として十分に適用可能なものであることを、初めて確認したのである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１，２，３，４，５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜及び比較例１，２で得られた金合金めっき皮膜のＸＲＤパターンを示す図である。
【図２】実施例１で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１０万倍）を示す図である。
【図３】実施例１で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図４】実施例１で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図５】実施例２で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（５０万倍）を示す図である。
【図６】実施例２で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図７】実施例２で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図８】実施例３で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（３０万倍）を示す図である。
【図９】実施例３で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図１０】実施例３で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図１１】実施例４で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（２０万倍）を示す図である。
【図１２】実施例４で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（７０万倍）を示す図である。
【図１３】実施例４で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図１４】実施例５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（４０万倍）を示す図である。
【図１５】実施例５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図１６】実施例５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図１７】比較例１で得られたアモルファス金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図１８】比較例１で得られたアモルファス金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、微細結晶相とアモルファス相が混在して形成されている。
【００１３】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、金にニッケルおよび／またはコバルトを含むものであると共に、その微細構造は、微細結晶相とアモルファス相を混在した構造であり、これらの特徴により、純アモルファス構造のアモルファス金合金めっき皮膜と比べて良好な比抵抗値及び化学的安定性と共に、高い硬度が達成される。このような微細結晶相とアモルファス相を混在した構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターン、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像及び透過型高エネルギー電子線回折（ＴＨＥＥＤ）像により確認することができる。
【００１４】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、高硬度を維持する観点から微細結晶の平均粒径が３０ｎｍ以下、特に２０ｎｍ以下、更に１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、金本来の特性（良好な比抵抗値や化学的安定性）もしくは従来の金又は金合金めっき皮膜にはない高い硬度を維持する観点から、微細結晶の体積分率が１０〜９０％、特に１５〜６０％であることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、ヌープ硬さがＨｋ１８０以上、特にＨｋ２２０以上、更にはＨｋ３００以上、とりわけＨｋ３５０以上、また、比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以下、特に１５０μΩ・ｃｍ以下、とりわけ１００μΩ・ｃｍ以下という、優れた硬度と比抵抗を有する微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を得ることができる。また、本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、３００℃以下のアニール処理（１時間保持）では、微細結晶相とアモルファス相を混在した構造が変化する（即ち、結晶化が起こって、微細結晶の平均粒径や体積分率が増大する）ことはない。
【００１７】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、その優れた比抵抗値及び化学的安定性と共に、従来の金又は金合金めっき皮膜にはない高い硬度を有するという特徴から、電磁開閉器、ブレーカー、サーモスタット、リレー、タイマー、各種スイッチ、プリント配線基板などの電気・電子部品の端子等の導通接点として有効である。
【００１８】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、組成式：Ａｕ１００−ｘ−ｙＭｘ Ｃｙ（ただし、ＡｕまたはＭが主成分であり不可避不純物が含有されても良く、ＭはＮｉおよび／またはＣｏであり、Ｃは炭素である。１原子％≦ｘ≦８０原子％、１原子％≦ｙ≦３０原子％）で表すことができる。
【００１９】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、シアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩を含有する電気めっき液を用いた電気めっきにより形成することができる。
【００２０】
この電気めっき液にはシアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩が含まれるが、シアン化金塩として具体的には、シアン化金カリウム、シアン化金ナトリウム、シアン化金リチウムなど、ニッケル塩として具体的には、硫酸ニッケル、硝酸ニッケルなど、コバルト塩として具体的には、硫酸コバルト、硝酸コバルトなどが挙げられる。めっき液中のシアン化金塩濃度は金基準で０．０００１〜０．４ｍｏｌ／ｄｍ３、好ましくは０．００１〜０．２ｍｏｌ／ｄｍ３、より好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌ／ｄｍ３、ニッケル塩濃度はニッケル基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３、好ましくは０．０１〜０．２ｍｏｌ／ｄｍ３、コバルト塩濃度はコバルト基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３、好ましくは０．０１〜０．２ｍｏｌ／ｄｍ３である。めっき液中の金とニッケルおよび／またはコバルトの比率〔（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ａｕ〕は、モル比として好ましくは０．０１〜３００、より好ましくは１〜３０の範囲である。
【００２１】
また、この電気めっき液は、更に錯化剤を含有することが好ましい。この錯化剤としては錯化作用及びｐＨ緩衝作用を有する有機酸、無機酸又はその塩が挙げられ、有機酸、無機酸及びその塩としてはくえん酸、酒石酸、りんご酸、ピロりん酸、りん酸、スルファミン酸及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられる。めっき液中の錯化剤の濃度は０．００１〜２．０ｍｏｌ／ｄｍ３、特に０．０１〜１．０ｍｏｌ／ｄｍ３、とりわけ０．１〜０．３ｍｏｌ／ｄｍ３であることが好ましい。めっき液中の錯化剤とニッケルおよび／またはコバルトの比率〔錯化剤／（Ｎｉ＋Ｃｏ）〕は、モル比として好ましくは０．０１〜１００、より好ましくは１〜４の範囲である。
【００２２】
また、この電気めっき液は、更にアンモニアまたはアンモニウムイオンを含有することが好ましい。アンモニアまたはアンモニウムイオンとして具体的には、アンモニア水、硫酸アンモニウム、錯化剤のアンモニウム塩などが挙げられる。めっき液中のアンモニアまたはアンモニウムイオンの濃度は０．００１〜５．０ｍｏｌ／ｄｍ３、特に０．０１〜２．０ｍｏｌ／ｄｍ３であることが好ましい。このアンモニアは、結晶相の平均粒径、微細結晶（またはアモルファス）の体積分率といった、めっき膜の結晶状態、めっき浴の安定性に大きく関与する。
【００２３】
なお、この電気めっき液のｐＨは３〜１１、特にｐＨ５〜９、とりわけｐＨ６前後が好ましい。ｐＨ調整には、アンモニア水、水酸化カリウムなどの従来公知のｐＨ調整剤を用いることができる。
【００２４】
さらに、この電気めっき液には、めっき膜の膜物性（微細結晶の体積分率および平均粒径、ＸＲＤパターンのピーク半値幅、ヌープ硬さ、比抵抗）および膜組成に大きな影響を与えない限り、必要に応じて、光沢性向上、ピット防止、導電性付与、緩衝性付与、使用可能な電流密度範囲拡大、析出速度促進、耐熱性向上、濡れ性改善などの目的で界面活性剤、溶剤などの各種添加剤を含有できる（例えば、特開平７−１１４７６号公報、特開２００４−７６０２６号公報、特開２００６−３７１６４号公報を参照）。
【００２５】
電気めっき条件は、特に限定されるものではないが、めっき温度は２０〜９５℃、特に５０〜９０℃が好適である。陰極電流密度もめっき液の組成により変わり、特に限定されるものではないが、低電流密度域（例えば１ｍＡ／ｃｍ２以上１０ｍＡ／ｃｍ２未満）及び高電流密度域（例えば１０ｍＡ／ｃｍ２を超え２００ｍＡ／ｃｍ２以下）の両方で微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を得ることができる。また、アノードには白金等の不溶性アノードを用いることができる。また、ニッケルおよび／またはコバルトをアノードとして用いてもよい。一方、被めっき物としては、電気配線などに用いられる銅、ニッケルなどの金属材料が挙げられる。この金属材料は、金属基材又は非金属基材上に下地層として形成したものであってもよい。なお、撹拌の有無は問わないが、撹拌下でめっきすることが好ましく、また、パルス電流により電流を印加してもよい。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、実施例において、各分析、測定の方法及び条件は、以下のとおりである。
【００２７】
結晶性、結晶粒径
理学電機社製 ＲＩＮＴ２１００‐Ｕｌｔｉｍａ＋による：ＸＲＤ法 ＣｕＫα（４０ｋＶ／４０ｍＡ）
または、日立ハイテクノロイジーズ社製 ＨＦ−２２００による：ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ法 加速電圧２００Ｖ 明視野像
体積分率
日立ハイテクノロイジーズ社製 ＨＦ−２２００による：ＴＥＭ法及びＴＨＥＥＤ法 加速電圧２００Ｖ 明視野像
金属組成
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 ＳＥＡ５１００による：ＥＤＸＲＦ法
非金属元素測定
堀場製作所社製 ＥＭＩＡ−９２０V、米国ＬＥＣＯ社製 ＴＣ−４３６による
ヌープ硬さ
ＪＩＳ Ｚ ２２５１に準じて測定：荷重５ｇｆ 荷重保持時間３０秒 銅板上に形成された３０μｍ厚みのめっき皮膜で測定した
比抵抗
共和理研社製 Ｋ−７０５ＲＳによる：ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準じて測定（四探針法）
【００２８】
[実施例１]
ＫＡｕ（ＣＮ）２を０．０３５ｍｏｌ／ｄｍ３、ＮｉＳＯ4・６Ｈ２Ｏを０．０７６ｍｏｌ／ｄｍ３、くえん酸三アンモニウムを０．２１ｍｏｌ／ｄｍ３含有し、ＫＯＨおよび硫酸によりｐＨを６に調整した電気めっき液を用い、温度７０℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で純度９９．９６％の銅板上に微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜（膜厚１μｍ）を形成した。なお、アノードには白金被覆チタン電極（網状）を用い、めっき中のめっき浴は激しく撹拌した。
【００２９】
得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜をＸＲＤ、ＴＥＭおよびＴＨＥＥＤにより分析した。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図２〜４に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１０ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は５０％であった。一方、得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が４１．２原子％、ニッケルが４６．０原子％、非金属元素として炭素が１２．８原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ３４７、比抵抗は８９μΩ・ｃｍであった。
【００３０】
[実施例２]
ｎ−プロパノールを２０ｖｏＬ％添加した以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図５〜７に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１０ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は５０％であった。一方、得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が４８．１原子％、ニッケルが３８．１原子％、非金属元素として炭素が１３．８原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ３４８、比抵抗は８９μΩ・ｃｍであった。
【００３１】
[実施例３]
くえん酸濃度を０．１４３ｍｏｌ／ｄｍ３、アンモニア濃度を１．２ｍｏｌ／ｄｍ３とし、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２（通電時間５０秒）と１０ｍＡ／ｃｍ２（通電時間５秒）で間髪入れずに交互に電解めっきした以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図８〜１０に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。定電流めっきの場合は電流密度１ｍＡ／ｃｍ２で結晶相のみ、１０ｍＡ／ｃｍ２でアモルファス相のみが得られた。この結果から、パルスめっきで得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１０ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は６０％であった。一方、得られためっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が４７．４原子％、ニッケルが４７．０原子％、非金属元素として炭素が５．６原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ２２２、比抵抗は５７μΩ・ｃｍであった。
【００３２】
[実施例４]
くえん酸濃度を０．１４３ｍｏｌ／ｄｍ３、アンモニア濃度を１．２ｍｏｌ／ｄｍ３、電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られたアモルファス金合金めっき皮膜を、アニール温度（保温温度）４００℃、昇温速度１０℃／分、保温１時間、大気雰囲気下でアニール処理しためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図１１〜１３に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１５ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は６０％であった。
【００３３】
[実施例５]
ＫＡｕ（ＣＮ）２を０．０３５ｍｏｌ／ｄｍ３、ＣｏＳＯ4・７Ｈ２Ｏを０．０７６ｍｏｌ／ｄｍ３、くえん酸・Ｈ２Ｏを０．１ｍｏｌ／ｄｍ３含有し、アンモニア濃度を０．４４ｍｏｌ／ｄｍ３とし、ＫＯＨおよび硫酸によりｐＨを６に調整した電気めっき液を用い、温度７０℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で純度９９．９６％の銅板上に微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜（膜厚１μｍ）を形成した。なお、アノードには白金被覆チタン電極（網状）を用い、めっき中のめっき浴は激しく撹拌した。
【００３４】
得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜をＸＲＤ、ＴＥＭおよびＴＨＥＥＤにより分析した。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図１４〜１６に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は５ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は１５％であった。一方、得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さを測定した。金属元素として金が３６．４原子％、コバルトが４０．６原子％、非金属元素として炭素が２３．０原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ１８０であった。
【００３５】
[比較例１]
くえん酸濃度を０．１４３ｍｏｌ／ｄｍ３、アンモニア濃度を０．４６ｍｏｌ／ｄｍ３とした以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図１７〜１８に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近にはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像にはアモルファス特有の不規則構造が確認でき、結晶粒界や結晶縞のような規則的構造は確認できなかった。そして、ＴＨＥＥＤパターンにはアモルファス特有のハローリングが確認できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶を有さない均質なアモルファス構造をとっていることがわかる。また、得られためっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が１５．２原子％、ニッケルが６７．５原子％、非金属元素として炭素が１７．３原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ４３５、比抵抗は２５１μΩ・ｃｍであった。
【００３６】
[比較例２]
ＫＡｕ（ＣＮ）２を０．０４ｍｏｌ／ｄｍ３、ＮｉＳＯ4・６Ｈ２Ｏを０．００８５ｍｏｌ／ｄｍ３、くえん酸・Ｈ２Ｏを０．５ｍｏｌ／ｄｍ３、ＫＯＨを０．７ｍｏｌ／ｄｍ３含有し、硫酸によりｐＨを３．５に調整した電気めっき液を用い、温度３０℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で純度９９．９６％の銅板上に硬質金めっき皮膜（膜厚１μｍ）を形成した。なお、アノードには白金被覆チタン電極（網状）を用い、めっき中のめっき浴は緩やかに撹拌した。
【００３７】
得られた硬質金めっき皮膜をＸＲＤ、ＴＥＭおよびＴＨＥＥＤにより分析した。ＸＲＤパターンを図１に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝３８度付近にはＡｕ（１１１）由来の鋭いピークが確認できる。また、ＴＥＭ像とＴＨＥＥＤパターンからも結晶であることを確認した。この結果から、得られためっき皮膜は、アモルファス相を有さない多結晶構造をとっていることがわかる。また、ＸＲＤパターンから算出した結果、結晶の平均粒径は１３ｎｍであった。一方、得られためっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が９６．５原子％、ニッケルが０．７７原子％、非金属元素として炭素が２．７原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ１６０、比抵抗は１７μΩ・ｃｍであった。
【００３８】
なお、図１に示したＸＲＤパターンにおいて、２θ＝５０°付近に見られる鋭いピークは基板の銅によるものである。
【００３９】
また、実施例１の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のヌープ硬さは、金めっき皮膜の中では硬度が高いとされるアディティブフリーハードゴールド（ＡＦＨＧ）、ニッケルハードゴールド（ＮｉＨＧ）、ＣｏＨＧのヌープ硬さがＨｋ２００に届かない程度であるのに対し、それらの２〜３倍に相当する高い硬度を有していることがわかる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器部品の端子のめっき皮膜として有用であり、電気特性及び機械特性に優れた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜、この微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を成膜できる電気めっき液、及びこの電気めっき液を用いた電気めっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気・電子部品のコネクタ、電気機械式小型リレー、プリント配線板などにおいて、特に、高信頼性を要求される部位の電気接点材料として、現在、硬質金めっき皮膜と呼ばれる金めっき皮膜が広く使用されている。硬質金めっき皮膜は、金にコバルト、ニッケル等が添加されたもので、金本来の良好な導電性や化学的安定性を低下させることなく皮膜の硬度を向上させたものである。この硬質金めっき皮膜は、金の微細結晶（２０〜３０ｎｍ）が集合した微細構造を有しており、この微細構造により、接点材料に要求される耐摩耗性を得るために最低限必要とされる硬さ（ヌープ硬さでＨｋ１７０程度）が得られるものと考えられる。
【０００３】
一方、近年の電子部品の小型化に伴い、電気接点のサイズも微小化しているが、このような微小接点において形成されるめっき皮膜も小サイズ化、薄膜化され、高い摩耗性を得るために更なる硬度の向上が求められている。
【０００４】
また、近い将来には、接点のサイズが上述した硬質金めっき皮膜の微細結晶のサイズに近づくものと考えられ、このような微細な接点上に、上述したような硬質金めっき皮膜を形成した場合、皮膜を構成する微細結晶の絶対数が少なくなるために、現在適用されている程度の大きさの接点上に硬質金めっき皮膜を形成した場合と同等の耐久性が得られなくなることが予想される。そこで本発明者らは微細結晶を有さない均質なアモルファス相で形成されたアモルファス金合金めっき皮膜を発明した（例えば、特許文献６〜８）。しかしながら、金本来の良好な比抵抗や化学的安定性を実用上問題にならない程度に維持しつつ、硬度が向上したものを得るという目的においては、なお改善の余地があるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
なお、本発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある。
【特許文献１】特開昭６０−３３３８２号公報
【特許文献２】特開昭６２−２９０８９３号公報
【特許文献３】特許第３４５２７２４号公報
【特許文献４】特許第３９８３２０７号公報
【特許文献５】特開２００４−３００４８３号公報
【特許文献６】特開２００６−２４１５９４号公報
【特許文献７】特開２００７−９２１５７号公報
【特許文献８】特開２００７−１６９７０６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】川合慧，「金−ニッケル合金メッキの析出構造の研究」，金属表面技術，１９６８年，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．１２，ｐ．４８７−４９１
【非特許文献２】清水保雄 他１名，「電析Ａｕ−Ｎｉ合金の微細構造と相に関する電子顕微鏡的研究」，金属表面技術，１９７６年，Ｖｏｌ．２７，Ｎｏ．１，ｐ．２０−２４
【非特許文献３】渡辺徹著，「ファインプレーティング めっき膜の構造制御技術とその解析法」，技術情報協会，２００２年２月，ｐ２５６−２６２
【非特許文献４】小見崇 他２名，「Ｎｉ−Ｗ合金めっき皮膜の高Ｗ含有率化と皮膜特性」，金属表面技術，１９８８年，Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．１２，ｐ．８０９−８１２
【非特許文献５】渡辺徹，「めっき法による非晶質合金の形成機構」，表面技術，１９８９年，Ｖｏｌ．４０，Ｎｏ．３，ｐ．２１−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、良好な導電性や化学的安定性を有しつつ硬度が向上した耐摩耗性に優れた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜、この微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を成膜できる電気めっき液、及びこの電気めっき液を用いた電気めっき方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねる中で、微小接点でも硬度を下げることがないめっき皮膜の微細構造としては、結晶性の構造よりもアモルファス相構造の方が、金本来の良好な比抵抗や化学的安定性を実用上問題にならない程度に維持しつつ、硬度や耐摩耗性を向上せしめることができるものの、電子の平均自由行程が結晶皮膜に比べて短いため、電気伝導性が低く、また内部応力によりめっき膜にクラックが発生しやすくなることも予想した上で研究を進めたところ、シアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩を所定濃度で含有し、好ましくは更に、有機酸、無機酸又はその塩等の錯化剤とアンモニアまたはアンモニウムイオンを含有する液安定性の良好な電気めっき液を用いて電気めっきすることにより、驚くべきことに微細結晶相とアモルファス相を混在して形成された微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜が得られること、およびこの膜が、金本来の良好な比抵抗値や化学的安定性を実用上有用な程度に保ちつつ、硬度が向上したものとなることを発見し、さらに研究を進めた結果、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、（１）微細結晶相とアモルファス相が混在して形成されてなることを特徴とする微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜、（２）シアン化金塩を金基準で０．０００１〜０．４ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度、ニッケル塩をニッケル基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度、および／またはコバルト塩をコバルト基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度で含有し、好ましくは更に、有機酸、無機酸又はその塩等の錯化剤を０．００１〜２．０ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度、アンモニアまたはアンモニウムイオンを０．００１〜５．０ｍｏｌ／ｄｍ３の濃度含有することを特徴とする液安定性の良好な電気めっき液、並びに（３）この電気めっき液を用いて被めっき物上に微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を形成することを特徴とする電気めっき方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、微細結晶相とアモルファス相が混在して形成されており、その結果金本来の良好な比抵抗値や化学的安定性を実用上有用な程度に保ちつつ、硬度が向上したものであることから、リレー等の電気・電子部品の接点材料として有用である。一般的に微細結晶からなる結晶膜の場合、構成する結晶粒の大きさが小さくなると、ある限界（例えばニッケルの場合は４ｎｍ位）までは硬度が増大するが、さらに結晶粒が小さくなると硬度が低下してしまうことが知られている。金においても一般論が適用できるかどうかは実測した例がないが、金において、初めて微結晶−アモルファス混在結晶膜を実現した本発明によって、微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜が、そのような問題点をすべて解決し、かつ電気伝導性も高く、クラックの発生もしにくいため、コネクタやリレー等の電気・電子部品の微小接点材料として十分に適用可能なものであることを、初めて確認したのである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１，２，３，４，５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜及び比較例１，２で得られた金合金めっき皮膜のＸＲＤパターンを示す図である。
【図２】実施例１で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１０万倍）を示す図である。
【図３】実施例１で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図４】実施例１で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図５】実施例２で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（５０万倍）を示す図である。
【図６】実施例２で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図７】実施例２で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図８】実施例３で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（３０万倍）を示す図である。
【図９】実施例３で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図１０】実施例３で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図１１】実施例４で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（２０万倍）を示す図である。
【図１２】実施例４で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（７０万倍）を示す図である。
【図１３】実施例４で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図１４】実施例５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（４０万倍）を示す図である。
【図１５】実施例５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図１６】実施例５で得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【図１７】比較例１で得られたアモルファス金合金めっき皮膜のＴＥＭ像（１００万倍）を示す図である。
【図１８】比較例１で得られたアモルファス金合金めっき皮膜のＴＨＥＥＤパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について更に詳しく説明する。
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、微細結晶相とアモルファス相が混在して形成されている。
【００１３】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、金にニッケルおよび／またはコバルトを含むものであると共に、その微細構造は、微細結晶相とアモルファス相を混在した構造であり、これらの特徴により、純アモルファス構造のアモルファス金合金めっき皮膜と比べて良好な比抵抗値及び化学的安定性と共に、高い硬度が達成される。このような微細結晶相とアモルファス相を混在した構造は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）パターン、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像及び透過型高エネルギー電子線回折（ＴＨＥＥＤ）像により確認することができる。
【００１４】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、高硬度を維持する観点から微細結晶の平均粒径が３０ｎｍ以下、特に２０ｎｍ以下、更に１５ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、金本来の特性（良好な比抵抗値や化学的安定性）もしくは従来の金又は金合金めっき皮膜にはない高い硬度を維持する観点から、微細結晶の体積分率が１０〜９０％、特に１５〜６０％であることが好ましい。
【００１６】
本発明によれば、ヌープ硬さがＨｋ１８０以上、特にＨｋ２２０以上、更にはＨｋ３００以上、とりわけＨｋ３５０以上、また、比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以下、特に１５０μΩ・ｃｍ以下、とりわけ１００μΩ・ｃｍ以下という、優れた硬度と比抵抗を有する微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を得ることができる。また、本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、３００℃以下のアニール処理（１時間保持）では、微細結晶相とアモルファス相を混在した構造が変化する（即ち、結晶化が起こって、微細結晶の平均粒径や体積分率が増大する）ことはない。
【００１７】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、その優れた比抵抗値及び化学的安定性と共に、従来の金又は金合金めっき皮膜にはない高い硬度を有するという特徴から、電磁開閉器、ブレーカー、サーモスタット、リレー、タイマー、各種スイッチ、プリント配線基板などの電気・電子部品の端子等の導通接点として有効である。
【００１８】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、組成式：Ａｕ１００−ｘ−ｙＭｘ Ｃｙ（ただし、ＡｕまたはＭが主成分であり不可避不純物が含有されても良く、ＭはＮｉおよび／またはＣｏであり、Ｃは炭素である。１原子％≦ｘ≦８０原子％、１原子％≦ｙ≦３０原子％）で表すことができる。
【００１９】
本発明の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜は、シアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩を含有する電気めっき液を用いた電気めっきにより形成することができる。
【００２０】
この電気めっき液にはシアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩が含まれるが、シアン化金塩として具体的には、シアン化金カリウム、シアン化金ナトリウム、シアン化金リチウムなど、ニッケル塩として具体的には、硫酸ニッケル、硝酸ニッケルなど、コバルト塩として具体的には、硫酸コバルト、硝酸コバルトなどが挙げられる。めっき液中のシアン化金塩濃度は金基準で０．０００１〜０．４ｍｏｌ／ｄｍ３、好ましくは０．００１〜０．２ｍｏｌ／ｄｍ３、より好ましくは０．０１〜０．１ｍｏｌ／ｄｍ３、ニッケル塩濃度はニッケル基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３、好ましくは０．０１〜０．２ｍｏｌ／ｄｍ３、コバルト塩濃度はコバルト基準で０．００１〜０．５ｍｏｌ／ｄｍ３、好ましくは０．０１〜０．２ｍｏｌ／ｄｍ３である。めっき液中の金とニッケルおよび／またはコバルトの比率〔（Ｎｉ＋Ｃｏ）／Ａｕ〕は、モル比として好ましくは０．０１〜３００、より好ましくは１〜３０の範囲である。
【００２１】
また、この電気めっき液は、更に錯化剤を含有することが好ましい。この錯化剤としては錯化作用及びｐＨ緩衝作用を有する有機酸、無機酸又はその塩が挙げられ、有機酸、無機酸及びその塩としてはくえん酸、酒石酸、りんご酸、ピロりん酸、りん酸、スルファミン酸及びそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩などが挙げられる。めっき液中の錯化剤の濃度は０．００１〜２．０ｍｏｌ／ｄｍ３、特に０．０１〜１．０ｍｏｌ／ｄｍ３、とりわけ０．１〜０．３ｍｏｌ／ｄｍ３であることが好ましい。めっき液中の錯化剤とニッケルおよび／またはコバルトの比率〔錯化剤／（Ｎｉ＋Ｃｏ）〕は、モル比として好ましくは０．０１〜１００、より好ましくは１〜４の範囲である。
【００２２】
また、この電気めっき液は、更にアンモニアまたはアンモニウムイオンを含有することが好ましい。アンモニアまたはアンモニウムイオンとして具体的には、アンモニア水、硫酸アンモニウム、錯化剤のアンモニウム塩などが挙げられる。めっき液中のアンモニアまたはアンモニウムイオンの濃度は０．００１〜５．０ｍｏｌ／ｄｍ３、特に０．０１〜２．０ｍｏｌ／ｄｍ３であることが好ましい。このアンモニアは、結晶相の平均粒径、微細結晶（またはアモルファス）の体積分率といった、めっき膜の結晶状態、めっき浴の安定性に大きく関与する。
【００２３】
なお、この電気めっき液のｐＨは３〜１１、特にｐＨ５〜９、とりわけｐＨ６前後が好ましい。ｐＨ調整には、アンモニア水、水酸化カリウムなどの従来公知のｐＨ調整剤を用いることができる。
【００２４】
さらに、この電気めっき液には、めっき膜の膜物性（微細結晶の体積分率および平均粒径、ＸＲＤパターンのピーク半値幅、ヌープ硬さ、比抵抗）および膜組成に大きな影響を与えない限り、必要に応じて、光沢性向上、ピット防止、導電性付与、緩衝性付与、使用可能な電流密度範囲拡大、析出速度促進、耐熱性向上、濡れ性改善などの目的で界面活性剤、溶剤などの各種添加剤を含有できる（例えば、特開平７−１１４７６号公報、特開２００４−７６０２６号公報、特開２００６−３７１６４号公報を参照）。
【００２５】
電気めっき条件は、特に限定されるものではないが、めっき温度は２０〜９５℃、特に５０〜９０℃が好適である。陰極電流密度もめっき液の組成により変わり、特に限定されるものではないが、低電流密度域（例えば１ｍＡ／ｃｍ２以上１０ｍＡ／ｃｍ２未満）及び高電流密度域（例えば１０ｍＡ／ｃｍ２を超え２００ｍＡ／ｃｍ２以下）の両方で微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜を得ることができる。また、アノードには白金等の不溶性アノードを用いることができる。また、ニッケルおよび／またはコバルトをアノードとして用いてもよい。一方、被めっき物としては、電気配線などに用いられる銅、ニッケルなどの金属材料が挙げられる。この金属材料は、金属基材又は非金属基材上に下地層として形成したものであってもよい。なお、撹拌の有無は問わないが、撹拌下でめっきすることが好ましく、また、パルス電流により電流を印加してもよい。
【実施例】
【００２６】
以下、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、実施例において、各分析、測定の方法及び条件は、以下のとおりである。
【００２７】
結晶性、結晶粒径
理学電機社製 ＲＩＮＴ２１００‐Ｕｌｔｉｍａ＋による：ＸＲＤ法 ＣｕＫα（４０ｋＶ／４０ｍＡ）
または、日立ハイテクノロイジーズ社製 ＨＦ−２２００による：ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ法 加速電圧２００Ｖ 明視野像
体積分率
日立ハイテクノロイジーズ社製 ＨＦ−２２００による：ＴＥＭ法及びＴＨＥＥＤ法 加速電圧２００Ｖ 明視野像
金属組成
エスアイアイ・ナノテクノロジー社製 ＳＥＡ５１００による：ＥＤＸＲＦ法
非金属元素測定
堀場製作所社製 ＥＭＩＡ−９２０V、米国ＬＥＣＯ社製 ＴＣ−４３６による
ヌープ硬さ
ＪＩＳ Ｚ ２２５１に準じて測定：荷重５ｇｆ 荷重保持時間３０秒 銅板上に形成された３０μｍ厚みのめっき皮膜で測定した
比抵抗
共和理研社製 Ｋ−７０５ＲＳによる：ＪＩＳ Ｋ ７１９４に準じて測定（四探針法）
【００２８】
[実施例１]
ＫＡｕ（ＣＮ）２を０．０３５ｍｏｌ／ｄｍ３、ＮｉＳＯ4・６Ｈ２Ｏを０．０７６ｍｏｌ／ｄｍ３、くえん酸三アンモニウムを０．２１ｍｏｌ／ｄｍ３含有し、ＫＯＨおよび硫酸によりｐＨを６に調整した電気めっき液を用い、温度７０℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で純度９９．９６％の銅板上に微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜（膜厚１μｍ）を形成した。なお、アノードには白金被覆チタン電極（網状）を用い、めっき中のめっき浴は激しく撹拌した。
【００２９】
得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜をＸＲＤ、ＴＥＭおよびＴＨＥＥＤにより分析した。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図２〜４に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１０ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は５０％であった。一方、得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が４１．２原子％、ニッケルが４６．０原子％、非金属元素として炭素が１２．８原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ３４７、比抵抗は８９μΩ・ｃｍであった。
【００３０】
[実施例２]
ｎ−プロパノールを２０ｖｏＬ％添加した以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図５〜７に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１０ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は５０％であった。一方、得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が４８．１原子％、ニッケルが３８．１原子％、非金属元素として炭素が１３．８原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ３４８、比抵抗は８９μΩ・ｃｍであった。
【００３１】
[実施例３]
くえん酸濃度を０．１４３ｍｏｌ／ｄｍ３、アンモニア濃度を１．２ｍｏｌ／ｄｍ３とし、電流密度１ｍＡ／ｃｍ２（通電時間５０秒）と１０ｍＡ／ｃｍ２（通電時間５秒）で間髪入れずに交互に電解めっきした以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図８〜１０に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。定電流めっきの場合は電流密度１ｍＡ／ｃｍ２で結晶相のみ、１０ｍＡ／ｃｍ２でアモルファス相のみが得られた。この結果から、パルスめっきで得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１０ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は６０％であった。一方、得られためっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が４７．４原子％、ニッケルが４７．０原子％、非金属元素として炭素が５．６原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ２２２、比抵抗は５７μΩ・ｃｍであった。
【００３２】
[実施例４]
くえん酸濃度を０．１４３ｍｏｌ／ｄｍ３、アンモニア濃度を１．２ｍｏｌ／ｄｍ３、電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ２とした以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られたアモルファス金合金めっき皮膜を、アニール温度（保温温度）４００℃、昇温速度１０℃／分、保温１時間、大気雰囲気下でアニール処理しためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図１１〜１３に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は１５ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は６０％であった。
【００３３】
[実施例５]
ＫＡｕ（ＣＮ）２を０．０３５ｍｏｌ／ｄｍ３、ＣｏＳＯ4・７Ｈ２Ｏを０．０７６ｍｏｌ／ｄｍ３、くえん酸・Ｈ２Ｏを０．１ｍｏｌ／ｄｍ３含有し、アンモニア濃度を０．４４ｍｏｌ／ｄｍ３とし、ＫＯＨおよび硫酸によりｐＨを６に調整した電気めっき液を用い、温度７０℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で純度９９．９６％の銅板上に微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜（膜厚１μｍ）を形成した。なお、アノードには白金被覆チタン電極（網状）を用い、めっき中のめっき浴は激しく撹拌した。
【００３４】
得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜をＸＲＤ、ＴＥＭおよびＴＨＥＥＤにより分析した。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図１４〜１６に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近には微細結晶またはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像には結晶特有の結晶縞とアモルファス特有の不規則構造の混在した様子が観察できる。そして、ＴＨＥＥＤパターンには結晶特有の回折スポットとアモルファス特有のハローリングの混在した様子が観察できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶−アモルファス混在構造をとっていることがわかる。また、ＴＥＭ像を観察した結果、微細結晶の平均粒径は５ｎｍであり、微細結晶相の体積分率は１５％であった。一方、得られた微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さを測定した。金属元素として金が３６．４原子％、コバルトが４０．６原子％、非金属元素として炭素が２３．０原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ１８０であった。
【００３５】
[比較例１]
くえん酸濃度を０．１４３ｍｏｌ／ｄｍ３、アンモニア濃度を０．４６ｍｏｌ／ｄｍ３とした以外は、実施例１と同様にめっきを行い、得られためっき皮膜についてＸＲＤ、ＴＥＭ及びＴＨＥＥＤ分析を行った。ＸＲＤパターンを図１に、ＴＥＭ像及びＴＨＥＥＤパターンを図１７〜１８に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝４０度付近にはアモルファス特有のピーク半値幅１度以上のブロードピークが確認できる。また、ＴＥＭ像にはアモルファス特有の不規則構造が確認でき、結晶粒界や結晶縞のような規則的構造は確認できなかった。そして、ＴＨＥＥＤパターンにはアモルファス特有のハローリングが確認できる。この結果から、得られためっき皮膜は、微細結晶を有さない均質なアモルファス構造をとっていることがわかる。また、得られためっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が１５．２原子％、ニッケルが６７．５原子％、非金属元素として炭素が１７．３原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ４３５、比抵抗は２５１μΩ・ｃｍであった。
【００３６】
[比較例２]
ＫＡｕ（ＣＮ）２を０．０４ｍｏｌ／ｄｍ３、ＮｉＳＯ4・６Ｈ２Ｏを０．００８５ｍｏｌ／ｄｍ３、くえん酸・Ｈ２Ｏを０．５ｍｏｌ／ｄｍ３、ＫＯＨを０．７ｍｏｌ／ｄｍ３含有し、硫酸によりｐＨを３．５に調整した電気めっき液を用い、温度３０℃、電流密度１０ｍＡ／ｃｍ２で純度９９．９６％の銅板上に硬質金めっき皮膜（膜厚１μｍ）を形成した。なお、アノードには白金被覆チタン電極（網状）を用い、めっき中のめっき浴は緩やかに撹拌した。
【００３７】
得られた硬質金めっき皮膜をＸＲＤ、ＴＥＭおよびＴＨＥＥＤにより分析した。ＸＲＤパターンを図１に示す。ＸＲＤパターンの２θ＝３８度付近にはＡｕ（１１１）由来の鋭いピークが確認できる。また、ＴＥＭ像とＴＨＥＥＤパターンからも結晶であることを確認した。この結果から、得られためっき皮膜は、アモルファス相を有さない多結晶構造をとっていることがわかる。また、ＸＲＤパターンから算出した結果、結晶の平均粒径は１３ｎｍであった。一方、得られためっき皮膜の組成分析、ヌープ硬さ及び比抵抗を測定した。金属元素として金が９６．５原子％、ニッケルが０．７７原子％、非金属元素として炭素が２．７原子％の含有率で検出された。ヌープ硬さはＨｋ１６０、比抵抗は１７μΩ・ｃｍであった。
【００３８】
なお、図１に示したＸＲＤパターンにおいて、２θ＝５０°付近に見られる鋭いピークは基板の銅によるものである。
【００３９】
また、実施例１の微細結晶−アモルファス混在金合金めっき皮膜のヌープ硬さは、金めっき皮膜の中では硬度が高いとされるアディティブフリーハードゴールド（ＡＦＨＧ）、ニッケルハードゴールド（ＮｉＨＧ）、ＣｏＨＧのヌープ硬さがＨｋ２００に届かない程度であるのに対し、それらの２〜３倍に相当する高い硬度を有していることがわかる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金合金のめっき皮膜であって、結晶相とアモルファス相とが混在して形成されてなる、前記めっき皮膜。
【請求項２】
結晶相の体積分率が１０〜９０％である、請求項１に記載のめっき皮膜。
【請求項３】
結晶相の平均粒径が３０ｎｍ以下である、請求項１に記載のめっき皮膜。
【請求項４】
Ｘ線回折パターンにおける２θ＝４０度付近のピーク半値幅が１度以上である、請求項１記載のめっき皮膜。
【請求項５】
ヌープ硬さがＨｋ１８０以上である、請求項１〜４のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項６】
比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項７】
組成式：Ａｕ１００−ｘ−ｙＭｘ Ｃｙ（ここにおいてはＡｕまたはＭが主成分であり、ＭはＮｉおよび／またはＣｏであり、Ｃは炭素であり、１原子％≦ｘ≦８０原子％、１原子％≦ｙ≦３０原子％である）で表される、請求項１〜６のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項８】
電気接点材料として用いる、請求項１〜７のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のめっき皮膜を形成するための電気めっき液であって、シアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩、錯化剤およびｐＨ調整剤を含む、前記電気めっき液。
【請求項１０】
錯化剤がくえん酸、酒石酸、りんご酸、ピロりん酸、りん酸、スルファミン酸およびそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩からなる群から選択される１または２以上であり、また、ｐＨ調整剤がアンモニア水または水酸化カリウムである、請求項９に記載の電気めっき液。
【請求項１１】
錯化剤がくえん酸であり、ｐＨ調整剤がアンモニア水である、請求項１０に記載の電気めっき液。
【請求項１２】
金合金めっき皮膜の形成方法であって、請求項９〜１１のいずれかに記載の電気めっき液を用いて被めっき物上に結晶相とアモルファス相とが混在してなる金合金めっき皮膜を形成してなる、前記形成方法。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれかに記載のめっき皮膜を用いた、電気・電子部品。
【請求項１】
金合金のめっき皮膜であって、結晶相とアモルファス相とが混在して形成されてなる、前記めっき皮膜。
【請求項２】
結晶相の体積分率が１０〜９０％である、請求項１に記載のめっき皮膜。
【請求項３】
結晶相の平均粒径が３０ｎｍ以下である、請求項１に記載のめっき皮膜。
【請求項４】
Ｘ線回折パターンにおける２θ＝４０度付近のピーク半値幅が１度以上である、請求項１記載のめっき皮膜。
【請求項５】
ヌープ硬さがＨｋ１８０以上である、請求項１〜４のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項６】
比抵抗が２００μΩ・ｃｍ以下である、請求項１〜５のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項７】
組成式：Ａｕ１００−ｘ−ｙＭｘ Ｃｙ（ここにおいてはＡｕまたはＭが主成分であり、ＭはＮｉおよび／またはＣｏであり、Ｃは炭素であり、１原子％≦ｘ≦８０原子％、１原子％≦ｙ≦３０原子％である）で表される、請求項１〜６のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項８】
電気接点材料として用いる、請求項１〜７のいずれかに記載のめっき皮膜。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のめっき皮膜を形成するための電気めっき液であって、シアン化金塩、ニッケル塩および／またはコバルト塩、錯化剤およびｐＨ調整剤を含む、前記電気めっき液。
【請求項１０】
錯化剤がくえん酸、酒石酸、りんご酸、ピロりん酸、りん酸、スルファミン酸およびそれらのナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩からなる群から選択される１または２以上であり、また、ｐＨ調整剤がアンモニア水または水酸化カリウムである、請求項９に記載の電気めっき液。
【請求項１１】
錯化剤がくえん酸であり、ｐＨ調整剤がアンモニア水である、請求項１０に記載の電気めっき液。
【請求項１２】
金合金めっき皮膜の形成方法であって、請求項９〜１１のいずれかに記載の電気めっき液を用いて被めっき物上に結晶相とアモルファス相とが混在してなる金合金めっき皮膜を形成してなる、前記形成方法。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれかに記載のめっき皮膜を用いた、電気・電子部品。
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【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１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１０−１８９６８５（Ｐ２０１０−１８９６８５Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３３６３２（Ｐ２００９−３３６３２）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（５９１０４５６７７）関東化学株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（５９１０４５６７７）関東化学株式会社 (99)
【Ｆターム（参考）】
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