JP3918156B2 - Chromium-plated component manufacturing method and chrome-plated component - Google Patents
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Description
本発明は、表面に工業用クロムめっきを施してクロムめっき部品を得るための製造方法と該製造方法によって得られたクロムめっき部品とに関する。 The present invention relates to a manufacturing method for obtaining a chromium-plated part by applying industrial chromium plating to the surface, and a chromium-plated part obtained by the manufacturing method.
クロムめっき特に硬質クロムめっきは、硬質で摩擦係数の低い金属皮膜(クロム層)が得られることから、耐摩耗性を必要とする部品の工業用クロムめっきとして多用されている。 Chromium plating, particularly hard chrome plating, is often used as industrial chrome plating for parts that require wear resistance because it provides a hard and low-coefficient metal film (chromium layer).
ところで、汎用の硬質クロムめっきによれば、得られるクロム層に金属素地に達するクラック、いわゆるチャンネルクラックが多数存在し、そのままでは、腐食原因となる媒体が金属素地に到達して腐食が発生し、鋼を金属素地とする場合は、いわゆる赤錆の発生が避けられないようになる。一方、クロムめっき部品は、通常、めっき処理後にバフ研磨等の研磨加工を行って、表面を平滑な状態にして使用されるが、この研磨加工に際し、クロム層表面に塑性流動が起こって前記クラックが閉塞されることが分かっている。このため、汎用のクロムめっき部品については、従来、特別の防錆対策を施すことなく研磨加工して使用しているのが現状であった。 By the way, according to the general-purpose hard chrome plating, there are many cracks reaching the metal substrate in the obtained chromium layer, so-called channel cracks, and as it is, the medium causing the corrosion reaches the metal substrate and corrosion occurs. When steel is used as the metal substrate, so-called red rust is unavoidable. On the other hand, the chrome-plated parts are usually used after the plating process by polishing such as buffing to make the surface smooth, but during this polishing process, plastic flow occurs on the surface of the chrome layer and the cracks occur. Is known to be occluded. For this reason, conventional chrome-plated parts have been used after being polished without special anti-corrosion measures.
しかしながら、クロム層の塑性流動によるクラック閉塞によれば、その後の熱履歴によるクロム層の収縮に起因してクラックが開口してしまい、常温以上の高温環境下で使用される部品等においては、耐食性の低下が避けられないという問題があった。 However, according to the crack closure due to the plastic flow of the chromium layer, the crack opens due to the shrinkage of the chromium layer due to the subsequent thermal history, and in parts that are used in a high temperature environment of room temperature or higher, the corrosion resistance There was a problem that the decline of the inevitable.
なお、一部では、前処理としてニッケルめっきや銅めっきを施してクロム層と同程度の膜厚の下地を形成し、この下地の上に硬質クロムめっきを施すようにしているが、この対策によれば、めっき処理を工程を変えて2回行わなければならず、工程増加による生産性の低下並びに処理コストの上昇が避けられない、という問題があった。
また、他では、めっき浴を変更してクロムめっきを施すことで、異なる結晶配向性を持つクロム層を2層に積層させ、クラックが素地に貫通することを防止する対策を採用しているが(例えば、特開平4−350193号公報)、この場合でも2工程処理を行うことには変わりはなく、根本的な解決には至らない。
In some cases, as a pretreatment, nickel plating or copper plating is applied to form a base with a film thickness comparable to that of the chromium layer, and hard chromium plating is applied on this base. According to this, there is a problem that the plating process has to be performed twice while changing the process, and a decrease in productivity and an increase in process cost due to an increase in the process are inevitable.
Others adopt a measure to prevent the cracks from penetrating into the substrate by changing the plating bath and applying chrome plating to stack two chrome layers with different crystal orientations. (For example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-350193), even in this case, the two-step process is not changed, and a fundamental solution is not achieved.
また、他では、パルス電流を供給して、いわゆるパルスめっきを行うことで、クラックのないクロム層を得るようにしているが(例えば、特開平3−207884号公報)、単にパルスめっきを行ったのでは、クロム層に引張応力が残留し、熱を受けて大きなクラックを発生し易いという欠点があり、根本的な解決には至らない。 In others, a pulse current is supplied and so-called pulse plating is performed to obtain a crack-free chromium layer (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 3-207884), but pulse plating is simply performed. However, the tensile stress remains in the chromium layer, and there is a drawback that a large crack is easily generated by receiving heat, so that the fundamental solution cannot be achieved.
さらに、他では、サージェント浴を使用し、変則のパルス電流を供給して、クラックを有しない低応力(無応力)の装飾用クロム層を得るようにしているが(例えば、特公昭43−20082号公報)、応力に勾配を有しており(圧縮応力のものは、めっき厚さが厚くなるに従い応力値が引張り側に移行する)、平均圧縮応力が十分でない(小さい)ことから、該低応力クロム層を下地とし、上層めっきとしてニッケルめっき層や一般のクラックを有するクロム層を積層した場合、上層クロム層の引張り応力を受け、クラックが伝播してしまう問題を有しており、根本的な解決には至らない。なお、特公昭43−20082号公報におけるクロムめっき浴では、いかにパルス電流の波形、浴温度、電流密度を調整しても平均圧縮残留応力は、100MPa 程度が限界である。 Furthermore, in others, a surge bath is used and an irregular pulse current is supplied to obtain a low-stress (non-stress) decorative chromium layer without cracks (for example, Japanese Patent Publication No. 43-20082). No.), and the stress has a gradient (in the case of compressive stress, the stress value shifts to the tension side as the plating thickness increases), and the average compressive stress is not sufficient (small), so the low When a stress chromium layer is used as a base and a nickel plating layer or a chromium layer with general cracks is laminated as the upper layer plating, there is a problem that the crack is propagated due to the tensile stress of the upper layer chromium layer. It does not lead to a solution. In the chromium plating bath disclosed in Japanese Patent Publication No. 43-20082, the average compressive residual stress is limited to about 100 MPa, no matter how the pulse current waveform, bath temperature, and current density are adjusted.
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、熱履歴を経る場合にも優れた耐食性を維持するクロムめっき部品を高能率かつ安定して得ることができる製造方法を提供し、併せて該製造方法によって得られたクロムめっき部品を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and its object is to obtain a highly efficient and stable chrome-plated part that maintains excellent corrosion resistance even when it undergoes a thermal history. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a chrome-plated component obtained by the manufacturing method .
上記目的を達成するため、本発明に係るクロムめっき部品の製造方法の一つは、クロムめっき浴中でパルス電流を利用して電気めっきを行い、表面にクラックがなくかつ100MPa以上望ましくは150MPa以上の圧縮残留応力を有し、かつ厚さ方向に応力勾配がないクロム層を析出させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, one of the methods for producing a chrome-plated part according to the present invention is to perform electroplating using a pulse current in a chrome plating bath, and there is no crack on the surface and is 100 MPa or more, preferably 150 MPa or more. A chromium layer having a compressive residual stress of and having no stress gradient in the thickness direction is deposited.
また、本製造方法の他の一つは、クロムめっき浴中でパルス電流を利用して電気めっきを行い、表面にクラックがなくかつ100MPa以上望ましくは150MPa以上の圧縮残留応力を有し、かつ厚さ方向に応力勾配がない下地のクロム層を析出させた後、クロムめっき浴中で電気めっきを行い、前記下地のクロム層上にクラックを有する上クロム層を析出させることを特徴とする。 Another method of the present invention is that electroplating is performed using a pulse current in a chromium plating bath, the surface is free of cracks, has a compressive residual stress of 100 MPa or more, preferably 150 MPa or more, and is thick. A base chromium layer having no stress gradient in the vertical direction is deposited, and then electroplating is performed in a chromium plating bath to deposit an upper chromium layer having cracks on the base chromium layer.
また、本製造方法のさらに他の一つは、クロムめっき浴中でパルス電流を利用して電気めっきを行い、表面にクラックがなくかつ100MPa以上望ましくは150MPa以上の圧縮残留応力を有し、かつ厚さ方向に応力勾配がない下地のクロム層を析出させた後、クロムめっき浴中で電気めっきを行い、前記下地のクロム層上に中間クロム層を析出させ、しかる後、クロムめっき浴中で電気めっきを行い、前記中間クロム層上に、クラックを有する上クロム層を析出させることを特徴とする。 Further, another one of the production methods performs electroplating using a pulse current in a chromium plating bath, has no crack on the surface, and has a compressive residual stress of 100 MPa or more, preferably 150 MPa or more, and After depositing an underlying chromium layer having no stress gradient in the thickness direction, electroplating is performed in a chromium plating bath, and an intermediate chromium layer is deposited on the underlying chromium layer, and then in the chromium plating bath. Electroplating is performed to deposit an upper chromium layer having cracks on the intermediate chromium layer.
上記のように行うクロムめっき部品の製造方法においては、大きな圧縮残留応力を有し、かつ厚さ方向に応力勾配がないクラックのないクロム層(下地のクロム層)を析出させるので、圧縮残留応力によって新たなクラック発生が抑制され、得られるクロムめっき部品は、熱履歴を経ても優れた耐食性を維持するようになる。また、前記下地のクロム層上にクラックを有する上クロム層を析出させる場合は、上クロム層の硬さを最大限に高くすることができるので、耐摩耗性の向上に寄与し、その上、上クロム層に存在するクラックが潤滑油を保持する油溜りとして機能するので、摺動抵抗の低減に寄与する。さらに、下地のクロム層と上クロム層との間に中間クロム層を析出させる場合は、上クロム層から下地のクロム層への直接的なクラック伝播が抑えられ、耐食性の安定維持に大きく寄与するものとなる。 In the method for manufacturing a chrome-plated part as described above, a crack-free chromium layer (underlying chromium layer) having a large compressive residual stress and no stress gradient in the thickness direction is deposited. As a result, the occurrence of new cracks is suppressed, and the resulting chromium-plated component maintains excellent corrosion resistance even after a thermal history. In addition, when depositing an upper chromium layer having cracks on the underlying chromium layer, the hardness of the upper chromium layer can be maximized, which contributes to an improvement in wear resistance. The cracks present in the upper chrome layer function as a sump for retaining the lubricating oil, contributing to a reduction in sliding resistance. Furthermore, when an intermediate chromium layer is deposited between the underlying chromium layer and the upper chromium layer, direct crack propagation from the upper chromium layer to the underlying chromium layer is suppressed, greatly contributing to the stable maintenance of corrosion resistance. It will be a thing.
上記したパルス電流の利用に際しては、パルス電流の最小電流密度を、最大電流密度とゼロとの間の任意の値に設定することができる。When using the pulse current described above, the minimum current density of the pulse current can be set to an arbitrary value between the maximum current density and zero.
本製造方法において、上記した上クロム層を析出させるための電気めっきを行うに際しては、下地のクロム層を析出させる際のパルス電流のパルス波形と異なるパルス波形のパルス電流を利用してまたは直流電流を利用することができる。また、上記した中間クロムを析出させるための電気めっきを行うに際しては、さらに他の異なるパルス波形のパルス電流または直流電流を利用することができる。In this manufacturing method, when performing the electroplating for depositing the upper chromium layer, a pulse current having a pulse waveform different from the pulse waveform of the pulse current for depositing the underlying chromium layer is used, or a direct current Can be used. In addition, when performing electroplating for depositing the intermediate chromium described above, a pulse current or a direct current having another different pulse waveform can be used.
本製造方法におけるめっき処理の方式は任意であり、めっき浴中でワークを連続に移動させて、連続処理を行っても、あるいはめっき浴中にワークを浸漬して、バッチ処理を行ってもよい。また複数のクロム層を析出させる場合は、同じめっき浴中で析出させるようにしてもよい。 The method of plating treatment in this manufacturing method is arbitrary, and the workpiece may be moved continuously in the plating bath for continuous treatment, or the workpiece may be immersed in the plating bath for batch treatment. . Moreover, when depositing a plurality of chromium layers, they may be deposited in the same plating bath.
本製造方法は、下地のクロム層上に他のクロム層を積層させる場合、最表面のクロム層を研磨するようにしてもよいものである。このように研磨することにより、最表面に存在するクラックがクロム層の塑性流動により閉じ、耐食性が向上する。ただし、この塑性流動により閉じたクラックは、その後の加熱酸化処理により再び開くが、下地にクラックのないクロム層が存在するので、得られたクロムめっき部品は、赤錆の発生に対して十分なる耐食性を有するようになる。In the manufacturing method, when another chromium layer is laminated on the underlying chromium layer, the outermost chromium layer may be polished. By polishing in this way, the cracks existing on the outermost surface are closed by the plastic flow of the chromium layer, and the corrosion resistance is improved. However, the crack closed by this plastic flow is reopened by the subsequent heat oxidation treatment, but since there is a chromium layer with no crack in the base, the obtained chrome plated part has sufficient corrosion resistance against the occurrence of red rust. Will have.
本製造方法は、加熱酸化処理を行って最表面にCr 2 O 3 主体の酸化膜を形成するようにしてもよく、これにより、クロム層自体の耐食性が向上し、いわゆる白錆の発生が防止されれる。この場合、加熱酸化処理の方法は任意であるが、高周波加熱を行う場合は、例えば、400℃程度の高温に数秒乃至数十秒程度の短時間保持で処理を終えることができる。 In this manufacturing method , a heat oxidation treatment may be performed to form an oxide film mainly composed of Cr 2 O 3 on the outermost surface , thereby improving the corrosion resistance of the chromium layer itself and preventing the occurrence of so-called white rust. Be done. In this case, the method of heat oxidation treatment is arbitrary, but when high-frequency heating is performed, for example, the treatment can be completed at a high temperature of about 400 ° C. for a short time of about several seconds to several tens of seconds.
本発明の製造方法で用いるめっき浴は、上記したクロムめっき部品の製造方法の実施に用いるものであって、有機スルフォン酸を含むことを特徴とする。この場合、めっき浴の組成は、クロム酸100〜450g/L、硫酸1〜5g/Lおよび有機スルフォン酸1〜18g/L、ホウ酸0〜40g/Lを含有する構成とすることができる。
The plating bath used in the production method of the present invention is used for carrying out the above-described method for producing a chromium-plated component, and contains organic sulfonic acid. In this case, the composition of the plating bath may include
上記目的を達成するため、本発明に係るクロムめっき部品は、表面に、クラックがなく、100MPa以上の圧縮残留応力を有し、かつ厚さ方向に応力勾配がないクロム層を設け、該クロム層の結晶子の大きさが9nm以上であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a chromium plated component according to the present invention is provided with a chromium layer that has no cracks, has a compressive residual stress of 100 MPa or more, and has no stress gradient in the thickness direction. The crystallite size is 9 nm or more .
ところで、熱履歴が与えられた際にクラックが生ずるのは、クロム層が収縮するためであり、この収縮は、クロム層の結晶粒界に多く存在する格子欠陥の量に影響される。したがって、結晶子を大きくし、粒界長さを短くすることで格子欠陥を少なくし(粒界長さは、結晶子の大きさに反比例する)、熱履歴によるクロム層の収縮を抑制できることになる。本発明に係るクロムめっき部品は、この点に着目して、クロム層の結晶子の大きさを9nm以上としている。
汎用の硬質クロムめっき処理で得られるクロム層の結晶子の大きさは、6nm程度であり、本発明によるクロム層の結晶子は、これに比べてかなり大きくなっている。そして、このように大きな結晶子をもつクロム層とした場合は、めっき処理を施したままの状態ではもちろん、熱履歴を経た後の状態でもクラックが生じることはなくなり、所望の耐食性が確保される。ただし、結晶子の大きさがあまり大きくなりすぎると、クロム層の結晶構造そのものが変化し始めるので、この結晶子は、16nm未満に制御するのが望ましい。
By the way, the crack is generated when the thermal history is given because the chromium layer shrinks, and this shrinkage is influenced by the amount of lattice defects present in the crystal grain boundaries of the chromium layer. Therefore, by increasing the crystallite and shortening the grain boundary length, the number of lattice defects is reduced (the grain boundary length is inversely proportional to the size of the crystallite), and the shrinkage of the chromium layer due to thermal history can be suppressed. Become. Engaging Ru chrome-plated part in the present invention, by paying attention to this point, is set to 9nm than the size of the crystallite of the chromium layer.
The crystallite size of the chromium layer obtained by the general-purpose hard chromium plating process is about 6 nm, and the crystallite of the chromium layer according to the present invention is considerably larger than this. And when it is set as a chromium layer with such a big crystallite, a crack does not arise in the state after passing through heat history as well as the state which performed plating processing, and desired corrosion resistance is secured. . However, if the crystallite size becomes too large, the crystal structure itself of the chromium layer starts to change, so it is desirable to control this crystallite to be less than 16 nm.
本クロムめっき部品は、クロム層を下地として、該下地クロム層上に、めっき処理によりクラックを有する上クロム層を設けた構成としてもよいことはもちろんである。Of course, the present chromium-plated component may have a structure in which a chromium layer is used as a base and an upper chromium layer having cracks is provided on the base chromium layer by plating.
本発明に係るクロムめっき部品の製造方法によれば、大きな圧縮残留応力を有し、かつ厚さ方向に応力勾配がない、クラックのないクロム層(下地のクロム層)を析出させるので、熱履歴を経る場合にも優れた耐食性を維持し、腐食環境並びに熱環境下で使用される製品に向けて好適なクロムめっき部品を得ることができる。また、本製造方法によれば、パルス条件を調整することで、圧縮残留応力や結晶子の大きさを容易に制御することができ、所望の特性を有するクロムめっき部品を効率よく得ることができる。また、クラックのない下層のクロム層上に、クラックを有する上クロム層を析出させる場合は、耐摩耗性および摺動特性に優れたクロムめっき部品を得ることができ、さらに、下地のクロム層と上クロム層との間に中間クロム層を析出させる場合は、耐食性が長期的に安定するクロムめっき部品を得ることができる。また、最表面にCr2O3 主体の酸化膜を形成する場合は、金属素地の腐食に起因する赤錆はもとより、クロム層自体の腐食に起因する白錆の発生を確実に防止することができる。 According to the method for producing a chromium-plated component according to the present invention, a chromium layer (underlying chromium layer) having a large compressive residual stress and having no stress gradient in the thickness direction and having no crack is deposited. Even when undergoing the above, it is possible to maintain excellent corrosion resistance and to obtain a chromium-plated part suitable for products used in a corrosive environment and a thermal environment. Moreover, according to this manufacturing method, by adjusting the pulse conditions, the compressive residual stress and the size of the crystallite can be easily controlled, and a chromium-plated part having desired characteristics can be obtained efficiently. . Moreover, when the upper chromium layer having cracks is deposited on the lower chromium layer without cracks, a chromium plated part having excellent wear resistance and sliding properties can be obtained. When an intermediate chromium layer is deposited between the upper chromium layer, a chromium-plated part with stable corrosion resistance for a long period can be obtained. In addition, when forming an oxide film mainly composed of Cr 2 O 3 on the outermost surface, it is possible to reliably prevent the occurrence of white rust caused by corrosion of the chromium layer itself as well as red rust caused by corrosion of the metal substrate. .
本発明に係るクロムめっき部品によれば、大きな結晶子をもつクロム層としたので、めっき処理を施したままの状態ではもちろん、熱履歴を経た後の状態でもクラックが生じることはなくなり、所望の耐食性が確保される。
According to the chrome-plated part according to the present invention, since it is a chrome layer having large crystallites, cracks are not generated in a state after being subjected to a thermal history as well as in a state where the plating treatment is performed, and a desired layer is obtained. Corrosion resistance is ensured.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明に係る製造方法の第1の実施形態によって得られたクロムめっき部品の表層部の状態を示したもので、鋼母材Mの表面には、めっき処理によりクラックのない下地クロム層S1 と多数のクラックFを有する上クロム層S2 とが2層に設けられている。下地クロム層S1 は、ここでは、100MPa 以上の圧縮残留応力を有し、かつその結晶子の大きさが9nm以上、16nm未満の範囲に収まるように形成されている。また、上クロム層S2 は、ここでは、100MPa 未満の圧縮残留応力または引張残留応力を有し、かつその結晶子の大きさが9nm未満となるように形成されている。 FIG. 1 shows a state of a surface layer portion of a chromium plated part obtained by the first embodiment of the manufacturing method according to the present invention. The chromium layer S 1 and the upper chromium layer S 2 having many cracks F are provided in two layers. Here, the underlying chromium layer S 1 is formed so as to have a compressive residual stress of 100 MPa or more and a crystallite size within a range of 9 nm or more and less than 16 nm. Here, the upper chromium layer S 2 is formed so as to have a compressive residual stress or a tensile residual stress of less than 100 MPa and a crystallite size of less than 9 nm.
上記したクロムめっき部品は、クラックのない下地クロム層S1 を下層として設けているので、上クロム層S2 にクラックFが存在していても、腐食原因となる媒体が鋼母材Mの金属素地まで達せず、所望の耐食性が確保される。しかも、この下地クロム層S1 は、所定の圧縮残留応力と結晶子の大きさとを有しているので、熱履歴を経ても新たなクラック発生が発生することはなく、優れた耐食性が維持される。また、この上クロム層S2 は、クラックFが存在してもよいので、十分高い硬さ(900 HV以上)を付与することができ、耐摩耗性も十分となる。また、この上クロム層S2 に存在する多数のクラックFは、潤滑油を保持する油溜りとして機能するので、摺動特性の改善にも寄与するものとなる。 Since the above-described chromium-plated component is provided with the base chromium layer S 1 having no cracks as a lower layer, even if cracks F are present in the upper chromium layer S 2 , the medium that causes corrosion is the metal of the steel base material M. The desired corrosion resistance is ensured without reaching the substrate. In addition, since the underlying chromium layer S 1 has a predetermined compressive residual stress and crystallite size, no new cracks are generated even after a thermal history, and excellent corrosion resistance is maintained. The In addition, since the upper chromium layer S 2 may have cracks F, it is possible to impart a sufficiently high hardness (900 HV or higher) and sufficient wear resistance. In addition, the large number of cracks F present in the chromium layer S 2 functions as an oil sump for retaining the lubricating oil, thereby contributing to the improvement of the sliding characteristics.
ここで、上記2層のクロム層S1 およびS2 は、有機スルフォン酸を含むクロムめっき浴中で、パルス電流を利用しためっき処理(以下、これをパルスめっき処理という)と直流電流を利用しためっき処理(以下、これを汎用めっき処理という)との2段処理を行うことにより形成されたもので、この時の電流密度のパターンは、一例として図2に示すように設定されている。なお、有機スルフォン酸を含むクロムめっき浴としては、特公昭63−32874号公報に記載される、表1に示す成分組成のものを用いるのが望ましい。 Here, the two chromium layers S 1 and S 2 used a plating process using a pulse current (hereinafter referred to as a pulse plating process) and a direct current in a chromium plating bath containing an organic sulfonic acid. It is formed by performing a two-stage process including a plating process (hereinafter referred to as a general-purpose plating process), and the current density pattern at this time is set as shown in FIG. 2 as an example. In addition, as a chromium plating bath containing organic sulfonic acid, it is desirable to use the component composition shown in Table 1 described in Japanese Patent Publication No. 63-32874.
図2において、ゾーンAは一段目のパルスめっき処理の範囲を、ゾーンBは二段目の汎用めっき処理の範囲をそれぞれ表しており、ゾーンAにおけるパルス電流の波形は、最大電流密度IU と最小電流密度IL との間を交番し、かつ最大電流密度IU と最小電流密度IL とに所定時間T1 、T2 保持する形態となっている。最小電流密度IL は、ここではゼロ(オフ)に設定しているが、最大電流密度IU とゼロとの間の任意の値に設定してもよいことはもちろんである。また、保持時間T1 およびT2 については、同一の値に設定しても異なる値に設定してもよい。本実施の形態においては、これら最大電流密度IU および最小電流密度IL (ここでは、IL =0)、並びにそれらの電流密度に保持する保持時間T1 およびT2 を適当な値に設定してパルスめっき処理を行い、上記した所定の圧縮残留応力と結晶子の大きさとを有する下地クロム層S1 (図1)を得ている。 In FIG. 2, zone A represents the range of the first-stage pulse plating process, zone B represents the range of the second-stage general-purpose plating process, and the pulse current waveform in zone A is the maximum current density I U. alternating between a minimum current density I L, and has a maximum current density I U and the minimum current density I L and the predetermined time T 1, T 2 holds to form. Here, the minimum current density I L is set to zero (off), but may be set to any value between the maximum current density I U and zero. Also, the holding times T 1 and T 2 may be set to the same value or different values. In the present embodiment, the maximum current density I U and the minimum current density I L (here, I L = 0) and the holding times T 1 and T 2 held at these current densities are set to appropriate values. Then, a pulse plating process is performed to obtain a base chromium layer S 1 (FIG. 1) having the above-described predetermined compressive residual stress and crystallite size.
図3は、上記2層のクロム層S1 およびS2 を有するクロムめっき部品を得るための装置の一つの形態を示したもので、ワーク(例えば、ピストンロッド)Wを吊下支持しエンドレスに移動するハンガー1の移動ライン下には、装着ステーション2、アルカリ電解脱脂槽3、めっき槽4、水洗槽5および離脱ステーション6がこの順序で配列されている。めっき槽4は、アルカリ電解脱脂槽3側のエッチング処理槽4Aとこれに続くめっき処理槽4Bとに分割されており、めっき処理槽4Bには、前記した有機スルフォン酸を含むクロムめっき浴が収納されている。
FIG. 3 shows one embodiment of an apparatus for obtaining a chrome-plated part having the two chrome layers S 1 and S 2. The work (eg, piston rod) W is suspended and supported endlessly. A mounting
また、アルカリ電解脱脂槽3、エッチング処理槽4Aおよびめっき処理槽4Bに沿ってそれぞれブスバ7、8、9が分割して配列され、めっき処理槽4Bに沿うブスバ9はさらに、エッチング処理槽4A側の前段ブスバ9Aと水洗槽5側の後段ブスバ9Bとに分割されている。これらブスバのうち、アルカリ電解脱脂槽3に対応するブスバ7、エッチング処理槽4Aに対応するブスバ8、めっき処理槽4Bに対応する後段ブスバ9Bにはそれぞれ直流電源10、11、13が接続され、また、めっき処理槽4Bに対応する前段ブスバ9Aにはパルス電源12が接続されている。
Further, the bus bars 7, 8, and 9 are divided and arranged along the alkaline electrolytic degreasing tank 3, the
一方、各ブスバ7、8、9A、9Bにはハンガー1に設けられた給電ブラシ14が摺接し、これにより各ハンガー1には対応する電源10、11、12、13から電流が均等に分配されるようになっている。また、アルカリ電解脱脂槽3およびエッチング処理槽4A内には、各槽単位で並列に接続した複数の陰極15、16がそれぞれ配設されると共に、めっき処理槽4B内には、前段ブスバ9Aおよび後段ブスバ9B単位で並列に接続した複数の陽極17、18が配設されており、これら陰極15、16および陽極17、18には対応する電源10、11、12、13から電流が供給されるようになっている。なお、めっき処理槽4B内の陽極17、18と電源12、13との間にはそれぞれ電流計19a、19bが介装されている。
On the other hand, the
上記装置を用いてクロムめっきを実施するには、先ず装着ステーション6においてハンガー1にワークWが装着され、ワークWはハンガー1に吊下げられた状態でアルカリ電解脱脂槽3とエッチング処理槽4Aとに順次移送される。そして、アルカリ電解脱脂槽3においてワークWを陽極とする脱脂処理が、エッチング処理槽4AにおいてワークWを陽極とするエッチング処理がそれぞれ行われ、続いて、ワークWはめっき処理槽4Bに移送され、ここで、ワークWを陰極とするクロムめっき処理が行われる。
In order to perform chrome plating using the above apparatus, first, a work W is mounted on the
上記クロムめっき処理に際しては、先ず、パルス電源12から前段ブスバ9Aおよび陽極17を介してワークWに、前記図2のAゾーンに示したパルス波形のパルス電流が供給され、パルスめっき処理が行われる。このパルスめっき処理は、当該ワークWを吊下支持するハンガー1の給電ブラシ14が前段ブスバ9Aに接触している間、継続され、これによりワークWの表面には、前記したクラックのない下地クロム層S1 (図1)が形成される。その後、当該ワークWを吊下支持するハンガー1の給電ブラシ14が後段ブスバ9B上に乗り移り、直流電源13から後段ブスバ9Bおよび陽極18を介してワークWに直流電流が供給され、汎用めっき処理が行われる。この汎用めっき処理は、当該ワークWを吊下支持するハンガー1の給電ブラシ14が後段ブスバ9Bに接触している間、継続され、これにより前記下地クロム層S1 上には、同じく図1に示すように、多数のクラックFが存在する上クロム層S2 が積層形成される。なお、ワークWは、その後、水洗槽5において水洗されて離脱ステーション6に至り、そこで、ハンガー1から取外される。
In the chrome plating process, first, a pulse current having a pulse waveform shown in the A zone of FIG. 2 is supplied from the
上記装置および方法によれば、同じクロムめっき浴中でワークWを連続に移動させながら2層のクロム層S1 ,S2 を形成できるので、耐食性並びに耐熱性に優れたクロムめっき部品を効率よく製造できるようになる。 According to the above apparatus and method, since the two chromium layers S 1 and S 2 can be formed while continuously moving the workpiece W in the same chromium plating bath, it is possible to efficiently produce a chromium plated part having excellent corrosion resistance and heat resistance. Can be manufactured.
なお、上記実施の形態においては、硬質クロムめっき処理を2段階に行って2層の下地クロム層S1 ,S2 を形成するようにしたが、本発明は、上クロム層S2 を省略して下層の下地クロム層S1 のみを形成するようにしてもよいものである。この場合は、クラックの存在しない下地クロム層S1 が表面に露出するので、上記実施の形態におけるような油溜りとしての役割は期待できないが、耐食性の面では十分となる。 In the above embodiment, the hard chromium plating process is performed in two stages to form the two underlying chromium layers S 1 and S 2. However, the present invention omits the upper chromium layer S 2. Thus, only the underlying base chromium layer S 1 may be formed. In this case, since the underlying chromium layer S 1 having no cracks is exposed on the surface, it cannot be expected to serve as an oil reservoir as in the above embodiment, but it is sufficient in terms of corrosion resistance.
また、上記実施の形態においては、図3に示した装置を用いて連続処理により2層のクロム層S1 ,S2 を積層形成するようにしたが、クロムめっき浴を収納した一つの独立しためっき槽を用いて、バッチ処理により2層のクロム層S1 ,S2 を積層形成するようにしてもよい。この場合は、別途、コントローラを設けて、例えば、図2に示す電流密度のパターンが得られるように電源出力を制御させればよい。 In the above-described embodiment, the two chromium layers S 1 and S 2 are laminated by continuous processing using the apparatus shown in FIG. 3, but one independent unit containing a chromium plating bath is provided. Using the plating tank, the two chromium layers S 1 and S 2 may be laminated and formed by batch processing. In this case, a separate controller may be provided to control the power output so that, for example, the current density pattern shown in FIG. 2 is obtained.
さらに、バッチ処理においては、クロム層S1 を形成させるめっき槽とクロム層S2 を形成させるめっき槽とをそれぞれ独立させて設け、クロム層S1 を形成させるめっき槽にパルス電流を供給し、クロム層S2 を形成させるめっき槽に直流を供給するようにし、2槽のクロム層S1 ,S2 を積層形成してもよい。 Furthermore, in batch processing, a plating tank for forming the chromium layer S 1 and a plating tank for forming the chromium layer S 2 are provided independently, and a pulse current is supplied to the plating tank for forming the chromium layer S 1 . A direct current may be supplied to the plating tank in which the chromium layer S 2 is formed, and the two chromium layers S 1 and S 2 may be laminated.
図4は、本発明に係る製造方法の第2の実施形態によって得られたクロムめっき部品の表層部の状態を示したものある。本第2の実施の形態の特徴とするところは、上記第1の実施の形態における下地クロム層S1 と上クロム層S2 との間に2層の中間クロム層S3 ,S4 を設けた点にある。この中間クロム層S3 ,S4 は、特にその性質を問わないものであるが、下層側の中間クロム層S3 は下地クロム層S1 により近い性質を、上層側の中間クロム層S4 は上クロム層S2 により近い性質をそれぞれ持たせるようにするのが望ましい。したがって、上層側の中間クロム層S4 には多少のクラックFが存在してもかまわない。このように中間クロム層S3 ,S4 を設けることで、上クロム層S2 から下地クロム層S1 への直接的なクラック伝播が抑えられ、耐食性の安定維持に大きく寄与するものとなる。なお、この中間クロム層は、前記2層S3 ,S4 に限定されず、1層としても、あるいは3層以上としてもよい。 FIG. 4 shows the state of the surface layer portion of the chrome-plated part obtained by the second embodiment of the manufacturing method according to the present invention. The feature of the second embodiment is that two intermediate chromium layers S 3 and S 4 are provided between the base chromium layer S 1 and the upper chromium layer S 2 in the first embodiment. It is in the point. These intermediate chromium layers S 3 and S 4 are not particularly limited in their properties, but the lower intermediate chromium layer S 3 is closer to the underlying chromium layer S 1 , and the upper intermediate chromium layer S 4 is It is desirable to have the properties closer to the upper chromium layer S 2 . Therefore, it may be present some of the cracks F is the intermediate chrome layer S 4 on the upper layer side. By providing the intermediate chromium layers S 3 and S 4 in this way, direct crack propagation from the upper chromium layer S 2 to the underlying chromium layer S 1 is suppressed, which greatly contributes to the stable maintenance of corrosion resistance. The intermediate chromium layer is not limited to the two layers S 3 and S 4, and may be one layer or three or more layers.
本第2の実施形態においては、例えば、図5に示すように、前記したゾーンAとBと(図2)の中間にゾーンC1 ,C2 を設定すると共に、各ゾーンC1 ,C2 におけるパルス電流の波形を、前記した一段目のゾーンAにおけるパルス電流の波形と異なるパターンに設定して、めっき処理を行う。また、このめっき処理を行う装置としても、前記図3に示したものと同様のもの用いるができ、この場合は、めっき処理層4Bに対応する前段ブスバ9A(図3)をさらに細分化して、それぞれに対して異なるパルス電源12を接続するようにすればよい。
In the second embodiment, for example, as shown in FIG. 5, and sets the zone C 1, C 2 in the middle of the by the zone A was a B (Fig. 2), each zone C 1, C 2 The plating process is performed by setting the waveform of the pulse current in the pattern different from the waveform of the pulse current in the first-stage zone A described above. Further, as the apparatus for performing the plating process, the same apparatus as shown in FIG. 3 can be used. In this case, the
図6は、本発明に係る製造方法の第3の実施形態によって得られたクロムめっき部品の表層部の状態を示したものある。本第3の実施形態の特徴とするところは、上記第1の実施形態で得られるクロムめっき部品の最表面に、Cr2O3 主体の酸化膜S5 を設けた点にある。この酸化膜S5 は、前記しためっき処理を終えたワークWの表面を研磨(バフ研磨)した後、加熱酸化処理を行うことにより形成されたものである。このようにCr2O3 主体の酸化膜S5 が最表面に存在することで、上クロム層S2 自体の耐食性が向上し、クロム層の腐食に起因する白錆の発生が未然に防止される。 FIG. 6 shows the state of the surface layer portion of the chrome-plated part obtained by the third embodiment of the manufacturing method according to the present invention. The feature of the third embodiment is that an oxide film S 5 mainly composed of Cr 2 O 3 is provided on the outermost surface of the chromium plated component obtained in the first embodiment. The oxide film S 5 is formed by polishing (buffing) the surface of the workpiece W that has been subjected to the above-described plating process, and then performing a thermal oxidation process. Thus, the presence of the oxide film S 5 mainly composed of Cr 2 O 3 improves the corrosion resistance of the upper chromium layer S 2 itself and prevents the occurrence of white rust due to the corrosion of the chromium layer. The
ここで、研磨加工および加熱酸化処理を行うには、例えば、図7に示すような装置を利用することができる。この装置は、一次生産ラインL1 にセンタレス研磨盤20を、一次生産ラインL1 と平行に設定した二次生産ラインL2 に、プッシャ21、高周波コイル22および冷却コイル23を配置して、両生産ラインL1 とL2 とを傾斜待機台24にて接続してなるもので、前記クロムめっき処理を終えたワークWをセンタレス研磨盤20にて研磨して、これを傾斜待機台24を介して二次生産ラインL2 へ転送し、プッシャ21のロッド21aの伸長により該ワークWを高周波コイル21と冷却コイル22とに連続に送ることで、研磨加工と加熱酸化処理とを効率よく行うことができる。
Here, in order to perform the polishing process and the heat oxidation treatment, for example, an apparatus as shown in FIG. 7 can be used. The apparatus
JIS S25Cからなる鋼棒(直径12.5mm,長さ200mm )を供試材とし、クロムめっき浴としてクロム酸250 g/L 、硫酸2.5 g/L 、有機スルフォン酸8g/L 、ほう酸10g/L の成分組成のものを用い、先ず浴温60℃、最大電流密度IU =120 A/dm2 、最小電流密度IL =0 A/dm2(図2のパターン)、最大電流密度IU における保持時間(オンタイム)T1 =100 〜800 μs 、最小電流密度IL における保持時間(オフタイム)T2 =100 〜500 μs 、周波数 0.8〜5.0 kHz の条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約3μmの下地クロム層S1 (図1)を形成した。次に、同じクロムめっき浴中で、浴温60℃、電流密度60A/dm2 の一定条件で汎用めっき処理を行い、前記下地クロム層S1 の上に厚さ約10μmの上クロム層S2 (図1)を形成し、表2に示す試料2〜18を得た。また、参考のため、同じ供試材およびめっき浴を用い、浴温60℃、電流密度60 A/dm2の一定条件で汎用の硬質クロムめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約20μmのクロム層を形成した試料1を得た。
JIS S25C steel rod (diameter 12.5mm, length 200mm) was used as the test material, and chromic acid plating bath of chromic acid 250g / L, sulfuric acid 2.5g / L, organic sulfonic acid 8g / L, boric acid 10g / L The component composition is used. First, the bath temperature is 60 ° C., the maximum current density I U = 120 A / dm 2 , the minimum current density I L = 0 A / dm 2 (pattern in FIG. 2), and the maximum current density I U is maintained. time performs pulse plating with (on-time) T 1 = 100 ~800 μs, the minimum current density I retention time in the L (off-time) T 2 = 100 ~500 μs, a frequency 0.8 to 5.0 kHz conditions, test materials A base chromium layer S 1 (FIG. 1) having a thickness of about 3 μm was formed on the surface. Next, in the same chrome plating bath, general-purpose plating treatment is performed under constant conditions of a bath temperature of 60 ° C. and a current density of 60 A / dm 2 , and an upper chrome layer S 2 having a thickness of about 10 μm is formed on the base chrome layer S 1. (FIG. 1) was formed, and
そして、これら試料1〜18について、表面硬さを測定すると共に、顕微鏡観察により下地クロム層S1 と上クロム層S2 とにおけるクラックの有無を観察し、さらに、下地クロム層S1 については、残留応力および結晶子の大きさを後述の方法で測定した。また、JIS Z2371 による塩水噴霧試験を行って発錆の有無を観察し、発錆の認められなかった試料については、これに 200℃×2時間の加熱処理を施し、加熱処理後、前記同様に下地クロム層S1 および上クロム層S2 におけるクラック発生の有無を観察し、さらに、再度JIS Z2371 による塩水噴霧試験を行って発錆の有無を観察した。なお、2段めっき処理を行った試料2〜18については、1段目のめっき処理(下地クロム層S1 の形成)を終えた時点で、表面の肌色を観察した。
Then, for these
ここで、クロム層の残留応力の測定は、日本非破壊検査協会編「非破壊検査」第37巻第8号第 636〜642 頁に開示される「X線応力測定法」を用いて行った。
また、クロム層の結晶子の大きさの測定は、X線回折装置により特性X線Cu −Kα(波長:1.5405620 オングストローム)を用い、Cr (222)回折面で行い、回折プロファイルの広がり(積分幅)の測定結果を下記のScherrerの式に算入して求める方法によった。なお、積分幅には、Cauchy関数により補正した値を用いた。
Dhkl =K・λ/β1cosθ
Dhkl :結晶子の大きさ(オングストローム,hkl に垂直方向の結晶子 の大きさ)
λ :測定X線波長(オングストローム)
β1 :結晶子の大きさによる回折線の広がり:積分幅(ラジアン)
θ :回折線のブラック角
K :定数(1.05)
上記した各測定結果を表2に一括して示す。
Here, the residual stress of the chromium layer was measured using “X-ray stress measurement method” disclosed in “Non-destructive inspection”, Volume 37, No. 8, pp. 636-642 edited by Japan Nondestructive Inspection Association. .
The size of the crystallites in the chromium layer is measured on the Cr (222) diffraction surface using characteristic X-ray Cu-Kα (wavelength: 1.5405620 angstroms) with an X-ray diffractometer, and the diffraction profile spread (integral width). ) Was obtained by calculating into the following Scherrer equation. For the integral width, a value corrected by the Cauchy function was used.
D hkl = K ・ λ / β 1 cosθ
D hkl : crystallite size (angstrom, crystallite size perpendicular to hkl)
λ: Measurement X-ray wavelength (angstrom)
β 1 : Broadening of diffraction line due to crystallite size: Integral width (radian)
θ: Black angle of diffraction line K: Constant (1.05)
Table 2 collectively shows the above measurement results.
表2に示す結果より、汎用の硬質クロムめっき処理を施した試料1(比較材)では、そのクロム層に多数のクラックが認められると共に、めっき処理後の塩水噴霧試験により極めて早期(2時間)に全面発錆した。
2段めっき処理を行った試料2〜15の中では、試料2〜4および16〜18(比較材)は、めっき処理を施したままの状態で、何れも上クロム層S2 に多数のクラックが認めれると共に、下地クロム層S1 にもクラックが認められた。また、これら試料2〜4および16〜18は、めっき処理後の塩水噴霧試験により比較的早期(24〜96時間)に発錆することが分かった。なお、これら試料については、前記したようにめっき処理を施したままの状態で発錆が認められたので、その後の加熱処理を中止した。
これに対し、同じ2段めっき処理を行った試料5〜15は、めっき処理を施したままの状態で、何れも上クロム層S2 に多数のクラックが認めれたが、下地クロム層S1 にはクラックが認められなかった。また、これら試料5〜15については、めっき処理後の塩水噴霧試験において 300時間まで発錆は認められなかった。
From the results shown in Table 2, sample 1 (comparative material) subjected to general-purpose hard chromium plating treatment has many cracks in the chromium layer and is very early (2 hours) by the salt spray test after plating treatment. The entire surface rusted.
Among the
In contrast, the samples 5-15 was subjected to the same two-step plating process, in a state in which plated, although both a large number of cracks were observed on the chromium layer S 2, the underlying chrome layer S 1 No cracks were observed. Moreover, about these samples 5-15, rusting was not recognized to 300 hours in the salt spray test after a plating process.
上記めっき処理を施したままの状態で発錆の認められなかった試料5〜15については、その後、上記したように加熱処理( 200℃×2時間)を施して、再度クラックの有無および発錆の有無を観察したが、試料5(比較材)については、下地クロム層S1 にもクラックが認められ、かつ塩水噴霧試験により比較的早期(24時間)に発錆することが分かった。これに対し、試料6〜15(本発明材)は、加熱処理後においてもそれらの下地クロム層S1 にはクラックが認められず、また塩水噴霧試験においても 300時間まで発錆は認められなかった。
一方、各試料における下地クロム層S1 (試料1は1層のみ)の残留応力を比較すると、試料1〜4および16〜18(比較材)が、何れも引張残留応力になっているのに対し、試料5〜15は、何れも圧縮残留応力となっており、特に試料6〜15(本発明材)については150MPa 以上の大きな圧縮残留応力となっている。また、各試料における下地クロム層S1 (試料1は1層のみ)の結晶子の大きさを比較すると、試料1〜5(比較材)が、何れも9nm未満であるのに対し、試料6〜18は、何れも9nm以上となっており、特に試料16〜18については16nm以上の大きな結晶子となっている。
On the other hand, when the residual stresses of the base chromium layer S 1 (
なお、表面硬さは、汎用の硬質クロムめっき処理を行った試料1が最も高く、他の試料では、結晶子の大きさが大きいもの程低くなっている。また、下地クロム層S1 (試料1は1層のみ)の表面の肌色については、試料1〜15は、何れもクロムめっき層に特有の光沢が認められたが、試料16〜18は乳白色を呈していた。
In addition, the surface hardness is the highest in the
このことより、クロム層におけるクラック発生はクロム層の残留応力と結晶子の大きさに依存することが明らかで、めっき処理のままではもちろん、熱履歴を経た後においてもクラック発生を抑えて、所望の耐食性を確保するには、下地クロム層S1 に150MPa 以上の圧縮残留応力が発生するようにクロムめっき処理を行い、さらに望ましくは、9nm以上の下地クロム層S1 の結晶子の大きさとなるようにクロムめっき処理を行う必要があるといえる。ただし、圧縮残留応力については、上記したパルス波形の調整のみで大きくすることには自ら限界あるので、実用性を考慮して適宜のパルス波形を選択すればよいといえる。一方、結晶子の大きさについては、16nm以上である試料16〜18が何れも引張残留応力が発生していることから、16nm未満に抑えるのが望ましいといえる。
From this, it is clear that the occurrence of cracks in the chromium layer depends on the residual stress and crystallite size of the chromium layer. to ensure corrosion resistance performs chromium plating process as 150MPa or more compressive residual stress in the underlying chrome layer S 1 is generated, and more preferably, a size of 9nm or more crystallites underlying chrome layer S 1 Thus, it can be said that it is necessary to perform chrome plating. However, with regard to the compressive residual stress, there is a limit in increasing the compression residual stress only by adjusting the pulse waveform as described above. Therefore, it can be said that an appropriate pulse waveform may be selected in consideration of practicality. On the other hand, it can be said that it is desirable to suppress the crystallite size to less than 16 nm because the
実施例1と同じ供試材およびクロムめっき浴を用い、先ず浴温60℃、最大電流密度IU =120 A/dm2 、最小電流密度IL =0 A/dm2、最大電流密度IU における保持時間(オンタイム)T1 =1400μs 、最小電流密度IL における保持時間(オフタイム)T2 =600 μs 、周波数500 Hz の条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約2μmの下地クロム層S1 (図4)を形成した。次に、同じクロムめっき浴中で、浴温60℃、最大電流密度IU =120A/dm2、最小電流密度IL =0 A/dm2、オンタイムT1 =1400μs 、オフタイムT2 =400 μs 、周波数625 Hz の条件でパルスめっき処理を行い、前記下地クロム層S1 上に厚さ約2μmの中間クロム層S3 (図4)を形成した。次に、同じクロムめっき浴中で、浴温60℃、最大電流密度IU =120A/dm2、最小電流密度IL =0 A/dm2、オンタイムT1 =200 μs 、オフタイムT2 =100 μs 、周波数3333Hz の条件でパルスめっき処理を行い、前記中間クロム層S3 上に厚さ約2μmの中間クロム層S4 (図4)を形成した。さらに、同じクロムめっき浴中で、浴温60℃、電流密度60A/dm2 の一定条件で汎用めっき処理を行い、前記中間クロム層S5 の上に厚さ約5μmの上クロム層S2 を形成した。 The same test material and chromium plating bath as in Example 1 were used. First, the bath temperature was 60 ° C., the maximum current density I U = 120 A / dm 2 , the minimum current density I L = 0 A / dm 2 , and the maximum current density I U. Pulse plating is performed under the conditions of holding time (on time) T 1 = 1400 μs, minimum current density I L holding time (off time) T 2 = 600 μs, frequency 500 Hz, and the surface thickness of the specimen is about A 2 μm-base chromium layer S 1 (FIG. 4) was formed. Next, in the same chromium plating bath, bath temperature 60 ° C., maximum current density I U = 120 A / dm 2 , minimum current density I L = 0 A / dm 2 , on-time T 1 = 1400 μs, off-time T 2 = Pulse plating was performed under the conditions of 400 μs and frequency of 625 Hz to form an intermediate chromium layer S 3 (FIG. 4) having a thickness of about 2 μm on the underlying chromium layer S 1 . Next, in the same chromium plating bath, bath temperature 60 ° C., maximum current density I U = 120 A / dm 2 , minimum current density I L = 0 A / dm 2 , on-time T 1 = 200 μs, off-time T 2 = 100 .mu.s, performs pulse plating process at a frequency of 3333Hz, the formation of the intermediate chrome layer S 3 having a thickness of about 2μm on the intermediate chrome layer S 4 (FIG. 4). Further, in the same chromium plating bath, general-purpose plating is performed under a constant condition of a bath temperature of 60 ° C. and a current density of 60 A / dm 2 , and an upper chromium layer S 2 having a thickness of about 5 μm is formed on the intermediate chromium layer S 5. Formed.
そして、上記のようにして得た試料について、顕微鏡観察により下地クロム層S1 、中間クロム層S3 ,S4 および上クロム層S2 におけるクラックの有無を観察し、併せて実施例1と同様の方法で各層における残留応力および結晶子の大きさを測定すると共に、JIS Z2371 による塩水噴霧試験を行って発錆の有無を観察した。また、これら試験後、試料に 200℃×2時間の加熱処理を施し、JIS Z2371 による塩水噴霧試験を行って発錆の有無を観察した。結果を表3に一括して示す。 Then, the samples obtained as described above, the underlying chrome layer S 1 by microscopic observation, to observe the presence or absence of cracks in the intermediate chrome layer S 3, S 4 and the upper chromium layer S 2, similarly to Example 1 together with The residual stress and crystallite size in each layer were measured by this method, and a salt spray test according to JIS Z2371 was conducted to observe the presence or absence of rusting. After these tests, the samples were subjected to heat treatment at 200 ° C. for 2 hours, and a salt spray test according to JIS Z2371 was performed to observe the presence or absence of rusting. The results are collectively shown in Table 3.
表3に示す結果より、下層側の下地クロム層S1 および中間クロム層S3 には全くクラックは認められなかったが、上層側の中間クロム層S4 にはわずかのクラックが、また、最上層の上クロム層S2 には多くのクラックが認められた。また、残留応力をみると、下層側の下地クロム層S1 および中間クロム層S3 は150MPa を越す大きな圧縮残留応力を有しているが、上層側のクロム中間クロム層S4 および上クロム層S2 は引張残留応力を有するものとなっている。さらに、結晶子の大きさをみると、下層側の下地クロム層S1 および中間クロム層S3 は9nmを超える大きとなっているのに対し、上層側のクロム中間クロム層S4 および上クロム層S2 は、9nmよりもかなり小さくなっている。 一方、塩水噴霧試験の結果は、めっき処理の状態、熱処理後の状態の何れにおいても発錆は認められず、十分なる耐食性を有することを確認できた。 From the results shown in Table 3, no cracks were observed in the lower chrome layer S 1 and the intermediate chrome layer S 3 , but slight cracks were observed in the upper intermediate chrome layer S 4. Many cracks were observed in the upper chrome layer S 2 in the upper layer. In terms of residual stress, the underlying chromium layer S 1 and intermediate chromium layer S 3 on the lower layer side have large compressive residual stress exceeding 150 MPa, but the intermediate chromium layer S 4 and upper chromium layer on the upper layer side. S 2 has a tensile residual stress. Further, when looking at the size of the crystallite, the lower chromium layer S 1 and the intermediate chromium layer S 3 are larger than 9 nm, whereas the upper chromium intermediate chromium layer S 4 and the upper chromium layer are larger than 9 nm. Layer S 2 is much smaller than 9 nm. On the other hand, as a result of the salt spray test, rusting was not observed in either the state of the plating treatment or the state after the heat treatment, and it was confirmed that it had sufficient corrosion resistance.
実施例1と同じ供試材およびクロムめっき浴を用い、先ず浴温60℃、最大電流密度IU =120 A/dm2 、最小電流密度IL =0 A/dm2、最大電流密度IU における保持時間(オンタイム)T1 =300 μs 、最小電流密度IL における保持時間(オフタイム)T2 =300 μs 、周波数1.7kHzの条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約3μmのクラックのない下地クロム層S1 (図1)を形成した。次に、同じクロムめっき浴中で、浴温60℃、電流密度60A/dm2 の一定条件で汎用めっき処理を行い、前記下地クロム層S1 上に厚さ約10μmの、クラックを有する上クロム層S2 (図1)を形成した。そして、このめっき処理後、表面をバフ研磨して表面粗さRa =0.08μmに仕上げ、その後、一部の試料31については210 ℃に4時間保持するベーキング処理を行って、上クロム層S2 の上に酸化物(Cr2O3 主体)を形成し、他の一部の試料32については最高加熱温度400 ℃に短時間(10秒程度)保持する高周波加熱を行って、上クロム層S2 の上に酸化物(Cr2O3 主体)を形成した。 The same test material and chromium plating bath as in Example 1 were used. First, the bath temperature was 60 ° C., the maximum current density I U = 120 A / dm 2 , the minimum current density I L = 0 A / dm 2 , and the maximum current density I U. retention time (on-time) T 1 = 300 μs, the minimum current density I retention time in the L (off-time) T 2 = 300 μs, performs pulse plating process at a frequency of 1.7 kHz, thick test piece surface of the An underlying chromium layer S 1 (FIG. 1) having no cracks of about 3 μm was formed. Next, in the same chrome plating bath, general-purpose plating treatment is performed under the constant conditions of a bath temperature of 60 ° C. and a current density of 60 A / dm 2 , and the upper chrome with cracks having a thickness of about 10 μm is formed on the base chrome layer S 1. Layer S 2 (FIG. 1) was formed. After the plating treatment, the surface is buffed to finish the surface to a surface roughness Ra = 0.08 μm. After that, a part of the sample 31 is baked at 210 ° C. for 4 hours to obtain the upper chromium layer S 2. An oxide (mainly Cr 2 O 3 ) is formed on the upper part, and the other chrome sample 32 is subjected to high-frequency heating that is held at a maximum heating temperature of 400 ° C. for a short time (about 10 seconds), and the upper chromium layer S An oxide (mainly Cr 2 O 3 ) was formed on 2 .
また、比較のため、実施例1と同じ供試材およびクロムめっき浴を用い、先ず浴温60℃、最大電流密度IU =120 A/dm2 、最小電流密度IL =0 A/dm2、オンタイムT1 =200 μs 、オフタイムT2 =200 μs 、周波数2.5kHzの条件でパルスめっき処理を行い、供試材表面に厚さ約3μmの、クラックを有する下地クロム層S1 を形成し、次に、同じクロムめっき浴中で、浴温60℃、電流密度60A/dm2 の一定条件で汎用めっき処理を行い、前記下地クロム層S1 上に厚さ約10μmの、クラックを有する上クロム層S2 を形成し、これを試料33として、これに上記したバフ研磨と高周波加熱処理とを施した。さらに、比較のため、上記試料31における最終工程を逆に、すなわち、ベーキング処理を行った後、バフ研磨する工程により試料34を得た。 For comparison, the same test material and chromium plating bath as in Example 1 were used. First, the bath temperature was 60 ° C., the maximum current density I U = 120 A / dm 2 , and the minimum current density I L = 0 A / dm 2. Then, pulse plating is performed under the conditions of on-time T 1 = 200 μs, off-time T 2 = 200 μs, and frequency of 2.5 kHz, and a base chromium layer S 1 having a crack of about 3 μm is formed on the surface of the test material. Next, general-purpose plating is performed in the same chromium plating bath under constant conditions of a bath temperature of 60 ° C. and a current density of 60 A / dm 2 , and a crack having a thickness of about 10 μm is formed on the underlying chromium layer S 1. The upper chrome layer S 2 was formed, and this was used as a sample 33, which was subjected to the buffing and high-frequency heat treatment described above. Further, for comparison, a sample 34 was obtained by reversing the final step of the sample 31, that is, by performing a buffing process after performing a baking process.
そして、上記のようにして得た試料31〜34について、実施例1と同様の方法で下地クロム層S1 における圧縮応力および結晶子の大きさを測定すると共に、JIS Z2371 による塩水噴霧試験を行って、赤錆および白錆の発生の有無を観察した。結果を表4に一括して示す。 Then, the samples 31 to 34 obtained in the manner as described above, as well as measuring the magnitude of the compressive stress and the crystallite in the underlying chrome layer S 1 in the same manner as in Example 1, subjected to salt spray test according to JIS Z2371 The occurrence of red rust and white rust was observed. The results are collectively shown in Table 4.
表4に示す結果より、試料31および32は、下地クロム層S1 に十分大きな圧縮残留応力が認められるとともに、結晶子の大きさも十分に大きな値となっている。一方、試料31および32では、下地クロム層S1 が圧縮残留応力であるものの、その値が十分でなく、また、結晶子の大きさも小さい値となっている。 From the results shown in Table 4, Samples 31 and 32 have a sufficiently large compressive residual stress in the underlying chromium layer S 1 and a sufficiently large crystallite size. On the other hand, in Samples 31 and 32, although the underlying chrome layer S 1 is a compressive residual stress, the value is not sufficient, also has a magnitude also smaller crystallite.
塩水噴霧試験の結果、試料31および32(本発明材)には、金属素地の腐食に起因する赤錆はもとより、めっき層の腐食による白錆も認められなかったが、試料33(比較材)には赤錆が、試料34(比較材)には白錆がそれぞれ認められた。試料33に赤錆が認められたのは、下地クロム層S1 と上クロム層S2 との双方にクラックが存在したため、試料34に白錆が認められたのは、加熱酸化処理により形成された酸化膜が最終のバフ研磨で除去されたためである。図8は、その白錆の発生状態を示す電子顕微鏡写真である。なお、試料34に赤錆が認めらなかったのは、最終のバフ研磨でクロム層に塑性流動が生じ、クラックが閉鎖されためである。 As a result of the salt spray test, in Samples 31 and 32 (invention material), not only red rust due to corrosion of the metal substrate but also white rust due to corrosion of the plating layer was not observed, but in Sample 33 (comparative material) And red rust were observed in Sample 34 (comparative material). The reason why red rust was observed in sample 33 was that cracks existed in both base chrome layer S 1 and upper chrome layer S 2, and the reason why white rust was observed in sample 34 was formed by heat oxidation. This is because the oxide film was removed by the final buffing. FIG. 8 is an electron micrograph showing the occurrence of white rust. The reason why no red rust was observed in the sample 34 was that the final buffing caused plastic flow in the chromium layer and closed the cracks.
実施例1中の試料番号12と同じパルス電流条件でめっき処理を施し、めっき厚さを種々に変化させて、それぞれについて残留応力を測定した。図9は、前記のようにして求めためっき厚さと残留応力との関係を示したもので、従来技術の特公昭43−20082号公報に示すような、めっき厚さに対して応力勾配がほとんど見られず、平均圧縮残留応力も100MPa 以上と安定していることが分かる。また、1μmのめっき厚さにおいても300MPaに近い圧縮残留応力が得られている。 Plating was performed under the same pulse current conditions as in Sample No. 12 in Example 1, and the plating stress was variously changed, and the residual stress was measured for each. FIG. 9 shows the relationship between the plating thickness obtained as described above and the residual stress. As shown in Japanese Patent Publication No. 43-20082 of the prior art, there is almost no stress gradient with respect to the plating thickness. It can be seen that the average compressive residual stress is stable at 100 MPa or more. Further, a compressive residual stress close to 300 MPa is obtained even at a plating thickness of 1 μm.
F クラック
M 鋼母材
S1 下地クロム層
S2 上クロム層
S3 中間クロム層
S4 中間クロム層
S5 酸化膜
W ワーク
F Crack M Steel base material S 1 Base chromium layer S 2 Upper chromium layer S 3 Intermediate chromium layer S 4 Intermediate chromium layer S 5 Oxide film W Workpiece
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