JP6850987B2 - 銀めっき被覆ステンレス鋼材 - Google Patents

Description

本発明は、銀めっき被覆ステンレス鋼材及び燃料電池用セパレータに関し、詳細には下地ニッケルめっき膜の厚みが、銀めっき膜の厚みに対して所定の範囲内である銀めっき被覆ステンレス鋼材に関する。

ステンレス鋼材は表面に酸化皮膜を有するため、耐食性、耐酸化性に優れる。しかし、酸化皮膜は半田付け性が極めて悪い。そこで、ステンレス鋼材を電気・電子部品として使用する際には、通常、銀めっきが施される。その際、銀めっき膜のステンレス鋼材への密着性を高めるために、下地としてニッケルめっきが施される。

ステンレス鋼材としてフェライト系ステンレス鋼を用い、該フェライト系ステンレス鋼にニッケルめっきを施した上に銀めっきを施すことにより、高温酸化雰囲気下で使用されても表面が酸化されることがなく、良好な導電性を示す銀めっき被覆フェライト系ステンレス鋼材が知られている（特許文献１）。

特許第３９１８６１１号

特許文献１記載の銀めっき被覆フェライト系ステンレス鋼材は、５００℃以上の温度の高温酸化雰囲気に曝された場合であっても良好な導電性等の特性を示すものの、さらなる導電性の向上が求められている。そこで、本発明は高温酸化雰囲気下での導電性をより向上することができる銀めっき被覆ステンレス鋼材及び燃料電池用セパレータを提供することを目的とする。

導電性を向上すべく本発明者らが種々検討したところ、下地ニッケルめっき膜の厚みを、銀めっき膜の厚みとほぼ同程度に厚くすることによって、耐高温酸化性が著しく向上することが見出された。即ち、本発明の銀めっき被覆ステンレス鋼材の第１の観点は、フェライト系ステンレス鋼母材、前記フェライト系ステンレス鋼母材の少なくとも一部上に施与されたニッケルめっき膜、及び前記ニッケルめっき膜を覆って施与された銀めっき膜、からなる銀めっき被覆ステンレス鋼材であって、前記銀めっき膜の厚み（ｄＡ）が１μｍ以上であり、前記銀めっき膜の厚み（ｄＡ）に対する前記ニッケルめっき膜の厚み（ｄＮ）の比（ｄＮ／ｄＡ）が０．５〜１．５であることを特徴とする。

本発明の銀めっき被覆ステンレス鋼材の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、前記ｄＡが５〜１０μｍであり、且つ、ｄＮ／ｄＡが０．８〜１．２であることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく銀めっき被覆ステンレス鋼材で構成された燃料電池用セパレータであることを特徴とする。

本発明の第１の観点は、従来、銀めっき膜厚よりも薄いニッケルめっき膜厚を銀めっき膜厚とほぼ同程度に厚くし、それによって、高温酸化雰囲気下で長時間維持した後であっても比電気抵抗値の増加が少なく、優れた導電性を示すという効果を奏する。該銀めっき被覆ステンレス鋼材は、耐高温酸化性が要求される導電部材としての用途は勿論のこと、高温での金属光沢を利用した加熱炉部材としても有用である。

本発明の第２の観点は、ニッケルめっき膜厚を銀めっき膜厚と略同じにすることによって、高温酸化雰囲気下で長時間維持した後の比電気抵抗値の増加を大きく抑制するという効果を奏する。

本発明の第３の観点は、上記第１又は第２の観点の銀めっき被覆ステンレス鋼材で構成された燃料電池用セパレータであり、優れた耐熱性を示す。

本実施形態において、母材のフェライト系ステンレス鋼としては、フェライト系であれば任意の組成のステンレス鋼を用いることができる。例えば、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０をベースに種々の元素が添加又は低下されたステンレス鋼、例えばＴｉを含むＳＵＨ４０９、Ａｌを含むＳＵＳ４０５、Ｓを含むＳＵＳ４３０Ｆ、Ｍｏを含むＳＵＳ４３４、Ｃが低減されたＳＵＳ４１０Ｌ、Ｃｒが低減されたＳＵＳ４２９等が挙げられる。これらのうち、精密加工性に優れ安価であることから、ＳＵＳ４３０が好ましい。

ニッケルめっき膜は、フェライト系ステンレス鋼母材の少なくとも一部、例えば電気接点部位、に施与されている。ニッケルめっき膜は、電解めっき膜、無電解めっき膜のいずれであってよい。厚み制御がし易い点で、電解めっき膜であることが好ましい。

銀めっき膜は、ニッケルめっき膜を覆って施与されている。銀めっき膜は、電解めっき膜、無電解めっき膜のいずれであってよく、好ましくは電解めっき膜である。銀めっき膜は、その厚み（ｄＡ）が少なくとも１μｍであり、好ましくは少なくとも５μｍである。ｄＡが１μｍ未満では、高温酸化性雰囲気中で十分な導電性を達成することが難しい。ｄＡの上限値については特に制限は無いが、コスト等の点で１０μｍ程度であるのが一般的である。但し、銀の融点（９６０℃）に近い程の高温環境下で使用する場合は、できるだけ厚くすることが好ましい。

本実施形態の銀めっき被覆ステンレス鋼材は、ニッケルめっき膜の厚み（ｄＮ）と銀めっき膜の厚み（ｄＡ）の比（ｄＮ／ｄＡ）が０．５〜１．５であることを特徴とする。該範囲内においては、銀めっき被覆ステンレス鋼材が高温（５００℃〜９６０℃）の酸化雰囲気に長時間（１００〜１０００時間）曝された後であっても、比電気抵抗値の初期比電気抵抗値に対する上昇率が１４％以下、好ましくは１２％以下である。好ましくはｄＮ／ｄＡが０．７〜１．３であり、より好ましくは０．８〜１．２である。

より好ましくは、ｄＡが５〜１０μｍであり、且つ、ｄＮ／ｄＡが０．８〜１．２である。

本実施形態において、めっき膜の厚みの測定方法は特に限定されず、例えばＪＩＳ Ｈ ８５０１：１９９９に定められている電解式試験法、蛍光Ｘ線式試験法、走査電子顕微鏡試験方法に準じて行うことができる。本発明では、試験片の断面を切り出し、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）により測定した。

本実施形態の銀めっき被覆ステンレス鋼材の用途としては、高温酸化雰囲気下における耐酸化性及び導電性が必要とされる用途、例えば、燃料電池のセパレータ又は電流取り出し端子、及び高温用導線等が挙げられる。また、銀めっき被覆ステンレス鋼材は、高温雰囲気下においても金属光沢を維持することから、高温雰囲気における輻射熱を利用する用途、例えば、加熱炉又は配管の内壁等にも使用できる。

本実施形態の銀めっき被覆ステンレス鋼材は、定法に従い作ることができる。例えば、フェライト系ステンレス鋼母材に、脱脂、活性化等の前処理を施した後、ニッケルめっきを施す。ニッケルめっきは、上述のように電解めっき、例えばウッド浴、ワット浴、黒色ニッケルめっき浴、又はスルファミン酸浴で行うことが好ましい。次いで、ニッケルめっきされたフェライト系ステンレス鋼母材を水洗した後、シアン浴にて銀めっきを施し、水洗、乾燥を行う。めっき膜厚の制御は、めっき電流密度とめっき時間によって行うことができる。

以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１〜９及び比較例１〜６］
ＳＵＳ４３０製の金属母材の表面に、表１〜３に示す厚みのニッケルめっき膜と銀めっき膜を形成した。
先ず、ＳＵＳ４３０から、幅２０×長さ４０×厚み２ｍｍの板状の試験片を切り出した。該金属母材の組成は以下のとおりである：
ＳＵＳ４３０：Ｃｒ１８ｗｔ％、Ｃ（炭素）０．１２ｗｔ％以下、Ｓi０．７５ｗｔ％以下、Ｍｎ１．０ｗｔ％以下、Ｐ（リン）０．０４ｗｔ％以下、Ｓ（硫黄）０．０３ｗｔ％以下、残Ｆｅおよび不可避不純物。

試験片の全表面上に、表１〜３に示す厚みのニッケル（ｄＮ）めっき、次いで銀（ｄＡ）めっき膜を形成した。同じめっき条件で３試験片ずつめっきし、夫々について厚み及び初期比電気抵抗値を測定して平均を求めた。

＜ニッケルめっきの条件＞
ニッケルめっきは、塩化ニッケルを２４０ｇ／L、及び塩酸を１２５ｍＬ／Lで含むウッド浴を用い、２５℃において、電流密度５Ａ／ｄｍ^２の条件で実施した。その後、蒸留水で良く洗浄し、乾燥した。

＜銀めっきの条件＞
銀めっきは、シアン化銀カリウム２ｇ／Ｌ、及びシアン化ナトリウムを１００ｇ／Ｌで含む浴を用い、２５℃において、電流密度２Ａ／ｄｍ^２の条件で実施した。その後、蒸留水で良く洗浄し、乾燥した。

＜めっき膜厚測定法＞
蛍光Ｘ線装置（日本電子社製）を用いてめっき表面の膜厚を測定した。

＜電気抵抗値の測定法＞
ミリオームメータ（ソーラートロン社製）を用いて、２枚の白金メッシュ（面積１ｃｍ^２）に試験片を挟み、５ｋｇｆの荷重をかけて面積被抵抗値（ｍΩ・ｃｍ^２）を測定した。
＜耐高温酸化性試験＞
得られた各試験片を、８００℃の空気雰囲気下において、１０００時間保持した後に比電気抵抗値を測定し、初期比電気抵抗値からの上昇率ΔＲ（％）を求めた。結果を表１〜３に示す。

上表に示す通り、ｄＮ／ｄＡが本発明の範囲であるものは、比電気抵抗値の上昇率ΔＲ（％）が少なく、導電性に優れていた。特に、実施例５及び８については、ΔＲ（％）が４％以下という極めて優れた導電性を示した。

Claims (1)

1. フェライト系ステンレス鋼母材、
   前記フェライト系ステンレス鋼母材の少なくとも一部上に施与されたニッケルめっき膜、及び
   前記ニッケルめっき膜を覆って施与された銀めっき膜、
   からなる銀めっき被覆ステンレス鋼材であって、
   前記銀めっき膜の厚み（ｄＡ）が５〜１０μｍであり、
   前記銀めっき膜の厚み（ｄＡ）に対する前記ニッケルめっき膜の厚み（ｄＮ）の比（ｄＮ／ｄＡ）が０．８〜１．２であり、
   燃料電池の電流取り出し端子、高温用導線、加熱炉の内壁、又は配管の内壁のいずれかに使用される
   ことを特徴とする銀めっき被覆ステンレス鋼材。