JP4366585B2 - 表面処理剤及びこれを用いた表面処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の表面処理剤、特に、電気・電子部品分野で用いられるニッケルめっき皮膜や、ニッケル−リン合金めっき皮膜等のニッケル合金めっき皮膜の表面処理に用いる表面処理液及びこれを用いた表面処理方法に関する。
ニッケルめっき皮膜、ニッケル合金めっき皮膜等のニッケル系のめっき皮膜に対して、更なる防食を目的とした電気・電子部品の最終処理である腐食防止や変色防止を目的とする後処理としてクロメート処理が行われている。このクロメート処理は、６価クロム、３価クロムを含有する溶液で処理するものであるが、クロムは有害であるため、クロムを使用しない無害な表面処理剤が求められている。
クロメート処理剤の代替としては、珪素化合物を使用した処理剤がある。しかし、この処理剤で処理した場合、処理後の皮膜上に珪素が残存することによりはんだ付け性や接着性が劣化する問題が指摘されている。そのため、腐食や変色を有効に防止することができると共に、はんだ付け性や接着性の劣化を引き起こさないニッケル皮膜及びニッケル合金皮膜の表面処理剤が求められている。
なお、この発明に関する先行技術文献情報としては以下のものがある。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、有害なクロムを含むことなく、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜に対して、腐食や変色を有効に防止することができると共に、はんだ濡れ性等のはんだ付け性や接着性の劣化を引き起こさない表面処理剤及びこれを用いた表面処理方法を提供することを目的とする。
本発明者は、上記問題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、リン酸及び／又はその塩と、タングステン酸及び／又はその塩とを含有し、６価クロム及び３価クロムを含有しない水溶液をニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の表面処理剤として用いれば、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の表面等にタングステン酸ニッケルやリン酸ニッケルを含む不溶性皮膜、特にタングステン酸ニッケルを含む不溶性皮膜を形成して、ニッケル皮膜やニッケル合金皮膜の腐食や変色を有効に防止することができると共に、上記不溶性皮膜が非常に薄膜となるため、はんだ濡れ性等のはんだ付け性や接着性も従来のクロメート処理と同等に維持できることを見出し、本発明をなすに至った。
即ち、本発明は、ニッケル皮膜又はニッケル−リン合金皮膜の表面処理剤であって、タングステン酸及び／又はその塩と、リン酸及び／又はその塩とをモル比で４：１〜３：２の範囲で含有し、かつ６価クロム及び３価クロムを含有しないｐＨが７〜８である水溶液であることを特徴とする表面処理剤、及びこれを用いてニッケル皮膜又はニッケル−リン合金皮膜を表面処理することを特徴とする表面処理方法を提供する。
本発明の表面処理剤は、６価クロム及び３価クロムを含有していないので、無害で環境上有利である。また、ニッケル皮膜及びニッケル合金皮膜に対して、従来のクロメート処理と同等の耐食性や変色防止性を与え、かつはんだ濡れ性等のはんだ付け性や接着性を劣化させることもないことから、電気・電子部品分野等の用途で用いられるニッケル皮膜やニッケル−リン合金皮膜の表面処理剤として特に好適である。
以下、本発明について更に詳述する。
本発明の表面処理剤は、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の表面処理剤であり、タングステン酸及び／又はその塩を主成分として含有し、リン酸及び／又はその塩を含有し、かつ６価クロム及び３価クロムを含有しない水溶液である。
本発明の表面処理剤は、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の表面処理剤であり、タングステン酸及び／又はその塩を主成分として含有し、リン酸及び／又はその塩を含有し、かつ６価クロム及び３価クロムを含有しない水溶液である。
本発明の表面処理剤は、タングステン酸及び／又はその塩を主成分として含有する。タングステン酸の塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。本発明においては、特に、タングステン酸ナトリウムが好ましい。
本発明の表面処理剤中のタングステン酸及び／又はその塩の濃度は０．００５〜０．１モル／Ｌ、特に０．００９〜０．０５モル／Ｌであることが好ましい。上記範囲を超えると、ニッケル合金皮膜上などに形成されるタングステン酸ニッケル等が多くなって十分なはんだ濡れ性や接着性が得られなくなるおそれがある。一方、上記範囲を下回ると、ニッケル合金皮膜上などに形成されるタングステン酸ニッケル等が少なくなって十分な耐食性が得られないおそれがある。
また、本発明の表面処理剤は、リン酸及び／又はその塩を含有する。リン酸としては、正リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ピロリン酸等が挙げられ、またリン酸塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩等が挙げられる。特に、ニッケルとの反応生成物の溶解度が小さいことの観点から、リン酸としては亜リン酸が好ましく、その塩として亜リン酸二水素ナトリウム、亜リン酸水素二ナトリウム等の亜リン酸のナトリウム塩が挙げられる。
本発明の表面処理剤中のリン酸及び／又はその塩の濃度は、リン基準の濃度で０．００２〜０．０５モル／Ｌ、特に０．００４〜０．０１モル／Ｌであることが好ましい。上記範囲を超えると、ニッケルを過剰に溶解するおそれがある上、リン酸ニッケル皮膜が過剰に形成されてはんだ濡れ性が低下するおそれがある。一方、上記範囲を下回ると、皮膜表面に耐食性や耐変色性を与えるリン酸ニッケル等の反応生成物が十分に形成されないおそれがある。
本発明の表面処理剤中のタングステン酸及び／又はその塩と、リン酸及び／又はその塩とのモル比は、タングステン酸及び／又はその塩：リン酸及び／又はその塩＝４：１〜３：２であり、特に３：１〜２：１が好ましい。上記範囲よりタングステン酸及び／又はその塩が多くなると、ニッケル合金皮膜上などに形成されるタングステン酸ニッケル等が多くなって十分なはんだ濡れ性や接着性が得られなくなるおそれがある。一方、上記範囲よりタングステン酸及び／又はその塩が少なくなると、ニッケルを過剰に溶解して耐食性が得られないおそれがある。
特に、本発明の表面処理剤のｐＨは７〜８である。ｐＨが８を超えると、アルカリ成分によりニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜のニッケル成分が溶解され、耐食性が悪くなるおそれがある。一方、ｐＨが７を下回ると、タングステン酸によりニッケルが溶解され、耐食性が悪くなるおそれがある。なお、ｐＨはＮａＯＨ等のｐＨ調整剤で調整することが可能である。
本発明の表面処理剤は、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の表面処理に用いられ、ニッケル合金皮膜は、ニッケル−リン合金皮膜を処理対象とする。本発明の表面処理剤は、特に、電気めっき、無電解めっきにより形成されたニッケルめっき皮膜、ニッケル合金めっき皮膜の表面処理用として好適である。
上記ニッケル−リン合金皮膜を形成するための無電解ニッケル−リンめっき浴としては、公知の無電解ニッケル−リンめっき浴を用いることができ、無電解ニッケル−リンめっき浴を用い、例えば、９０℃程度でニッケル−リン合金めっき皮膜を形成することで好適なニッケル−リン合金皮膜が形成できる。無電解ニッケル−リンめっき浴としては、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、炭酸ニッケル等の水溶性ニッケル塩をニッケルとして１〜１０ｇ／Ｌ、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等の次亜リン酸塩を１０〜４０ｇ／Ｌ、リンゴ酸、クエン酸、酢酸等の有機カルボン酸又はその塩を５〜７０ｇ／Ｌ、その他必要に応じてｐＨ緩衝剤や安定剤などを含有するｐＨ４〜８のめっき浴を用いることができる。特に例示すれば、硫酸ニッケル２３ｇ／Ｌ、次亜リン酸ナトリウム２５ｇ／Ｌ、リンゴ酸１５ｇ／Ｌ、乳酸２０ｍｌ／Ｌ、ｐＨ緩衝剤としてコハク酸を含有し、アンモニア水でｐＨを４．６に調整した無電解ニッケル−リンめっき浴を示すことができるが、これに限定されるものではない。当該無電解ニッケル−リンめっき浴を用いて、９０℃程度でニッケル−リン合金めっき皮膜を形成すれば、皮膜中のリン含有量は１０質量％程度となる。
また、本発明の表面処理剤により処理される被処理物がニッケル−リン合金めっき皮膜の場合、そのリン含有量は２〜１３質量％のものが好適である。
本発明の表面処理剤を用いたニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜の処理は、処理剤の温度を２５〜４０℃として、ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜を本発明の表面処理剤に１〜５分程接触させることで可能である。ニッケル皮膜又はニッケル合金皮膜と表面処理剤との接触は、浸漬等の従来公知の方法で実施できる。
なお、本発明の表面処理剤による処理は、リン酸塩の化成皮膜を形成するいわゆるリン酸処理、即ち、置換反応により皮膜表面に被処理層を形成する処理とは異なり、化学吸着反応により皮膜表面に被処理層を形成する処理であると推定されるが、これに限定されるものではない。
以下、実施例、参考例及び比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
［参考例１、実施例１〜３］
基材（冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ））表面に上村工業株式会社製無電解ニッケル−リンめっき液ニムデンＮＤＸを用いて、めっき温度９０℃、ｐＨ４．６０で形成したニッケル−リン合金めっき皮膜（膜厚８μｍ、リン含有量１０質量％）を、タングステン酸（Ｈ2ＷＯ4）を０．０２モル／Ｌ、亜リン酸水素二ナトリウムを表１に示される濃度で含有するＮａＯＨ水溶液でｐＨ７．４に調整した水溶液（表面処理剤）に、温度３０℃、３分間浸漬することによりニッケル−リン合金めっき皮膜を処理した。
基材（冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ））表面に上村工業株式会社製無電解ニッケル−リンめっき液ニムデンＮＤＸを用いて、めっき温度９０℃、ｐＨ４．６０で形成したニッケル−リン合金めっき皮膜（膜厚８μｍ、リン含有量１０質量％）を、タングステン酸（Ｈ2ＷＯ4）を０．０２モル／Ｌ、亜リン酸水素二ナトリウムを表１に示される濃度で含有するＮａＯＨ水溶液でｐＨ７．４に調整した水溶液（表面処理剤）に、温度３０℃、３分間浸漬することによりニッケル−リン合金めっき皮膜を処理した。
処理後、得られた被処理皮膜について、その耐食性、変色の有無、はんだ濡れ性及び接着性について評価した結果を表１に併記する。なお、各評価の方法は以下のとおりである。
耐食性
耐食性試験は塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を８時間行い、錆が発生していないものを良好、錆が発生したものを不良とした。
耐食性試験は塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を８時間行い、錆が発生していないものを良好、錆が発生したものを不良とした。
変色の有無
耐食性試験は塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を８時間行い、目視により確認した。
耐食性試験は塩水噴霧試験（ＪＩＳ Ｚ ２３７１）を８時間行い、目視により確認した。
はんだ濡れ性
はんだ濡れ試験機を用いて（試験条件 はんだ：Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、温度：２４５±３℃、速度：１．７５〜２ｍｍ／ｓ 浸漬深さ：２ｍｍ、フラックス：タムラ化研製ＮＡ−２００）はんだ濡れ時間を測定し、無処理品と同等のものを良好、無処理品より濡れ時間が長いものを不良とした。
はんだ濡れ試験機を用いて（試験条件 はんだ：Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ、温度：２４５±３℃、速度：１．７５〜２ｍｍ／ｓ 浸漬深さ：２ｍｍ、フラックス：タムラ化研製ＮＡ−２００）はんだ濡れ時間を測定し、無処理品と同等のものを良好、無処理品より濡れ時間が長いものを不良とした。
接着性
工業用粘着テープ（住友スリーエム株式会社製 スコッチ ８５０−ＴＲＡ）を試料に貼り、テープを９０°ではがす時の接着強度を引っ張り試験機（島津製作所製 ＡＧＳ−１００Ｄ）で測定し、無処理品と同等の引っ張り強度のものを良好、無処理品より引っ張り強度が小さいものを不良とした。
工業用粘着テープ（住友スリーエム株式会社製 スコッチ ８５０−ＴＲＡ）を試料に貼り、テープを９０°ではがす時の接着強度を引っ張り試験機（島津製作所製 ＡＧＳ−１００Ｄ）で測定し、無処理品と同等の引っ張り強度のものを良好、無処理品より引っ張り強度が小さいものを不良とした。
［実施例４〜７］
亜リン酸水素二ナトリウムを表２に示される各種リン酸塩に変えた以外は実施例３と同様の方法で、ニッケル−リン合金めっき皮膜を処理し、得られた被処理皮膜について、参考例１と同様の方法で評価した。結果を表２に併記する。
亜リン酸水素二ナトリウムを表２に示される各種リン酸塩に変えた以外は実施例３と同様の方法で、ニッケル−リン合金めっき皮膜を処理し、得られた被処理皮膜について、参考例１と同様の方法で評価した。結果を表２に併記する。
［比較例１，２］
表面処理剤を下記表３に示す水溶液に代えて処理した以外は参考例１と同様の方法でニッケル−リン合金めっき皮膜に表面処理を施した。得られた被処理皮膜を参考例１と同様の方法で評価した結果を表３に示す。
表面処理剤を下記表３に示す水溶液に代えて処理した以外は参考例１と同様の方法でニッケル−リン合金めっき皮膜に表面処理を施した。得られた被処理皮膜を参考例１と同様の方法で評価した結果を表３に示す。
Claims (4)
- ニッケル皮膜又はニッケル−リン合金皮膜の表面処理剤であって、タングステン酸及び／又はその塩と、リン酸及び／又はその塩とをモル比で４：１〜３：２の範囲で含有し、かつ６価クロム及び３価クロムを含有しないｐＨが７〜８である水溶液であることを特徴とする表面処理剤。
- 上記リン酸及び／又はその塩の濃度が０．００４〜０．０１モル／Ｌであることを特徴とする請求項１記載の表面処理剤。
- 上記ニッケル皮膜又はニッケル−リン合金皮膜が、電気めっき又は無電解めっきにより形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２記載の表面処理剤。
- 請求項１、２又は３記載の表面処理剤を用いてニッケル皮膜又はニッケル−リン合金皮膜を表面処理することを特徴とする表面処理方法。
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