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装飾用黒色3価クロムめっきプロセス JCUTRICHROM JTC-BK

総合研究所
基幹技術開発部
福島 敏明  Toshiaki FUKUSHIMA / 岡原 槙也  Shinya OKAHARA / 川俣 祐香  Yuka KAWAMATA

はじめに

従来、自動車や装飾品の仕上げに施されるクロムめっきは、性能やコストに優れる6価クロムめっきが主流であった。しかし、近年の環境問題への意識の高まりにより人体や環境に悪影響を及ぼす6価クロムは規制対象とされている。また、融雪剤を使用する地区での6価クロムめっき腐食(ロシア腐食)が問題となっていることから、6価クロムめっきの代替が求められている。 そして、その解決策として3価クロムめっきが注目されている。
3価クロム浴は生産時における有害な6価クロムミストの発生がなく、作業員への健康障害や大気汚染がない。また、3価クロム浴から得られためっき皮膜は耐ロシア腐食性に優れることや、従来の6価クロムでは単色であった色調において、3価クロム浴からは新しい色調が得られるため、意匠面からも注目を浴びている。
以上のような背景から、本稿では新たに開発した黒色3価クロムめっきプロセス「JCUTRICHROM JTC-BK(以下JTC-BKと略す)」について紹介する。

使用条件

表1~3にJTC-BKプロセスの浴組成、作業条件、推奨設備を 示す。



表1~3にJTC-BKプロセスの浴組成、作業条件、推奨設備を 示す。



性能

1)ハルセル外観および膜厚分布

図1に6価クロムおよびJTC-BKのハルセル外観を、図2に膜厚分布と膜厚の関係を示す。ハルセル試験の条件は6価クロム、JTC-BK共に標準条件とし、どちらも全電流5A、めっき時間3分で評価した。



図1からも明らかなように、JTC-BKは6価クロムに比べて良好な付き回り性を有しており、均一な黒色外観が得られることが確認できた。
図2の結果から、6価クロムは電流密度が高くなるにつれて膜厚が高くなるのに対し、JTC-BKは15A/d㎡辺りから均一な膜厚であることが分かる。このことから、JTC-BKは均膜性に優れることが確認できた。なお、めっき時間を延長すれば増膜は可能である。

2)色調(L*a*b*表色系)
JTC-BKの色調の確認を行った。色彩色差計(コニカミノルタ:分光測色計CM-700d)を用いてL*a*b*表色系に基づいて数値化した。図3にL*a*b*表色系の模式図を、表4に測定結果を示す。



3)FE-SEMによる表面観察
6価クロムおよびJTC-BKの皮膜をFE-SEMで観察した。その結果を図4に示す。


図4より、6価クロムは緻密な皮膜を形成しているのに対し、JTC-BKは皮膜に凹凸が見られることが分かる。

4)耐食性

①CASS試験
2種類のサンプルを用意し、それぞれCASS試験を40時間および80時間実施した。CASS試験40時間実施したサンプルの膜厚はCu 12μm、Ni 8μm、Cr 0.15μmとし、80時間実施したサンプルの膜厚はCu 20μm、Ni 20μm、Cr 0.15μmとした。また、JTC-BKにはクロムめっき後に電解クロメート処理(E-500)を0.1A/d㎡-1分の条件で行った。CASS試験後、サーフェイスピットレイティングナンバーで評価した。その結果を表5に示す。


表5から明らかなように、JTC-BKは6価クロムと同等以上の耐食性を有している。

②ロシア腐食試験
試験片に融雪剤として使用される塩化カルシウム含有の泥を塗布し、温度60℃、湿度23%という条件下で336時間放置した。その後、目視にてめっき皮膜の腐食状態を確認した。図5にその時の試験片の様子を、表6に評価結果を示す。



図5および表6から明らかなように、6価クロムでは表面のクロムが溶解してNiが露出しているのに対し、JTC-BKでは腐食が見られなかった。
以上の結果から、JTC-BKは6価クロムと比較して耐食性に優れていることが確認できた。

5)金属不純物の影響
めっきラインの構成上Niや6価クロムめっき液が持ち込まれたり、電解発生ガス等の付着によりCuブスバーが腐食したりして、めっき液中に金属不純物が混入する。この金属不純物がめっき皮膜に悪影響を及ぼすことが懸念されるため、その影響をハルセル試験にて調査した。表7にその結果を示す。


表7から、Niによる影響は少ないが、Cuや6価クロムが100ppm以上混入すると外観不良や膜厚に影響することが 分かる。この対策として、電解槽を設置し弱電解を行うことや不純物除去剤等で対応は可能であるが、基本的にはCuブスバーの被覆や水洗量UP等で極力持ち込ませないなどといった工程上での対策が必要である。

1)ハルセル外観および膜厚分布

図1に6価クロムおよびJTC-BKのハルセル外観を、図2に膜厚分布と膜厚の関係を示す。ハルセル試験の条件は6価クロム、JTC-BK共に標準条件とし、どちらも全電流5A、めっき時間3分で評価した。



図1からも明らかなように、JTC-BKは6価クロムに比べて良好な付き回り性を有しており、均一な黒色外観が得られることが確認できた。
図2の結果から、6価クロムは電流密度が高くなるにつれて膜厚が高くなるのに対し、JTC-BKは15A/d㎡辺りから均一な膜厚であることが分かる。このことから、JTC-BKは均膜性に優れることが確認できた。なお、めっき時間を延長すれば増膜は可能である。

2)色調(L*a*b*表色系)
JTC-BKの色調の確認を行った。色彩色差計(コニカミノルタ:分光測色計CM-700d)を用いてL*a*b*表色系に基づいて数値化した。図3にL*a*b*表色系の模式図を、表4に測定結果を示す。



3)FE-SEMによる表面観察
6価クロムおよびJTC-BKの皮膜をFE-SEMで観察した。その結果を図4に示す。


図4より、6価クロムは緻密な皮膜を形成しているのに対し、JTC-BKは皮膜に凹凸が見られることが分かる。

4)耐食性

①CASS試験
2種類のサンプルを用意し、それぞれCASS試験を40時間および80時間実施した。CASS試験40時間実施したサンプルの膜厚はCu 12μm、Ni 8μm、Cr 0.15μmとし、80時間実施したサンプルの膜厚はCu 20μm、Ni 20μm、Cr 0.15μmとした。また、JTC-BKにはクロムめっき後に電解クロメート処理(E-500)を0.1A/d㎡-1分の条件で行った。CASS試験後、サーフェイスピットレイティングナンバーで評価した。その結果を表5に示す。


表5から明らかなように、JTC-BKは6価クロムと同等以上の耐食性を有している。

②ロシア腐食試験
試験片に融雪剤として使用される塩化カルシウム含有の泥を塗布し、温度60℃、湿度23%という条件下で336時間放置した。その後、目視にてめっき皮膜の腐食状態を確認した。図5にその時の試験片の様子を、表6に評価結果を示す。



図5および表6から明らかなように、6価クロムでは表面のクロムが溶解してNiが露出しているのに対し、JTC-BKでは腐食が見られなかった。
以上の結果から、JTC-BKは6価クロムと比較して耐食性に優れていることが確認できた。

5)金属不純物の影響
めっきラインの構成上Niや6価クロムめっき液が持ち込まれたり、電解発生ガス等の付着によりCuブスバーが腐食したりして、めっき液中に金属不純物が混入する。この金属不純物がめっき皮膜に悪影響を及ぼすことが懸念されるため、その影響をハルセル試験にて調査した。表7にその結果を示す。


表7から、Niによる影響は少ないが、Cuや6価クロムが100ppm以上混入すると外観不良や膜厚に影響することが 分かる。この対策として、電解槽を設置し弱電解を行うことや不純物除去剤等で対応は可能であるが、基本的にはCuブスバーの被覆や水洗量UP等で極力持ち込ませないなどといった工程上での対策が必要である。

おわりに

本稿では、黒色3価クロムめっきプロセスであるJTC-BKプロセスについて報告した。JTC-BKプロセスは耐食性やめっき液の安定性、均膜性などが優れているため、今後需要が増えると考えられる。しかし、現在の市場では更なる黒色化が求められており、その開発は必要不可欠である。さらに、黒色だけでなく白色の3価クロムめっきも求められているため、JTC-BKと同等の耐食性を有する白色3価クロムめっきの開発も重要である。
以上のような状況から、当社ではJTC-BKの更なる黒色化および白色3価クロムめっきプロセスの開発を行っていく所存である。

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JCUテクニカルレポート 94号 2013年9月