特許 5654536 鉄めっき装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5654536

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】鉄めっき装置

(51)【国際特許分類】

   C25D 5/30 20060101AFI20141218BHJP

   C25D 17/00 20060101ALI20141218BHJP

   C25D 21/14 20060101ALI20141218BHJP

【ＦＩ】

   C25D5/30

   C25D17/00 C

   C25D17/00 K

   C25D21/14 F

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-198252(P2012-198252)

(22)【出願日】2012年9月10日

(65)【公開番号】特開2014-51722(P2014-51722A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2013年8月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101683

【弁理士】

【氏名又は名称】奥田 誠司

(74)【代理人】

【識別番号】100139930

【弁理士】

【氏名又は名称】山下 亮司

(72)【発明者】

【氏名】村瀬 安行

(72)【発明者】

【氏名】神谷 正市

(72)【発明者】

【氏名】杉本 信司

(72)【発明者】

【氏名】飯田 多可一

【審査官】 今井 拓也

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−２１２４５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１０４１９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３６５７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２７３７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−０６９９７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０２−１４６１６１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２５Ｄ ５／３０

Ｃ２５Ｄ １７／００

Ｃ２５Ｄ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アルミニウム合金から形成された被めっき物の表面に鉄めっき層を形成するめっき処理部と、
前記めっき処理部にめっき液を供給する本槽と、
前記めっき処理部から排出されためっき液のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
前記ｐＨ調整部によってｐＨが調整されためっき液で鉄が溶解される鉄溶解槽と、
前記鉄溶解槽と前記本槽との間に設けられた中間槽と、を備え、
前記鉄溶解槽で鉄を溶解しためっき液が前記本槽に供給され、
前記中間槽は、前記鉄溶解槽からめっき液を供給される第１槽と、前記第１槽に供給されためっき液の上澄み部分が流入するように設けられた第２槽とを有し、
前記ｐＨ調整部は、前記第２槽内のめっき液のｐＨ値に基づいて前記めっき処理部から排出されためっき液のｐＨを調整する鉄めっき装置。

【請求項2】

アルミニウム合金から形成された被めっき物の表面に鉄めっき層を形成するめっき処理部と、
前記めっき処理部にめっき液を供給する本槽と、
前記めっき処理部から排出されためっき液のｐＨを調整するｐＨ調整部と、
前記ｐＨ調整部によってｐＨが調整されためっき液で鉄が溶解される鉄溶解槽と、を備え、
前記鉄溶解槽で鉄を溶解しためっき液が前記本槽に供給され、
前記ｐＨ調整部は、前記本槽内のめっき液のｐＨ値、または、前記鉄溶解槽から流出した後で前記本槽に流入する前のめっき液のｐＨ値に基づいて前記めっき処理部から排出されためっき液のｐＨを調整する鉄めっき装置。

【請求項3】

前記ｐＨ調整部は、前記めっき液のｐＨを小さくする請求項１または２に記載の鉄めっき装置。

【請求項4】

前記本槽、前記めっき処理部および前記鉄溶解槽を相互に連結するパイプをさらに備え、
前記本槽、前記めっき処理部、前記鉄溶解槽および前記パイプ内を前記めっき液が循環する請求項１から３のいずれかに記載の鉄めっき装置。

【請求項5】

前記鉄溶解槽においてスチールウールが溶解される請求項１から４のいずれかに記載の鉄めっき装置。

【請求項6】

前記めっき処理部に供給されるめっき液のｐＨ値は、１．２５以上１．４０以下である請求項１から５のいずれかに記載の鉄めっき装置。

【請求項7】

前記鉄めっき層は、鉄−リン合金膜である請求項１から６のいずれかに記載の鉄めっき装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄めっき装置に関し、特に、アルミニウム合金から形成された被めっき物に対して鉄めっき処理を施す鉄めっき装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、内燃機関の高性能化・軽量化のニーズに応えるため、内燃機関用部品のアルミニウム合金化が進んでいる。アルミニウム合金製部品の耐摩耗処理の１つとして、部品の表面に鉄めっき皮膜を形成する鉄めっき処理が知られている。

【0003】

特許文献１には、アルミニウム合金製部品に鉄めっき処理を施すための鉄めっき装置が開示されている。特許文献１に開示されている鉄めっき装置は、被めっき物がめっき液に浸漬されるめっき浴槽と、めっき浴槽から排出されためっき液の成分濃度が調整される調整浴槽とを備える。

【0004】

調整浴槽は、めっき液中の不足成分を補うための溶解槽を含んでいる。この溶解槽では、めっき浴槽内での鉄めっき処理により減少するＦｅ²⁺イオンを補充するべく、鉄が溶解される。具体的には、溶解槽内のめっき液に鉄粉が投入され、プロペラ撹拌により溶解が行われる。これによって成分濃度が調整されためっき液は、再びめっき浴槽に送られ、めっき処理に用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２６５２９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示されている鉄めっき装置では、高速で鉄めっき皮膜を形成することは難しい。これは、後に詳述するように、特許文献１の鉄めっき装置では、めっき液のｐＨが制御されていないためである。

【0007】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム合金から形成された被めっき物に高速で鉄めっき層を形成し得る鉄めっき装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明による鉄めっき装置は、アルミニウム合金から形成された被めっき物の表面に鉄めっき層を形成するめっき処理部と、前記めっき処理部にめっき液を供給する本槽と、前記めっき処理部から排出されためっき液のｐＨを調整するｐＨ調整部と、前記ｐＨ調整部によってｐＨが調整されためっき液で鉄が溶解される鉄溶解槽と、を備え、前記鉄溶解槽で鉄を溶解しためっき液が前記本槽に供給される。

【0009】

ある実施形態において、前記ｐＨ調整部は、前記めっき液のｐＨを小さくする。

【0010】

ある実施形態において、本発明による鉄めっき装置は、前記本槽、前記めっき処理部および前記鉄溶解槽を相互に連結するパイプをさらに備え、前記本槽、前記めっき処理部、前記鉄溶解槽および前記パイプ内を前記めっき液が循環する。

【0011】

ある実施形態において、前記鉄溶解槽ではスチールウールが溶解される。

【0012】

ある実施形態において、本発明による鉄めっき装置は、前記鉄溶解槽と前記本槽との間に設けられた中間槽をさらに備える。

【0013】

ある実施形態において、前記中間槽は、前記鉄溶解槽からめっき液を供給される第１槽と、前記第１槽に供給されためっき液の上澄み部分が流入するように設けられた第２槽とを有する。

【0014】

ある実施形態において、前記ｐＨ調整部は、前記第２槽内のめっき液のｐＨ値に基づいて前記めっき処理部から排出されためっき液のｐＨを調整する。

【0015】

ある実施形態において、前記めっき処理部に供給されるめっき液のｐＨ値は、１．２５以上１．４０以下である。

【0016】

ある実施形態において、前記鉄めっき層は、鉄−リン合金膜である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によると、アルミニウム合金から形成された被めっき物に高速で鉄めっき層を形成し得る鉄めっき装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態における鉄めっき装置１００を模式的に示す図である。

【図2】本発明の実施形態における鉄めっき装置１００Ａを模式的に示す図である。

【図3】本発明の実施形態における鉄めっき装置１００Ｂを模式的に示す図である。

【図4】スチールウールの小片７２が付着した鉄めっき層７１の断面写真である。

【図5】図１に示した鉄めっき装置１００における、ｐＨセンサ６２による検出ｐＨ値（本槽２０内のめっき液のｐＨ値）の推移および鉄溶解槽４０から流出した後で本槽２０に流入する前のめっき液のｐＨ値の推移を示すグラフである。

【図6】図３に示した鉄めっき装置１００Ｂにおける、ｐＨセンサ６２による検出ｐＨ値（第２槽５２内のめっき液のｐＨ値）の推移および本槽２０内のめっき液のｐＨ値の推移を示すグラフである。

【図7】被めっき物７０にまで達していない細かいクラックを有する鉄−リン合金膜７１の断面写真である。

【図8】実施例２および３について、スチールウールおよび鉄粉の溶解量（ｇ）と、溶解時間（分）との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、以下では、被めっき物の表面に鉄めっき層として鉄−リン（Ｆｅ−Ｐ）合金膜を形成する鉄めっき装置を例示するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0020】

図１に、本実施形態における鉄めっき装置１００を示す。鉄めっき装置１００は、図１に示すように、めっき処理部１０と、本槽２０と、ｐＨ調整部３０と、鉄溶解槽４０とを備える。図１には示されていないが、本槽２０、めっき処理部１０および鉄溶解槽４０は、パイプによって相互に連結されており、本槽２０、めっき処理部１０、鉄溶解槽４０およびパイプ内をめっき液が循環する。

【0021】

めっき処理部１０は、被めっき物の表面に鉄めっき層を形成する。具体的には、めっき処理部１０の内部に配置された被めっき物の表面にめっき液が接触するように供給され、その状態で被めっき物を陰極とした電気めっきを行うことにより、鉄めっき層が形成される。ここでは、鉄めっき層として、鉄−リン合金膜が形成されるが、鉄めっき層は、鉄−リン合金膜に限定されるものではない。例えば、鉄めっき層として、Ｆｅ−Ｎ合金膜やＦｅ−ＴｉＯ₂−Ｐ複合膜、Ｆｅ−ＳｉＣ−Ｐ複合膜を形成してもよい。鉄−リン合金膜は、潤滑油が保持されやすいので、摺動面における磨耗や焼き付きを防止する効果が高い点において優れている。被めっき物は、アルミニウム合金から形成されている。アルミニウム合金としては、公知の種々の組成のアルミニウム合金を用いることができる。例えば、Ａｌ−Ｓｉ系の過共晶合金を好適に用いることができる。被めっき物は、例えば、内燃機関用のシリンダブロックやピストンである。被めっき物がシリンダブロックである場合、鉄めっき層は、シリンダボアの内周面に形成される。

【0022】

本槽２０は、めっき処理部１０にめっき液を供給する。本槽２０とめっき処理部１０とを連結するパイプには、ポンプ６１が設けられている。また、図１に例示している構成では、本槽２０内のめっき液のｐＨ値を検出するｐＨセンサ６２が設けられている。なお、めっき処理後にめっき処理部１０から排出されためっき液は、その一部が本槽２０に戻され、残りが鉄溶解槽４０に流入する。

【0023】

ｐＨ調整部３０は、めっき処理部１０から排出されためっき液（鉄溶解槽４０に流入するめっき液）のｐＨ（水素イオン指数）を調整する。典型的には、ｐＨ調整部３０は、めっき液のｐＨを小さくする。本実施形態におけるｐＨ調整部３０は、ポンプ３１と、ｐＨ調整液としての塩酸が貯蔵されたｐＨ調整液貯蔵槽３２とを有し、ｐＨセンサ６２によって検出されたｐＨ値に基づいて、ｐＨ調整液貯蔵槽３２内の塩酸をポンプ３１を用いてめっき液に加えることにより、めっき液のｐＨの調整を行う。なお、図１に例示している構成では、めっき処理部１０と鉄溶解槽４０とを連結するパイプからｐＨ調整部３０にめっき液が流入することを防止するための逆止弁６３が設けられている。

【0024】

鉄溶解槽４０では、ｐＨ調整部３０によってｐＨが調整されためっき液で鉄が溶解される。そして、鉄溶解槽４０で鉄を溶解しためっき液が、本槽２０に供給される。図１に例示している構成では、めっき液は、鉄溶解槽４０と本槽２０との間に設けられたカートリッジフィルタ６４により、不純物を除去される。

【0025】

なお、図１には、めっき処理部１０と鉄溶解槽４０とを連結するパイプに設けられたバルブ６５や、鉄溶解槽４０と本槽２０とを連結するパイプに設けられたバルブ６６を図示しているが、バルブの個数や配置は、図１に例示しているものに限定されない。

【0026】

上述したように、本実施形態における鉄めっき装置１００は、めっき処理部１０から排出されためっき液のｐＨを調整するｐＨ調整部３０を備えており、鉄溶解槽４０において、ｐＨ調整部３０によってｐＨが調整されためっき液で鉄が溶解される。このことにより、高速で鉄めっき層を形成することが可能になる。以下、この理由をより詳細に説明する。

【0027】

高速・高電流密度で鉄めっき層として鉄−リン合金膜を形成する場合、不溶性陽極が用いられる。不溶性陽極は、例えば、チタン（Ｔｉ）から形成された基体が白金（Ｐｔ）やイリジウム酸化物（ＩｒＯ₂）で被覆されたものである。不溶性陽極を用いる場合、陽極では、下記式（１）で表されるＦｅ²⁺イオンの陽極酸化反応によりＦｅ³⁺イオンが生成されるとともに、下記式（２）で表される水の電気分解反応によりＨ⁺イオンが生成される。
Ｆｅ²⁺→Ｆｅ³⁺＋ｅ^- ・・・（１）
２Ｈ₂Ｏ→Ｏ₂＋４Ｈ⁺＋４ｅ^- ・・・（２）

【0028】

めっき液中のＦｅ³⁺イオンの増加およびｐＨの減少（Ｈ⁺イオンの生成に起因）は、めっき皮膜の表面粗さの低下（粒状析出）や、めっき皮膜と被めっき物との密着性の低下といった、めっき皮膜（鉄めっき層）の品質の低下を引き起こす。また、陰極電流効率の低下も引き起こされ、それにともなってめっき速度も低下する。

【0029】

従って、品質の高いめっき皮膜を高速で形成するためには、めっき処理部１０に供給されるめっき液におけるＦｅ²⁺イオンを増加させるとともにＦｅ³⁺イオンを減少させることが好ましい。本実施形態の鉄めっき装置１００では、めっき処理後のめっき液を鉄溶解槽４０に流入させることにより、鉄を溶解させてＦｅ²⁺イオンを補充するとともに、Ｆｅ³⁺イオンをＦｅ²⁺イオンに還元する。

【0030】

鉄溶解槽４０における鉄の溶解反応は、下記式（３）および（４）で表される。
Ｆｅ＋２Ｈ⁺→Ｆｅ²⁺＋Ｈ₂ ・・・（３）
Ｆｅ＋２Ｆｅ³⁺→３Ｆｅ²⁺ ・・・（４）

【0031】

式（３）で表される反応により、Ｈ⁺イオンが還元されるとともにＦｅ²⁺イオンが生成される（この反応に伴ってｐＨは大きくなる）。また、式（４）で表される反応により、Ｆｅ³⁺イオンがＦｅ²⁺イオンに還元される。

【0032】

本実施形態の鉄めっき装置１００では、ｐＨ調整部３０により、めっき処理部１０から排出されためっき液のｐＨを調整することができる。そのため、鉄溶解槽４０に流入するめっき液のｐＨを、鉄の溶解に適した値に制御することができる。典型的には、めっき処理後のめっき液のｐＨをさらに小さくすることにより、ｐＨ値が鉄の溶解に適したものとなる。従って、単位時間当たりの鉄の溶解量を増加させ、より多くのＦｅ³⁺イオンをＦｅ²⁺イオンに還元することができる。そのため、本実施形態の鉄めっき装置１００によれば、被めっき物に高速で鉄めっき層を形成することができる。

【0033】

これに対し、特許文献１に開示されている鉄めっき装置では、めっき液の成分濃度の調整は行われるものの、めっき液のｐＨが制御されていないため、高速で鉄めっき層を形成することは難しい。

【0034】

なお、ｐＨ調整部３０の具体的な構成は、図１に例示したものに限定されない。また、ｐＨ調整液は、塩酸に限定されるものではなく、例えば、硫酸や塩酸と硫酸の混合液であってもよい。良好なめっき皮膜（鉄めっき層）を形成するためには、めっき液が塩化浴の場合には、ｐＨ調整液は塩酸であることが好ましい。同様に、めっき液が硫酸浴の場合には、ｐＨ調整液は硫酸であることが好ましい。

【0035】

また、図１には、ｐＨセンサ６２によって本槽２０内のめっき液のｐＨ値が検出される例を示したが、図２に示す鉄めっき装置１００Ａのように、ｐＨセンサ６２によって、鉄溶解槽４０から流出した後で本槽２０に流入する前のめっき液のｐＨ値を検出してもよい。この場合、ｐＨ調整部３０は、本槽２０に流入する前のめっき液のｐＨ（検出されるｐＨ値）が、本槽２０内のめっき液のｐＨ（つまりめっき処理部１０に供給されるめっき液のｐＨ）よりも若干大きくなるようにｐＨの調整を行う（具体的には塩酸の供給量を調整する）。めっき処理部１０から排出されて本槽２０に戻されるめっき液のｐＨは、本槽２０からめっき処理部１０に供給されるめっき液のｐＨよりも小さいので、めっき処理部１０から直接本槽２０に戻されるめっき液と、鉄溶解槽４０から流入するめっき液とが本槽２０内で混合されることにより、本槽２０内のめっき液のｐＨが一定範囲内に調整される。

【0036】

鉄溶解槽４０の小型化の観点からは、鉄溶解槽４０においてスチールウールを溶解することが好ましい。鉄粉を用いる（つまり鉄溶解槽４０で鉄粉を溶解する）場合、鉄粉の凝集を防止して還元効率を高くするためには、鉄溶解槽４０内に攪拌機を設けることが好ましく、その場合、鉄溶解槽４０が大型化してしまう。これに対し、スチールウールを用いると、攪拌機を設けなくても溶解液（めっき液）との接触面積を十分に大きく確保することができるので、鉄溶解槽４０を小型化することができる。

【0037】

また、鉄溶解槽４０は、図２に示しているように、内槽４１および外槽４２（例えばそれぞれが円筒状である）を含む二重構造を有することが好ましい。二重構造の鉄溶解槽４０は、外槽４２の下部にめっき液の流入部を有し、内槽４１の下部にめっき液の流出部を有する。また、二重構造の鉄溶解槽４０は、内槽４１内に着脱可能なカートリッジを有し、このカートリッジ内にスチールウールが充填される。めっき液は、外槽４２下部の流入部から鉄溶解槽４０に流入し、外槽４２の内側（および内槽４１の外側）を通って、内槽４１の上部からカートリッジの上端部に流れ込む。めっき液は、カートリッジの上から下に向かって流れる間にスチールウールを通り抜けながらスチールウールを溶解し、内槽４１下部の流出部から鉄溶解槽４０の外に流出する。その際に、内槽４１内は、カートリッジ全体がめっき液に浸漬されるように、めっき液で満たされている。このような構造にすることにより、スチールウールの溶解をいっそう促進することができる。さらに、内槽４１の上部にカートリッジを着脱できる開口部を設けることにより、スチールウールを入れたカートリッジを簡単に交換することができる。そのため、作業効率が向上し、また、連続しためっき処理を容易に行うことができる。

【0038】

さらに、図３に示す鉄めっき装置１００Ｂのように、鉄溶解槽４０と本槽２０との間に中間槽５０を設けることも、以下の理由から好ましい。

【0039】

鉄溶解槽４０から本槽２０に流入するめっき液には、完全に溶解しきれずに細かくなったスチールウール（スチールウールの小片）が含まれていることがある。これは、鉄溶解槽４０で溶解しきれなかったスチールウールの小片が、カートリッジフィルタ６４で除去しきれずに、本槽２０に流れ込むことがあるためである。このようなスチールウールの小片を含むめっき液が本槽２０からめっき処理部１０に供給されると、鉄めっき層に付着して欠陥となってしまう可能性がある。スチールウールの小片が付着した鉄めっき層の断面写真を、図４に示す。図４に示す例では、被めっき物７０の表面に形成された鉄めっき層７１に、約３００μｍの大きさを有するスチールウールの小片７２が付着している様子がわかる。

【0040】

鉄溶解槽４０と本槽２０との間に中間槽５０を設けると、スチールウールの小片は中間槽５０内で溶解されるか、または、沈殿するので、本槽２０には流入しない。そのため、上述したような欠陥の発生が防止される。

【0041】

図３に示す構成では、中間槽５０は、鉄溶解槽４０からめっき液を供給される第１槽５１と、第１槽５１に供給されためっき液の上澄み部分が流入するように設けられた第２槽５２とを有する。めっき液は、第２槽５２から本槽２０に供給される。中間槽５０がこのような２槽構造を有することにより、スチールウールの小片の本槽２０への流入がより確実に防止される。さらに、中間槽５０が大気に開放されていると（つまり大気開放の中間槽５０を設けると）、鉄溶解時に発生する水素ガスをめっき液中から除去することができる。

【0042】

また、図３に示す構成では、ｐＨセンサ６２は、第２槽５２内のめっき液のｐＨ値を検出する。ｐＨ調整部３０が、第２槽５２内のめっき液のｐＨ値に基づいてめっき処理部１０から排出されためっき液のｐＨを調整すると、本槽２０内のめっき液のｐＨの変動が少なくなるので、鉄めっき層（ここでは鉄−リン合金膜）の品質がより安定する。

【0043】

図５に、図１に示した鉄めっき装置１００における、ｐＨセンサ６２による検出ｐＨ値（つまり本槽２０内のめっき液のｐＨ値）の推移および鉄溶解槽４０から流出した後で本槽２０に流入する前のめっき液のｐＨ値の推移を示す。また、図６に、図３に示した鉄めっき装置１００Ｂにおける、ｐＨセンサ６２による検出ｐＨ値（つまり第２槽５２内のめっき液のｐＨ値）の推移および本槽２０内のめっき液のｐＨ値の推移を示す。図５および図６に示すいずれの場合についても、検出ｐＨ値が１．４になると、ポンプ３１による塩酸の供給を開始し、検出ｐＨ値が１．３６になると、ポンプ３１による塩酸の供給を停止する。

【0044】

図１に示した鉄めっき装置１００のように、ｐＨセンサ６２によって、本槽２０内のめっき液のｐＨ値を検出し、その検出ｐＨ値に基づいてｐＨ調整部３０がｐＨ調整を行うと、図５に示すように、本槽２０内のめっき液のｐＨ値は、１．２７〜１．４３の範囲で変動する。

【0045】

これに対し、図３に示した鉄めっき装置１００Ｂのように、ｐＨセンサ６２によって、中間槽５０の第２槽５２内のめっき液のｐＨ値を検出し、その検出ｐＨ値に基づいてｐＨ調整部３０がｐＨ調整を行うと、図６に示すように、本槽２０内のめっき液のｐＨ値は、めっき開始後緩やかに変動し、１．３６を下回ることがほとんどない。

【0046】

このように、ｐＨ調整部３０が、第２槽５２内のめっき液のｐＨ値に基づいてめっき処理部１０から排出されためっき液のｐＨを調整すると、本槽２０内のめっき液のｐＨの変動を少なくすることができる。

【0047】

ここで、鉄−リン合金膜の品質の観点から、めっき液の好ましい組成を説明する。鉄−リン合金の電気めっき用のめっき液（めっき槽内に入れられた状態ではめっき浴とも呼ばれる）としては、Ｆｅ²⁺イオンの供給源として硫酸第一鉄を主成分とするめっき液（硫酸浴）、硫酸第一鉄および塩化第一鉄を主成分とするめっき液、および、塩化第一鉄を主成分とするめっき液（塩化浴）が挙げられる。

【0048】

しかしながら、前二者のめっき液、つまり、硫酸第一鉄を含むめっき液を用いて高電流密度で厚い鉄−リン合金膜を形成すると、鉄−リン合金膜に被めっき物にまで達するようなマクロクラックが発生することがある。

【0049】

これに対し、塩化第一鉄を主成分とするめっき液を用い、且つ、次亜リン酸（Ｈ₃ＰＯ₂）濃度を比較的低くすると、高電流密度で厚い（例えば１００μｍ〜１５０μｍ）鉄−リン合金膜を形成しても、マクロクラックの発生を抑制することができる。マクロクラックの発生が抑制された鉄−リン合金膜の断面写真を図７に示す。図７から、鉄−リン合金膜７１には、被めっき物７０にまで達するようなマクロクラックが発生していないことがわかる。

【0050】

また、めっき液の次亜リン酸含有量を０．０１ｇ／Ｌ以上１．０ｇ／Ｌ以下にすると、表面が滑らかで密着性に優れた鉄−リン合金膜を形成することができる。そのため、そのような鉄−リン合金膜を、アルミニウム合金製シリンダブロックのシリンダボア内周面に形成すると、研磨工程やホーニング工程を省略することができる。さらに、図７に示すように、この鉄−リン合金膜の表面は、細かいクラック（被めっき物にまで達するマクロクラックではない）を有しているので、クラックに潤滑油が保持され、ピストン等の相手材との摺動性が向上する。これらの効果をより確実に得る観点からは、めっき液の次亜リン酸含有量は、０．１ｇ／Ｌ以上０．５ｇ／Ｌ以下であることがより好ましい。

【0051】

めっき液の、Ｆｅ²⁺イオンの供給源としての塩化第一鉄の含有量は、３５０ｇ／Ｌ以上４５０ｇ／Ｌ以下であることが好ましい。また、めっき速度の向上等の観点から、めっき処理部１０に供給されるめっき液のｐＨ値（つまり本槽２０内のめっき液のｐＨ値）は、１．０以上１．５以下であることが好ましく、１．２５以上１．４０以下であることがより好ましい。さらに、このようなめっき液を用いて高電流密度でめっき処理を行う場合、めっき液の温度は５０℃以上７０℃以下であることが好ましく、６０℃以上７０℃以下であることがより好ましい。また、陰極電流密度は、１００Ａ／ｄｍ²以上２００Ａ／ｄｍ²以下であることが好ましく、１００Ａ／ｄｍ²以上１５０Ａ／ｄｍ²以下であることがより好ましい。

【0052】

既に説明したように、本実施形態の鉄めっき装置１００、１００Ａおよび１００Ｂでは、鉄溶解槽４０に流入する前のめっき液に対してｐＨの調整が行われる。ここで、鉄溶解槽４０に流入する前のめっき液に対して塩酸を加えた場合（実施例１）と、鉄溶解槽４０から流出した後で本槽２０に流入する前のめっき液に対して塩酸を加えた場合（比較例１）とで、スチールウールの溶解量を比較した結果を説明する。溶解量を測定した条件（めっき液の組成、めっき液の温度、本槽２０内のめっき液のｐＨ値、鉄溶解槽４０の容量、鉄溶解槽４０へのめっき液の流入速度、めっき液の総量）は、実施例１および比較例１のいずれについても、表１に示す通りである。また、実施例１および比較例１のそれぞれについて、本槽２０への流入前のめっき液のｐＨ値の変動およびその周期、塩酸の供給時間は、表２に示す通りである。

【0053】

【表1】

【0054】

【表2】

【0055】

表１および表２に示した条件でスチールウールの溶解量を測定したところ、比較例１ではスチールウールの溶解量が１３２ｇ／Ｈｒであったのに対し、実施例１ではスチールウールの溶解量は１９８ｇ／Ｈｒであった。このように、鉄溶解槽４０に流入する前のめっき液に対してｐＨの調整を行うことにより、単位時間当たりの鉄の溶解量を大きく増加させ得ることが確認された。

【0056】

また、既に説明したように、鉄溶解槽４０では、スチールウールを溶解することが好ましい。ここで、鉄溶解槽４０でスチールウールを溶解した場合（実施例２）と、鉄粉を溶解した場合（実施例３）とで、溶解量を比較した結果を説明する。溶解量を測定した条件（めっき液の組成、めっき液の温度、本槽２０内のめっき液のｐＨ値、鉄溶解槽４０の容量、めっき液の総量、鉄溶解槽４０へのめっき液の流入速度、溶解時間）は、実施例２および３のいずれについても、表３に示す通りである。また、実施例２で用いたスチールウールの繊維中心径および実施例３で用いた鉄粉の粒度分布は、表４に示す通りである。

【0057】

【表3】

【0058】

【表4】

【0059】

表３および表４に示した条件で、スチールウールおよび鉄粉の溶解量を測定したところ、実施例２におけるスチールウールの溶解量および実施例３における鉄粉の溶解量は、表５および図８に示す通りであった。

【0060】

【表5】

【0061】

表５および図８からわかるように、スチールウールを用いた実施例２では、鉄粉を用いた実施例３よりも、溶解量が著しく多かった。これは、鉄溶解槽４０で鉄粉を溶解させる場合、鉄溶解槽４０の底部に鉄粉が固着・凝集して浮遊している鉄粉が少なくなることがあり、そのことによって鉄溶解速度が低下するためであると考えられる。鉄粉の凝集は、鉄溶解槽４０に攪拌機を設けることにより防止することができるが、その場合、鉄溶解槽４０が大型化してしまう。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明によると、アルミニウム合金から形成された被めっき物に高速で鉄めっき層を形成し得る鉄めっき装置が提供される。本発明による鉄めっき装置は、種々のアルミニウム合金製部材（例えば内燃機関用のシリンダブロック）に対する鉄めっき処理に好適に用いられる。

【符号の説明】

【0063】

１０ めっき処理部
２０ 本槽
３０ ｐＨ調整部
３１ ポンプ
３２ ｐＨ調整液貯蔵槽
４０ 鉄溶解槽
４１ 内槽
４２ 外槽
５０ 中間槽
５１ 第１槽
５２ 第２槽
６１ ポンプ
６２ ｐＨセンサ
６３ 逆止弁
６４ カートリッジフィルタ
６５、６６ バルブ
７０ 被めっき物
７１ 鉄めっき層（鉄−リン合金膜）
７２ スチールウールの小片
１００、１００Ａ、１００Ｂ 鉄めっき装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】