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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023006106
(43)【公開日】2023-01-18
(54)【発明の名称】ブレージングシートの製造方法
(51)【国際特許分類】
   C25D 3/56 20060101AFI20230111BHJP
   C25D 5/26 20060101ALI20230111BHJP
【FI】
C25D3/56 C
C25D5/26 E
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021108514
(22)【出願日】2021-06-30
(71)【出願人】
【識別番号】504145364
【氏名又は名称】国立大学法人群馬大学
(71)【出願人】
【識別番号】502112854
【氏名又は名称】有限会社和氣製作所
(71)【出願人】
【識別番号】504291937
【氏名又は名称】株式会社カンドリ工業
(74)【代理人】
【識別番号】110000017
【氏名又は名称】弁理士法人アイテック国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】荘司 郁夫
(72)【発明者】
【氏名】リュウ シュウヒン
(72)【発明者】
【氏名】橋本 晏奈
(72)【発明者】
【氏名】和氣 庸人
(72)【発明者】
【氏名】広橋 順一郎
(72)【発明者】
【氏名】山本 巨紀
【テーマコード(参考)】
4K023
4K024
【Fターム(参考)】
4K023AB14
4K023AB24
4K023BA06
4K023BA08
4K023BA12
4K023BA21
4K023CA09
4K023CB03
4K023CB13
4K023DA06
4K023DA07
4K023DA08
4K024AA14
4K024AB01
4K024BA04
4K024BB28
4K024CA01
4K024CA06
(57)【要約】
【課題】ステンレス薄板の表面に耐食性のあるニッケル・クロム・リン化合物層が形成されているブレージングシートの製造方法を提案する。
【解決手段】硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とリン酸とを含有するめっき液にクロム粉末を添加すると共にラウリル硫酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの存在下でステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法によりステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層をニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することによりブレージングシートを製造する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物薄層を有するブレージングシートの製造方法であって、
硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とリン酸とを含有するめっき液にクロム粉末を添加すると共にラウリル硫酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの存在下で前記ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法により前記ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層を前記ニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより前記ブレージングシートを製造する、
ことを特徴とするブレージングシートの製造方法。
【請求項2】
請求項1記載のブレージングシートの製造方法であって、
前記めっき液は、硫酸ニッケルが6水和物として1.0mol/L、塩化ニッケルが6水和物として0.2mol/L、ホウ酸が0.5mol/L、リン酸が0.4mol/L~0.8mol/Lの範囲内として調製されており、
前記めっき液に、純度99.9%で平均粒径10μmのクロム粉末が0.1~30g/Lの範囲で添加されており、
前記めっき液には、ラウリル硫酸ナトリウムが0.1g/L程度でクエン酸ナトリウムが0.5mol/L程度で存在している、
ブレージングシートの製造方法。
【請求項3】
ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物薄層を有するブレージングシートの製造方法であって、
ニッケル源としての塩化ニッケルとリン源としての次亜リン酸ナトリウムとクロム源としての塩化クロムを含有すると共にクロムの錯化剤とニッケルの錯化剤とpH緩衝剤と導電性塩と界面活性剤とを添加してなるめっき液に、前記ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法により前記ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物めっき層の薄層を前記ニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより前記ブレージングシートを製造する、
ことを特徴とするブレージングシートの製造方法。
【請求項4】
請求項3記載のブレージングシートの製造方法であって、
クロムの錯化剤としてグリシンを用い、
ニッケルの錯化剤としてクエン酸ナトリウムを用い、
pH緩衝剤としてホウ酸を用い、
導電性塩として塩化アンモニウムおよび/または塩化ナトリウムを用い、
界面活性剤としてサッカリンナトリウムおよび/またはラウリル硫酸ナトリウムを用いる、
ブレージングシートの製造方法。
【請求項5】
請求項4記載のブレージングシートの製造方法であって、
前記めっき液は、塩化ニッケルが6水和物として0.25mol/L、次亜リン酸ナトリウムが1水和物として0.14mol/L、塩化クロムが6水和物として0.4mol/L、グリシンが0.5mol/L、クエン酸ナトリウムが0.2mol/L、ホウ酸が0.5mol/L、塩化アンモニウムが0.5mol/L、塩化ナトリウムが0.5mol/L、サッカリンナトリウムが2水和物として0.6g/L、ラウリル硫酸ナトリウムが0.1g/Lとして調製されている、
ブレージングシートの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ブレージングシートの製造方法に関し、詳しくは、ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物薄層を有するブレージングシートの製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、この種のブレージングシートの製造方法としては、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とリン酸とを含有するめっき液にクエン酸ナトリウムの存在下でステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法によりステンレス薄板の表面にニッケル・リン化合物複合めっき層の薄層をニッケル・リン化合物薄層として形成するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2020-050928号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
固体酸化物型燃料電池に用いられる熱交換器や排気ガスなどの排熱回収に用いられる熱交換器では、耐食性の観点からステンレスにより形成されるのが好ましい。一般的に、ステンレスに用いられるロウ材としてはニッケル合金ロウが用いられるが、ニッケル合金は高硬度低延性であり、数mmオーダーの棒材や数十μm~百μmオーダーの粉末ペーストで供給されるため、これを用いてステンレス薄板の表面にニッケル合金ロウの薄膜をコーティングしてステンレスのブレージングシートを形成するのは困難となる。上述の技術によりステンレス薄板の表面に厚みが30μm以下のニッケル・リン化合物層を有するブレージングシートが形成されるが、ロウ材にも耐食性が求められる。
【0005】
本発明のブレージングシートの製造方法は、ステンレス薄板の表面に耐食性のあるニッケル・クロム・リン化合物層が形成されているブレージングシートの製造方法を提案することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のブレージングシートの製造方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明の第1のブレージングシートの製造方法は、
ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物薄層を有するブレージングシートの製造方法であって、
硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とリン酸とを含有するめっき液にクロム粉末を添加すると共にラウリル硫酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの存在下で前記ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法により前記ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層を前記ニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより前記ブレージングシートを製造する、
ことを特徴とする。
【0008】
本発明の第1のブレージングシートの製造方法では、硫酸ニッケル(NiSO4)と塩化ニッケル(NiCl2)とホウ酸(H3BO3)とリン酸(H3PO3)とを含有するめっき液にクロム粉末を添加すると共にラウリル硫酸ナトリウム(NaC1225SO4)とクエン酸ナトリウム(Na3657)の存在下でステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法を用いてステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層をニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成する。クロム粉末を添加し、ラウリル硫酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの存在下で電解めっきすることによりステンレス薄板の表面に薄膜のニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層を形成することができる。このとき、電解めっき法におけるパラメータ、例えば、電流密度やめっき時間などを調整することにより、ニッケル・クロム・リン化合物薄層の厚さを調整することができる。これにより、ステンレス薄板の表面に耐食性のあるニッケル・クロム・リン化合物層が形成されているブレージングシートを製造することができる。
【0009】
こうした本発明の第1のブレージングシートの製造方法において、前記めっき液は、硫酸ニッケルが6水和物として1.0mol/L、塩化ニッケルが6水和物として0.2mol/L、ホウ酸が0.5mol/L、リン酸が0.4mol/L~0.8mol/Lの範囲内として調製されており、前記めっき液に、純度99.9%で平均粒径10μmのクロム粉末が0.1~30g/Lの範囲で添加されており、前記めっき液には、ラウリル硫酸ナトリウムが0.1g/L程度でクエン酸ナトリウムが0.5mol/L程度で存在しているものとしてもよい。
【0010】
本発明の第2のブレージングシートの製造方法は、
ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物薄層を有するブレージングシートの製造方法であって、
ニッケル源としての塩化ニッケルとリン源としての次亜リン酸ナトリウムとクロム源としての塩化クロムを含有すると共にクロムの錯化剤とニッケルの錯化剤とpH緩衝剤と導電性塩と界面活性剤とを添加してなるめっき液に、前記ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法により前記ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物めっき層の薄層を前記ニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより前記ブレージングシートを製造する、
ことを特徴とする。
【0011】
本発明の第2のブレージングシートの製造方法では、ニッケル源としての塩化ニッケル(NiCl2)とリン源としての次亜リン酸ナトリウム(NaH2PO2・H2O)とクロム源としての塩化クロム(CrCl3/6H2O)を含有すると共にクロムの錯化剤とニッケルの錯化剤とpH緩衝剤と導電性塩と界面活性剤とを添加してなるめっき液に、ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法によりステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層をニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより、ステンレス薄板の表面に薄膜のニッケル・クロム・リン化合物めっき層を形成することができる。このとき、電解めっき法におけるパラメータ、例えば、電流密度やめっき時間などを調整することにより、ニッケル・クロム・リン化合物薄層の厚さを調整することができる。これにより、ステンレス薄板の表面に耐食性のあるニッケル・クロム・リン化合物層が形成されているブレージングシートを製造することができる。
【0012】
本発明の第2のブレージングシートの製造方法において、クロムの錯化剤としてグリシン(C25NO2)を用い、ニッケルの錯化剤としてクエン酸ナトリウム(Na3657)を用い、pH緩衝剤としてホウ酸(H3PO4)を用い、導電性塩として塩化アンモニウム(NH4Cl)および/または塩化ナトリウム(NaCl)を用い、界面活性剤としてサッカリンナトリウム(C74NO3SNa・2H2O)および/またはラウリル硫酸ナトリウム(NaC1225SO4)を用いるものとしてもよい。この場合、めっき液は、塩化ニッケルが6水和物(NiCl2・6H2O)として0.25mol/L、次亜リン酸ナトリウムが1水和物(NaH2PO2・H2O)として0.14mol/L、塩化クロムが6水和物(CrCl3・6H2O)として0.4mol/L、グリシンが0.5mol/L、クエン酸ナトリウムが0.2mol/L、ホウ酸が0.5mol/L、塩化アンモニウムが0.5mol/L、塩化ナトリウムが0.5mol/L、サッカリンナトリウムが2水和物(C74NO3SNa・2H2O)として0.6g/L、ラウリル硫酸ナトリウムが0.1g/Lとして調製されているものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】実験用めっき装置20の一例を示す構成図である。
図2】リン酸が0.4mol/Lのときにクロム粉末の添加量をパラメータとして変化させたときのニッケル・クロム・リン化合物複合めっきの成分の実験結果を示すグラフである。
図3】リン酸が0.8mol/Lのときにクロム粉末の添加量をパラメータとして変化させたときのニッケル・クロム・リン化合物複合めっきの成分の実験結果を示すグラフである。
図4】ガルバニック電流測定結果を示すグラフである。
図5】第2実施形態のブレージングシートの製造方法における実験結果としてのめっき条件とめっき膜成分を示す一覧表である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。第1実施形態のブレージングシートの製造方法では、硫酸ニッケル(NiSO4)と塩化ニッケル(NiCl2)とホウ酸(H3BO3)とリン酸(H3PO3)とを含有するめっき液にクロム粉末を添加すると共にラウリル硫酸ナトリウム(NaC1225SO4)とクエン酸ナトリウム(Na3657)の存在下でステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法を用いてステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層をニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成する。めっき液としては、硫酸ニッケルが6水和物(NiSO4・6H2O)として1.0mol/L、塩化ニッケルが6水和物(NiCl2・6H2O)として0.2mol/L、ホウ酸(H3BO3)が0.5mol/L、リン酸(H3PO3)が0.4mol/L~0.8mol/Lの範囲内として調製する。リン酸を0.4mol/L~0.8mol/Lの範囲内とするのは、ブレージングシートのロウ付け温度が1000℃程度とすると、ニッケル-リン系二元系合金の状態から考えると、ニッケル・リン化合物薄層の成分としてNi-8~13P(重量%)が有効であるため、この範囲内とするためである。めっき液に添加するクロム粉末は、純度99.9%で平均粒径10μmのクロム粉末を0.1~30g/Lの範囲とし、めっき液に存在するラウリル硫酸ナトリウム(NaC1225SO4)としては0.1g/L程度でクエン酸ナトリウム(Na3657)としては0.5mol/L程度が好ましい。このようにめっき液にクロム粉末を添加してラウリル硫酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの存在下で電解めっきすることにより隔膜化したニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層をステンレス薄板の表面に形成することができる。このとき、電解めっき法におけるパラメータ、例えば、電流密度やめっき時間などを調整することにより、ニッケル・クロム・リン化合物薄層の厚さを調整することができる。
【0015】
第1実施形態のブレージングシートの製造方法として、図1に示す実験用めっき装置20を用いて実験した。実験用めっき装置20は、500mLのめっき液24を貯留するめっき槽22と、陽極としてのニッケル電極26と、陰極としてのステンレス電極28と、ニッケル電極26およびステンレス電極28に電流(電圧)を印加する電源装置30と、めっき液24の温度を検出する温度センサ32と、めっき液24を加温するヒータ34と、温度センサ32からの温度に基づいてヒータ34をオンオフする温度制御装置36と、エアポンプ40と、エアポンプ40から供給される空気によりめっき液24をエアレーションするエアレーションパイプ38と、を備える。ステンレス電極28は、SUS304鋼の板材を用いてL字型として形成し、図中、垂直部分にめっきを施すものとした。実験では、めっき液24としては、硫酸ニッケル・6水和物が1.0mol/L、塩化ニッケル・6水和物が0.2mol/L、ホウ酸が0.5mol/L、リン酸が0.4mol/Lと0.8mol/L、ラウリル硫酸ナトリウムが0.1g/L、クエン酸ナトリウムが0.5mol/Lとなるように調製し、純度99.9%で平均粒径が10μmのクロム粉末を1g/L,2g/L,5g/L添加し、めっき液24が50℃で十分にエアレーションされている状態でステンレス電極28の水平部分に流れる電流密度が3[A/dm2]で行なった。
【0016】
図2はリン酸が0.4mol/Lのときにクロム粉末の添加量をパラメータとして変化させたときのニッケル・クロム・リン化合物複合めっきの成分の実験結果を示し、図3はリン酸が0.8mol/Lのときにクロム粉末の添加量をパラメータとして変化させたときのニッケル・クロム・リン化合物複合めっきの成分の実験結果を示す。図2および図3では、電流密度を3[A/dm2]とした。図中の棒グラフは下から順にニッケル(Ni)の重量%、リン(P)の重量%、クロム(Cr)の重量%、炭素(C)の重量%であり、棒グラフの左の数字は各成分の重量%を示す。ニッケル・クロム・リンの三元素系計算状態図による液相面図によると、ロウ付けで使用する水素炉の上限温度が1120℃でロウ付け温度が1000℃程度であることを考慮すると、リン(P)については9~13重量%が望ましく、凝固時に脆いリン化三ニッケル(Ni3P)が析出しないようにするにはリン(P)については9~11重量%であることが好ましい。図2および図3中ではリン酸を0.8mol/Lとし、クロム粉末を1g/Lとした左端の成分、即ち、ニッケル・クロム・リンの化合物複合めっきにおいて11重量%のクロムおよび11重量%のリンが含まれる合金(以下、Ni-11Cr-11Pと称す)が最適成分と考えられる。
【0017】
Ni-11Cr-11P複合めっき膜を用いて水素雰囲気(露点:-50℃)連続炉にてロウ付け温度を1020℃、ロウ付け時間を15分としてロウ付けを行なった。Ni-11Cr-11P複合めっき膜は、良好な接合部が得られ、接合部のせん断強度は58.0MPaであり、Ni-11Pのロウ付け接合部のせん断強度の47.3MPaに比べて良好な結果となった。図4に陽極にステンレス(SUS304)を用いると共に陰極に複合めっき膜(Ni-11P,Ni-11Cr-11P)を用いたときのガルバニック電流測定結果を示す。図中、グラフAが陰極としてNi-11Cr-11Pを用いたときを示し、グラフBが陰極としてNi-11Pを用いたときを示す。図示するように、陰極にNi-11Cr-11Pを用いたときには、陰極にNi-11Pを用いたときに比して、腐食電流が低減されているのが解る。これにより、ロウ材としてのNi-11Cr-11Pは、Ni-11Pに比して耐食性が高いことが解る。
【0018】
以上説明した第1実施形態のブレージングシートの製造方法では、硫酸ニッケルと塩化ニッケルとホウ酸とリン酸とを含有するめっき液にクロム粉末を添加すると共にラウリル硫酸ナトリウムとクエン酸ナトリウムの存在下でステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法により前記ステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物複合めっき層の薄層を前記ニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより、ステンレス薄板の表面に薄膜で耐食性の高いニッケル・クロム・リン化合物薄層が形成されたブレージングシートを製造することができる。
【0019】
次に、第2実施形態のブレージングシートの製造方法について説明する。ニッケル源としての塩化ニッケル(NiCl2)とリン源としての次亜リン酸ナトリウム(NaH2PO2)とクロム源としての塩化クロム(CrCl3)を含有すると共にクロムの錯化剤とニッケルの錯化剤とpH緩衝剤と導電性塩と界面活性剤とを添加してなるめっき液に、ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法によりステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物めっき層の薄層をニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成する。クロムの錯化剤としてグリシン(C25NO2)を用い、ニッケルの錯化剤としてクエン酸ナトリウム(Na3657)を用い、pH緩衝剤としてホウ酸(H3PO4)を用い、導電性塩として塩化アンモニウム(NH4Cl)や塩化ナトリウム(NaCl)を用い、界面活性剤としてサッカリンナトリウム(C74NO3SNa)やラウリル硫酸ナトリウム(NaC1225SO4)を用いるのが好ましい。こうしためっき液を用いて電解めっきすることにより薄膜化したニッケル・クロム・リン化合物めっき層をステンレス薄板の表面に形成することができる。このとき、電解めっき法におけるパラメータ、例えば、電流密度やめっき時間などを調整することにより、ニッケル・クロム・リン化合物薄層の厚さを調整することができる。
【0020】
第2実施形態のブレージングシートの製造方法でも図1に例示した実験用めっき装置20を用いて実験した。実験の際のめっき液は、塩化ニッケルが6水和物(NiCl2・6H2O)として0.25mol/L、次亜リン酸ナトリウムが1水和物(NaH2PO2・H2O)として0.14mol/L、塩化クロムが6水和物(CrCl3・6H2O)として0.4mol/L、グリシンが0.5mol/L、クエン酸ナトリウムが0.2mol/L、ホウ酸が0.5mol/L、塩化アンモニウムが0.5mol/L、塩化ナトリウムが0.5mol/L、サッカリンナトリウムが2水和物(C74NO3SNa・2H2O)として0.6g/L、ラウリル硫酸ナトリウムが0.1g/Lとして調製した。めっき液24を30℃、pH1.8として十分にエアレーションされている状態でステンレス電極28の水平部分に流れる電流密度を10,15,20[A/dm2]として総通電量が900C/cm3となるようにした。図5に実験結果としてのめっき条件とめっき膜成分を示す。こうして得られた実験例A,Bに対して炭素(C)と酸素(O)を消失させてからロウ付けを行なうために、水素雰囲気(露点:-50℃)連続炉にて温度1020℃で15分の溶融処理を行なった後に、同一条件でロウ付けを行なった。実験例A(Ni-6Cr-11P)では、良好な接合部が得られ、せん断強度は58.1MPaであった。実験例B(Ni-13Cr-12P)でも、良好な接合部が得られ、せん断強度は64.6MPaであった。なお、第2実施形態のブレージングシートの製造方法により得られた実験例B(Ni-13Cr-12P)のめっき膜でも、第1実施形態のブレージングシートの製造方法により得られためっき膜(Ni-11Cr-11P)と同様に、高い耐食性を呈するものと考えられる。
【0021】
以上説明した第2実施形態のブレージングシートの製造方法では、ニッケル源としての塩化ニッケルとリン源としての次亜リン酸ナトリウムとクロム源としての塩化クロムを含有すると共にクロムの錯化剤とニッケルの錯化剤とpH緩衝剤と導電性塩と界面活性剤とを添加してなるめっき液に、ステンレス薄板を浸漬し、電解めっき法によりステンレス薄板の表面にニッケル・クロム・リン化合物めっき層の薄層を前記ニッケル・クロム・リン化合物薄層として形成することにより、ステンレス薄板の表面に薄膜で耐食性の高いニッケル・クロム・リン化合物薄層が形成されたブレージングシートを製造することができる。
【0022】
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【0023】
本発明は、ブレージングシートの製造産業などに利用可能である。
【符号の説明】
【0024】
20 実験用めっき装置、22 めっき槽、24 めっき液、26 ニッケル電極、28 ステンレス電極、30 電源装置、32 温度センサ、34 ヒータ、36 温度制御装置、38 エアレーションパイプ、40 エアポンプ。
図1
図2
図3
図4
図5