特開 2024-171209 インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法

(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】P2024171209

(43)【公開日】2024-12-11

(54)【発明の名称】インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法

(51)【国際特許分類】

   C22C 19/03 20060101AFI20241204BHJP

   C23C 18/34 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

C22C19/03 G

C23C18/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023088168

(22)【出願日】2023-05-29

(71)【出願人】

【識別番号】598166249

【氏名又は名称】株式会社カワイ

(74)【代理人】

【識別番号】100124419

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 敬也

(74)【代理人】

【識別番号】100162293

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷 久生

(72)【発明者】

【氏名】有村 泰治

(72)【発明者】

【氏名】岡本 洋

(72)【発明者】

【氏名】丹羽 晴紀

【テーマコード（参考）】

4K022

【Ｆターム（参考）】

4K022AA02

4K022BA06

4K022BA14

4K022BA16

4K022BA24

4K022BA32

4K022DA01

4K022DB02

4K022DB05

4K022DB06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】鍍金膜質硬度（ビッカース硬度）が、６５０～９５０ＨＶ，かつ、鍍金密着強度が１ｋｇｆ／ｍｍ^２～５ｋｇｆ／ｍｍ^２を得ることができる自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解Ｎｉベース鍍金、及び自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとしたインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法を提供すること。
【解決手段】自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解ニッケル（Ｎｉ）ベース鍍金であって、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％含有することを特徴とするインペラ用無電解ニッケル（Ｎｉ）ベース鍍金とした。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解ニッケル（Ｎｉ）ベース鍍金であって、
コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）０．１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％含有することを特徴とするインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金。

【請求項2】

コバルト（Ｃｏ）含有量は、１～５重量％であることを特徴とする請求項１に記載のインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金。

【請求項3】

タングステン（Ｗ）含有量は、０．１～０．９重量％であり、リン（Ｐ）含有量は、１～３重量％であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金。

【請求項4】

自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解Ｎｉベース鍍金処理方法であって、
ニッケル（Ｎｉ）をベースとし、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％となる鍍金層を形成するように調整された鍍金液を製造する鍍金液調整工程と、
前記鍍金液に被鍍金物であるインペラを含侵させつつ、１００℃～３５０℃の温度で熱処理する浸漬工程を備えることを特徴とするインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車に使われる過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解Ｎｉベース鍍金に関する。

【背景技術】

【0002】

過給機とは、内燃機関において、エンジンの排気量を増やすことなく、空気を強制的に吸入することで、燃焼効率を向上させるための装置である。ターボチャージャーとスーパーチャージャーの２種類が知られている。インペラとは、流体機械の一種で、回転する円盤状の羽根車のことを指す。インペラは、流体を回転させたり、圧力を上げたりする等の作用があり、主にポンプやタービンなどの流体機械に使用される。

【0003】

インペラは液体に接触する部分であり、液体中に含まれる化学物質や塩分、酸素等の影響を受けるため、腐食が発生し易いが、鍍金によって表面を覆うことで、腐食による劣化を防ぎ、耐食性を向上させることができる。インペラは高速で回転するため、摩擦による熱が発生し易いし、衝撃や摩耗によって表面が傷つき易くなるが、鍍金によって表面硬度を向上させることで、傷や摩耗を防止し、耐久性を向上させることができる。要するに、インペラに鍍金を施すことで、耐食性や摩擦抵抗、表面硬度の向上を図り、製品の性能や耐久性を向上させることができる。

【0004】

インペラへの一般的な鍍金として、クロム鍍金、ニッケル鍍金、アルマイト処理等が知られている。クロム鍍金は、インペラ表面にクロムを（電気）鍍金する方法で施される。クロムは非常に硬く、耐摩耗性・耐腐食性に優れているため、高速回転するインペラに適している。ニッケル鍍金は、インペラ表面にニッケルを（電気）鍍金する方法で施される。ニッケルはクロムよりも柔らかく、耐摩耗性・耐腐食性は劣るものの、加工性が良く、接着性に優れている。アルマイト処理は、アルミニウムを主成分とする薄膜を表面に形成する処理である。アルミニウムは軽量であり、優れた熱伝導性と耐腐食性を備える。しかしながら、クロム鍍金やニッケル鍍金に比べて表面硬度は低く、摩耗には弱いため、高速回転するインペラには適していない。

【0005】

特許文献１には、「主成分をアルミニウムとする母材と、前記母材の表面を覆う耐エロージョン被膜部と、を備えるタービンインペラ（特許文献１：請求項１）。「前記耐エロージョン被膜部は、ニッケル及びリンを含む鍍金層である請求項１に記載のタービンインペラ（特許文献２：請求項２）」。「タービンインペラは、主成分をアルミニウムとする母材と、母材の表面を覆う耐エロージョン被膜部と、を備える。これにより、回転するタービンインペラに液滴が流入しても、母材より先に耐エロージョン被膜部に液滴があたるので、エロージョンによって母材が損傷することが抑制される。（特許文献１：要約）」タービンインペラ（特許文献１：発明の名称）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】再表２０１９／２３５５８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に係るタービンインペラ（特許文献１：発明の名称）は、「耐エロージョン被膜部は、ニッケル及びリンを含む鍍金層であってもよい。これにより、耐エロージョン被膜部の硬度を母材の硬度より高めることができる。硬度を高めた耐エロージョン被膜部によれば、エロージョンによるタービンインペラの損傷を抑制することができる（特許文献１：００１０段落）」との記載より、耐エロージョン被膜部（鍍金層と思われる）を、「母材の硬度は、ビッカース硬さＨＶ１００以上且つＨＶ１６０以下でもよい。耐エロージョン被膜部の硬度は、ビッカース硬さＨＶ５００以上でもよい（特許文献１：００１１段落）。」より、ビッカース硬度が、２００ＨＶ程度（大きくても、せいぜい５００ＨＶ程度の鍍金層を得ることができる。しかしながら、耐摩耗性を評価するための指標とすべきビッカース硬度は、６５０～９５０ＨＶ程度の硬度を得ることは出来ないものと思われる。

【0008】

本発明の目的は、鍍金膜質硬度（ビッカース硬度）が、６５０～９５０ＨＶ，かつ、鍍金密着強度が１ｋｇｆ／ｍｍ^２～５ｋｇｆ／ｍｍ^２を得ることができる自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解Ｎｉベース鍍金、及び自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとしたインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解ニッケル（Ｎｉ）ベース鍍金であって、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）０．１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％含有することを特徴とするインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金であることを特徴とするものである。

【0010】

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、コバルト（Ｃｏ）含有量は、１～５重量％であるインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金であることを特徴とするものである。

【0011】

請求項３に記載された発明は、請求項１または請求項２に記載された発明において、タングステン（Ｗ）含有量は、０．１～０．９重量％であり、リン（Ｐ）含有量は、１～３重量％であるインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金であることを特徴とするものである。

【0012】

請求項４に記載した発明は、自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとした無電解Ｎｉベース鍍金処理方法であって、ニッケル（Ｎｉ）をベースとし、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％となる鍍金層を形成するように調整された鍍金液を製造する鍍金液調整工程と、前記鍍金液に被鍍金物であるインペラを含侵させつつ、１００℃～３５０℃の温度で熱処理する浸漬工程を備えることを特徴とするインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法であることを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及び無電解Ｎｉベース鍍金処理方法により、鍍金膜質硬度（ビッカース硬度）が、６５０～９５０ＨＶ，かつ、鍍金密着強度が１ｋｇｆ／ｍｍ^２～５ｋｇｆ／ｍｍ^２を得ることができる、自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われる、Ｎｉをベースとしたインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びＮｉをベースとしたインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法を提供することができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金＞
以下、本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法について、詳細に説明する。本発明は、自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるＮｉをベースとした無電解Ｎｉベース鍍金である。インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金は、ニッケル（Ｎｉ）成分をベースとするが、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）０．１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％を含有していることに特徴がある。

【0016】

インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金のコバルト（Ｃｏ）含有量、タングステン（Ｗ）含有量、リン（Ｐ）含有量は、上記含有量範囲において発明の目的を達成することができるが、コバルト（Ｃｏ）含有量が、１～５重量％であればさらに好ましい。タングステン（Ｗ）含有量についても、０．１～０．９重量％であればさらに好ましいし、リン（Ｐ）含有量についても、１～３重量％であればさらに好ましい。ニッケル（Ｎｉ）以外の、コバルト（Ｃｏ）含有量、タングステン（Ｗ）含有量、及びリン（Ｐ）含有量については、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）０．１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％を基本として、コバルト（Ｃｏ）含有量を、１～５重量％（コバルト（Ｃｏ）減少分はニッケル（Ｎｉ）の増加分になる）にすることもできるし、タングステン（Ｗ）含有量を、０．１～０．９重量％（タングステン（Ｗ）減少分はニッケル（Ｎｉ）の増加分になる）にすることもできるし、リン（Ｐ）含有量を、１～３重量％（リン（Ｐ）減少分はニッケル（Ｎｉ）の増加分になる）にすることもできる。さらに、これらの含有量（コバルト（Ｃｏ）含有量１～５重量％、タングステン（Ｗ）含有量０．１～０．９重量％、リン（Ｐ）含有量１～３重量％）のうち任意の２つ以上の成分の含有量（コバルト（Ｃｏ）含有量１～５重量％＋タングステン（Ｗ）含有量０．１～０．９重量％＋リン（Ｐ）含有量１～３重量％も含まれる）を選択して組み合わせることもできる。

【0017】

＜コバルト（Ｃｏ）を添加する技術的意義＞
ニッケルベースにコバルト（Ｃ）が添加された鍍金の技術的意義としては、ニッケルとコバルトを合金化することで、耐熱性、耐摩耗性、耐蝕性等の特性が向上し、ビッカース硬度も高くなることが挙げられる。ニッケルとコバルトを合金化した材料は、機械的強度が高く、破壊靭性も高いため、機械加工等がし易くなる。ニッケルベースにコバルトが添加された鍍金によりインペラを鍍金処理することで、インペラの耐久性や耐熱性を向上させることができる。尚、ニッケルとコバルトを合金化する目的であるためコバルト添加量は多い方が好ましいと言える。

【0018】

＜タングステン（Ｗ）を添加する技術的意義＞
ニッケルベースにタングステン（Ｗ）が添加された鍍金の技術的意義としては、インペラが、空気中の酸素、水分、腐食性物質等に曝され、かつ、高温・高圧の環境下で使用される部品であることが背景にある。このような部品では、耐摩耗性や耐蝕性だけでなく、耐熱性や強度等も重要となるため、タングステンの添加による特性向上が期待される。即ち、ニッケルベース（ニッケル－コバルトベースでも同様である）にタングステンを添加することで得られる鍍金をインペラに施せば、耐食性、耐熱性を担保できるし、表面硬度の向上や、表面の粗さを低減する効果もある。

【0019】

＜リン（Ｐ）を添加する技術的意義＞
ニッケルベースにリン（Ｐ）を添加された鍍金の技術的意義としては、ニッケルとリンの間に化学的な結合が形成され、表面の硬度や耐摩耗性が向上すること、及びニッケル鍍金にリンを添加することで、鍍金層の密着性が向上することが挙げられる。即ち、ニッケルベース（ニッケル－コバルトベースでも同様である）にリンを添加することで得られる鍍金をインペラに施せば、インペラ表面における鍍金密着強度（鍍金が?がれ難い）を担保することができる。ただし、リンの添加量が多すぎると、鍍金層に「ひび割れ」が生じる可能性があるのでリン添加量、鍍金工程の条件設定等に注意する必要がある。

【0020】

＜インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法＞
図１は、インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法を説明するための図である。本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法は、図１に記載したように、表面処理工程→鍍金液調整工程→浸漬工程（鍍金層の形成）→仕上げ工程を備えている。以下に、各工程について記載する。

【0021】

表面処理工程：鍍金する前に、インペラ表面を綺麗に洗浄し、油や汚れを除去するための前処理を行う。これにより、鍍金層とインペラ表面の密着性が向上し、鍍金の品質が向上する。具体的には、被鍍金物であるインペラ表面をアルカリ洗浄、酸洗浄、中和洗浄等の洗浄を行い、汚れや油脂を取り除く。

【0022】

鍍金液調整工程：無電解メッキに使用する鍍金液を調整する。鍍金液は、金属イオンを含む溶液であり、金属を表面に堆積させるために必要な条件（温度、ＰＨ値、濃度等）を調整することになる。鍍金の組成に含まれるニッケル、コバルト、タングステン、リンの各成分に応じた鍍金液を調整する。鍍金液には、硫酸コバルト、硫酸ニッケル、硫酸銅、塩化ナトリウム等の化合物（以上、コバルト用）、タングステン酸塩を主成分とする水溶液である硝酸タングステン酸ナトリウム（以上、タングステン用）、リン酸ナトリウム、リン酸二水素ナトリウム、リン酸三水素ナトリウム等のリン酸塩（以上、リン用）等から選定される。必要に応じて、有機溶剤（トルエン、クロロベンゼン、ニトロベンゼン）酸性調整剤として硫酸や硝酸、アルカリ性調整剤としての水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、アンモニア水等、さらには硫酸銅や硝酸銀硫酸鉛等の触媒剤が添加される。

【0023】

浸漬工程（鍍金層の形成）：鍍金液の調整工程にて、ニッケル（Ｎｉ）をベースとし、コバルト（Ｃｏ）１～５０重量％、タングステン（Ｗ）１～２０重量％、リン（Ｐ）１～５重量％（コバルト（Ｃｏ）１～５重量％、タングステン（Ｗ）０．１～０．９重量％、リン（Ｐ）１～３重量％であればさらに好ましい）の鍍金層が（インペラ表面に）形成されるように調整された鍍金液を、鍍金セルに入れ、鍍金液内にインペラを（陽極にして）浸漬する。金属イオンが金属表面に堆積すると、金属膜が形成される。形成される鍍金層の厚さは、浸漬時間や鍍金液の温度・濃度等によって調整される。尚、インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法において、鍍金液の温度は、１００℃～３５０℃である。尚、鍍金液の温度は、２５０℃～３５０℃であればさらに好ましい。

【0024】

仕上げ工程：鍍金後、鍍膜を洗浄し、必要に応じて乾燥等の後処理を行う。これにより、鍍金層の密着性や耐蝕性が向上し、鍍金の品質が向上する。浸漬工程が終了したら、メッキ層表面に付着したメッキ液や不純物を取り除くための後処理を行う。具体的には、水洗い、乾燥、油膜処理等を行う。インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法により形成された鍍金層は、ビッカース硬度、鍍金密着強度により鍍金層の品質が評価される。

【0025】

＜ビッカース硬度測定（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）＞
ビッカース硬度は、物質の表面にダイヤモンド錐を押し付け、その印を観察することで測定される。具体的には、試験片の表面にダイヤモンド錐を垂直に押し付け、一定時間力を加えた後、ダイヤモンド錐が作った印の対角線の長さを測定し、この対角線の長さを基に計算した値がビッカース硬度値となる。

【0026】

<鍍金密着強度測定（ＪＩＳ Ｈ ８５０４）＞
金属鍍金の密着強度は、鍍金皮膜と基材の間の接着力を評価することによって測定される。一般的な密着強度測定方法としてクロスカット法が知られている。クロスカット法は、鍍金皮膜に対し、十字に切り込みを入れて、その切り口周辺のめっき被膜の剥離程度を評価する方法である。ＪＩＳ規格では、試験片に対して一定の間隔で交差する直線を切り込んで、交差点から鍍金皮膜を剥離させる。その後、剥離した鍍金皮膜の程度を観察して評価する。その他にも引張り法、シースルーテスト法、ピンプルテスト法等が知られている。

【0027】

＜インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法の効果＞
本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及び無電解Ｎｉベース鍍金処理方法により、鍍金膜質硬度（ビッカース硬度）が、６５０～９５０ＨＶ，かつ、鍍金密着強度が１ｋｇｆ／ｍｍ^２～５ｋｇｆ／ｍｍ^２を得ることができる（自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われる）ニッケル（Ｎｉ）をベースとしたインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及び自動車の内燃機関に使用される過給機のインペラに対して行われるニッケル（Ｎｉ）をベースとしたインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法を提供することができるようになった。

【0028】

＜インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法の変更例＞
本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法は、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、鍍金液の成分、鍍金工程における条件設定等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更することができる。

【実施例0029】

ニッケルイオン源として、ニッケル硫酸、ニッケルクロム酸、ニッケルニトレート、コバルトイオン源として、塩酸、硝酸のコバルト（ＩＩ）塩、タングステンイオン源として、硝酸、塩酸のタングステン（ＶＩ）塩、リン酸源として、リン酸、リン酸ナトリウム、リン酸二水素カリウムを（所望の組成を備えた鍍金層を得るための）所定の配合量で配合し、還元剤として、ヒドラジン、ホルムアルデヒド（またはその誘導体）、グリコール、ボロヒドライド、ホウ酸、ヒポホスフィトまたはトリスアミノメタンを配合し、その他に媒介剤（無電解メッキにおいては、電流が流れないため、金属イオンを表面に還元するための媒介剤が必要となる。媒介剤には、ポリビニルアルコール、シリカ、セルロース、ポリアミド、ポリエステル等がある）、複合剤、ＰＨ調整剤等を配合して、（結果物としての）鍍金層が、ニッケル（Ｎｉ）をベースとし、所定のコバルト（Ｃｏ）重量％、タングステン（Ｗ）重量％、リン（Ｐ）重量％となるような鍍金液を作製する。

【0030】

インペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金について、本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金の鍍金処理方法によりインペラ表面に鍍金層を作成し、その鍍金層に対し、ビッカース硬度（ＪＩＳ Ｚ ２２４４）、鍍金密着強度（ＪＩＳ Ｈ ８５０４）により品質評価を行った（結果を表１に記載する）。

【0031】

【表1】

【産業上の利用可能性】

【0032】

本発明に係るインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法は、上記の如く優れた効果を奏するものであるのでインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金、及びインペラ用無電解Ｎｉベース鍍金処理方法として好適に用いることができる。

【図1】