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めっき不良の原因の切り分け——ふくれ・はがれ・くもりを出た位置と時期から絞る

めっき不良の原因調べを、分析先探しから任せる→ 技術課題の解決
この記事のポイント(結論先出し)
めっき不良の原因は、不良の名前・出た位置・出た時期の 3 つで半分以上絞れる。名前は JIS H 0400 の用語にそろえる。たとえば「ふくれ」はめっき層の一部が素地や下地と密着しない状態、「焦げ」は主に過大な電流密度で生じる表面の変質、「無めっき」は低電流密度の部分に生じやすい状態と定義されている[1]。はがれやふくれは、加工でついた酸化物や加工油が前処理で取り切れていないことが大きな要因とされる[4]。社内では JIS H 8504 の加熱試験などで密着を確かめ[2]、それでも原因が決まらないときは、はがれた面の断面観察や付着物の元素・化合物の分析を外に頼む。そのときは良品と不良品を対にして、工程と発生時期の記録を添える。
この記事は、めっきした部品に不良が出たとき、発注側・受入側の技術者や品質担当が、めっき業者に戻す前に何を見て、原因をどこまで絞れるかを扱う。浴の組成や電流条件をどう直すかはめっき業者の仕事なので深入りしない。発注する側が自分の手元の情報で切り分け、業者と話すときに同じ言葉で話せるようにするのが目的である。めっきの厚さの測り方はめっき・塗膜の膜厚測定の指定で、塗装のはがれは塗装がはがれる原因で扱う。
目次
最初に不良の名前をそろえる
現場では「くもった」「浮いた」「ぶつぶつが出た」と呼ばれることが多い。この言い方のまま業者に伝えると、相手は自分の経験に引き寄せて別の不良を思い浮かべる。JIS H 0400(電気めっき及び関連処理用語)には、試験・検査の用語として不良の名前と定義が並んでいるので、まずこれにそろえる[1]。
| 用語(JIS H 0400) | 定義の要点 | 最初に疑う所 |
|---|---|---|
| ふくれ | めっき層の一部が素地又は下地層と密着しない状態 | 前処理(脱脂・酸洗)、素材の表面、水素 |
| はく離 | めっき層が素地又は下地からはがれる現象 | どの界面ではがれたか(素地と下地か、層と層か) |
| 焦げ(やけ) | 主に過大な電流密度の場合に生じる表面の変質 | 角・端・突起など電流が集まる所 |
| 無めっき | めっきが付いていない状態。低電流密度部分などに生じやすい | 穴の奥・くぼみ・部品どうしの陰 |
| ざらつき | 浴中の固体浮遊物がめっき層の中に入り込んで生じる小突起 | 浴のろ過、前工程からの持ち込み |
| ピット/ピンホール | ピットはめっき面の巨視的な穴、ピンホールは素地又は下地層まで達する細孔 | 素材の巣・きず、浴中の気泡や汚れ |
| 水切れ | 表面が汚れているために、水皮膜が不連続に現れる現象 | 脱脂の不足(めっき前の段階で見える) |
| しみ出し | 仕上げた表面に、時間が経過してから遅れて斑点や汚点が出る現象 | 穴やすき間に残った液、乾燥 |
用語の表には「くもり」という項目は無い。くもりは光沢の度合いの問題なので、言葉で争わず、限度見本と並べて「この見本より光沢が低い」と比べる形にする。ニッケル・クロムめっきの規格である JIS H 8617 でも、外観の程度を指定するときは受渡当事者間の協定によるとし、発注書の参考として限度見本の提出を挙げている[3]。
どこから見るか:出た位置・時期・範囲
位置:電流の集まり方で分かれる
電気めっきは、品物の形によって電流の流れ方が違う。角や端、突起には電流が集まり、穴の奥やくぼみには届きにくい。焦げが過大な電流密度で、無めっきが低電流密度の部分で起きやすいという定義[1]は、不良が出た場所を見るだけで、電流の偏りが原因かどうかの見当が付くことを意味する。同じ部品の角だけが荒れていれば電流の集中、穴の内側だけが薄いか付いていなければ電流の不足をまず疑う。逆に、平らな面の真ん中にぽつぽつと出ているなら、電流ではなく素材の表面か浴の汚れの側を疑う。
時期:めっき直後か、しばらくたってからか
出荷前の検査で見つかったのか、組み立て後や使用中に出たのかで、疑う工程が変わる。めっき直後に出るふくれ・はがれは前処理と浴の問題であることが多い。一方、しみ出しは定義のとおり時間がたってから出る[1]。また、クロムめっきの表面には微細な孔があり、使う環境によってはその孔に水分が入り込み、めっき皮膜のふくれや素材のさびにつながるという報告がある[6]。使用中に出たふくれは、めっきをした日の作業より、皮膜の厚さや孔、使われ方を疑う。
範囲:1 ロットか、ずっとか
特定のロットだけなら、その日の浴の状態や素材のロットを疑う。前から少しずつ出ていたなら、図面の形(電流の偏りが出やすい形)や、仕様の厚さそのものを疑う。ニッケル・クロムめっきの規格である JIS H 8617 では、送り状又は納品書にめっきの記号、加工年月日、加工業者名、試験結果を表示するとしている[3]。不良品がどの加工日のものかを最初に押さえると、業者側の作業記録と突き合わせられる。
ふくれ・はがれは、前処理と素材から疑う
めっきは多くの場合、切削・プレス・熱処理などの加工のあとに行われる。名古屋市工業研究所の解説は、めっきがはがれる不良の原因として、これらの加工で材料表面にできた酸化物や加工油などの汚れが十分に除去できていないことが大きな要因だとしている[4]。同じ解説によれば、金属などの導電性の材料では前処理で表面を活性化してめっき層との金属結合で密着を得て、樹脂などの非導電性の材料では表面を粗くしてアンカー効果で密着を得る[4]。つまり、素材が金属か樹脂かで、疑う前処理の工程が違う。
発注側から確かめられることは多い。加工の後に何の油を使ったか、熱処理でスケールが付いていないか、保管中にさびていないか、溶接や焼入れをした部分だけで起きていないかを、めっき業者に渡す前の状態まで遡って見る。前処理の工程そのものは業者の領分だが、業者に入る前の素材の状態は発注側の工程の結果である。
はがれた面を見る
はがれた皮膜の裏と、残った素地の面を拡大鏡で見る。素地の地肌がそのまま出ていれば、素地と最初の層の間で密着していない。下地の色が出ていれば、層と層の間ではがれている。どちらの界面かで、疑う工程が「めっき前の処理」か「層を重ねる間の処理」かに分かれる。JIS H 8504 も、目視で判定しにくいときは 4 倍又は適宜な倍率の拡大鏡で観察するとし、めっきの膨れか素材の欠陥か判定しにくい場合は、めっきをはく離するといずれかが判明する、と注記している[2]。
水素のことも考える
JIS H 0400 は、前処理とめっきの過程で被めっき物が水素を吸蔵し、延性や靱性が低下する現象を水素ぜい性と定義している[1]。ばねや焼入れした高強度のねじで、めっき後しばらくして割れが出たときは、皮膜の不良ではなくこの側を疑う。ただし、熱処理(ベーキング)が要るかどうかの決まり方は、めっきの規格で違う。ニッケルめっき・ニッケル-クロムめっきの JIS H 8617 は、鉄鋼素地で水素ぜい性除去を行うことが指定されている場合に、めっき後少なくとも 4 時間以内に熱処理を行うとしている[3]。こちらは指定していなければ行われない処理なので、まず注文書に書いてあったかを確かめる。一方、ボルト・ナットなどの締結用部品の電気めっき(亜鉛・亜鉛合金めっきなど)は JIS B 1044 が他のめっき規格より優先し、硬さが 390 HV を超えて焼入焼戻しした部品(強度区分 12.9 など)にはベーキングを求めている[7]。360 HV を超え 390 HV 以下(10.9 など)は、製造業者が追加の工程検証か製品試験をしていればベーキングは要らない[7]。この場合に注文書で確かめるのは「ベーキング」の文字ではなく、JIS B 1044 を引いたか、硬さ・強度区分を伝えたかである。ねじ部品のベーキングの条件は亜鉛ニッケル合金めっきの指定で扱った。
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ざらつき・ピット・焦げは、浴と電流から疑う
ざらつきは浴中の固体浮遊物が入り込んだ小突起と定義されている[1]。浴のろ過や、前の工程から持ち込まれた研磨くず・バリが疑わしい。平らな面に小さな突起が散らばっていて、指でなでると引っかかるなら、こちらの可能性が高い。
ピットとピンホールは、名前が似ていても深さが違う。ピンホールは素地や下地まで達する細孔なので、さびの起点になり得る[1]。素材の巣やきずの上に出ていないか、穴の位置が品物の向き(めっき槽の中で上を向いていた面)と関係していないかを見る。上を向いた面に集まっていれば、浴中の気泡が抜けずに付いた可能性を業者に聞く。
焦げは、角や端など電流の集まる所に出る[1]。図面の形が原因なら、業者は治具や補助陰極で調整するしかない。JIS H 0400 は、補助陰極を、めっき厚さを均一にしたり焦げを防止したりする目的で品物とは別に置く陰極として定義している[1]。形を変えられるのは設計側だけなので、何度も同じ所で焦げるなら、角の丸みや穴の深さを設計と相談する。
社内で密着を確かめる:試験の使い分け
はがれたかどうかの判断を、目で見るだけにしない。JIS H 8504 には、やすり・テープ・曲げ・加熱・熱衝撃・陰極電解など 14 種類の密着性試験方法が規定されている[2][4]。規格は、めっきの密着性試験はほとんどが定性的なものだが、製品に合う方法を選べば密着の限界を知ることができる、と書いている[2]。原因の切り分けに使いやすいのは、品物をそのまま加熱して膨れやはく離が出るかを見る加熱試験である。良品と不良品を同じ条件で試すと、ロットの差がはっきりする。
| 素地金属 | 加熱試験:クロム・ニッケル・銅など | 加熱試験:すず・亜鉛・金など | 熱衝撃試験:クロム・ニッケル・銅など | 熱衝撃試験:すず・亜鉛・金など |
|---|---|---|---|---|
| 鉄及び鋼 | 300 ℃ | 200 ℃ | 300 ℃ | 150 ℃ |
| 銅及び銅合金 | 300 ℃ | 200 ℃ | 300 ℃ | 150 ℃ |
| アルミニウム及びアルミニウム合金 | 250 ℃ | 200 ℃ | 220 ℃ | 150 ℃ |
| 亜鉛合金 | 200 ℃ | 200 ℃ | 150 ℃ | 150 ℃ |
表は JIS H 8504 の表 1・表 2 の炉内温度で、炉は±10 ℃に保てるものとされている[2]。加熱試験は規定温度に達したら取り出して放冷し、熱衝撃試験は一定時間保持した後に常温の水中で急冷する[2]。保持時間はどちらも受渡当事者間の協定である[2]。温度を勝手に上げると、良品まで膨れて比べられなくなる。
鉄鋼の上のニッケルやニッケル-クロムめっきなら、陰極電解試験も使える。水酸化ナトリウム 5 % 溶液を 90±5 ℃にし、陰極電流密度約 10 A/dm2 で電解して、発生する水素ガスの作用で密着を調べる[2]。電解 2 分で膨れが出れば明らかな密着不良、15 分続けても膨れなどが出なければ密着は極めて良好、という判定が規格に書かれている[2]。ただし鉛・亜鉛・すず・銅・カドミウムのめっきには適用しない[2]。試験の名前と温度・時間を記録しておけば、業者の試験結果と同じ物差しで話せる。
数値で密着の強さを知りたいときは別の方法になる。名古屋市工業研究所の解説は、導電性材料上のめっきなら、接着剤付きのスタッドピンをめっき面に垂直に接着して引っ張り、最大の強度を密着強度とする方法を紹介している[4]。良好なら接着剤の側が壊れ、悪ければ接着した所でめっきがはがれる[4]。塗膜の密着を碁盤目で見る方法はクロスカット試験の指定で扱っている。
めっき業者に戻すときにそろえる情報
ニッケル・クロムめっきの規格である JIS H 8617 では、発注者が発注書又は加工仕様書に記載する事項として、素地材料の性質・状態・仕上がり、めっきの記号、有効面、外観、許容できるめっき表面の欠陥の種類・大きさ・範囲・場所、検査方法(密着性試験方法など)を挙げている[3]。不良を返すときに争いになるのは、たいていこの欄が空いていたときである。どの面が有効面で、どの大きさの欠陥まで許すかを決めていなければ、業者は「規格の範囲内」と答えるしかない。返品の前に、自社の注文書に何が書いてあったかを確かめる。
業者に渡す情報は次のとおりにそろえる。
1. 不良の名前と写真
JIS H 0400 の用語で呼び、拡大した写真と、品物全体のどこに出たかが分かる写真を付ける。
2. 加工年月日とロット
納品書の表示から、どの加工日のものかを特定する[3]。
3. 発生した時期
受入検査で見つけたのか、組み立て後か、使用中か。保管した場所の湿度と期間も添える。
4. 社内で行った試験
試験の名前、温度、時間、良品と不良品の結果。
5. めっき前の素材の状態
加工油、熱処理、溶接の有無、保管中のさびの有無。
社内で手に負えないとき、外に何を頼むか
前処理の不足なのか、素材の欠陥なのか、使用中に入った水分なのかが目視と社内試験で決まらないときは、分析を外に頼む。頼む中身は、だいたい次の 3 つに分かれる。
1 つ目は、はがれた所やふくれの断面観察である。どの界面ではがれているか、界面に異物や酸化物の層があるかを、断面を作って顕微鏡や走査電子顕微鏡で見てもらう。切る位置と向きの指定のしかたは断面観察の依頼で決めることで扱った。
2 つ目は、変色やしみの付着物の分析である。静岡県工業技術研究所は、めっき製品に出荷の前後で腐食・変色などの外観不良が見つかることがあり、どの工程液が付着して発生したかの特定は極めて難しいとしたうえで、工程液を滴下して作った腐食・変色の生成物を蛍光 X 線による元素分析と FT-IR による化合物分析で調べ、銀・すず・銅めっきとアルミニウム材の表面処理品で合計 573 点のデータを取ってデータベースにした[5]。元素と化合物の両方を当てると、付着した液の候補を絞り込める、という考え方である。外に頼むときは、元素分析だけで終わらせず、化合物の分析も組み合わせるかを相談する。FT-IR の結果の読み方はFTIR で異物分析を依頼するときを参照してほしい。
3 つ目は、使用環境での再現である。使用中に出たふくれなら、塩水噴霧などの試験で同じ不良が出るかを確かめる。ただし、試験で出たから原因が確定するわけではない。腐食の型の見分け方は金属の腐食の対策で扱う。
どれを頼むにしても、伝えることは同じである。
| 伝えること | なぜ要るか |
|---|---|
| 良品と不良品を対で 2 個以上ずつ | 比べる相手がないと、見えたものが異常か普通か判断できない |
| 素材・めっきの種類と層の順番・厚さの指定 | どの界面を見るかが決まる |
| 工程(加工・熱処理・めっき・後処理)と発生時期 | 疑う工程の候補を分析先と共有する |
| 不良の位置に印を付けた写真 | 切る位置・測る位置の取り違えを防ぐ |
| 素手で触らず、袋に入れて送る | 指の脂や梱包材の成分が分析に出る。JIS H 8504 も試料は手袋で扱うとしている[2] |
よくある質問
めっき業者に「素材が悪い」と言われました。どう確かめますか
同じ素材ロットで、めっき前の状態の品物が残っていれば、その表面を見る。めっきの膨れか素材の欠陥か判定しにくい場合は、めっきをはく離すると分かる、と JIS H 8504 は注記している[2]。それでも決まらなければ断面観察で、欠陥が素材の中にあるのか界面にあるのかを見てもらう。
加熱試験で膨れなければ、使用中も膨れませんか
そうとは言えない。加熱試験は前処理や浴の問題による密着不良を見つける試験で、使用中に孔から水分が入って起きるふくれ[6]を予測するものではない。使用中の不良には、厚さや孔、使われる環境の側から当たる。
不良の写真だけで原因を教えてもらえますか
見当は付くことがあるが、決め手にはならない。写真に加えて、上の表の情報と現物を渡すと、分析先も段取りを組みやすい。
まとめ
めっき不良は、まず JIS H 0400 の用語で名前をそろえ[1]、出た位置・時期・範囲で疑う工程を絞る。ふくれ・はがれは前処理と素材から[4]、ざらつき・焦げ・無めっきは浴と電流から疑う[1]。社内では JIS H 8504 の加熱試験などで良品と不良品を比べ[2]、業者には注文書の記載事項[3]と納品書の加工日を添えて返す。決まらないときは断面観察と、付着物の元素・化合物の分析を外に頼む[5]。
あわせて、機械部品の摩耗対策、はんだクラックの原因、無電解ニッケルめっきの指定も参照してほしい。
出典・参考資料
- JIS H 0400:1998 電気めっき及び関連処理用語(日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧/1998 年 11 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認)
- JIS H 8504:1999 めっきの密着性試験方法(日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧/1999 年 8 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認)
- JIS H 8617:1999 ニッケルめっき及びニッケル-クロムめっき(日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧/1999 年 8 月 20 日改正・2023 年 10 月 20 日確認)
- 三宅猛司「試験紹介 めっき膜の密着性評価」月刊 名工研・技術情報 No.746(名古屋市工業研究所/平成 26 年 5 月 1 日)
- 研究成果事例「各種金属腐食生成物のデータベース化と活用」(静岡県工業技術研究所 浜松工業技術支援センター/平成 29〜30 年度)
- 大川香織「有機被膜によるめっき微細欠陥の被覆に関する研究(第 1 報)」(岐阜県産業技術総合センター研究報告 第 4 号)
- JIS B 1044:2024 締結用部品-電気めっき皮膜システム(日本産業標準調査会 JIS 検索で閲覧/2024 年 2 月 20 日改正)
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