硬質クロムめっき

硬質クロムめっきとは?

前述した通り、硬質クロムめっきは硬度と耐摩耗性、密着性に優れていることから工業製品によく使われるため、JIS規格では「工業用クロムめっき」とも呼ばれることもあります。硬度はHv750以上あり、膜厚は1μmから100μmまでありますが、めっきを厚くすることでより高い耐久性を得ることも可能です。
この硬度・耐摩耗性・耐食性はめっき皮膜の物性が関係しており、その皮膜物性に大きく関わっているのがクロムめっき浴の浴組成とめっき条件です。最近の傾向では高硬度、高耐食、高効率の「HEEF浴」といわれるマイクロクラッククロムめっき浴が増えています。
硬度や耐摩耗性があるほかにも、クロムめっきは摺動（しゅうどう）性や離型（りけい）性（※型からの外れやすさという意味）が良いという特徴があります。そうした性質があることも、硬質クロムめっきが工業製品や機械部品に多く使われる理由のひとつです。［1］

装飾クロムめっき

硬質クロムめっきの他に、同じクロムめっきの仲間として装飾クロムめっき（ニッケルクロムめっきともいう）と言われるめっきもあります。
装飾クロムめっきは主に美観を持たせたい製品に対して用いられます。光沢のある色調で意匠性があるので、外観をきれいに整えるために使われることが多いですが、ニッケルめっきの保護膜として使われたり、製品に更に硬度をもたせたりする目的で使われることもあります。その他のケースでは、高い耐食性を得るために用いることもあります。

クロムめっきで用いられる金属クロムは、大気中で酸素と結合し、表面に透明で極めて薄い不動態膜を形成します。めっき表面が空気に触れることで酸化皮膜が形成されるので、耐食性が強くなるというわけです。これにより、銅・ニッケルめっきがもつ美しい光沢・耐食性に、さらに優れた耐食性・安定性が加わることで美しい外観を保持することができます。製品の美観性に優れているという特性から、水道蛇口などの設備部品や、自動車の外観部品などに使用されます。

クロムめっきの原理

ここでは、クロムめっきの原理について説明します。
クロムめっきは、めっき液中の金属イオンが電子をもらい、陰極にクロム金属となり析出します。

[2]

クロムはイオン化傾向の大きな金属(卑金属ですが、空気中の酸素で透明で緻密な酸化皮膜を瞬間的に形成し、銅より貴な電位を示す耐食性の優れた皮膜になります。
硬質クロムめっきの場合は、めっき液の構成や電析メカニズムが他の金属めっきとは異なり、一般のめっきは、一価や二価イオンからの電析ですが、硬質クロムめっきは六価からの電析になります。

硬質クロムめっきの特徴

硬質クロムめっきは、直接母材にクロムめっきを施し、硬度が高く耐摩耗性がある皮膜をつくることが出来ます。硬質クロムめっきの特徴は大きく、高硬度、耐食性、膜厚を厚くする、耐摩耗性などがあります。それぞれについて解説していきます。

高硬度

電気めっきの中では、最も硬い皮膜をつける事が出来る処理です。
硬さは、膜厚が25μｍ厚以上でHV800〜1000で、JIS（H8615)では、20μmのビッカース硬度がHv750以上になっております。

耐食性

クロム表面に瞬時に酸化膜を形成することで、銅より貴な電位をもち、耐食性に優れています。塩化物以外の化学薬品に対して安定であり、大気中でも10㎛以上の厚さをもつ皮膜は比較的良好な耐食性を示します。また下地めっきを施すことでさらに耐食性を向上させることができます。

膜厚

1〜1000μｍ厚程度とされ、10㎛以上の厚さをもつ皮膜は良好な耐食性を示し、大気中で安定性のある表面を維持します。
硬質クロムめっきの皮膜は、複雑な形状に対して均一な厚みで析出させることが難しく、凸部にめっきが多く析出し、凹部に少ししか析出しない傾向が大きいです。
硬質クロムめっきの特徴として、均一電着性が悪いため、めっきの膜厚の均一化が難しいとされています。
そのため、製品の寸法や精度を保ちつつめっき膜厚を一定に仕上げるための、専用ジグなどの製作が必要になります。また、膜厚が薄いとクラックが素地にまで達するため、湿気の多いところでの使用・保管では防錆油塗布による表面保護が必要になります。

耐摩耗性

皮膜硬度が高く摩擦係数が小さいので耐摩耗性に優れています。耐摩耗の目的で、摺動する面にめっきをする場合、注意すべき点としてかじり現象があります。
硬質クロムめっき同士で摺動させた場合、両者とも硬い皮膜のため、摩耗は非常に少ないように思われがちですが、実際にはかじり現象を起こして両者とも急速に摩耗してしまうので注意が必要です。このようにクロム皮膜と摩耗してかじり現象を引き起こしやすいものに、砲金・黄銅等も含まれています。

装飾クロムめっきの特徴

装飾クロムめっきの特徴は大きくわけて以下の3つになります。

光反射性が高い

装飾クロムめっきは、光を効率よく反射する特性を持っています。よく街中で見かけるシルバー色でキラキラしているものはクロムめっきが施されており、アクセサリーでも採用されるほど美しい光沢を放ちます。その高級感や清潔感によって、美術館で使う器具や車のエンブレム、医療の現場によく採用されています。

熱反射性が高い

めっきした製品は、高温の状態で長い期間置いておくと、酸化・変色します。しかし、クロムめっきは、熱反射性が高く酸化反応が遅いため、条件があるものの高温の状態で置いておいても酸化・変色がありません。

耐食性が高い

クロムめっきは、耐食性が高いという特徴もあります。その理由としては、クロムめっきの下地としてニッケルめっきが使われることで耐食性が強化されるからです。
変色や腐食しにくい特性を持つクロムめっきは、住設機器や自動車部品、工業製品など幅広い用途で使われています。

硬質クロムめっきの皮膜特性

硬質クロムめっきの皮膜特性ついて詳細を解説します。

硬質クロムめっき皮膜特性
組成	Cr 　99.8%
密度	6.9〜7.2g/㎤
融点	1880〜1900℃
沸点	2482℃
密着性（鉄素材に対して）	50,000〜70,000psi
膜厚（素材や形状によって変化）	1〜1000μｍ以上
電気抵抗率	金属の場合･･･125nΩ・mat20℃ 硬質クロムめっき皮膜･･･28℃で50～60μΩcm（処理条件により変化）
摩耗性数	静摩擦係数　0.14程度　動摩擦係数　0.12程度
熱膨張係数	クロム金属として　6.2×10 -6K-1　at20℃
熱伝導率	93.7W/（m・K）at27ºC
耐熱性	200℃から400℃までは高硬度を保持し400℃を超えると徐々に皮膜硬度が減少する。500〜550℃付近で急激に減少し、さらに600〜700℃に加熱すると、硬度は、Hv400近くに低下し、通常のクロムの硬さに等しくなる。以後さらに温度を上げても、硬さの変化は極めて徐々に下がる傾向にある。
離型性	めっき表面のエネルギーが低いため、他の物質との凝着がしにくい特徴があり離型が比較的容易である。 めっき前後のバフ研磨を併用することで離型性は更に向上する。 硬質クロムめっきは型離れしやすい特徴があるため、様々な型に用いられ、金型やローラー部、ガイド部などにも利用されている。
摺動性	素地表面の粗さの状態がめっきの仕上げや耐食性に大きな影響を与えるため、表面を磨いてピカピカにするバフ研磨が重要であある。めっき表面をバフ研磨で仕上げをする場合に使用する研磨剤（酸化クロム）の微粒子が潤滑剤の役割を果たし、摩擦係数を低くし摺動性を向上させる。
潤滑性	硬質クロムめっき皮膜の電析（めっき処理中）時に引張応力により発生するクラックへ潤滑油を浸透させることによって特性を得ることが出来る。 保油性に優れ、摩擦係数の低い皮膜（対鋼で0.16）のため、摩擦相手と凝着しづらく、金型部品などに使われている。
磁性	非磁性
電流効率	10~25%程度
ヤング率	クロム金属として248×10(superscript:9)（10の9乗）N／㎡
水素脆性	水素脆性とは、前処理及びめっき処理の過程で、被めっき物が水素を吸蔵して延性又はじん（靭）性が低下する現象のことをいう。硬質クロムめっきは電流効率が悪く、水素を大量に発生しながらめっきされるので、素地に水素の一部が侵入し、特に高炭素鋼では水素脆性が起こりやすくなる。
水素除去	水素除去とは、硬質クロムめっき中や表面に含まれる水素ガスに脱水素処理を施し、水素を除去することをいう。200℃前後にて3時間程度加熱処理（べーキング処理）を行う。めっき膜厚が非常に厚い場合や、めっき浴の温度が低い場合には、水素吸蔵量が多くなるため、加熱処理を長くする必要がある。加熱処理によってクロムめっき層に顕微鏡で確認出来るクラックが発生するが、特殊な場合以外は、特に欠陥とはならない。

【耐食性】

【硬さ】

【耐摩耗性】

【耐熱性】

硬質クロムめっき工程

一般的な硬質クロムめっき工程を紹介いたします。

脱脂

加温した苛性ソーダ水溶液（水酸化ナトリウム水溶液）に浸けて、表面についている油脂類などの汚れを完全に除去します。

酸活性（酸浸漬）

表面にある不動態皮膜（酸化膜）を除去します。

陽極処理（エッチング）

製品を陽極にして、電気化学的に製品の表面を溶解させるものです。めっきを行う表面を溶解することにより脱脂・洗浄の効果とめっき面を多少荒らすことによりめっき後の密着性を向上させます。

硬質クロムめっき

クロム金属を析出させます。

乾燥

60℃の以下の低温にて処理します。

サージェント浴

硬質クロムめっきは主に3種類のめっき浴の種類があり、それぞれ物性や用途が違っています。
サージェント浴は90年近く前にSargent氏により開発されたクロムめっき浴で、もっともよく使われているめっき浴です。

めっき液成分

液組成：無水クロム酸（三酸化クロム CrO3）を主成分とし、これに触媒根として微量の硫酸を添加した単純な浴組成です。構成は無水クロム酸：硫酸＝100：1（重量比）です。温度 50℃、電流密度 40A/ d㎡ が標準です。

サージェント浴のメリット

無水クロム酸と硫酸のみを含有する極めて単純な浴で、管理がしやすく幅広い用途で利用されています。硬度と耐摩耗性を生み出すことが出来るめっき浴で、最も古く、広範囲で使用されてるものです。

サージェント浴のデメリット

他の２つの浴と比べて硬度が低い・めっきの表面粗さが粗い、光沢があまりない、めっき処理時間が長い、めっきの耐摩耗性で劣るという点があります。
電流効率は低く、めっき析出速度も遅いため、１時間で20μm程度しかつけることができません。
しかし、部分めっきをする際など、めっきが付かない部分の腐食を抑えることができる点から、長期にわたって一般的なめっきとなっています。

フッ化浴（混合触媒浴）

基本組成としてのサージェント浴にフッ素化合物を微量に添加することで、つきまわり性やめっき速度を改善した硬質クロムめっき浴です。

めっき液成分

液組成：無水クロム酸、硫酸、三価クロム、触媒(フッ化物)で構成され、温度 55℃、電流密度 40A/d㎡が標準です。

フッ化浴（混合触媒浴）のメリット

サージェント浴と比較して、電流効率が高いため、めっき析出が速く、鉄・鋳物へのつき回りが良く、生産性で優れています。また。光沢範囲が広い、めっき液自身の活性力も強い、密着性がよく、重ね付けにも向いているなど利点も多くなっています。

フッ化浴（混合触媒浴）のデメリット

めっきが析出しない低電流密度部分（ノーめっき部分）で鉄素材が溶解するため、陽極、専用治具、めっき設備が腐食しやすくなり設備費用が高くなってしまいます。
また、部分めっきの場合、めっきの付かない部分が腐食しやすいため、銅、真鍮にはあまり向いていません。

HEEF浴（高効率浴）

HEEF（ヒーフ）浴（高効率浴）は、基本組成としてのサージェント浴に特殊な有機物触媒を微量添加した浴で薬品メーカーの商標のめっき浴です。

めっき液成分

無水クロム酸、硫酸、三価クロム、有機物触媒を含有する高速めっき浴。温度60℃、電流密度60A/ d㎡ が標準です。

HEEF（ヒーフ）浴（高効率浴）のメリット

電流効率が高く、低電流密度部分（ノーめっき部分）を溶解せずに従来浴の2〜3倍のめっき析出が可能で、析出スピードも速いため量産、自動化に適しています。品質としては高硬度で光沢が良く、被覆力と均一電着性が優れています。皮膜はマイクロクラックが生成しやすいため腐食しにくく耐食性が良いです。

HEEF（ヒーフ）浴（高効率浴）のデメリット

腐食性が強い強酸液のため設備損傷や腐食が激しくなり高額な設備投資が必要になります。また、特殊な有機物触媒を使用するため自社分析が出来ず、材料メーカーの分析と調達になり触媒原価が高くなります。標準の温度が高く、腐食性が強い強酸液のため設備損傷が多いのもデメリットになります。

めっきの用途及びめっきの厚さ例

硬質クロムめっき用途例とその時のめっき厚さ例を紹介いたします。

区分	用途	めっきの厚さ例 （μｍ）
ロール	高分子化合物用	30
	製紙用（カレンダ類）
	紡織用	20
	鉄鋼加工用	50
	非鉄金属加工用	30
金型	プラスチック成形用	10
	一般打抜き及び成形用
	ガラス成形用	50
	医薬品、食品用	10
	鍛造用	30
	窯業用	50
シリンダー及びライナー	油圧・空気圧機器用	20
	水圧機器用	30
	ガソリンエンジン用	50
	ディーゼル及びガスエンジン用	100
ピストン及び ピストンロッド	油圧・空気圧機器用	20
	水圧機器用	30
	ポンプ用	20
	一般機械用
	ディーゼル及びガスエンジン用	100
	ガソリンエンジン用	5
ピストンリング	ガソリンエンジン用	50
	ディーゼルエンジン用	100
工具	切削用、計測用	3
シャフト及びジャーナル	一般機械用シャフト	30
	内燃機関用シャフト	50
	一般用ジャーナル
その他機械部品	紡織機用部品	20
	エンジンバルブ	5
	一般機械部品	20
写真及び印刷用品	フェロタイプ	5
	フィルム加工用	10
	印刷用ロール及び板	2

硬質クロムめっきの事例

設計時の注意事項

1.角部・隅部

硬質クロムめっきは鋭い角部にはめっきが厚くつきバリが出やすくなります。隅部や複雑な形状には、めっきがつかないか、つきにくくなります。
そのため、角部にＲをつけられるものは出来るだけ大きくとり、隅部（特に形状部ツバのついた軸の根元等）には、できれば逃げのあることが望ましいです。複雑な形状の場合には治具の製作が必要となります。［3］

2.寸法精度

1. 寸法精度を特に必要としない場合、ある程度寸法にゆとりをもって設計してください。
2. めっき後、研磨仕上げが困難なものについては、めっきしろを考慮にいれて設計してください。
3. 特に精度を必要とするものについては、研磨しろを考慮にいれ、めっき後に研磨してください。

3.熱処理

熱処理された鋼は肉眼では見えない割れ目を有する場合があり、母材によってはめっき後にクラックを生じて使用に適さなくなります。
熱処理は均質に施し、素地組織に変更のないものが望ましいです。

めっきの記号

めっきの記号は、クロムめっきの元素記号「Cr」の前に工業用を表す記号「I」つけて表す。ほか、JIS H 0404および下表による。

加工方法	めっき前	めっき後
バフ仕上げ	1BF	2BF
ポーラス加工	1P	2P
ラッピング	1GL	2GL
超仕上げ	1GSP	2GSP
液体ホーニング	1LH	2LH
ブラスト仕上げ	1SB	2SB
グラインダ加工	1G	2G

硬質クロムめっきに関する「JIS（専門用語）」

4019 工業用クロムめっき、硬質クロムめっき	754　耐摩耗性
4021　マイクロクラッククロムめっき	1029　陰極
4018　装飾用クロムめっき	1013　卑金属
1066　均一電着性、マクロスローイングパワー	1011　電気めっき法
2023　引っかけ、ジグ、ラック	8018　ピンホール
3019　脱脂	1043　電流密度
6011　陽極酸化処理、陽極処理	1008　電解析出、電析

硬質クロムめっきに関連する英語表記

硬質クロムめっき	Hard chrome plating
装飾クロムめっき	Decorative chrome plating
クロム	chromium
マイクロクラッククロムめっき	Micro crack chrome plating
ニッケルめっき	Nickel plating
耐食性	Corrosion resistance
酸素	oxygen
不動態膜	Passive film
酸化皮膜	oxide film
銅	copper
光沢	luster
電子	electronic
陰極	cathode
卑金属	base metal
電析	Electrodeposition
電気めっき	electroplating
電位	potential
均一電着性	throwing power
専用ジグ	Dedicated jig
摩擦係数	Coefficient of friction
かじり現象	galling phenomenon
脱脂	Degreasing
酸活性	acid activity
陽極処理	anodizing

硬質クロムめっきまとめ

硬質クロムめっきと装飾クロムめっきの特徴について解説しました。

装飾クロムめっきはキラキラとしていてアクセサリーとしても使われる美観性を持っています。硬質クロムめっきは美観性に加えて硬度や耐食性などをさらに強化したものとなっております。それぞれの特性・用途によって、どちらを選択するかが決まります。

光沢をあまり必要とせず、硬度が必要な場合は、硬質クロムめっきをおすすめします。