專利名稱：金屬體的表面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在由金屬制成的母材上形成鍍金(Au)層來構(gòu)成的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，特別涉及一種以鎳(Ni)層作為基底形成金(Au)層的金屬體的表面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，在金屬體上鍍金(Au)時(shí)，在因附著性問題而不能直接鍍金的情況下，首先在金屬體上實(shí)施鍍鎳(Ni)，然后在其表面上進(jìn)行鍍金(Au)。在這種情況下，因?qū)Ρ粚?shí)施鍍金(Au)的金屬體被施以高溫，并反復(fù)施加電壓，從而鎳(Ni)層中的鎳(Ni)擴(kuò)散到金(Au)層中，并產(chǎn)生露出到金(Au)層表面的遷移現(xiàn)象。當(dāng)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象時(shí)，鎳(Ni)會(huì)在表面上氧化，失去金屬體表面上鍍金的效果。
例如，在保持由玻璃制成的透鏡等光學(xué)元件的鏡筒中，通過焊接其外周面來安裝到機(jī)器上的鏡筒，在其外周面上實(shí)施鍍金(Au)。在鏡筒中形成光學(xué)元件之前預(yù)先進(jìn)行鍍金(Au)，則可以低成本制造。這時(shí)，在形成光學(xué)元件時(shí)，為了使玻璃軟化，被鍍金的鏡筒被施以高溫。從而，在鏡筒中形成光學(xué)元件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象。另外，在開關(guān)的接點(diǎn)上鍍金的情況而言，因?yàn)殚_關(guān)的接點(diǎn)是被反復(fù)施加電壓的部分，同樣會(huì)產(chǎn)生鎳(Ni)的遷移現(xiàn)象。
作為用于防止遷移現(xiàn)象的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，例如，如專利文獻(xiàn)1所示形成較厚的金(Au)層?，F(xiàn)有的光學(xué)元件的鏡筒作為光學(xué)元件的材料，使用熔點(diǎn)為400～450℃程度的熔點(diǎn)較低的玻璃，因此，這種結(jié)構(gòu)也可以在一定程度上防止遷移現(xiàn)象。但是，在作為光學(xué)元件的材料的玻璃，使用熔點(diǎn)在500℃以上的高熔點(diǎn)玻璃的情況下，不能充分防止遷移現(xiàn)象。
特開平10-261730號(hào)公報(bào)。
圖7～圖10示出以鎳(Ni)層作為基底形成金(Au)層的金屬體的表面結(jié)構(gòu)中組成分布測定值。各圖的橫軸表示金(Au)層的深度方向，O的位置表示最表面。另外，縱軸表示金(Au)層中的金(Au)、鎳(Ni)、氧(O)的組成比例。而且，金(Au)層的表面附近附著碳，因此，在極為靠近表面的位置也會(huì)檢測出碳，但是并不和遷移現(xiàn)象直接相關(guān)，因此將其省略。在此，作為基底形成2～3μm的鎳(Ni)層，在其上形成2～3μm的金(Au)層。作為使玻璃軟化形成透鏡等時(shí)的條件，將在氮?dú)饨橘|(zhì)中在570℃下加熱4分鐘設(shè)定為烘烤條件。另外，作為在空氣中氧化時(shí)的條件，將在空氣中，在350℃下加熱4小時(shí)設(shè)定為氧化加速條件。
圖7表示以鎳(Ni)層作為基底形成金(Au)層，且在未進(jìn)行加熱的狀態(tài)下的組成分布。在這種情況下，鎳(Ni)幾乎不擴(kuò)散。圖8表示僅僅進(jìn)行烘烤時(shí)的組成分布。在這種情況下，在金(Au)層中鎳(Ni)擴(kuò)散成和金(Au)大致一樣多，產(chǎn)生遷移現(xiàn)象。另外，在表面附近氧(O)的濃度也變高，表示了產(chǎn)生氧化。圖9表示僅僅進(jìn)行氧化加速加熱時(shí)的組成分布。在這種情況下，鎳(Ni)擴(kuò)散到金(Au)層的表面附近，另外氧(O)的分布大致相同。圖10表示進(jìn)行烘烤及氧化加速加熱兩方時(shí)的組成分布。在這種情況下，鎳(Ni)廣泛分布在金(Au)層中，并氧化也進(jìn)一步深化。
這樣，在鎳(Ni)層的基底上形成金(Au)層的現(xiàn)有的金屬體的表面結(jié)構(gòu)中，在500℃以上的高溫下烘烤的情況下，會(huì)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象，另外，露出到表面的鎳(Ni)在空氣中氧化，因此失去鍍金(Au)的效果。由此，在光學(xué)元件的鏡筒中，產(chǎn)生了不能進(jìn)行焊接的問題。另外，在金屬體內(nèi)流動(dòng)的電流導(dǎo)致發(fā)生遷移現(xiàn)象的情況下，會(huì)引起在開關(guān)的接點(diǎn)上導(dǎo)通不良的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用于解決上述問題而完成的，其目的是提供一種即使在高溫條件下也可以防止鎳(Ni)擴(kuò)散，可以使金(Au)層的表面狀態(tài)保持良好的金屬體的表面結(jié)構(gòu)。
為解決上述問題，本發(fā)明的在由金屬制成的母材上形成鍍金(Au)層來構(gòu)成的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述母材的表面上形成鎳(Ni)層，在該鎳(Ni)層的表面上形成由周期表8A族的金屬構(gòu)成的阻擋層，并且在該阻擋層的表面上形成金(Au)層。
根據(jù)本發(fā)明，通過阻擋層，即使在高溫的條件下也可以抑制鎳(Ni)從鎳(Ni)層向金(Au)層的擴(kuò)散。
另外，本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層由銠(Rh)構(gòu)成。
并且，本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述母材是由不銹鋼制成的。
進(jìn)而，本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述母材形成保持光學(xué)元件的圓筒形鏡筒，并在該鏡筒的外周面上形成所述鎳(Ni)層和阻擋層及金(Au)層。
根據(jù)本發(fā)明，即使光學(xué)元件的材料使用高熔點(diǎn)玻璃，也可以在鏡筒的表面上不產(chǎn)生遷移現(xiàn)象的情況下成形光學(xué)元件。


圖1是表示本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)的剖面模式圖；圖2是表示本實(shí)施例的鏡筒的剖視圖；圖3是表示本實(shí)施例的金屬體的表面結(jié)構(gòu)加熱前在深度方向上的組成分布圖；圖4是表示將本實(shí)施例的金屬體的表面結(jié)構(gòu)烘烤之后在深度方向上的組成分布圖；圖5是表示將本實(shí)施例的金屬體的表面結(jié)構(gòu)氧化加速加熱之后在深度方向上的組成分布圖；圖6是表示將本實(shí)施例的金屬體的表面結(jié)構(gòu)烘烤及氧化加速加熱之后在深度方向上的組成分布圖；圖7是表示將現(xiàn)有的金屬體的表面結(jié)構(gòu)加熱前在深度方向上的組成分布圖；
圖8是表示將現(xiàn)有的金屬體的表面結(jié)構(gòu)烘烤之后在深度方向上的組成分布圖；圖9是表示將現(xiàn)有的金屬體的表面結(jié)構(gòu)氧化加速加熱之后在深度方向上的組成分布圖；圖10是表示將現(xiàn)有的金屬體的表面結(jié)構(gòu)烘烤及氧化加速加熱之后在深度方向上的組成分布圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明。圖1是表示本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)的剖面模式圖。另外，圖2是表示本實(shí)施例的鏡筒的剖視圖。首先，就本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。如圖1所示，本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，是在由金屬制成的母材1的表面上形成金屬鍍層而成的。在本實(shí)施例中，母材1由不銹鋼制成。
在母材1的表面上形成成為基底的鎳(Ni)層2。鎳(Ni)層2形成2～3μm程度的厚度。在鎳(Ni)層2的表面上，形成由銠(Rh)制成的阻擋層3。阻擋層3形成0.1～0.3μm左右的厚度。并且，在阻擋層3的表面上，形成金(Au)層4。金(Au)層4形成2～4μm程度的厚度。這些層的厚度并不限于上述。另外，與鎳(Ni)層2和金(Au)層4相比，如上所述，阻擋層3極薄，但是也可以更厚。另外，在本實(shí)施例中，阻擋層使用銠(Rh)，但并不限于此，只要是周期表的8A族的金屬就可以，例如可以使用鈀(Pd)或者白金(Pt)。
在形成這種金屬體的表面結(jié)構(gòu)的情況下金(Au)層4表面附近的組成分布測定值，如圖3～圖6所示。在這些圖中，橫軸表示金(Au)層4的深度方向，0的位置表示最表面。另外，縱軸表示金(Au)層4中的金(Au)、鎳(Ni)、氧(O)各自的組成比例。而且，金(Au)層4的表面附近附著碳，因此，在極為靠近表面的位置也會(huì)檢測出碳，但是并不和遷移現(xiàn)象直接相關(guān)，因此將其省略。
圖3表示具有本實(shí)施例的表面結(jié)構(gòu)的金屬體表面附近組成分布。在不進(jìn)行加熱等的狀態(tài)下，極為靠近表面的氧(O)的比例稍大，但可以說并不會(huì)引起鎳(Ni)的遷移現(xiàn)象及氧化。在此，通過模仿玻璃成形時(shí)條件的高溫下的烘烤，以及模仿在空氣中經(jīng)過長時(shí)間進(jìn)行氧化時(shí)條件的較低溫度下的氧化加速加熱，示出如何分別在表面上進(jìn)行鎳(Ni)的遷移現(xiàn)象及氧化。
圖4示出在本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)中進(jìn)行烘烤后的表面附近組成分布。烘烤的條件和前述相同，設(shè)定為在氮?dú)饨橘|(zhì)中，在570℃下進(jìn)行4分鐘加熱。在這種情況下，組成分布與圖3所示烘烤前的狀態(tài)幾乎沒有變化。即，即使在570℃下烘烤，由于鎳(Ni)層2和金(Au)層4之間設(shè)置的阻擋層3的存在，鎳(Ni)幾乎不會(huì)擴(kuò)散到金(Au)層4中，因而幾乎不會(huì)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象。圖8示出沒有阻擋層3的現(xiàn)有例中烘烤后的組成分布圖，與其相比可知，因?yàn)樽钃鯇?的存在，遷移現(xiàn)象的有無產(chǎn)生了很大的差別。
圖5示出對(duì)本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行氧化加速加熱之后的表面附近組成分布。氧化加速加熱的條件和前述相同，設(shè)定為在空氣中在350℃下進(jìn)行4小時(shí)的加熱。即使在這種情況下，組成分布與圖3所示的氧化加速加熱前的狀態(tài)幾乎沒有變化。和圖9的不具有阻擋層3的現(xiàn)有例中的、氧化加速加熱后的組成分布圖相比，也很明顯。氧化在鎳(Ni)中產(chǎn)生，因此，在鎳(Ni)很難擴(kuò)散到金(Au)層表面上的本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)中，在表面上很難產(chǎn)生氧化。圖9是對(duì)不具有阻擋層3的現(xiàn)有例中氧化加速加熱之后的組成分布圖，與其相比也可知，在本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)中，在最表面上也幾乎不會(huì)產(chǎn)生氧化。
圖6示出對(duì)本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行烘烤及氧化加速加熱之后的表面附近組成分布。烘烤及氧化加速加熱的條件和前述相同，在氮?dú)饨橘|(zhì)中，在570℃下進(jìn)行4分鐘加熱之后，在空氣中，在350℃下進(jìn)行4小時(shí)加熱。在這種情況下，組成分布與圖3所示的烘烤和氧化加速加熱前的狀態(tài)幾乎沒有變化。根據(jù)這些結(jié)果，通過在金屬體的表面結(jié)構(gòu)上具有阻擋層3，可以防止鎳(Ni)從鎳(Ni)層向表面的擴(kuò)散，可以抑制遷移現(xiàn)象。另外，隨之可以減少鎳(Ni)在表面上的氧化，并可以使金(Au)層4的表面狀態(tài)保持良好。即使與作為不具有阻擋層3的現(xiàn)有例中的、同樣條件下的組成分布圖的圖10的相比，也可知在本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)中幾乎不會(huì)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象及氧化。
就這種金屬體的表面結(jié)構(gòu)的制造方法進(jìn)行說明。母材1的表面上形成的這些層是通過電解鍍金形成的。即，首先在母材1上進(jìn)行酸清洗等前處理之后，浸在鎳(Ni)的電解液中通電，形成鎳(Ni)層2。然后，浸在銠(Rh)的電解液中并通電，形成由銠(Rh)構(gòu)成的阻擋層3。因阻擋層3形成為極薄，通常進(jìn)行在很短時(shí)間內(nèi)鍍金的閃鍍。最后，浸在金(Au)的電解液中并通電，形成金(Au)層4。
本發(fā)明是關(guān)于金屬體的表面結(jié)構(gòu)的，金屬體的形狀可以是任意的，而在本實(shí)施例中，如圖2所示，示出了適用于在內(nèi)部收容光學(xué)元件12的鏡筒10的金屬體。該鏡筒10由不銹鋼制成，并形成為圓筒狀，在內(nèi)周面10b上收容光學(xué)元件12，外周面10a通過焊接被固定到使用光學(xué)元件12的機(jī)器上。在本實(shí)施例中，光學(xué)元件12是透鏡。但并不限于此，光學(xué)元件12也可以是任意形狀。
由不銹鋼制成的鏡筒10不能直接進(jìn)行焊接，因而，需要在表面上鍍金(Au)。至少要在鏡筒10的外周面11a上實(shí)施鍍金(Au)，來形成鍍層11。鍍層11是作為上述金屬體的表面結(jié)構(gòu)形成的，是在母材1的表面上形成鎳(Ni)層2，并在其表面上形成由銠(Rh)構(gòu)成的阻擋層3，進(jìn)而在其表面上形成金(Au)層4。而且，在圖2中，鍍層11是厚度為幾μm程度的極薄層，因此是為對(duì)鍍層11進(jìn)行了夸張表現(xiàn)。
這種帶有鏡筒的光學(xué)元件按如下方法制造。首先，預(yù)先在如上所述的工序中準(zhǔn)備鍍金了的鏡筒10，在其內(nèi)側(cè)設(shè)置作為光學(xué)元件12的材料的玻璃，并收容到模具內(nèi)。在此，加熱玻璃并升溫到軟化溫度，使玻璃軟化。在該狀態(tài)下進(jìn)行沖壓，將模具的形狀轉(zhuǎn)印到玻璃上，形成光學(xué)元件12。從而，預(yù)先鍍金了的鏡筒10被加熱到玻璃的軟化溫度。
此外，鏡筒10在其外周面10a上具有本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，因此，即使在高溫條件下也不會(huì)產(chǎn)生遷移現(xiàn)象。從而，即使作為被收容在鏡筒10內(nèi)部的光學(xué)元件12的材料的玻璃熔點(diǎn)很高，外周面10a的表面狀態(tài)也可以保持良好，因而在焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生故障。即，可以增加作為光學(xué)元件12的材料的玻璃的選擇自由度。
發(fā)明效果如上說明，根據(jù)本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，在鎳(Ni)層的表面上形成由周期表8A族的金屬構(gòu)成的阻擋層，因而具有可以通過阻擋層防止鎳(Ni)向金(Au)層的擴(kuò)散，并且即使在高溫條件下也可以防止產(chǎn)生遷移現(xiàn)象的效果。
另外，根據(jù)本發(fā)明的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，母材被形成為保持光學(xué)元件的圓筒狀的鏡筒，并且在鏡筒的外周面上形成鎳(Ni)層和阻擋層以及金(Au)層，由此，在使用作為光學(xué)元件材料的高熔點(diǎn)玻璃的情況下，鏡筒即使在光學(xué)元件成形時(shí)受到高溫，也具有外表面的狀態(tài)可以保持良好，并可以準(zhǔn)確進(jìn)行焊接的效果。
權(quán)利要求
1.一種在由金屬制成的母材上形成鍍金(Au)層來構(gòu)成的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，在所述母材的表面上形成鎳(Ni)層，在該鎳(Ni)層的表面上形成由周期表8A族的金屬構(gòu)成的阻擋層，并且在該阻擋層的表面上形成金(Au)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層由銠(Rh)構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述母材是由不銹鋼制成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述母材形成保持光學(xué)元件的圓筒形鏡筒，并在該鏡筒的外周面上形成所述鎳(Ni)層和阻擋層以及金(Au)層。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種即使在高溫條件下也可以防止鎳(Ni)的擴(kuò)散，并且金(Au)層的表面狀態(tài)可以保持良好的金屬體的表面結(jié)構(gòu)。在由金屬制成的母材(1)上形成鍍金(Au)而成的金屬體的表面結(jié)構(gòu)，在母材(1)的表面上形成鎳(Ni)層(2)，在鎳(Ni)層(2)的表面上形成由周期表8A族的金屬構(gòu)成的阻擋層(3)，并且在阻擋層(3)的表面上形成金(Au)層(4)。另外，阻擋層(3)可以使用銠(Rh)，并且母材(1)可以使用不銹鋼。
文檔編號(hào)C25D7/04GK1537977SQ20041003222
公開日2004年10月20日 申請日期2004年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者大槻素比古, 大 素比古 申請人:阿爾卑斯電氣株式會(huì)社