化學浸鍍液及在高硅鋁合金表面鍍錫的方法
【專利摘要】本發明公開了一種化學浸鍍液及在高硅鋁合金表面鍍錫的方法。該化學浸鍍液包括堿金屬錫酸鹽、堿金屬醋酸鹽、醋酸和水。本發明所提供的上述化學浸鍍液中含有醋酸。在化學浸鍍液中加入醋酸，主要能夠起到緩解因高硅鋁合金中硅含量過高導致的鍍錫層色澤暗沉、表面粗糙，提高鍍錫層光亮度的作用。同時，采用上述化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸泡后，能夠直接利用化學反應，以高硅鋁合金本體中的鋁原子為電子源，使金屬錫“取代”鋁合金表面的鋁原子形成金屬錫層。通過本發明提供的方法所形成的金屬錫層與鋁合金之間具有較好的結合力。
【專利說明】化學浸鍍液及在高硅鋁合金表面鍍錫的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及化學鍍錫領域，具體而言，涉及一種化學浸鍍液及在高硅鋁合金表面 鍍錫的方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著全球資源消耗量的逐年增長，如何減緩金屬產品的耗損率，延長金屬 產品的使用壽命成為了一個關注熱點。目前，對金屬產品進行表面處理是減少金屬產品耗 損率的一種常用方法，特別是在金屬產品表面進行電鍍后，能夠提高金屬產品的耐磨性、抗 腐蝕性等性質。電鍍，實為利用電解原理，以鍍層金屬作為陽極，以待鍍工件作為陰極，在金 屬產品表面鍍上一層其他金屬的過程。比如，為提高鋁合金的表面耐磨性和潤滑性，通常會 在鋁合金表面利用電鍍法鍍上一層金屬錫。
[0003] 然而，使用電鍍法在鋁合金表面鍍錫時，由于金屬鋁是一種兩性金屬，具有較高的 反應活性，若在鋁合金表面直接鍍錫，形成的金屬錫層與鋁合金之間的結合力較弱，在后期 的應用中這層金屬錫層容易脫落。為了提高金屬錫層與鋁合金之間的結合力，通常在電鍍 錫層之前，先在錯合金表面電鍍一層金屬銅層。這樣的情況下，錯合金表面鍍層的厚度較 厚，無法滿足某些金屬產品中對于鍍層厚度的要求。此外，上述鍍錫的方法工藝復雜，難以 保證鍍層的質量。
[0004] 為了解決電鍍法在鋁合金表面鍍錫較為困難的問題，很多研究者將關注點移至化 學浸鍍法上，其原理實際上是利用依靠鋁合金在化學浸鍍液中發生的化學反應，以達到對 鋁合金進行表面鍍錫的效果。然而，相較于普通的鋁合金而言，采用適用于普通的化學浸鍍 液很難對高硅鋁合金（含硅量高于11%)的表面鍍錫。這是由于高含量的硅會因為槽液的 水解作用容易導致鍍錫層色澤暗沉，鍍錫表面粗糙。在此基礎上，有必要開發一種專門針對 高硅鋁合金進行表面鍍錫的化學浸鍍液。
【發明內容】
[0005] 本發明旨在提供一種化學浸鍍液及在高硅鋁合金表面鍍錫的方法，以解決現有技 術中高硅鋁合金鍍錫層色澤暗沉、表面粗糙的問題。
[0006] 為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種化學浸鍍液，其包括堿金 屬錫酸鹽、堿金屬醋酸鹽、醋酸和水。
[0007] 進一步地，上述化學浸鍍液中，堿金屬錫酸鹽的含量為120?160g/L，堿金屬醋酸 鹽的含量為40?60g/L，醋酸的含量按照60wt%醋酸水溶液計為4?10ml/L。
[0008] 進一步地，上述化學浸鍍液中，堿金屬錫酸鹽的含量為140?150g/L，堿金屬醋酸 鹽的含量為45?55g/L，醋酸的含量按照60wt%醋酸水溶液計為6?9ml/L。
[0009] 進一步地,上述堿金屬錫酸鹽為錫酸鈉或錫酸鉀,堿金屬醋酸鹽為醋酸鈉或醋酸 鉀。
[0010] 進一步地,上述堿金屬錫酸鹽為錫酸鈉,堿金屬醋酸鹽為醋酸鈉。
[0011] 根據本發明的另一方面，提供了一種在高硅鋁合金表面鍍錫的方法，其包括采用 上述化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍，得到鍍錫高硅鋁合金的步驟。
[0012] 進一步地，上述采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍的步驟中，鍍錫溫度為 70?80°C，鍍錫時間為4?8min。
[0013] 進一步地，上述采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍的步驟中，將壓縮空氣通 入化學浸鍍液中以對化學浸鍍液進行攪拌，優選壓縮空氣的通入量小于0. 4L/S。
[0014] 進一步地，上述采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍的步驟之前，還包括對高 硅鋁合金的表面進行預處理的步驟；預處理的步驟包括：采用強酸對鋁合金的表面進行浸 蝕，然后進行水洗；其中，強酸為硝酸與氫氟酸的混合酸或者濃度為60?64wt %的濃硝酸 水溶液；優選地，混合酸由密度為I. 42g/ml的硝酸和密度為I. lg/ml的氫氟酸按照體積比 3?3. 5:1配置而成；更優選地，預處理步驟中的浸蝕溫度為10?30°C，浸蝕時間為10? 30s〇
[0015] 進一步地，上述采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍的步驟中，同時監控化學 浸鍍液中堿金屬錫酸鹽含量的變化，以確保堿金屬錫酸鹽的含量不低于115g/L。
[0016] 本發明提供了 一種化學浸鍍液及在高硅鋁合金表面鍍錫的方法。當高硅鋁合金浸 入到上述含有堿金屬錫酸鹽的化學浸鍍液中時，鋁合金中的鋁能夠失去電子變為三價離子 溶解至溶液中，其反應離子方程式如下：AL - 3e - AL3+。同時，化學浸鍍液中的堿金屬錫 酸鹽獲得電荷，以錫酸離子形式存在的錫能夠在鋁合金表面被還原，形成金屬錫層，其反應 離子方程式如下：Sn032 -+3H20+4e -Sn丨+60H'更為重要的是，本發明所提供的上述化 學浸鍍液中含有醋酸。在化學浸鍍液中加入醋酸，主要能夠起到緩解因高硅鋁合金中硅含 量過高導致的鍍錫層色澤暗沉、表面粗糙，提高鍍錫層光亮度的作用。同時，采用上述化學 浸鍍液對高硅鋁合金進行浸泡后，能夠直接利用化學反應在高硅鋁合金表面浸鍍形成金屬 錫層。與電鍍法中在高硅鋁合金表面"物理"附著金屬錫層的方式不同，采用上述化學浸鍍 法，能夠以高硅鋁合金本體中的鋁原子為電子源，使金屬錫"取代"鋁合金表面的鋁原子形 成金屬錫層。這樣的金屬錫層與鋁合金之間具有較好的結合力。
【具體實施方式】
[0017] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。下面將結合實施例來詳細說明本發明。
[0018] 正如【背景技術】部分所介紹的，高硅鋁合金表面鍍錫時，鍍錫層色澤暗沉，鍍錫表面 粗糙。為了解決這一問題，本發明發明人提供了一種化學浸鍍液，其包括堿金屬錫酸鹽、堿 金屬醋酸鹽、醋酸和水。
[0019] 當鋁合金浸入到上述含有堿金屬錫酸鹽的化學浸鍍液中時，鋁合金中的鋁能夠失 去電子變為三價離子溶解至溶液中，其反應離子方程式如下：AL - 3e - AL3+。同時，化學浸 鍍液中的堿金屬錫酸鹽獲得電荷，以錫酸離子形式存在的錫能夠在鋁合金表面被還原，形 成金屬錫層，其反應離子方程式如下：Sn03i+3H20+4e -Sn丨+60H'更為重要的是，本發 明所提供的上述化學浸鍍液中含有醋酸。在化學浸鍍液中加入醋酸，主要能夠起到緩解因 高硅鋁合金中硅含量過高導致的鍍錫層色澤暗沉、表面粗糙，提高鍍錫層光亮度的作用。同 時，采用上述化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸泡后，能夠直接利用化學反應在高硅鋁合金 表面浸鍍形成金屬錫層。與電鍍法中在高硅鋁合金表面"物理"附著金屬錫層的方式不同， 采用上述化學浸鍍法，能夠以高硅鋁合金本體中的鋁原子為電子源，使金屬錫"取代"鋁合 金表面的鋁原子形成金屬錫層。這樣的金屬錫層與鋁合金之間具有較好的結合力。另外， 采用上述化學浸鍍法在高硅鋁合金表面鍍錫，能夠將金屬錫層的厚度控制在較低的范圍， 使其滿足某些高硅鋁合金產品對鍍錫層厚度的要求。
[0020] 本發明上述化學浸鍍液中，只要同時含有堿金屬錫酸鹽、堿金屬醋酸鹽和醋酸，就 能夠在一定程度上提高高硅鋁合金表面鍍錫層的光亮度。在一種優選的實施方式中，上述 化學浸鍍液中，堿金屬錫酸鹽的含量為120?160g/L，堿金屬醋酸鹽的含量為40?60g/L， 醋酸的含量按照60wt%醋酸水溶液計為4?10ml/L。對于高硅鋁合金而言，采用的化學浸 鍍液中堿金屬錫酸鹽的含量若過低，可能會出現有條狀暗色不均勻的沉積物，所形成的金 屬錫層也容易出現厚度不均勻的問題。堿金屬錫酸鹽的濃度越高，金屬錫層的厚度均勻性 越高，錫含量越高，但化學浸鍍液的成本越高。同時，醋酸含量過低，可能會使得到的高硅鋁 合金表面的鍍錫層亮度欠佳。而醋酸含量過高，可能會使化學浸鍍液的整體PH偏酸，從而 不利于推動堿金屬錫酸鹽的化學反應。此外，在化學鍍錫的過程中，隨著化學反應的進行， 有微量的堿生成。將化學浸鍍液中的醋酸的含量控制在上述范圍，還等夠消耗這些微量的 堿，使鍍錫化學反應更穩定地進行。總之，將堿金屬錫酸鹽、堿金屬醋酸鹽和醋酸的濃度控 制在上述范圍，有利于平衡化學浸鍍液的成本和浸鍍效果，使高娃錯合金表面的鍍錫層表 面平整、外觀潔白且光澤度較高。
[0021] 本發明上述化學浸鍍液中，只要將各成分的含量控制在上述范圍，就能夠使高硅 鋁合金表面的鍍錫層光滑潔白、光澤度較。在一種優選的實施方式中，化學浸鍍液中，堿 金屬錫酸鹽的含量為140?150g/L，堿金屬醋酸鹽的含量為45?55g/L，醋酸的含量按照 60%醋酸水溶液計為6?9ml/L。將化學浸鍍液中各成分的含量控制在上述范圍內，能夠進 一步提商商娃錯合金表面鍛錫層的光滑度、潔白度和殼度，還有利于提商商娃錯合金表面 鍍錫的速度，使得高硅鋁合金鍍錫時兼具生產效率和生產質量。
[0022] 本發明上述化學浸鍍液中，采用的堿金屬錫酸鹽優選包括但不限于錫酸鈉或錫酸 鉀，堿金屬醋酸鹽優選包括但不限于醋酸鈉或醋酸鉀。更優選地，出于節約成本的考慮，上 述堿金屬錫酸鹽為錫酸鈉，堿金屬醋酸鹽為醋酸鈉。
[0023] 另外，本發明發明人還提供了一種高硅鋁合金表面鍍錫的方法，其包括采用上述 的化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍，得到鍍錫高硅鋁合金的步驟。上述方法中，采用同時 含有堿金屬錫酸鹽、堿金屬醋酸鹽和醋酸的化學浸鍍液對高硅鋁合金進行表面鍍錫，得到 的鍍錫層具有較高的光亮度，能夠有效緩解因高硅鋁合金中硅含量過高導致的鍍錫層色澤 暗沉、表面粗糙的問題。同時，與電鍍法的在鋁合金表面"物理"附著金屬錫層的方式不同， 采用上述化學浸鍍法，能夠以高硅鋁合金本體中的鋁原子為電子源，使金屬錫"取代"高硅 鋁合金表面的鋁原子形成金屬錫層。這樣的金屬錫層與高硅鋁合金之間具有較好的結合 力。另外，采用上述化學浸鍍法在高硅鋁合金表面鍍錫，能夠將金屬錫層的厚度控制在較低 的范圍，使其滿足某些高硅鋁合金產品對鍍錫層厚度的要求。
[0024] 根據本發明上述的教導，本領域技術人員有能力選擇具體的浸鍍工藝。在一種優 選的實施方式中，采用化學浸鍍液對鋁合金進行浸鍍的步驟中，鍍錫溫度為70?80°C，鍍 錫時間為4?8min。在上述化學浸鍍的過程中，若液溫過低，金屬錫的沉積速率較低，且析 出厚度較薄。若液溫過高，可能會在所形成的金屬錫層中產生氣孔和一些黑色析出物，這些 黑色析出物可能會出現在高硅鋁合金基體和金屬錫層之間的界面上，從而影響高硅鋁合金 基體和鍍層之間的結合力。
[0025] 在實際的化學浸鍍過程中，可以對化學浸鍍液進行輕微攪拌，以使高硅鋁合金表 面保持充分的金屬錫供源。一種優選的實施方式中，采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸 鍍的步驟中，將壓縮空氣通入化學浸鍍液中以對化學浸鍍液進行攪拌，優選壓縮空氣的通 入量小于〇. 4L/s。
[0026] 本發明上述方法中，只要將高硅鋁合金置于化學浸鍍液中，就能夠利用前述的化 學反應在鋁合金表面鍍上光澤度較高的金屬錫層。在一種優選的實施方式中，上述方法中， 采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍的步驟之前，還包括對高硅鋁合金的表面進行預處 理的步驟；預處理的步驟包括：采用強酸對鋁合金的表面進行浸蝕，然后進行水洗。采用強 酸浸蝕鋁合金表面，能夠去除鋁合金表面的氧化物。同時，還能夠對高硅鋁合金表面進行 粗糙化處理，使得后期沉積在其表面上的金屬錫層與高硅鋁合金基體之間具有更好的結合 力。
[0027] 本領域技術人員有能力選擇具體的浸蝕工藝。優選地，上述強酸為硝酸與氫氟酸 的混合酸或者濃度為60?64wt%的濃硝酸水溶液；優選地，混合酸由密度為I. 42g/ml的 硝酸和密度為I. lg/ml的氫氟酸按照體積比3?3. 5:1配置而成；更優選地，預處理步驟 中的浸蝕溫度為10?30°C，浸蝕時間為10?30s。上述混合酸中，采用的硝酸和氫氟酸均 為酸的水溶液。在實際的化學浸鍍過程中，高硅鋁合金工件的表面可能存在一定量的油脂。 在一種優選的實施方式中，對高硅鋁合金的表面進行上述預處理的步驟中，在對高硅鋁合 金表面進行浸蝕的步驟之前，還包括對高硅鋁合金表面進行除油的步驟；除油的步驟包括： 采用清洗劑對高硅鋁合金的表面進行沖洗或浸泡，然后進行水洗；優選清洗劑包括但不限 于汽油、FS-2水基清洗劑或去污粉，浸泡時間為15?30s。其中，優選將FS-2水基清洗劑 配置成濃度為3-5%的水溶液。
[0028] 應用上述化學浸鍍方法處理高硅鋁合金，就能夠在鋁合金表面鍍上光澤度較高的 金屬錫層。在一種優選的實施方式中，采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行浸鍍的步驟之后， 還包括對鍍錫鋁合金的表面進行后處理的步驟；后處理的步驟包括：采用溫度大于70°C的 熱水清洗鍍錫高硅鋁合金的表面15?30s。采用溫度大于70°C的熱水清洗鍍錫鋁合金的 表面，能夠去除其表面殘留的雜質。在熱水清洗之后，優選用熱烘干機將鍍錫高硅鋁合金表 面吹干。
[0029] 值得注意的是，在實際的化學浸鍍過程中，可以利用上述化學浸鍍液對不同的高 硅鋁合金工件進行連續鍍錫。在長時間的使用過后，化學浸鍍液中的金屬錫供源（堿金屬 錫酸鹽）的含量會發生下降。一種優選的實施方式中，采用化學浸鍍液對高硅鋁合金進行 浸鍍的步驟中，同時監控化學浸鍍液中堿金屬錫酸鹽的變化，以確保堿金屬錫酸鹽的含量 不低于115g/L時。
[0030] 采用本發明上述的方法制備方法制得的鍍錫鋁合金，鋁合金表面的金屬錫層的厚 度較薄，鍍層與鋁合金基體之間也具有較高的結合力。除此之外，該鍍錫鋁合金的表面為無 光澤的白色，顏色比較美觀。
[0031] 以下結合具體實施例對本發明作進一步詳細描述，這些實施例不能理解為限制本 發明所要求保護的范圍。
[0032] 實施例1
[0033] 該實施例是在某摩托車發動機中的活塞（高硅鋁合金材質，ZL108,全稱 2八15112(：1121%1，其中含硅11%?13%，含銅1%?2%，含鎂0.45%?1%，含錳0.3%? 0. 9%，鋁為余量）表面鍍一層金屬錫層，其目的是在活塞開始運行的磨合期間起到潤滑作 用，以防止拉傷氣缸。
[0034] 化學浸鍍液除水以外的配方如下：
[0035]
【權利要求】
1. 一種化學浸鍍液，其特征在于，所述化學浸鍍液包括堿金屬錫酸鹽、堿金屬醋酸鹽、 醋酸和水。
2. 根據權利要求1所述的化學浸鍍液，其特征在于，所述化學浸鍍液中，所述堿金屬錫 酸鹽的含量為120?160g/L，所述堿金屬醋酸鹽的含量為40?60g/L，所述醋酸的含量按 照60wt%醋酸水溶液計為4?10ml/L。
3. 根據權利要求1或2所述的化學浸鍍液，其特征在于，所述化學浸鍍液中，所述堿金 屬錫酸鹽的含量為140?150g/L，所述堿金屬醋酸鹽的含量為45?55g/L，所述醋酸的含 量按照60wt%醋酸水溶液計為6?9ml/L。
4. 根據權利要求3所述的化學浸鍍液，其特征在于，所述堿金屬錫酸鹽為錫酸鈉或錫 酸鉀，所述堿金屬醋酸鹽為醋酸鈉或醋酸鉀。
5. 根據權利要求4所述的化學浸鍍液，其特征在于，所述堿金屬錫酸鹽為錫酸鈉，所述 堿金屬醋酸鹽為醋酸鈉。
6. -種在高娃錯合金表面鍍錫的方法，其特征在于，包括米用權利要求1至5中任一項 所述的化學浸鍍液對所述高硅鋁合金進行浸鍍，得到鍍錫高硅鋁合金的步驟。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，采用所述化學浸鍍液對所述高硅鋁合金 進行浸鍍的步驟中，鍍錫溫度為70?80°C，鍍錫時間為4?8min。
8. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，采用所述化學浸鍍液對所述高硅鋁合金 進行浸鍍的步驟中，將壓縮空氣通入所述化學浸鍍液中以對所述化學浸鍍液進行攪拌，優 選所述壓縮空氣的通入量小于〇. 4L/s。
9. 根據權利要求6至8中任一項所述的方法，其特征在于，采用所述化學浸鍍液對所述 高硅鋁合金進行浸鍍的步驟之前，還包括對所述高硅鋁合金的表面進行預處理的步驟；所 述預處理的步驟包括： 采用強酸對鋁合金的表面進行浸蝕，然后進行水洗； 其中，所述強酸為硝酸與氫氟酸的混合酸或者濃度為60?64wt%的濃硝酸水溶液；優 選地，所述混合酸由密度為1. 42g/ml的硝酸和密度為1. lg/ml的氫氟酸按照體積比3? 3. 5:1配置而成；更優選地，預處理步驟中的浸蝕溫度為10?30°C，浸蝕時間為10?30s。
10. 根據權利要求9所述的方法，其特征在于，采用所述化學浸鍍液對所述高硅鋁合金 進行浸鍍的步驟中，同時監控所述化學浸鍍液中所述堿金屬錫酸鹽含量的變化，以確保所 述堿金屬錫酸鹽的含量不低于115g/L。
【文檔編號】C23C18/54GK104451622SQ201410613929
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年11月4日
【發明者】陳青, 王樂中 申請人:中國南方航空工業(集團)有限公司