用于在金属基材上电沉积锡-铋合金的组合物和方法技术

本发明专利技术涉及用于在金属基材上电沉积锡‑铋合金的组合物和方法。所述方法包括以下步骤：(1)将基材和阳极浸入包括水、亚锡盐、铋盐、硫酸和氨基磺酸中的至少一种酸的电解液中，所述阳极包括锡和可选的铋，(2)使电流通过基材和阳极之间，以在基材上形成沉积物。

Composition and method for electrodeposition of Sn Bi alloy on metal substrate

【技术实现步骤摘要】
用于在金属基材上电沉积锡-铋合金的组合物和方法
本申请涉及在基材上的材料沉积，更具体地，涉及用于活化金属基材的组合物和方法，以及用于在金属基材上电沉积锡-铋合金的组合物和方法。
技术介绍
机械紧固件广泛用于连接结构组件的两个以上部件。例如，机械紧固件广泛用于连接航空器机架的结构部件。航空器经历来自各种来源的电磁效应(EME)，例如雷击和降水静电。金属航空器结构体易于导电，因此相对不易受电磁效应的影响。然而，复合材料(例如，碳纤维增强塑料)航空器结构体不容易传导走由电磁效应产生的大电流和电磁力。因此，当在复合材料航空器结构体中使用机械紧固件时，必须采取措施来保护其免受电磁效应影响。可以以导电金属表面沉积物(例如金属镀层)的形式向机械紧固件提供电磁效应保护。虽然各种金属表面沉积物可以提供合适的导电性以赋予电磁效应保护，但是其它因素(如润滑性和与碳纤维增强塑料的电相容性)也是用于航空航天工业的机械紧固件的考虑因素。锡以α相和β相存在。α锡为灰色、粉末状并且形成有害物，而β锡是白色的并且具有体心四方晶体结构。当锡与大于0.4重量％铋的浓度的铋合金化时，它开始以β相存在。锡-铋由于其导电性、润滑性和与碳纤维增强塑料的电相容性而已经显示出作为合适的用于机械紧固件的金属表面沉积物的前景。
技术实现思路
本文的实施方式包括：一种电解液，其包括水、亚锡盐、铋盐和酸。一种电解液，其包括水，溶于水的硫酸亚锡、氯化亚锡和氟化亚锡中的至少一种，溶于水的硫酸铋、氧化铋、硝酸铋、氯化铋和三氟化铋中的至少一种，和溶于水的硫酸和氨基磺酸中的至少一种。一种电解液，其包括水、硫酸亚锡、硫酸铋和硫酸。一种电解液，其包括水，基于该电解液的总体积的浓度为约15克/升至约200克/升的溶于水的硫酸亚锡、氯化亚锡和氟化亚锡中的至少一种，基于该电解液的总体积的浓度为约0.25克/升至约10克/升的溶于水的硫酸铋、氧化铋、硝酸铋、氯化铋和三氟化铋中的至少一种，以及基于该电解液的总体积的浓度为约50毫升/升至约150毫升/升的溶于水的硫酸和氨基磺酸中的至少一种。一种制造电解液的方法，其包括以下步骤：(1)将硫酸和氨基磺酸中的至少一种与水混合以产生酸性溶液，(2)将亚锡盐溶解在酸性溶液中，和(3)将铋盐溶解在酸性溶液中。一种电沉积系统，其包括：具有第一端子和第二端子的电流源；包含电解液的浴槽，所述电解液包括水、亚锡盐、铋盐和酸；浸入所述电解液中的基材，所述基材与所述电流源的第一端子电连接；和包含锡的阳极，所述阳极浸入所述电解液中并与所述电流源的第二端子电连接。一种在基材上沉积锡-铋合金的方法，该方法包括以下步骤：(1)将所述基材和阳极浸入电解液中，所述阳极包括锡，所述电解液包括水、亚锡盐、铋盐和酸，和(2)使电流通过所述基材和所述阳极之间，以在所述基材上形成沉积物。一种在基材上沉积锡-铋合金的方法，该方法包括以下步骤：(1)活化所述基材，(2)对所述基材进行冲击镀，(3)将所述基材和阳极浸入电解液中，所述阳极包括锡，所述电解液包括水、亚锡盐、铋盐和酸，和(4)使电流通过所述基材和所述阳极之间，以在所述基材上形成沉积物。所公开的用于在金属基材上电沉积锡-铋合金的组合物和方法的其他方面将根据以下详细说明、附图和所附权利要求而变得明白。附图说明图1是描绘所公开的用于在基材上沉积材料的方法的流程图；图2是根据图1的方法在钛基材上沉积的锡-铋合金的显微照片；图3是描绘根据图1的方法用于活化诸如钛基材等基材的一种公开方法的流程图；图4是根据图3的方法用于活化基材的系统的示意图；图5是描绘根据图1的方法用于活化诸如钛基材等基材的另一种公开方法的流程图；图6是根据图5的方法用于活化基材的系统的示意图；图7是描绘根据图1的方法用于活化诸如钛基材等基材的又一种公开方法的流程图；图8是根据图7的方法用于活化基材的系统的示意图；图9是根据图1的方法用于对基材进行冲击镀的系统的示意图；图10是描绘根据图1的方法用于在基材上电沉积锡-铋合金的一种公开方法的流程图；图11是根据图10的方法用于沉积锡-铋合金的电沉积系统的示意图；图12是航空器制造和服役方法的流程图；和图13是航空器的框图。具体实施方式本文公开了用于活化金属基材(例如金属紧固件或其他零件/部件)的组合物、系统和方法。本文还公开了用于在金属基材(例如金属紧固件或其他零件/部件)上沉积材料的组合物、系统和方法。所公开的组合物、系统和方法可以单独使用或以各种组合使用，以实现基材上所需的材料沉积。参照图1，公开了一种用于在基材上沉积材料的方法(总体标记为10)。虽然仅示出了三个一般步骤，但是本领域技术人员将理解，可以在所呈现的步骤之前、之后或之间进行各种附加步骤，而不会导致脱离本公开的范围。方法10的初始步骤(方框12)包括预处理基材以使基材适于在其上接收材料，例如金属沉积物或其他金属/非金属材料。可以进行各种预处理，例如清洁、脱脂和蚀刻等。特别是，预处理步骤(方框12)可以包括活化(方框14)基材的表面。例如，在钛基材的情况下，活化(方框14)基材表面的步骤可以去除(或至少基本上减少)已知在其上形成的坚韧的氧化物层。方法10的中间步骤(方框16)包括对预处理的基材进行冲击镀。对预处理的基材进行冲击镀(方框16)的步骤可以在基材的表面上形成薄金属层，从而为基材提供更适合于接收和结合随后的金属沉积物的表面。在特定实施方案中，冲击镀步骤(方框16)可在基材的表面上形成镍薄层。方法10的最后步骤(方框18)包括在经冲击镀的基材上的电沉积。电沉积步骤(方框18)可以在基材表面上形成金属沉积物。在特定实施方案中，电沉积步骤(方框18)可在基材表面上沉积锡-铋合金。参照图2，所公开的方法10用于在钛合金(Ti-6Al-4V)基材的表面上沉积锡-铋合金薄层。结果是在锡-铋合金沉积物与下面的钛合金基材之间的优异的结合。虽然本公开主要关注钛基材，即由钛或钛合金(如Ti-6Al-4V)形成的基材，不过据信，所公开的方法10以及所公开的方法10的各个步骤(例如，活化步骤(方框14)、冲击镀步骤(方框16)和/或电沉积步骤(方框18))可适用于非钛基材。可受益于本公开的非钛基材的实例包括但不限于铁合金、铜合金和镍合金(例如Inconel)。活化本文公开了三种活化方法，包括相关的组合物和系统。可以仅使用所公开的活化方法的一种来活化金属基材，例如钛基材。作为另选，可以使用包括一种或多种所公开的活化方法在内的多种活化方法(例如，一系列活化方法)来活化金属基材，例如钛基材。参见图3和4，第一活化方法(总体标记为100)可以在方框110(图3)开始于准备含有活化溶液154的浴槽152(如图4所示)的步骤。浴槽152和活化溶液154可以构成第一活化系统150。浴槽152可以是适本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电解液(554)，其包括：/n水；/n亚锡盐；/n铋盐；和/n硫酸和氨基磺酸中的至少一种。/n

【技术特征摘要】
20180725 US 16/045,2111.一种电解液(554)，其包括：
水；
亚锡盐；
铋盐；和
硫酸和氨基磺酸中的至少一种。


2.如权利要求1所述的电解液(554)，其中，所述亚锡盐包括硫酸亚锡、氯化亚锡和氟化亚锡中的至少一种。


3.如权利要求1所述的电解液(554)，其中，所述铋盐包括硫酸铋、氧化铋、硝酸铋、氯化铋和三氟化铋中的至少一种。


4.如权利要求1所述的电解液(554)，其包括硫酸亚锡、硫酸铋和硫酸。


5.如权利要求1所述的电解液(554)，其还包括表面活性剂、甲基丙烯酸和二丙二醇甲醚中的至少一种。


6.一种制造权利要求1所述的电解液(554)的方法，所述方法包括：
将硫酸和氨基磺酸中的至少一种与至少一部分水混合以产生酸性溶液；
将所述亚锡盐溶解在所述酸性溶液中；和
将所述铋盐溶解在所述酸性溶液中。


7.一种电沉积系统(550)，其包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·苏布拉马尼亚拉加，E·R·布龙多，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US