CN109930183A - 一种铝合金表面的镀锡液及其应用和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金表面的镀锡液，其原料包括碱金属锡酸盐、碱金属氢氧化合物、碱金属醋酸盐和乙二胺四乙酸二钠。本发明提供的铝合金表面的镀锡液，其原材料都是普通的化学试剂，购买方便，价格低廉。且工作使用浓度较低，镀锡液性能稳定，可反复使用。反复使用过程中，可根据测试情况适量添加1～2种原料组分，继续稳定产品生产质量，而不用整体更换镀锡液，十分适合于产业化大批量生产。

Description

一种铝合金表面的镀锡液及其应用和方法

技术领域

本发明属于铝活塞的表面处理技术领域，具体涉及一种铝合金表面的镀锡液及其应用和方法。

背景技术

随着发动机技术的发展，对活塞的要求越来越高，特别是活塞的环槽、外圆、销孔等，要求在发动机起动和运转过程中，环槽、外圆、销孔必须有自润滑功能，否则活塞寿命就很低。目前，所采取的办法有硬阳极氧化处理、电镀硬铁、镀锡、镀铅、喷涂石墨和二硫化钼等技术，而在活塞领域为提高活塞环槽、外圆、销孔自润滑功能而进行处理的最有效的办法是活塞的整体镀锡。电沉积或化学沉积的锡镀层具有优良的润滑性能，活塞表面镀锡可以改善配副摩擦件之间的初期磨损性能，降低配副间的摩擦系数，从而达到减低活塞表面磨损量的目的。活塞镀锡一般采用化学镀锡的工艺方式，这是因为化学镀锡工艺简单,操作方便、节约能源、成本较低,另外化学镀的镀性好,特别适用于像活塞这种形状复杂的零件表面电镀处理。因此，化学镀锡作为减磨镀层广泛应用于活塞的表面处理。

如现在世界上活塞行业的排名领先MAHLE公司和KS公司都是采用活塞的整体镀锡，国内的大部分活塞厂家也是采用活塞的整体镀锡，但是目前国内厂家所用的镀锡材料几乎都是进口的。它存在着以下几个方面的不足：1、进口材料价格昂贵，镀锡成本高；2、由于不知材料成分，溶液调制很困难；3、产品有问题之后无法解决，只有整体更换镀锡液，造成较大的浪费和电镀液大量的排放；而且不知具体成分，在做环保时无法对症下药；4、镀锡液的寿命不好控制。国内也有部分研发者对活塞所用的镀锡液进行研究，如专利申请号为201410288896.8，公开了包含碱金属锡酸盐的含量为50～70g/L的镀锡液，以避免所镀金属锡层容易出现厚度不均匀的问题；加入了一定量的双氧水消除溶液中的二价锡离子，来使其化学浸镀液更加稳定。但双氧水在高温状态是很不稳定的，易分解或被氧化，反而导致镀锡液的稳定性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金表面的镀锡液，可以给铝活塞镀锡，在保证达到自润滑效果的目的上还经济适用。还提供铝合金表面的镀锡液在活塞表面技术处理中的应用及其应用方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

1.一种铝合金表面的镀锡液，所述镀锡液按质量体积浓度计，包括：30-40g/L碱金属锡酸盐、2-5g/L碱金属氢氧化合物、2-5g/L碱金属醋酸盐和2-5g/L乙二胺四乙酸二钠。

进一步地，所述镀锡液按质量体积浓度计，包括：35g/L碱金属锡酸盐、2.5g/L碱金属氢氧化合物、2.5g/L碱金属醋酸盐和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠。

进一步地，所述碱金属锡酸盐为锡酸钠或锡酸钾，所述碱金属醋酸盐为醋酸钠或醋酸钾，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。

进一步地，所述碱金属锡酸盐为锡酸钠，所述碱金属醋酸盐为醋酸钠，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠。

2.铝合金表面的镀锡液在活塞表面技术处理中的应用。

3.铝合金表面的镀锡液在活塞表面技术处理中应用的方法，包括将活塞进行脱脂、酸洗后置于铝合金表面的镀锡液中浸镀。

进一步地，所述浸镀的温度为80±5℃，镀锡时间2～3分钟。

进一步地，活塞酸洗后置于铝合金表面的镀锡液中浸镀时间不超过30min。

进一步地，所述脱脂为用高压喷淋清洗，喷淋压力≥2巴，温度50～65℃；所述酸洗为室温下先用6-7g/L硝酸进行酸洗，再流动水清洗干净。

本发明的有益效果在于：本发明提供的铝合金表面的镀锡液，其原材料都是普通的化学试剂，购买方便，价格低廉。且工作使用浓度较低，在低浓度的锡酸钠条件下，不会出现金属锡层厚度不均匀的技术问题，还保证了膜层充分满足行业标准厚度；镀锡液性能稳定，可反复使用。反复使用过程中，可根据测试情况适量添加1～2种原料组分，继续稳定产品生产质量，而不用整体更换镀锡液。大幅度降低镀锡成本，可由以前的3元/只活塞降到现在的0.5元/只。由于知道镀锡液的化学成分，废水处理时可以对症下药。已经一定量的产品生产销售证明，本发明的铝合金表面的镀锡液所镀的活塞颜色均匀，外观一致，镀锡层的膜层厚度及粘结力均满足镀锡质量要求。本发明镀锡溶液的稳定性好，它完全能满足大批量自动化生产的需要。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为镀锡前的活塞；

图2为镀锡后的活塞；

图3为整个镀锡自动生产线的全貌图；

图4为自动生产线批量生产的镀锡活塞产品图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：35g/L锡酸钠、2.5g/L氢氧化钠、2.5g/L醋酸钠和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠，pH值12～13。

本发明的铝合金表面的镀锡液，成分简单，化学镀效率高，100L镀锡液能够浸渡5000只活塞(活塞外径为70～80mm)；而且还可以循环使用，第二次继续镀锡，直接在第一次使用后的镀锡液里面按每1L再加15-20克左右的锡酸钠，就可以再镀5000只左右的活塞。加入锡酸钠之后，在正式镀锡前，可先小试确认所镀产品的膜厚，外观以及镀层与基体的粘结性，合格就直接大批量镀锡。

本发明的铝合金表面的镀锡液采用低浓度的锡酸钠也可以保证活塞镀锡的质量(保证了镀锡层厚度的马勒标准要求0.001～0.003mm，且厚度均匀)，大大降低了活塞镀锡的成本，使得原本由进口材料的3元/只活塞可以降到0.5元/只活塞。经本发明改进优化后的镀锡液，保证了在30～40g/L锡酸钠浓度下，也不会出现如申请号201410288896.8所述的“若碱金属锡酸盐的含量过低，可能会出现有条状暗色不均匀的沉积物，所形成的金属锡层也容易出现厚度不均匀的问题”这一技术问题。对应化学镀锡来说，锡酸盐浓度高，镀层膜厚稍厚点，但是作为活塞用的碱性镀锡，镀锡层膜厚始终＜0.003mm，对于这一要求，按照本发明的配方，是完全能够满足的，如果通过提高锡酸盐的浓度，镀锡液的成本肯定会增高，这在工业化生产这是不可取的。

锡酸钠是镀锡材料的主要成分，由它提供锡离子。氢氧化钠主要保证镀锡液的酸碱度，一方面在碱性条件下铝变成铝离子，另一方面它也能阻止锡酸钠水解。醋酸钠的作用是调整镀锡液的pH值。乙二胺四乙酸二钠是在镀锡液中起到良好的络合作用剂，保证镀锡液的稳定，进而保证可以连续生产，减少锡酸钠的用量及化学镀废液的排放。本发明的镀锡液中氢氧化钠和醋酸钠比例为1:0.8～1.2，优选1:1，使得整体的镀锡液碱度稍低，所镀活塞的外观更漂亮，镀层结合力更好。因为铝是两性金属，在强碱条件下要溶解，这严重影响所镀产品的外观和结合力。所以在低浓度的锡酸钠条件下，氢氧化钠和醋酸钠的适当比例既保证表层铝变成铝离子，又不会过分溶解掉。反复使用时，镀锡层厚度未达标，膜厚≤0.001mm，加适量的锡酸钠即可；镀锡层外观偏黑时，(合格的镀锡层应该是白色光泽)，再按每1L镀锡液加1-2g适量的氢氧化钠即可。

实施例中，锡酸钠可以使用锡酸钾或其他碱金属锡酸盐代替，醋酸钠可以使用醋酸钾或其他碱金属醋酸盐代替，氢氧化钠可以使用氢氧化钾或其他碱金属氢氧化物代替。所有组分的钾盐效果优于其他金属盐类，这和其它碱金属的锡酸盐、氢氧化物和醋酸盐水溶性都不好有关系，综合经济利益考虑，优选的组分为锡酸钠、氢氧化钠、醋酸钠和乙二胺四乙酸二钠。

实施例2

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：40g/L锡酸钠、2.5g/L氢氧化钠、3g/L醋酸钠和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠，pH值12～13。

实施例3

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：30g/L锡酸钠、2.5g/L氢氧化钠、2.5g/L醋酸钠和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠，pH值12～13。

实施例4

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：35g/L锡酸钠、3g/L氢氧化钠、3g/L醋酸钠和3g/L乙二胺四乙酸二钠，pH值12～13。

实施例5

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：35g/L锡酸钠、4g/L氢氧化钠、4g/L醋酸钠和4g/L乙二胺四乙酸二钠，pH值12～13。

对比例1

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：35g/L锡酸钠、10g/L氢氧化钠、2.5g/L醋酸钠和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠。

对比例2

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：35g/L锡酸钠、2.5g/L氢氧化钠、10g/L醋酸钠和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠。

对比例3

一种铝合金表面的镀锡液，按质量体积浓度计，包括：35g/L锡酸钠、10g/L氢氧化钠、2.5g/L醋酸钠。

实施例5

活塞浸镀方法：

a.脱脂：将活塞先脱脂，即用高压喷淋的强力清洗，喷淋压力≥2巴，温度50～65℃；

b.酸洗：再在室温下用6-7g/L硝酸(每100升水中加入500ml左右质量分数为68％浓硝酸)进行酸洗，2次流动水清洗干净；硝酸浓度过大，活塞易变色，浓度过低，达不到去氧化皮的目的；

c.镀锡：再将清洗干净后的活塞置于上述铝合金表面的镀锡液进行浸镀，浸镀温度80±5℃，温度偏低影响锡层与基体的结合力和镀层颜色；如果温度偏高，镀锡液蒸发速度加快，需要更大功率的热源，由于反应速度加快，要求反应时间也缩短，这与整个自动化生产的节奏不符；镀锡时间2～3分钟；浸镀完毕后2次流动水清洗干净，50～70℃热水清洗一次即可。加强镀锡前的脱脂处理，要把工件表面的油脂清洗干净，工件从清洗到镀锡的停留时间≤30分钟，可加强镀锡层与基体的结合力。

分别将本发明实施例1-4及对比例1-3所述的铝合金表面的镀锡液使用上述浸镀方法，镀锡温度80±5℃，镀锡时间150秒，各电镀100只活塞。如附图所示，图1为镀锡前的活塞；图2为镀锡后的活塞；外观具有白色光泽，镀锡层膜厚始终＜0.003mm且≥0.001mm；图3是整个镀锡自动生产线的全貌图；由于本发明的铝合金表面的镀锡液的稳定性好，它完全能满足大批量自动化生产的需要，图4为利用本发明的铝合金表面的镀锡液在自动生产线批量生产的镀锡活塞产品图。

对于镀锡活塞粘结力测定方法如下：先把镀锡产品冷却到常温，然后用透明胶布紧贴在所镀活塞的外圆面上，用笔将透明胶布压紧压实，在产品和透明胶布之间不能留有气泡，与垂直于活塞外圆面方向快速撕掉透明胶布，透明胶布颜色没有变成灰黑或黑色为合格。外观评价标准：好的是外观颜色均匀一致，带有白色光泽。不合格的外观：外观颜色不一致，活塞上有污点斑点，颜色是灰色的。

表1实施例1-4电镀液电镀产品的性能

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种铝合金表面的镀锡液，其特征在于，所述镀锡液包括碱金属锡酸盐、碱金属氢氧化合物、碱金属醋酸盐和乙二胺四乙酸二钠。

2.根据权利要求1所述的铝合金表面的镀锡液，其特征在于，所述镀锡液按质量体积浓度计，包括：30-40g/L碱金属锡酸盐、2-5g/L碱金属氢氧化合物、2-5g/L碱金属醋酸盐和2-5g/L乙二胺四乙酸二钠。

3.根据权利要求1所述的铝合金表面的镀锡液，其特征在于，所述镀锡液按质量体积浓度计，包括：35g/L碱金属锡酸盐、2.5g/L碱金属氢氧化合物、2.5g/L碱金属醋酸盐和2.5g/L乙二胺四乙酸二钠。

4.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金表面的镀锡液，其特征在于，所述碱金属锡酸盐为锡酸钠或锡酸钾，所述碱金属醋酸盐为醋酸钠或醋酸钾，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾。

5.根据权利要求4所述的铝合金表面的镀锡液，其特征在于，所述碱金属锡酸盐为锡酸钠，所述碱金属醋酸盐为醋酸钠，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠。

6.权利要求1-5任一项所述铝合金表面的镀锡液在活塞表面技术处理中的应用。

7.根据权利要求6所述应用的方法，其特征在于，所述方法包括将活塞进行脱脂、酸洗后置于铝合金表面的镀锡液中浸镀。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述浸镀的温度为80±5℃，镀锡时间2～3分钟。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，活塞酸洗后置于铝合金表面的镀锡液中浸镀时间不超过30min。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述脱脂为用高压喷淋清洗，喷淋压力≥2巴，温度50～65℃；所述酸洗为室温下先用6-7g/L硝酸进行酸洗，再流动水清洗干净。