CN114231875B - 一种热浸镀锡合金镀液及其制法和热镀锡方法 - Google Patents

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Abstract

一种热浸镀锡合金镀液及其制法和热镀锡方法，属于材料表面处理领域。该热浸镀锡合金镀液所含成分及其质量百分比为：Zn为15～45％，In为0～8％，Bi为0～2.6％，余量为Sn。其制法通过调整温度和加料顺序，能够有效提高镀液成分的稳定性并避免较大的成分偏差。该热镀锡方法是对预处理的镁合金、铝合金或钢铁材料镀件表面进行热浸镀锡合金层制备，浸镀过程中，浸镀温度260～355℃，浸镀时间0.1～3min。该方法形成的镀层既可以作为镀件表面的耐蚀防护层，镀层结合性好，附着力强，耐蚀性能优异，也可以作为层状结构件的中间层，避免界面处脆性金属间化合物的生成，有效改善界面结合处的结构。

Description

一种热浸镀锡合金镀液及其制法和热镀锡方法
技术领域
本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种热浸镀锡合金镀液及其制法和热镀锡方法。
背景技术
热浸镀是一种利用固液反应形成镀层的金属防护方法，在工业上已得到广泛应用。热浸镀工艺简单、生产效率高，所得镀层较厚，致密性、耐久性、经济性均较好，镀层与基体呈冶金结合，镀层附着力良好。但该工艺目前主要以高熔点的钢铁材料为基体，针对其他金属(如镁合金)的研究相对较少，因为基体材料的种类会极大程度影响和限制镀液成分、浸镀温度和浸镀时间等工艺条件的选择，特别是镁合金熔点远低于钢铁材料且在高温下(浸镀温度)力学性能会恶化，对其表面进行热浸镀的难度极大。而能够用于镁合金热浸镀的镀液成分，其熔点较低，也可以应用于其他高熔点的基体，满足镀层金属熔点低于基体材料这一基本原则，因此，对于镁合金的热浸镀镀液成分的研究十分重要。目前，有关镁合金热浸镀低熔点合金国内已有初步研究，但预处理方式均较为复杂，如采用刮镀法或化学镀等方法解决浸镀前镁合金表面氧化层的问题，这些方法中，刮镀法得到的预镀层厚度和均匀性难以控制，并且在刮镀过程中，还会有少量氧化层再次形成，而化学镀工艺较为繁琐且所用试剂容易造成环境污染。
众多镀件中，镁合金具有密度小、比强度和比刚度高，兼具良好的阻尼减振性、电磁屏蔽性和机械加工性能等优点，在航空航天、汽车行业、电子工业等领域具有广阔的应用前景。然而，镁合金耐蚀性差、强度低和成形性差的缺点使其应用受到一定限制。为了改善镁合金耐蚀性差的缺点，目前常用的表面处理方法包括：阳极氧化、有机涂层、气相沉积、离子注入、电镀和化学镀等。但以上方法均存在一定的局限性，如阳极氧化所得膜层的均匀性较差，且膜层是一种脆性陶瓷材料；有机涂层在较强的腐蚀环境或高温作用下对基体的保护效果有限，在燃烧时会释放有毒气体；气相沉积的设备昂贵，不利于大规模工业生产；离子注入的成本较高，获得的改性层厚度较薄；电镀和化学镀受到镁合金高电化学活性(氧化倾向)的限制，形成的镀层较为疏松。
而为了改善镁合金的强度低和成形差的缺点，可以和其他金属复合制备复合件。作为构件轻量化首选的轻质结构材料，铝合金兼具较好的塑性变形能力和较高的强度。通过轧制复合或扩散连接等方式制备的镁铝层状复合材料，能够在不明显增加结构重量的情况下，显著改善镁合金的力学性能。而镁铝金属间的复合存在以下问题：(1)镁、铝在空气中表面都极易生成氧化膜，该氧化膜熔点较高，不利于镁铝原子之间的扩散；(2)镁与铝界面区域易生成大量Al3Mg2和Mg17Al12等脆性金属间化合物并出现分层现象，从而严重影响界面结合强度。上述的氧化膜阻碍扩散和界面处生成脆性金属间化合物等问题在其他低熔点合金层状结构件的制备过程中也较为常见。
发明内容
针对镁合金表面耐蚀性差与镁铝复合存在的问题，本发明提供了一种热浸镀锡合金镀液及其制法和热镀锡方法，该热浸镀锡合金镀液，能够在较低温度下具有良好的流动性且凝固组织致密，其制备方法通过调整温度和加料顺序，能够有效提高镀液成分的稳定性并避免较大的成分偏差，采用热浸镀锡合金镀液进行热浸锡方法，能够在镀件表面制备得到锡合金镀层，该镀层既可以作为表面耐蚀防护层，也可以作为层状结构件的中间层。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方法为：
本发明的一种热浸镀锡合金镀液，包括的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为15～45％，In为0～8％，Bi为0～2.6％，余量为Sn及不可避免的杂质。
本发明的一种热浸镀锡合金镀液的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：按照热浸镀锡合金镀液的成分称量原料；
步骤2：将原料中，金属锡随炉加热，直至全部熔化，得到熔化的锡液；
步骤3：升温至390～420℃，向熔化的锡液中，加入预热的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
步骤4：将Sn-Zn熔液降温至260～355℃，加入金属铟和金属铋，充分搅拌混合均匀，得到热浸镀锡合金镀液。
所述的步骤1中，Sn的原料优选为锡锭，金属锡的质量纯度≥99.97％，Zn的原料优选为锌锭，金属锌的质量纯度≥99.995％，In的原料优选为铟颗粒，金属铟的质量纯度≥99.99％，Bi的原料优选为铋颗粒，金属铋的质量纯度≥99.99％。
所述的步骤2中，金属锡全部熔化的温度为250～260℃。
所述的步骤3中，预热的金属锌为：将金属锌在100～200℃进行预热保温0.5～1min。
本发明的一种热浸镀锡合金镀液，在镀件表面进行热浸镀后，形成的镀层既可以镀件表面的耐蚀防护层，也可以作为层状结构件的中间层。
作为镀件表面的耐蚀防护层，则采用本发明的热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，包括以下步骤：
S1：镀件表面预处理
(1)对镀件进行除油除杂，清洗，得到除油除杂的镀件；
(2)对除油除杂的镀件去除表面氧化膜，得到去除氧化膜的镀件；去除表面氧化膜采用CH3COOH溶液进行酸洗；
(3)采用助镀剂对去除氧化膜的镀件进行助镀，干燥，得到预处理的镀件；其中，助镀剂为Na2CO3溶液和NaHCO3溶液至少一种；
S2：热浸镀
将预处理的镀件，垂直浸入热浸镀锡合金镀液中，进行热浸镀，浸镀完成后，将浸镀后的镀件垂直取出，空冷至室温，得到热镀锡的镀件；其中，热浸镀过程中，热浸镀锡合金镀液的温度为260～355℃，浸镀时间为0.1～3min。
所述的S1的(1)中，镀件为镁合金、铝合金或钢铁材料中的一种。
所述的S1的(1)中，除油除杂采用的Na2CO3溶液和Na2SiO3溶液至少一种进行碱洗；其中，Na2CO3溶液中，Na2CO3的质量浓度为50～110g/L，Na2SiO3溶液中，Na2SiO3的质量浓度为50～110g/L。
所述的S1的(1)中，碱洗的温度为50～70℃，碱洗时间为0.3～1.5h。
所述的S1的(1)中，清洗，采用无水乙醇进行清洗，用于清洗镀件上残留的碱溶液。
所述的S1的(2)中，CH3COOH溶液中，CH3COOH的质量浓度为80～200g/L。
所述的S1的(2)中，酸洗的温度为20～30℃，酸洗时间为3～10min。
所述的S1的(2)中，清洗，采用无水乙醇进行清洗，用于清洗镀件上残留的酸溶液。
所述的S1的(2)中，去除氧化膜的镀件表面，被酸洗后的反应产物均匀完整覆盖。
所述的S1的(3)中，Na2CO3溶液中，Na2CO3的质量浓度为50～110g/L，NaHCO3溶液中，NaHCO3的质量浓度为50～110g/L。
所述的S1的(3)中，助镀过程在20～70℃进行，助镀时间2～20min。
所述的S2中，在热浸镀之前，采用刮板将热浸镀锡合金镀液表面的氧化渣去除，露出干净新鲜的热浸镀锡合金镀液表面。
所述的S2中，浸入速率优选为0.1～0.2m/s。
所述的S2中，浸镀后的镀件取出前，采用刮板将热浸镀锡合金镀液表面的氧化渣去除，避免氧化渣残留在镀件表面，影响浸镀后的镀件表面质量。
所述的S2中，浸出速率优选为0.1～0.2m/s。
所述的S2中，浸镀过程中，热浸镀锡合金镀液的温度和浸镀时间可以根据镀件的特点进行调整。
制备的热镀锡的镀件，通过CHI604E型电化学工作站对耐蚀性进行极化曲线测定，其自腐蚀电位明显高于非热镀锡的镀件，其腐蚀电流密度相比非热镀锡的镀件降低了一个数量级，说明耐蚀性得到大幅提升。
作为层状结构件的中间层，则在S1和S2的基础上，热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，还可以包括以下步骤：
S3：将热镀锡的镀件，通过轧制复合或扩散连接的方法，和其他金属复合，得到层状复合材料。
所述的层状复合材料中，优选为镁铝层状复合材料，热浸镀锡合金镀液形成中间镀层。
所述的镁铝层状复合材料，其界面结合强度为不含中间镀层的镁铝复合材料的1.3～1.5倍。
本发明的热浸镀锡合金镀液，其成分为Sn-Zn-In-Bi合金，镀液成分熔点低且与Mg、Al、Zn等金属均能形成冶金结合，浸镀温度远低于现有热浸镀工艺的浸镀温度，所得镀层可作为表面的耐蚀防护层和层状结构件的中间层，能够极大改善镁合金的耐蚀性能和力学性能。该方法简单高效，绿色环保，便于推广。热浸镀锡合金镀液中，Sn能够固溶于镁，其固溶度为3.35％，与镁生成硬度高、热稳定性好的Mg2Sn强化相，因此镁合金镀锡时能够得到附着性能较好的镀层；Zn与镁生成的Mg7Zn3，MgZn，Mg2Zn3及Mg2Zn，皆为低熔点金属间化合物，以Sn为基添加适量的Zn能够促进基体与镀液之间反应，改善Sn液的润湿性，但过量的Zn将会造成基体发生熔蚀，Zn的含量应控制为15～45％；In能够提高镀层的延展性并降低镀液熔点，在镀层中形成InSn4化合物，起到固溶强化作用；Bi元素的添加能够增加镀液流动性，减小表面张力，使镀液与基体之间的润湿性得到改善，镀层厚度均匀。镁合金表面制备所得的热镀锡合金层会存在Mg2Sn、Mg2Zn11、MgZn2、MgIn、Mg3Bi2等金属间化合物，故镀层组织均匀致密。
本发明的热镀锡方法中，预处理方法为Na2CO3和Na2SiO3至少一种碱洗、CH3COOH酸洗、Na2CO3和NaHCO3至少一种助镀。其中，碱洗过程中，Na2CO3和Na2SiO3的水解使得溶液呈碱性，碱溶液与油污发生皂化反应，生成能溶于水的高级脂肪酸钠。通过温度50～70℃，促进水解程度，提高溶液的碱性，增大皂化反应速度和程度，从而达到良好的油污去除效果。酸洗选用酸性相对较弱且浓度适宜的CH3COOH，避免镁合金发生严重腐蚀，同时通过控制酸洗时间，保证镁合金表面氧化物的清除效果，酸洗后的反应产物Mg(CH3COOH)2能够均匀完整覆盖在镀件表面，能够一定程度防止氧化，但是不会妨碍助镀，因为Mg(CH3COOH)2易溶于水，能够在助镀过程中逐渐发生溶解。经Na2CO3和NaHCO3助镀后镀件被NaHCO3盐膜完整覆盖，其盐膜表面出现大部分树枝状形貌，且分布较均匀，覆盖性良好，能够在浸镀前有效防止镀件的氧化。由于NaHCO3熔点低，浸镀温度下会快速分解，并且降低镀液的表面张力，增强镀件与镀液的浸润作用，促进扩散反应的进行。
本发明的热镀锡方法中，浸镀过程中镀液温度和浸镀时间可根据镀件的特点，采用不同的温度和时间，经过所述步骤处理后，可在镁合金表面获得均匀性和结合性较好的锡合金镀层，该镀层可作为表面耐蚀防护层和层状结构件的中间层进行应用。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)本发明采用的镀液成分熔点低，镀件能够在260～355℃完成热浸镀操作，该温度范围远低于现有热浸镀工艺普遍采用的浸镀温度，不仅一定程度解决了镁合金耐热性差的问题，同时极大降低了能耗。
(2)本发明采用的预处理方式能够有效去除镁合金表面的油污、氧化物等，所选特殊成分的助镀剂能够极大程度防止镁合金在浸镀前再次氧化，在浸镀温度下快速分解，并且降低镀液的表面张力，增强镀件与镀液的浸润作用，促进镁合金基体与镀液之间的充分反应。该预处理方式不需要进行复杂的预镀层制备，仅用一定量的特定化学药品则可达到较好的预处理效果，工艺简单、成本低廉、便于推广。
(3)本发明通过热浸镀的方式在镁合金表面制备锡合金镀层，Sn合金和Mg基体能够产生冶金结合，镀层结合性好，附着力强，耐蚀性能优异。该热镀锡合金层还可以作为其他金属(如钢铁、铝合金)的表面耐蚀防护层。
(4)本发明的热镀锡方法能够为镁铝层状复合材料的界面结合制备提供新工艺，制得的热浸镀锡合金层能够替代镁合金表面的氧化膜，阻止镁合金表面二次氧化，显著提高镁、铝之间的润湿性，同时作为后续镁铝之间复合的中间夹层，避免镁、铝直接接触后界面处脆性金属间化合物的生成，有效改善界面结合处的结构，从而提高复合材料的力学性能。该热镀锡合金层也可作为其他结构件的中间层。
附图说明
图1为本发明实施例1中预处理后镀件表面宏观形貌；
图2为本发明实施例中极化曲线图；
图3为本发明实施例中结合强度的条形图；
图4为对比例2中镀件熔化后的截面微观组织；
图5为对比例8中较长时间酸洗后的镀件表面；
图6为对比例9中镀层的结合情况。
具体实施方式
下面结合工艺实例和附图对本发明做进一步说明。
以下实施例，除非特殊说明，采用的设备和原料均为市购，其中，采用的金属锡的质量纯度≥99.97％，金属锌的质量纯度≥99.995％，金属铟的质量纯度≥99.99％，金属铋的质量纯度≥99.99％。
实施例1
对尺寸10×10×50mm的镁合金进行热镀锡，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用50℃，Na2CO3-Na2SiO3混合溶液(其中：在Na2CO3-Na2SiO3混合溶液中，Na2CO3质量浓度110g/L，Na2SiO3质量浓度50g/L)对镁合金镀件进行1.5h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的镁合金镀件；
(2)采用20℃，80g/L的CH3COOH溶液对镁合金镀件进行3min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的镁合金镀件；
(3)将镁合金镀件浸泡于70℃，110g/L的Na2CO3溶液中进行2min助镀，晾干后，得到预处理的镁合金镀件，其表面宏观形貌如图1所示；根据图1说明预处理后镀件被盐膜完整覆盖，其盐膜表面出现大部分树枝状形貌，且分布较均匀，覆盖性良好，能够在浸镀前有效防止镀件的氧化。
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为15％，In为1.2％，Bi为0.2％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌、金属铟和金属铋；
(2)将金属锡随炉加热至260℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至420℃，向熔化的锡液中，加入已在200℃预热0.5min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至260℃，加入金属铟和金属铋，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的镁合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.1m/s，浸镀过程中，镀液温度为260℃，浸镀时间为0.1min，垂直取出，浸出速率为0.1m/s，空冷至室温，得到热镀锡的镁合金镀件。
得到的镀层具有良好的耐蚀性，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行极化曲线测定，所得结果如图2所示。
实施例2
对尺寸10×10×50mm的镁合金进行热镀锡，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用70℃，50g/L的Na2CO3溶液对镁合金镀件进行1h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的镁合金镀件；
(2)采用30℃，90g/L的CH3COOH溶液对镁合金镀件进行8min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的镁合金镀件；
(3)将镁合金镀件浸泡于60℃，Na2CO3-NaHCO3混合溶液(其中：在Na2CO3-NaHCO3混合溶液中，Na2CO3质量浓度50g/L，NaHCO3溶液质量浓度110g/L)中进行5min助镀，晾干后，得到预处理的镁合金镀件；
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为20％，Bi为0.9％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌和金属铋；
(2)将金属锡随炉加热至250℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至390℃，向熔化的锡液中，加入已在100℃预热1min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至290℃，加入金属铋，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的镁合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.1m/s，浸镀过程中，镀液温度为290℃，浸镀时间为0.5min，垂直取出，浸出速率为0.1m/s，空冷至室温，得到热镀锡的镁合金镀件。
得到的镀层具有良好的耐蚀性，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行极化曲线测定，所得结果如图2所示。
实施例3
对尺寸10×10×50mm的镁合金进行热镀锡，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用65℃，110g/L的Na2SiO3溶液对镁合金镀件进行0.3h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的镁合金镀件；
(2)采用25℃，100g/L的CH3COOH溶液对镁合金镀件进行10min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的镁合金镀件；
(3)将镁合金镀件浸泡于20℃，50g/L的NaHCO3溶液中进行18min助镀，晾干后，得到预处理的镁合金镀件；
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为20％，In为3％，Bi为1.4％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌和金属铟；
(2)将金属锡随炉加热至255℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至400℃，向熔化的锡液中，加入已在150℃预热0.5min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至295℃，加入金属铟，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的镁合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.2m/s，浸镀过程中，镀液温度为295℃，浸镀时间为1min，垂直取出，浸出速率为0.2m/s，空冷至室温，得到热镀锡的镁合金镀件。
得到的镀层具有良好的耐蚀性，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行极化曲线测定，所得结果如图2所示。
实施例4
对尺寸5×10×50mm的镁合金进行热镀锡，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用55℃，60g/L的Na2CO3溶液对镁合金镀件进行1h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的镁合金镀件；
(2)采用20℃，150g/L的CH3COOH溶液对镁合金镀件进行3min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的镁合金镀件；
(3)将镁合金镀件浸泡于65℃，100g/L的Na2CO3溶液中进行8min助镀，晾干后，得到预处理的镁合金镀件；
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为30％，In为4.2％，Bi为1.9％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌、金属铟和金属铋；
(2)将金属锡随炉加热至250℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至390℃，向熔化的锡液中，加入已在100℃预热1min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至330℃，加入金属铟和金属铋，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的镁合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.2m/s，浸镀过程中，镀液温度为330℃，浸镀时间为2min，垂直取出，浸出速率为0.2m/s，空冷至室温，得到热镀锡的镁合金镀件。
得到的镀层具有良好的耐蚀性，具体通过CHI604E型电化学工作站对镀层耐蚀性进行极化曲线测定，所得结果如图2所示。
实施例5
对尺寸2×10×50mm的镁合金进行热镀锡，并与铝合金进行轧制复合，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用65℃，100g/L的Na2SiO3溶液对镁合金镀件进行0.5h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的镁合金镀件；
(2)采用25℃，200g/L的CH3COOH溶液对镁合金镀件进行8min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的镁合金镀件；
(3)将镁合金镀件浸泡于60℃，50g/L的NaHCO3溶液中进行20min助镀，晾干后，得到预处理的镁合金镀件；
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为45％，In为4％，Bi为0.6％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌和金属铟；
(2)将金属锡随炉加热至255℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至400℃，向熔化的锡液中，加入已在150℃预热0.5min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至355℃，加入金属铟，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的镁合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.1m/s，浸镀过程中，镀液温度为355℃，浸镀时间为2min，垂直取出，浸出速率为0.1m/s，空冷至室温，得到热镀锡的镁合金镀件。通过与铝合金进行轧制复合，得到镁铝层状复合材料。
得到的镁铝层状复合材料，具有较高的结合强度。具体参考GB/T 228-2002并根据实际情况设计拉伸试件，通过拉伸试验，测量求得结合强度，所得结果如图3所示。
实施例6
对尺寸2×10×50mm的铝合金进行热镀锡，并与镁合金进行轧制复合，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60℃，Na2CO3-Na2SiO3混合溶液(其中：在Na2CO3-Na2SiO3混合溶液中，Na2CO3质量浓度100g/L，Na2SiO3质量浓度60g/L)对铝合金镀件进行0.5h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的铝合金镀件；
(2)采用25℃，100g/L的CH3COOH对铝合金镀件进行6min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的铝合金镀件；
(3)将铝合金镀件浸泡于65℃，Na2CO3-NaHCO3混合溶液(其中：在Na2CO3-NaHCO3混合溶液中，Na2CO3质量浓度55g/L，NaHCO3溶液质量浓度90g/L)中进行20min助镀，晾干后，得到预处理的铝合金镀件；
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为40％，In为6％，Bi为1％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌和金属铋；
(2)将金属锡随炉加热至250℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至410℃，向熔化的锡液中，加入已在180℃预热1min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至355℃，加入金属铋，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的铝合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.1m/s，浸镀过程中，镀液温度为355℃，浸镀时间为2.5min，垂直取出，浸出速率为0.1m/s，空冷至室温，得到热镀锡的铝合金镀件。通过与镁合金进行轧制复合，得到镁铝层状复合材料。
得到的镁铝层状复合材料，具有较高的结合强度。具体参考GB/T 228-2002并根据实际情况设计拉伸试件，通过拉伸试验，测量求得结合强度，所得结果如图3所示。
实施例7
对尺寸2×10×50mm的铝合金进行热镀锡，并与镁合金进行轧制复合，具体步骤如下：
步骤1：镀件表面预处理
(1)采用60℃，110g/L的Na2SiO3溶液对铝合金镀件进行0.5h碱洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去油污、杂质后的铝合金镀件；
(2)采用25℃，100g/L的CH3COOH对铝合金镀件进行6min酸洗处理后，无水乙醇清洗表面，得到除去表面氧化物的铝合金镀件；
(3)将铝合金镀件浸泡于65℃，Na2CO3-NaHCO3混合溶液(其中：在Na2CO3-NaHCO3混合溶液中，Na2CO3质量浓度60g/L，NaHCO3溶液质量浓度80g/L)中进行10min助镀，晾干后，得到预处理的铝合金镀件；
步骤2：镀液制备
(1)锡合金镀液含有的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为40％，In为8％，Bi为2％，余量为Sn及不可避免的杂质，根据该成分称量金属锡、金属锌和金属铋；
(2)将金属锡随炉加热至250℃，待其全部熔化，得到熔化的锡液；
(3)将炉温升至410℃，向熔化的锡液中，加入已在180℃预热1min的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
(4)将炉温降低至355℃，加入金属铋，充分搅拌混合均匀，得到锡合金镀液，待用；
步骤3：热浸镀
将预处理后的铝合金镀件，垂直浸入锡合金镀液中，浸入速率为0.2m/s，浸镀过程中，镀液温度为355℃，浸镀时间为3min，垂直取出，浸出速率为0.2m/s，空冷至室温，得到热镀锡的铝合金镀件。通过与镁合金进行轧制复合，得到镁铝层状复合材料。
得到的镁铝层状复合材料，具有较高的结合强度。具体参考GB/T 228-2002并根据实际情况设计拉伸试件，通过拉伸试验，测量求得结合强度，所得结果如图3所示。
实施例8
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
一种热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，同实施例1，不同之处在于：
在镀件表面预处理过程中，采用的除油除杂的方法为采用热碱液(NaOH溶液)清洗。和实施例1的除油除杂方法相比，该方法也能达到较好的除油除杂效果，试样预处理后的表面状态较好。浸镀后，最终得到热镀锡的镁合金镀件。
对比例1
一种热浸镀锡合金镀液，其成分的质量百分比为：Sn为100％。
则纯锡镀液与基体之间润湿性较差，所得镀层极易脱落。
对比例2
一种热浸镀锡合金镀液，其成分的质量百分比为：Zn为50％，Sn为50％。
则镀件浸入镀液后界面处极易形成低熔点的Mg7Zn3相，导致镀件发生严重熔化，如图4所示，调整浸镀温度和浸镀时间等参数也很难避免这一问题。
对比例3
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
其制备方法中，Sn-Zn熔液维持在390～420℃中，加入金属铟和金属铋，则造成金属铟和金属铋严重氧化和烧损，镀液中出现大量的熔渣，无法对镀件进行热浸镀操作。
对比例4
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
其制备方法中，直接将所有金属的原料，在420℃熔化，搅拌混合均匀，则金属原料在高温下发生逐渐氧化并发生燃烧，全部转化为氧化渣而非镀液，无法进行热浸镀操作。
对比例5
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
一种热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，同实施例1，不同之处在于：
在镀件表面预处理过程中，采用的去除表面氧化膜的方法为采用强酸HCl，则酸洗过程中镀件会发生剧烈反应，镀件表面严重腐蚀且结构完整性被破坏，反应产物会与助镀剂发生反应，最终镀件表面存在高熔点的氯化物，导致镀液与镀件之间难以润湿，无法形成镀层。
对比例6
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
一种热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，同实施例1，不同之处在于：
在镀件表面预处理过程中，采用的助镀剂为K2CO3溶液，则浸镀过程中，由于K2CO3熔点较高，无法在浸镀温度下发生分解，继续残留在镀件表面，导致镀液与镀件之间难以润湿，所得镀层极易脱落。
对比例7
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
一种热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，同实施例1，不同之处在于：
在镀件表面预处理过程中，将镀件在30℃进行碱洗，则Na2CO3和Na2SiO3水解速度较慢，溶液与油污的皂化反应程度较小，相同时间无法得到较好的油污去除效果。镀件表面残留的油污会影响镀层的完整性，导致浸镀后的镀件局部出现漏镀现象。
对比例8
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
一种热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，同实施例1，不同之处在于：
在镀件表面预处理过程中，将酸洗时间为15min，则镀件表面局部存在较为严重腐蚀，基体的结构完整性被破坏，且出现一定深度的腐蚀坑，如图5所示，腐蚀产物与氢气会残留在镀件表面腐蚀坑中，影响镀层与基体的结合。
对比例9
一种热浸镀锡合金镀液，其成分同实施例1，不同之处在于：
一种热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，同实施例1，不同之处在于：
在热浸镀过程中，将预处理的镀件，倾斜浸入热浸镀锡合金镀液中，则在浸入过程中，镀液表面氧化膜粘附在镀件表面，从而阻碍浸镀过程中镀件与镀液间的扩散反应，镀层与基体存在明显的缝隙，如图6所示，镀层结合性差。

Claims (7)

1.一种热镀锡方法，其特征在于，采用热浸镀锡合金镀液进行热镀锡，所述的热浸镀锡合金镀液包括的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为15~45%，In为1.2~8%，Bi为0.2~2.6%，余量为Sn及不可避免的杂质；
当热浸镀锡合金镀层作为镀件表面的耐蚀防护层，则采用热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，包括以下步骤：
S1：镀件表面预处理
(1)对镀件进行除油除杂，清洗，得到除油除杂的镀件；其中，镀件为镁合金、铝合金中的一种；
(2)对除油除杂的镀件去除表面氧化膜，得到去除氧化膜的镀件；去除表面氧化膜采用CH3COOH溶液进行酸洗；
(3)采用助镀剂对去除氧化膜的镀件进行助镀，干燥，得到预处理的镀件；其中，助镀剂为Na2CO3溶液和NaHCO3溶液至少一种；
S2：热浸镀
将预处理的镀件，垂直浸入热浸镀锡合金镀液中，进行热浸镀，浸镀完成后，将浸镀后的镀件垂直取出，空冷至室温，得到热镀锡的镀件；其中，热浸镀过程中，热浸镀锡合金镀液的温度为260~355℃，浸镀时间为0.1~3min。
2.一种热镀锡方法，其特征在于，采用热浸镀锡合金镀液进行热镀锡，所述的热浸镀锡合金镀液包括的成分及各个成分的质量百分比为：Zn为15~45%，In为1.2~8%，Bi为0.2~2.6%，余量为Sn及不可避免的杂质；
当热浸镀锡合金镀层作为层状结构件的中间层，在权利要求1所述的S1和S2的基础上，采用热浸镀锡合金镀液进行热镀锡的方法，还包括以下步骤：
S3：将热镀锡的镀件，通过轧制复合或扩散连接的方法，和其他金属复合，得到层状复合材料。
3.根据权利要求1或2所述的热镀锡方法，其特征在于，所述的热浸镀锡合金镀液，采用以下制备步骤制得：
步骤1：按照热浸镀锡合金镀液的成分称量原料；
步骤2：将原料中，金属锡随炉加热，直至全部熔化，得到熔化的锡液；
步骤3：升温至390~420℃，向熔化的锡液中，加入预热的金属锌，充分搅拌混合均匀，得到Sn-Zn熔液；
步骤4：将Sn-Zn熔液降温至260 ~355℃，加入金属铟和金属铋，充分搅拌混合均匀，得到热浸镀锡合金镀液。
4.根据权利要求3所述的热镀锡方法，其特征在于，所述的步骤2中，金属锡全部熔化的温度为250~260℃。
5.根据权利要求3所述的热镀锡方法，其特征在于，所述的步骤3中，预热的金属锌为：将金属锌在100~200℃进行预热保温0.5~1min。
6.权利要求1或2所述的热镀锡方法，其特征在于，所述的S1中，除油除杂采用的Na2CO3溶液和Na2SiO3溶液至少一种进行碱洗；其中，Na2CO3溶液中，Na2CO3的质量浓度为50~110g/L，Na2SiO3溶液中，Na2SiO3的质量浓度为50~110g/L；
和/或，碱洗的温度为50~70℃，碱洗时间为0.3~1.5h；
和/或，CH3COOH溶液中，CH3COOH的质量浓度为80~200g/L；
和/或，酸洗的温度为20~30℃，酸洗时间为3~10min；
和/或，Na2CO3溶液中，Na2CO3的质量浓度为50~110g/L，NaHCO3溶液中，NaHCO3的质量浓度为50~110g/L；
和/或，助镀过程在20~70℃进行，助镀时间2~20min。
7.权利要求1或2所述的热镀锡方法，其特征在于，所述的S2中，浸入速率为0.1~0.2m/s；浸出速率为0.1~0.2m/s。
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