阅读说明：本技术 用于活化钛基材的组合物和方法 (Compositions and methods for activating titanium substrates ) 是由 S·R·苏布拉马尼亚拉加 于 2019-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于活化钛基材的组合物和方法。所述方法用于在基材上沉积材料之前预处理基材,并且包括将基材在活化溶液中浸入预定的时间,所述活化溶液包括铵盐、硫酸和水,所述铵盐包含含氟阴离子。(The present invention relates to compositions and methods for activating titanium substrates. The method is for pretreating a substrate prior to depositing a material on the substrate and includes immersing the substrate in an activation solution for a predetermined time, the activation solution including an ammonium salt, sulfuric acid, and water, the ammonium salt including a fluorine-containing anion.)

用于活化钛基材的组合物和方法

技术领域

本申请涉及在基材上沉积材料，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。

背景技术

机械紧固件广泛用于连接结构组合件的两个以上部件。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流相容性)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。

因此，本领域技术人员继续进行电沉积领域中的研发工作。

发明内容

本文的实施方式包括：

一种活化溶液，其包括水、具有含氟阴离子的铵盐和硫酸。

一种活化溶液，其包括水，溶于水的氟化氢铵和/或四氟硼酸铵，和溶于水的硫酸。

一种活化溶液，其包括水，基于该活化溶液的总体积的浓度为约10克/升至约150克/升的溶于水的氟化氢铵和/或四氟硼酸铵，和基于该活化溶液的总体积的浓度为约1体积％至约70体积％的溶于水的硫酸。

一种活化溶液，其包括水，基于该活化溶液的总体积的浓度为约20克/升至约120克/升的溶于水的氟化氢铵，和基于该活化溶液的总体积的浓度为约5体积％至约25体积％的溶于水的硫酸。

一种制备活化溶液的方法，其包括以下步骤：(1)将硫酸与水混合以产生酸性溶液；和(2)将铵盐溶解在酸性溶液中，所述铵盐具有含氟阴离子。

一种在基材上沉积材料之前预处理基材的方法，该方法包括以下步骤：将基材在活化溶液中浸入预定的时间，该活化溶液包括水、溶于水的铵盐和溶于水的硫酸，所述铵盐具有含氟阴离子。

所公开的用于活化金属基材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)处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可以是适于接收和容纳活化溶液154的任何容器。在组成上，形成浴槽152的材料应该与活化溶液154化学相容。当然，浴槽152的尺寸和形状应该能够在其中接收将由第一活化系统150活化的基材156。

活化溶液154包括水(H₂O)、溶于水的铵盐和溶于水的硫酸(H₂SO₄)。活化溶液154可以保持在大气压(例如，1atm)和约15℃至约50℃的温度(例如，室温(～21℃))。然而，设想了使用更高和更低的压力以及更高和更低的温度，并且不会导致脱离本公开的范围。

活化溶液154中的铵盐可具有含氟阴离子。在一种配方中，活化溶液154中的铵盐是氟化氢铵(NH₄HF₂)。在另一配方中，活化溶液154中的铵盐是四氟硼酸铵(NH₄BF₄)。在另一配方中，活化溶液154中的铵盐包括氟化氢铵(NH₄HF₂)和四氟硼酸铵(NH₄BF₄)二者。

基于活化溶液154的总体积，活化溶液154中的铵盐可以以约10克/升至约150克/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度范围为约20克/升至约120克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度范围为约30克/升至约110克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度范围为约40克/升至约100克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度范围为约50克/升至约100克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度范围为约60克/升至约100克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度范围为约70克/升至约90克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，铵盐的浓度为约80克/升。

基于活化溶液154的总体积，活化溶液154中的硫酸可以以约1体积％至约70体积％的浓度存在。在一个替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，硫酸的浓度范围为约2体积％至约50体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，硫酸的浓度范围为约3体积％至约40体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，硫酸浓度范围为约4体积％至约30体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，硫酸的浓度范围为约5体积％至约25体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，硫酸的浓度范围为约5体积％至约15体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液154的总体积，硫酸的浓度为约10体积％。

作为一个具体的非限制性实例，活化溶液154包括水、80克/升的氟化氢铵(NH₄HF₂)和10体积％的硫酸(H₂SO₄)。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种方式制造活化溶液154。在一个特定实施方案中，所公开的用于制造活化溶液154的方法包括以下步骤：(1)将硫酸(例如，66波美度硫酸)与至少一部分水(例如，去离子水)混合以产生酸性溶液，(2)将铵盐(例如，氟化氢铵和/或四氟硼酸铵)溶解在酸性溶液中；和(3)必要时加入另外的水，以补足活化溶液154所需的总体积。

在方框120处(图3)，将基材156浸入(例如，完全浸入)活化溶液154中。在如方框130(图3)所示从活化溶液154取出基材156之前，基材156可以保持浸入活化溶液154中预定的时间。在钛基材(基材156)的情况下，可以将预定的时间选择为使得活化溶液154有足够的时间来减少/消除基材156上的坚韧氧化物层而不会显著干扰氧化物层下面的钛/钛合金。在一个方式中，预定的时间是约5秒至约120秒。在另一方式中，预定的时间是约10秒至约100秒。在另一方式中，预定的时间是约20秒至约40秒。在另一方式中，预定的时间是约30秒。

在方框140处(图3)，可以用清洗液清洗从活化溶液154中取出的基材156。作为示例，清洗液可以是水，例如去离子水。

参见图5和6，第二活化方法(总体标记为200)可以在方框202(图5)处开始于准备含有活化溶液254的浴槽252(如图6所示)的步骤。浴槽252和活化溶液254可以构成第二活化系统250。

浴槽252可以是适于接收和容纳活化溶液254的任何容器。在组成上，形成浴槽252的材料应该与活化溶液254化学相容。当然，浴槽252的尺寸和形状应该能够在其中接收将由第二活化系统250活化的基材256。

活化溶液254包括水(H₂O)、溶于水的氟化盐、溶于水的氢氟酸(HF)和溶于水的硫酸(H₂SO₄)。活化溶液254可以保持在大气压(例如，1atm)和约15℃至约50℃的温度(例如，室温(～21℃))。然而，设想了使用更高和更低的压力以及更高和更低的温度，并且不会导致脱离本公开的范围。

活化溶液254中的氟化盐可具有碱金属阳离子和/或碱土金属阳离子。在一种配方中，活化溶液254中的氟化盐是氟化钾(KF)。在另一配方中，活化溶液254中的氟化盐是氟化锂(LiF)。在另一配方中，活化溶液254中的氟化盐是氟化钠(NaF)。在另一配方中，活化溶液254中的氟化盐是氟化铷(RuF)。在另一配方中，活化溶液254中的氟化盐是氟化钡(BaF₂)。在另一配方中，活化溶液254中的氟化盐是氟化锶(SrF₂)。在另一配方中，活化溶液254中的氟化盐包括氟化钾(KF)、氟化锂(LiF)、氟化钠(NaF)、氟化铷(RuF)、氟化钡(BaF₂)和氟化锶(SrF₂)中的至少两种。

基于活化溶液254的总体积，活化溶液254中的氟化盐可以以约5克/升至约120克/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氟化盐的浓度范围为约10克/升至约100克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氟化盐的浓度范围为约15克/升至约75克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氟化盐的浓度范围为约15克/升至约50克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氟化盐的浓度范围为约15克/升至约30克/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氟化盐的浓度为约20克/升。

基于活化溶液254的总体积，活化溶液254中的氢氟酸可以以约5毫升/升至约250毫升/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氢氟酸的浓度范围为约10毫升/升至约200毫升/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氢氟酸的浓度范围为约15毫升/升至约150毫升/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氢氟酸的浓度范围为约20毫升/升至约150毫升/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氢氟酸的浓度范围为约30毫升/升至约100毫升/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氢氟酸的浓度范围为约40毫升/升至约80毫升/升。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，氢氟酸的浓度为约60毫升/升。

基于活化溶液254的总体积，活化溶液254中的硫酸可以以约1体积％至约45体积％的浓度存在。在一个替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，硫酸的浓度范围为约2体积％至约35体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，硫酸的浓度范围为约2体积％至约20体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，硫酸浓度范围为约3体积％至约15体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，硫酸的浓度范围为约3体积％至约10体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液254的总体积，硫酸的浓度为约5体积％。

作为一个具体的非限制性实例，活化溶液254包括水、20克/升的氟化钾(KF)、60毫升/升的氢氟酸(HF)和5体积％的硫酸(H₂SO₄)。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种方式制造活化溶液254。在一个特定实施方案中，所公开的用于制造活化溶液254的方法包括以下步骤：(1)将硫酸(例如，66波美度硫酸)与水(例如，去离子水)混合以产生第一酸性溶液，(2)将氢氟酸(如48重量％水溶液)与第一酸性溶液混合以产生第二酸性溶液；(3)将氟化盐(如氟化钾)溶于第二酸性溶液中；和(4)必要时加入另外的水，以补足活化溶液254所需的总体积。

在方框204处(图5)，将基材256浸入(例如，完全浸入)活化溶液254中。在如方框206(图5)所示从活化溶液254取出基材256之前，基材256可以保持浸入活化溶液154中预定的时间。在钛基材(基材256)的情况下，可以将预定的时间选择为使得活化溶液254有足够的时间来减少/消除基材256上的坚韧氧化物层而不会显著干扰氧化物层下面的钛/钛合金。在一个方式中，预定的时间是约5秒至约120秒。在另一方式中，预定的时间是约10秒至约100秒。在另一方式中，预定的时间是约20秒至约40秒。在另一方式中，预定的时间是约30秒。

在方框208处(图5)，可以用清洗液清洗从活化溶液254中取出的基材256。作为示例，清洗液可以是水，例如去离子水。

参见图7和8，第三活化方法(总体标记为300)可以在方框302(图7)处开始于准备含有活化溶液354的浴槽352(如图8所示)的步骤。浴槽352和活化溶液354与石墨电极358和电流源360一起可构成第三活化系统350，其可用于执行本文所述的阳极硫酸法(第三活化方法300)。

浴槽352可以是适于接收和容纳活化溶液354的任何容器。在组成上，形成浴槽352的材料应该与活化溶液354化学相容。当然，浴槽352的尺寸和形状应该能够在其中接收石墨阳极358和将由第三活化系统350活化的基材356。

活化溶液354包括水(H₂O)和溶于水的硫酸(H₂SO₄)。活化溶液354可以保持在大气压(例如，1atm)和约15℃至约50℃的温度(例如，室温(～21℃))。然而，设想了使用更高和更低的压力以及更高和更低的温度，并且不会导致脱离本公开的范围。

基于活化溶液354的总体积，活化溶液354中的硫酸可以以约5体积％至约45体积％的浓度存在。在一个替代性方式中，基于活化溶液354的总体积，硫酸的浓度范围为约5体积％至约35体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液354的总体积，硫酸的浓度范围为约5体积％至约30体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液354的总体积，硫酸浓度范围为约5体积％至约25体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液354的总体积，硫酸的浓度范围为约10体积％至约20体积％。在另一替代性方式中，基于活化溶液354的总体积，硫酸的浓度为约15体积％。

作为一个具体的非限制性实例，活化溶液354包括水和15体积％的硫酸(H₂SO₄)。

在方框304处(图7)，将基材356浸入(例如，完全浸入)活化溶液354中。导线368可将浸入的基材356与电流源360的第一端子364电连接。

在方框306处(图7)，将石墨电极358浸入(例如，完全浸入)活化溶液354中。导线366可将浸入的石墨电极358与电流源360的第二端子362电连接。

在方框308处(图7)，启动电流源360，使得电流在基材356和石墨电极358之间通过。电流源360可以被配置为使基材356用作阳极，从而蚀刻基材356。在钛基材(基材356)的情况中，阳极硫酸法(第三活化方法300)可以减少/消除基材356上的坚韧氧化物层，而不会显著干扰氧化物层下面的钛/钛合金。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种电流密度执行通电流的步骤(方框308)。本领域技术人员将理解，电流密度是可控参数，并且适当的电流密度的选择可能需要考虑各种因素，例如通电流步骤(方框308)的持续时间等因素。在一种方式中，基于基材356的表面积，在通电流步骤(方框308)期间通过的电流的电流密度可以是约10安培/平方英尺至约80安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材356的表面积，在通电流步骤(方框308)期间通过的电流的电流密度可以是约20安培/平方英尺至约60安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材356的表面积，在通电流步骤(方框308)期间通过的电流的电流密度可以是约20安培/平方英尺至约40安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材356的表面积，在通电流步骤(方框308)期间通过的电流的电流密度可以是约30安培/平方英尺。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种持续时间执行通电流的步骤(方框308)。本领域技术人员将理解，电流持续时间是可控参数，并且适当的持续时间的选择可能需要考虑各种因素，例如电流密度等因素。在一种方式中，通电流步骤(方框308)可以执行约5秒至约120秒。在另一方式中，通电流步骤(方框308)可以执行约10秒至约100秒。在另一方式中，通电流步骤(方框308)可以执行约10秒至约60秒。在另一方式中，通电流步骤(方框308)可以执行约15秒至约45秒。在又一方式中，通电流步骤(方框308)可以执行约20秒至约30秒。

在方框310处(图7)，基材356与电流源360断开并从活化溶液354中取出。

在方框312处(图7)，基材356可以用清洗液清洗。作为示例，清洗液可以是水，例如去离子水。

冲击镀

本领域已知各种冲击镀方法，包括镍冲击镀方法(例如伍德镍冲击)，并且其可以用于图1的方法10而不脱离本公开的范围。然而，本文公开了一种特定的镍冲击镀方法，其可产生优异的基材-后续镀层结合，如图2所示。

参照图9，冲击镀系统(总体标记为450)包括浴槽452、容纳在浴槽452中的电解液454、浸入电解液454中的镍阳极458和电流源460。电流源460可以包括第一端子462和第二端子464。镍阳极458可以通过导线468与第二端子464电连接。

浴槽452可以是适于接收和容纳电解液454的任何容器。在组成上，形成浴槽452的材料应该与电解液454化学相容。当然，浴槽452的尺寸和形状应该能够在其中接收基材456和镍阳极458。

电解液454包括水(H₂O)、溶于水的氯化镍(NiCl₂)和溶于水的盐酸(HCl)。电解液454可以保持在大气压(例如，1atm)和约15℃至约50℃的温度(例如，室温(～21℃))。然而，设想了使用更高和更低的压力以及更高和更低的温度，并且不会导致脱离本公开的范围。

基于电解液454的总体积，电解液454中的氯化镍可以以约50克/升至约400克/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于电解液454的总体积，氯化镍的浓度范围为约75克/升至约350克/升。在另一替代性方式中，基于电解液454的总体积，氯化镍的浓度范围为约100克/升至约300克/升。在另一替代性方式中，基于电解液454的总体积，氯化镍的浓度范围为约125克/升至约275克/升。在另一替代性方式中，基于电解液454的总体积，氯化镍的浓度范围为约150克/升至约250克/升。在另一个替代性方式中，基于电解液454的总体积，氯化镍的浓度范围为约175克/升至约225克/升。

基于电解液454的总体积，电解液454中的盐酸可以以约25毫升/升至约300毫升/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于电解液454的总体积，盐酸的浓度范围为约50毫升/升至约250毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液454的总体积，盐酸的浓度范围为约75毫升/升至约225毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液454的总体积，盐酸的浓度范围为约100毫升/升至约200毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液454的总体积，盐酸的浓度范围为约125毫升/升至约175毫升/升。

作为一个具体的非限制性实例，电解液454包括水、200克/升的氯化镍(NiCl₂)和150毫升/升的盐酸(HCl)。

如图9所示，将基材456浸入(例如，完全浸入)浴槽452的电解液454中。然后，基材456通过导线466与电流源460的第一端子462电连接。

为了开始冲击镀，启动电流源460，使得电流在基材456和镍阳极458之间通过，并且在基材456上形成沉积物。可选地，在开始阴极冲击之前，可以执行阳极冲击(基材456用作阳极)，以蚀刻基材456。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种电流密度和持续时间进行阳极冲击(蚀刻)。在一种方式中，基于基材456的表面积，阳极冲击可以在约25安培/平方英尺至约75安培/平方英尺的电流密度下进行，持续时间为约1秒至约30秒。例如，基于基材456的表面积，阳极冲击可以在约120安培/平方英尺的电流密度下进行约10秒。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种电流密度和持续时间进行阴极冲击(冲击镀)。在一种方式中，基于基材456的表面积，阴极冲击可以在约80安培/平方英尺至约160安培/平方英尺的电流密度下进行，持续时间为约30秒至约10分钟。例如，基于基材456的表面积，阴极冲击可以在约120安培/平方英尺的电流密度下进行约5分钟。

一旦电流源460关闭，基材456就可以与电流源460断开并从电解液454中取出。然后，基材356可以用清洗液(例如去离子水)清洗。

电沉积

在不脱离本公开的范围的情况下，可以在图1的方法10中使用各种冲击电沉积方法。然而，本文公开了一种特定的锡-铋电沉积方法，当与所公开的活化方法和所公开的镍冲击镀方法之一顺序使用时，所述电沉积方法可以产生优异的基板-后续镀层结合，如图2所示。

参见图10和11，所公开的电沉积方法(总体标记为500)可以在方框502(图10)处开始于准备含有电解液554的浴槽552(如图11所示)的步骤。浴槽552和活化溶液554与阳极558和电流源560一起可构成所公开的电沉积系统550，其可用于在基材556上沉积锡-铋合金。

基材556可以是钛基材，例如钛机械紧固件等。其他金属基材556，如铁基材、铜基材和镍基材(例如，Inconel)，也可以与所公开的电沉积方法500和系统550一起使用，而不脱离本公开的范围。

所公开的电沉积系统550的阳极558可以是锡阳极(例如，99.99％纯锡)或锡-铋阳极。作为一个常见实例，阳极558可包括约2重量％至约5重量％的铋，余量基本上为锡。作为一个具体实例，阳极558可包括约3重量％的铋，余量基本上为锡。

浴槽552可以是适于接收和容纳电解液554的任何容器。在组成上，形成浴槽552的材料应该与活化溶液554化学相容。当然，浴槽552的尺寸和形状应该能够在其中接收阳极558和基材556。

电解液554包括水(H₂O)、溶于水的亚锡盐、溶于水的铋盐和酸。电解液554可以保持在大气压(例如，1atm)和约15℃至约50℃的温度(例如，室温(～21℃))。然而，设想了使用更高和更低的压力以及更高和更低的温度，并且不会导致脱离本公开的范围。

电解液554中的亚锡盐提供亚锡(锡(II)²⁺)离子。在一种配方中，电解液554中的亚锡盐是硫酸亚锡(SnSO₄)。在另一配方中，电解液554中的亚锡盐是氯化亚锡(SnCl₂)。在另一配方中，电解液554中的亚锡盐是氟化亚锡(SnF₂)。在另一配方中，电解液554中的亚锡盐包括硫酸亚锡(SnSO₄)、氯化亚锡(SnCl₂)和氟化亚锡(SnF₂)中的至少两种。

基于电解液554的总体积，电解液554中的亚锡盐可以以约15克/升至约200克/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于电解液554的总体积，亚锡盐的浓度范围为约15克/升至约150克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，亚锡盐的浓度范围为约15克/升至约100克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，亚锡盐的浓度范围为约20克/升至约100克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，亚锡盐的浓度范围为约20克/升至约50克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，亚锡盐的浓度范围为约25克/升至约35克/升。

电解液554中的铋盐提供铋(Bi³⁺)离子。在一种配方中，电解液554中的铋盐是硫酸铋(Bi₂(SO₄)₃)。在另一配方中，电解液554中的铋盐是氧化铋(Bi₂O₃)。在另一配方中，电解液554中的铋盐是硝酸铋(Bi(NO₃)₃)。在另一配方中，电解液554中的铋盐是氯化铋(BiCl₃)。在另一配方中，电解液554中的铋盐是三氟化铋(BiF₃)。在另一配方中，电解液554中的铋盐包括硫酸铋(Bi₂(SO₄)₃)、氧化铋(Bi₂O₃)、硝酸铋(Bi(NO₃)₃)、氯化铋(BiCl₃)和三氟化铋(BiF₃)中的至少两种。

基于电解液554的总体积，电解液554中的铋盐可以以约0.25克/升至约10克/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于电解液554的总体积，铋盐的浓度范围为约0.25克/升至约5克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，铋盐的浓度范围为约0.25克/升至约2.5克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，铋盐的浓度范围为约0.25克/升至约1克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，铋盐的浓度范围为约0.3克/升至约0.8克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，铋盐的浓度范围为约0.4克/升至约4克/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，铋盐的浓度范围为约0.4克/升至约0.7克/升。

酸降低电解液554的pH。在一种配方中，电解液554中的酸是硫酸(H₂SO₄)。在另一配方中，电解液554中的酸是氨基磺酸(H₃NSO₃)。在另一配方中，电解液554中的酸包括硫酸(H₂SO₄)和氨基磺酸(H₃NSO₃)二者。

基于电解液554的总体积，电解液554中的酸可以以约50毫升/升至约150毫升/升的浓度存在。在一个替代性方式中，基于电解液554的总体积，酸的浓度范围为约60毫升/升至约140毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，酸的浓度范围为约70毫升/升至约130毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，酸的浓度范围为约75毫升/升至约125毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，酸的浓度范围为80毫升/升至约120毫升/升。在另一替代性方式中，基于电解液554的总体积，酸的浓度范围为约90毫升/升至约110毫升/升。

在不脱离本公开的范围的情况下，电解液554中可以包括其他成分。电解液554中可包括各种载体和/或添加剂。作为一个具体的非限制性实例，电解液554可包括TIN MACHT STARTER A，这是一种专有表面活性剂，其可从美国康涅狄格州Waterbury的MacDermid购得。作为另一具体的非限制性实例，电解液554可包括TIN MAC HT STARTER B，这是甲基丙烯酸的一种专有来源，其可从美国康涅狄格州Waterbury的MacDermid商购获得。作为另一具体的非限制性实例，电解液554可包括TIN MAC HT REPLENISHER，这是二丙二醇甲醚和表面活性剂的一种专有来源，其可从美国康涅狄格州Waterbury的MacDermid商购获得。

作为一个具体的非限制性实例，电解液554包括水、30克/升的硫酸亚锡(SnSO₄)、0.58克/升的硫酸铋(Bi₂(SO₄)₃)、105毫升/升的硫酸(H₂SO₄)、20毫升/升的TIN MAC HTSTARTER A、5毫升/升的TIN MAC HT STARTER B和3毫升/升的TIN MAC HT REPLENISHER。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种方式制造电解液554。在一个特定的实施方案中，所公开的用于制造电解液554的方法包括以下步骤：(1)将酸(如66波美度硫酸)与水(如去离子水)混合以产生酸性溶液，(2)将亚锡盐(如硫酸亚锡(SnSO₄))溶解在酸性溶液中，(3)将铋盐(如硫酸铋(Bi₂(SO₄)₃))溶解在溶液中，(4)可选地添加一种或多种添加剂/载体(如TIN MAC HT STARTER A、TIN MAC HT STARTER B和/或TIN MAC HTREPLENISHER)，和(5)必要时添加另外的水以补足电解液554所需的总体积。

在方框504处(图10)，将基材556浸入(例如，完全浸入)电解液554中。导线566可以将浸入的基材556与电流源560的第一端子562电连接。

在方框506处(图10)，将阳极558浸入(例如，完全浸入)电解液554中。导线568可以将浸入的阳极558与电流源560的第二端子564电连接。

在方框508处(图10)，启动电流源560，使电流在基材556和阳极558之间通过。电流将使锡-铋合金沉积在基材556上。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种电流密度执行通电流的步骤(方框508)。本领域技术人员将理解，电流密度是可控参数，并且适当的电流密度的选择可能需要考虑各种因素，例如通电流步骤(方框508)的持续时间等因素。在一种方式中，基于基材556的表面积，在通电流步骤(方框508)期间通过的电流的电流密度范围可以为约10安培/平方英尺至约80安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材556的表面积，在通电流步骤(方框508)期间通过的电流的电流密度范围可以是约10安培/平方英尺至约50安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材556的表面积，在通电流步骤(方框508)期间通过的电流的电流密度范围可以为约20安培/平方英尺至约40安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材556的表面积，在通电流步骤(方框508)期间通过的电流的电流密度范围可以为约15安培/平方英尺到约30安培/平方英尺。在另一方式中，基于基材556的表面积，在通电流步骤(方框508)期间通过的电流的电流密度可以为约30安培/平方英尺。

在不脱离本公开的范围的情况下，可以以各种持续时间执行通电流的步骤(方框508)。本领域技术人员将理解，电流持续时间是可控参数，并且适当的持续时间的选择可能需要考虑各种因素，例如电流密度等因素。在一种方式中，通电流步骤(方框508)可以进行约5分钟至约120分钟。在另一方式中，通电流步骤(方框508)可以进行约5分钟至约60分钟。在另一方式中，通电流步骤(方框508)可以进行约10分钟至约30分钟。在另一方式中，通电流步骤(方框508)可以进行约10分钟至约20分钟。在另一方式中，通电流步骤(方框508)可以进行约15分钟。

在方框510处(图10)，基材556与电流源560断开并从电解液554取出。

在方框512处(图10)，基材556可以用清洗液清洗。作为示例，清洗液可以是水，例如去离子水。

本公开的实例可以在图12所示的航空器制造和服役方法1000和图13所示的航空器1002的语境中来说明。在预生产期间，航空器制造和服役方法1000可以包括航空器1002的规格和设计1004以及材料获取1006。在生产期间，进行航空器1002的部件/子组件制造1008和系统整合1010。此后，航空器1002可以进行认证和交付1012以便投入服役1014。在客户服役期间，航空器1002可安排例行维护和服务1016，这还可以包括改进、重新配置和翻新等。

方法1000的各个过程可以由系统集成商、第三方和/或运营商(例如，客户)进行或执行。出于本说明书的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的航空器制造商和主系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的供应商、分包商和厂家；运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体和服务机构等。

如图13所示，通过示例方法1000生产的航空器1002可包括具有多个系统1020和内部1022的机架1018。多个系统1020的实例可包括推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028和环境系统1030中的一种或多种。可以包括任何数量的其他系统。

所公开的组合物和方法可以在航空器制造和服役方法1000的任何一个或多个阶段期间使用。作为一个实例，对应于部件/子组件制造1008、系统整合1010和/或维护和服务1016的部件或子组件可以使用所公开的组合物和方法制造或制作。作为另一实例，可以使用所公开的组合物和方法构造机架1018。而且，例如，通过显著加快航空器1002(例如机架1018和/或内部1022)的组装或降低航空器1002的成本，可以在部件/子组件制造1008和/或系统整合1010期间利用一个或多个装置实例、方法实例或其组合。类似地，当航空器1002在服役至例如而不限于维护和服务1016时，可以使用系统实例、方法实例或其组合中的一种或多种。

虽然所公开的组合物和方法在航空器语境中描述，但是，本领域普通技术人员将容易认识到，所公开的组合物和方法可用于各种应用。例如，所公开的组合物和方法可以在各种类型的载具中实施，包括例如直升机、客船、汽车、船用产品(船体和发动机等)等。

尽管已经示出和描述了所公开的用于活化金属基材的组合物和方法的各种方式，但是本领域技术人员在阅读说明书后可以进行修改。本申请包括这些修改，并且仅受权利要求的范围限制。