Electrochemical deposition of tin-zinc alloys from citrate solutions

• Autorzy: Kazimierczak H. , Jałowiec A. , Ozga P. , Kowalik R.

Warianty tytułu

PL

Elektrochemiczne osadzanie powłok stopowych Sn-Zn z roztworów cytrynianowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Electroplated tin-zinc alloy layers are especially interesting materials because they can be used both as a solder alloy and as anticorrosive coatings. There is currently a great interest in this type of coating, in relation to the need to eliminate tin-lead solders and anticorrosive cadmium and zinc coatings with a conversion layers based on hexavalent chromium, which were widely used but proved to be carcinogenic and highly toxic. The purpose of this work was to study the kinetics of co-reduction of tin and zinc and to determine the optimal ranges of electrodeposition parameters enabling the preparation of good quality coatings with various content of tin and zinc from non toxic citrate electrolytes. The Sn-Zn alloy layers were electrodeposited from stable aqueous citrate electrolytes of pH = 5. The coatings were deposited on steel substrates under galvanostatic conditions at room temperature, in a system with rotating disc electrode (RDE) to ensure constant controlled hydrodynamic conditions. The chemical composition of electrodeposits was characterised by the wavelength dispersive X-ray fiuorescence method (WDXRF). Observation of the microstructure was carried out using a light microscopy technique. The influence of current density, hydrodynamic conditions, electrolyte composition and charge transfer on the electrodeposition of Sn-Zn alloy was studied. Depending on these parameters, coatings with different composition and appearance can be obtained. It was proved that the electrodeposition of bright, shiny and highly adhesive Sn-Zn coatings on steel is possible from the studied citrate baths. The alloy layers containing from about 1 to 50 weight percent of Zn can be electrodeposited with high current efficiency, within the range from 80 to almost 100 percent.

PL

Warstwy stopowe Sn-Zn otrzymywane na drodze elektrolitycznej są interesującym materiałem, gdyż mogą być wykorzystane zarówno jako stopy lutownicze, jak i powłoki antykorozyjne. Obecnie duże zainteresowanie powłokami Sn-Zn jest związane z koniecznością eliminacji stopów cynowo-ołowiowych w procesach lutowniczych, a także antykorozyjnych powłok na bazie silnie toksycznego i rakotwórczego kadmu, jak również pokryć otrzymywanych z zastosowaniem sześciowartościowego chromu. Celem pracy było zbadanie kinetyki współosadzania cyny i cynku oraz wyznaczenie najlepszych warunków otrzymywania dobrej jakości powłok stopowych Sn-Zn o zróżnicowanej zawartości cyny i cynku z nietoksycznych kąpieli cytrynianowych. Elektroosadzanie powłok stopowych Sn-Zn prowadzono w wodnych roztworach cytrynianowych, o pH = 5. Powłoki osadzano w warunkach galwanostatycznych, na stalowych dyskach, w układzie z wirującą elektrodą dyskową (RDE), w temperaturze pokojowej. Skład chemiczny otrzymanych powłok badano przy użyciu spektrometru rengenofluorescencyjnego z dyspersją długości fali (WDXRF). Mikrostrukturę scharakteryzowano przy użyciu mikroskopu optycznego. Określono wpływ: gęstości prądu, warunków hydrodynamicznych, składu elektrolitu oraz ładunku użytego w procesie elektroosadzania stopu na skład otrzymanych warstw stopowych oraz na wydajność prądową procesu. Udowodniono, że jest możliwe otrzymanie jasnych, błyszczących i dobrze przylegających do podłoża powłok stopowych Sn-Zn, zawierających od 1 do 50 procent wagowych cynku, z bardzo wysoką wydajnością prądową mieszczącą się w zakresie od 80 do 100 procent.

Słowa kluczowe

EN

electrodeposition; Sn-Zn coatings; citrate baths

PL

elektroosadzanie; powłoki Sn-Zn; kąpiele cytrynianowe

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 290--294
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kazimierczak H.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences, Krakow

autor

Jałowiec A.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals

autor

Ozga P.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of Polish Academy of Sciences, Krakow

autor

Kowalik R.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Non-Ferrous Metals

Bibliografia

• [1] Blunden S. J.: Sn-Zn alloy electroplates outperform cadmium deposits. Advanced Materials & Processes, December (1991) 37÷39.
• [2] Budman E., McCoy M.: Tin-zinc Plating. Metal Finishing 9 (1995) 10.
• [3] Budman E., Stevens D.: Tin-Zinc Plating. Transaction of the Institute of Metal Finishing 76 (3) (1998) B34.
• [4] Vaynman S., Ghosh G., Fine M. E.: Some fundamental issues in the use of Zn-containing lead-free solders for electronic packaging. Materials Transactions 45 (2004) 630÷636.
• [5] Villain J., Jillick W., Schmitt E., Qasim T.: Properties and reliability of SnZn-based lead-free solder alloys. Proceedings of the 2004 International IEEE Conference on the Asian Green Electronics, AGEC (2004) 38÷41.
• [6] Dubent S., De Petris-Wery M., Saurat M., Ayedi H. F.: Composition control of tin-zinc electrodeposits through means of experimental strategies. Materials Chemistry and Physics 104 (2007) 146÷152.
• [7] Opaskar V. C., Capper L. D.: Plating bath and method for electroplating tin-zinc alloys. US Patent 643 6269 (2002).
• [8] Brooman E. W.: Cadmium substitutes. corrosion behaviour of environmentally acceptable alternatives to cadmium and chromium coatings: Cadmium. Part 1. Metal Finishing 4 (2000) 42÷50.
• [9] Antelman M.: Chemical electrode potentials. Plenum Press, New York 1982.
• [10] Cutrhbertson J. W., Angles R. M.: The electrodeposition and properties of tin-zinc alloys. Journal of Electrochemical Society 94 (2) (1948) 73.
• [11] Ashiru O. A., Shirokoff J.: Electrodeposition and characterization of tin- zinc alloy coatings. Applied Surface Science 103 (1996) 159÷169.
• [12] Vasantha V. S., Pushpavanam M., Kamaraj P., Muralidharan V. S.: Role of Peptone in the electrodeposition of tin and tin-zinc alloys from neutral gluconate bath. Transaction of Institute Metal Finishing 74 (1) (1996) 28÷32.
• [13] Vitkova St., Ivanova V., Raichevsky G.: Electrodeposition of low tin content zinc-tin alloys. Surface and Coating Technology 82 (1996) 226÷231.
• [14] An M., Zhang Y., Zhang J., Yang Z., Tu Z.: Mechanism of additives in electroplating of Sn-Zn alloy. Plating & Surface Finishing May (1999) 130÷132.
• [15] Sziraki L., Cziraki A., Vertesy Z., Kiss L., Ivanova V., Raichevski G., Vitkova S., Marinova S., Marinova T.: Zn and Zn-Sn alloy coatings with and without chromate layers. Part I: Corrosion resistance and structural analysis. Journal of Applied Electrochemistry 29 (1999) 927.
• [16] Abdel-Wahab S. M., Mohamed E., Rashwan S. M.: Electroplating of Sn- Zn alloys from aqueous gluconate baths. METALL 54 (2000) 268.
• [17] Wang K., Pickering H. W., Weil K. G.: EQCM studies of the electrodeposition and corrosion of ten-zinc coatings. Electrochemica Acta 46 (2001) 3835÷3840.
• [18] Guaus E., Torrent-Burgues J.: Tin-zinc electrodeposition from sulphategluconate baths. Journal of Electroanalytical Chemistry 549 (2003) 25÷36.
• [19] Guaus E., Torrent-Burgues J. : Tin-zinc electrodeposition from sulphatetartarate baths. Journal of Electroanalytical Chemistry 575 (2005) 301÷309.
• [20] Hu C. C., Wang C. K., Lee G. L.: Composition control of tini zinc deposits using experimental strategies. Electrochimica Acta 51 (2006) 3692÷3698.
• [21] Ozga P.: The thermodynamic models of complex electrolytic baths for electrodepostion of zinc and tin alloys. In: Polska Metalurgia w latach 2006÷2010, Akapit, Kraków (2010) 138÷147 ISBN 978-83- 6095 8-64-3 (in Polish).
• [22] Kazimierczak H., Ozga P.: Electrodeposition of Sn-Zn and Sn-Zn-Mo layers from citrate solution. Surface Science 607 (2013) 33.