

Импульсные гальваностатические режимы электролиза для повышения коррозионной стойкости экологичных покрытий на основе сплава олово – цинк
https://doi.org/10.22349/1994-6716-2025-123-3-97-107
Аннотация
Исследовано влияние импульсных гальваностатических режимов электролиза (униполярного и реверсивного) на коррозионную стойкость и функциональные свойства экологичных покрытий из сплава олово – цинк (Sn–Zn). В качестве электролита использовали щелочной раствор с добавками цитрата и лаурилсульфата натрия. Униполярный режим (5 мс, 1,5 А/дм²) обеспечил высокий выход по току (72%) и микротвердость 950–1050 МПа, но привел к повышенной пористости (7–12%). Реверсивный режим (5 мс катодной/анодной фазы, 2,0/0,5 А/дм²) продемонстрировал минимальную пористость (2–4%), снижение внутренних напряжений (50–80 МПа) и максимальную коррозионную стойкость (>1200 ч в солевом тумане). Установлено, что анодные фазы реверсивного режима способствуют выравниванию поверхностей, снижают дефектность. Импульсные технологии превзошли стационарный электролиз по износостойкости получаемых покрытий в 2–3 раза, по микротвердости – на 15–25%, а также по паяемости (угол смачивания 12–18°). Реверсивный режим электролиза рекомендован для изделий морской электроники и авиации, униполярный – для задач с приоритетом микротвердости. Результаты способствуют разработке экологичных альтернатив токсичным покрытиям в соответствии с требованиями RoHS/REACH.
Об авторах
С. Ю. КиреевРоссия
д-р техн. наук
440026, Пенза, ул. Красная, д. 40
Г. В. Козлов
Россия
д-р техн. наук
440026, Пенза, ул. Красная, д. 40
С. Н. Киреева
Россия
канд. техн. наук
440026, Пенза, ул. Красная, д. 40
А. З. Янгуразова
Россия
440026, Пенза, ул. Красная, д. 40
Ю. Н. Кирилина
Россия
канд. техн. наук
440026, Пенза, ул. Красная, д. 40
А. С. Балыбердин
Россия
440026, Пенза, ул. Красная, д. 40
Список литературы
1. Joscha B., Annkatrin K., Michael R. Beyond RoHS and REACH: Relevant CMR Substances in Electronic Products // Electronics Goes Green 2024 + (EGG). – IEEE. – 2024. – P. 1–5.
2. Dubent S., Mertens M. L. A. D., Saurat M. Electrodeposition, characterization and corrosion behaviour of tin – 20 wt.% zinc coatings electroplated from a non-cyanide alkaline bath // Materials Chemistry and Physics. – 2010. – V. 120, N 2–3. – P. 371–380.
3. Maniam K. K., Paul S. Corrosion performance of electrodeposited zinc and zinc-alloy coatings in marine environment // Corrosion and Materials Degradation. – 2021. – V. 2, N 2. – P. 163–189.
4. Wang K., Pickering H. W., Weil K. G. Tin-zinc alloy electroplating and its corrosion behavior // Prod Finish. – 2023. – V. 867. – P. 6–11.
5. Киреев С . Ю . Формирование и исследование свойств финишных покрытий печатных плат сплавом олово–цинк взамен покрытий сплавом олово–свинец // Коррозия: материалы, защита. – 2015. – № 8. – С. 7–12.
6. Янгуразова А. З., Киреев С. Ю. К вопросу о поиске альтернативы кадмиевому покрытию // Успехи в химии и химической технологии. – 2021. – Т. 35, № 5 (240). – С. 34–35.
7. Liu P. et al. Study on microstructure and properties of mechanically deposited Zn–Sn coating // Coatings. – 2022. – V. 12, N 12. – P. 1919.
8. Benidir S., Madani A., Baka O., Kherfi A., Delhalle J., Mekhalif Z. Influence of applied potential on tin content in electrodeposition of Zn–Sn alloy coatings and its effect on corrosion protection // Inorganic and Nano-Metal Chemistry. – 2022. – V. 52, N 7. – P. 899–909.
9. Shepelevich V. G., Zernitsa D. A. The formation of the structure of the alloys of the tin–zinc system upon high-speed solidification // Inorganic Materials: Applied Research. – 2021. – V. 12, Is. 4. – P. 1094– 1099.
10. Zernitsa D. A., Shepelevich V. G. Structure formation and peculiarities of crystallization of leadfree tin–zinc alloys obtained by rapid solidification // Journal of the Belarusian State University. Physics. – 2022. – N 3. – P. 48–55.
11. Tamhane D., Th al apil J., B an erj e e S., Tallur S. Smart cathodic protection system for real-time quantitative assessment of corrosion of sacrificial anode based on electro-mechanical impedance (EMI) // IEEE Access. – 2021. – V. 9. – P. 12230–12240.
12. Grachev V. A., Rozen A. E., Perelygin Y. P., Kireev S. Y., Los I. S. Multilayer corrosion-resistant material based on iron–carbon alloys // Heliyon. – 2020. – V. 6, N 5.
13. Rozen A. E., Loginov O. N., Rosen A. A., Kireev S. Y., Sevostyanov N. V. Structure of the interlayer boundary of layered metal materials with an internal protector obtained via explosion welding // Metallurgist. – 2022. – V. 66, N 5. – P. 586–592.
14. Кирикова Д. И., Киреева С. Н., Киреев С. Ю., Перелыгин Ю. П. Электроосаждение цинка из кислоголактатного электролита с использованием униполярного гальваностатического режима импульсного электролиза // Гальванотехника и обработка поверхности. – 2016. – Т. 24, №. 3. – С. 32–38. DOI: 10.47188/0869-5326_2016_24_3_32
15. Kireev S. Y., Perelygin Y. P., Kireeva S. N., Jaskula M. J. Methods to determine the current efficiency in AC electrolysis // Arabian Journal for Science and Engineering. – 2021. – V. 46. – P. 343–352.
16. Kireev S. Y., Frolov A. V. Electrodeposition of nickel coatings from acetate-chloride electrolyte using galvanostatic pulse electrolysis // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. – 2021. – V. 57. – P. 1375–1379.
17. Zhang Z., Gao Q., Ao J., Yao L., Bi J., Gao S., Jeng M-J., Sun G., Zhou Z., Liu F., Zhang Y., Sun Y. Morphology Modification of Sn and Zn Metal Thin Films Applied for CZTSe Solar Cell: The Effect of Pulse Current Electrodeposition // 7th IEEE World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, WCPEC 2018. – Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc., 2018. – P. 881–886.
18. Burton N. A., Grant J. C. Increasing the efficiency of water electrolysis with the application of pulsing electric fields // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2025. – V. 215. – P. 115584.
19. Lu H., Zhang L., Xi X., Nie Z. Optimization of pulse bi-directional electrolysis in-situ synthesis of tungsten carbide by response surface methodology // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2023. – V. 111. – P. 106063.
20. Du W., Yan J., Cao C., Li C. C. Electrocrystallization orientation regulation of zinc metal anodes: strategies and challenges // Energy Storage Materials. – 2022. – V. 52. – P. 329–354.
21. Cao F., Wang J., Lian Y. et al. A study on the influence of the electroplating process on the corrosion resistance of zinc-based alloy coatings // Coatings. – 2023. – V. 13, N 10. – P. 1774.
22. Liang J., Li J., Dong H. et al. Aqueous alternating electrolysis prolongs electrode lifespans under harsh operation conditions // Nature Communications. – 2024. – V. 15, N 1. – P. 6208.
23. Kazimierczak H., Ozga P., Jałowiec A., Kowalik R. Tin–zinc alloy electrodeposition from aqueous citrate baths // Surface and coatings technology. – 2014. – V. 240. – P. 311–319.
24. Перелыгин Ю. П., Киреев С. Ю., Виноградов С. Н. Износостойкость и антифрикционные свойства гальванических покрытий палладием, оловом, цинком и сплавами на их основе // Трение и смазка в машинах и механизмах. – 2012. – № 10. – С. 13–16.
25. Киреев С. Ю., Перелыгин Ю. П. Методы определения паяемости покрытий // Гальванотехника и обработка поверхности. – 2011. – Т. 19. – № 2. – С. 52–57.
26. Zhang Y., Zhang T., Wan H., Li G., Liu H. Mechanism of microbiologically induced anaerobic water-line corrosion of 980 high strength steel in nutrient-rich artificial seawater // Corrosion Science. – 2023. – V. 220. – P. 111268.
27. Chung Y., Lee C. W. Electrochemically fabricated alloys and semiconductors containing indium // Journal of Electrochemical Science and Technology. – 2012. – V. 3, N 3. – P. 95–115.
Рецензия
Для цитирования:
Киреев С.Ю., Козлов Г.В., Киреева С.Н., Янгуразова А.З., Кирилина Ю.Н., Балыбердин А.С. Импульсные гальваностатические режимы электролиза для повышения коррозионной стойкости экологичных покрытий на основе сплава олово – цинк. Вопросы материаловедения. 2025;(3(123)):97-107. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2025-123-3-97-107
For citation:
Kireev S.Yu., Kozlov G.V., Kireeva S.N., Yangurazova A.Z., Kirilina Yu.N., Balyberdin A.S. Pulsed galvanostatic electrolysis modes for enhancing corrosion resistance of eco-friendly tin-zinc alloy coatings. Voprosy Materialovedeniya. 2025;(3(123)):97-107. (In Russ.) https://doi.org/10.22349/1994-6716-2025-123-3-97-107