Effect of zinc coating thickness on copper foil corrosion in neutral and mildly acidic solutions

Abstract

This thesis investigates the effect of zinc coаting thickness on the corrosion behavior of copper foil in neutral and mildly acidic chloride solutions. Zinc coatings were deposited on copper substrates by electrodeposition via cyclic voltammetry at different deposition times, ranging from 5 to 60 minutes. The resulting coating thicknesses varied from approximately 4.5 µm at 5 minutes to over 30 µm at 60 minutes of deposition. The coated samples were analysed using SEM-EDS and XRD to determine coating thickness, morphology, and composi-tion prior to corrosion testing.

The corrosion behavior was evaluated by immersion experiments in two environments: a neutral saline solution (3.5 wt.% NaCl) and a mildly acidic sаline solution (3.5 wt.% NaCl +HCl). Mass loss measurements, pH monitoring, and visual observations were used to assess the corrosion performance of the coatings.

The results show that coating thickness and deposition time significantly influence the corrosion behavior. Thinner coatings exhibited more pronounced surface degradation and morphological changes, particularly in the mildly acidic environment. In contrast, thicker coatings provided improved corrosion resistance, although irregular and porous structures were observed at longer deposition times.

Overall, the findings indicate that an optimal deposition time is required to achieve a balance between coating thickness, structural quality, and corrosion resistance. The study highlights the importance of coating uniformity and microstructure in determining the protective performance of zinc coatings on copper substrates.

Tässä kandidaattityössä tutkitaan sinkkipinnoitteen paksuuden vaikutusta kuparifolion korroosiokäyttäytymiseen neutraalissa ja lievästi happamassa kloridiliuoksessa. Sinkkipinnoitteet valmistettiin kuparisubstraatille elektrodeposition avulla käyttäen syklistä voltametriaa eri pinnoitusajoilla, jotka vaihtelevat noin 4.5 µm:stä (5 min) yli 30 µm:iin (60 min). Pinnoitetut näytteet analysoitiin SEM-EDS- ja XRD-menetelmillä pinnoitteen paksuuden, morfologian ja koostumuksen määrittämiseksi ennen korroosiokokeita.

Korroosiokäyttäytymistä tutkittiin upotuskokeilla kahdessa ympäristössä: neutraalissa suolaliuoksessa (3.5 m-% NaCl) ja lievästi happamassa suolaliuoksessa (3.5 m-% NaCl 2 M + HCl). Korroosion arvioimiseksi käytettiin massahäviömittauksia, pH:n seurantaa sekä visuaalisia havaintoja.

Tulokset osoittavat, että pinnoitteen paksuus ja pinnoitusaika vaikuttavat merkittäväsi korroosiokäyttäytymiseen. Ohuemmat pinnoitteet osoittivat voimakkaampaa pinnan hajoamista ja morfologisia muutoksia erityisesti happamassa ympäristössä. Paksummat pinnoitteet paransivat korroosiokestävyyttä, mutta pidemmillä pinnoitusajoilla havaittiin epäsäännöllisiä ja huokoisia rakenteita.

Tulosten perusteella optimaalinen pinnoitusaika on tarpeen, jotta saavutetaan tasapaino pinnoitteen paksuuden, rakenteellisen laadun ja korroosiokestävyyden välillä. Työ korostaa pinnoitteen tasalaatuisuuden ja mikrorakenteen merkitystä sinkkipinnoitteiden suojakyvyn kannalta.