Efecto de la incorporación de cobalto en la resistencia a la corrosión y dureza de una electrodeposición de niquel sobre bronce y acero a partir de una solución en base a sulfato

Abstract

El niquelado electrolítico a partir de baños Watts (solución de NiSO4.6H2O, NiCl2.6H2O, H3BO3), es utilizado para producir recubrimientos decorativos, que poseen una resistencia a la tensión y dureza relativamente bajas. Por tanto, no se recomiendan en aplicaciones de ingeniería donde puede producirse deformación de la pieza. El propósito de esta tesis ha sido establecer un proceso electrolítico que mejore las propiedades de dureza y resistencia a la corrosión del recubrimiento y así permitir que este pueda ser utilizado en ciertas aplicaciones de ingeniería. Para lograrlo, el proceso electrolítico utilizó una celda compuesta de ánodos inertes de grafito, un cátodo de bronce, un rectificador de corriente y un baño Watts, siendo este último sujeto de incorporaciones de Co a partir de una sal de CoSO4 con concentraciones cada vez mayores. Adicionalmente el proceso establece también, variaciones de los parámetros de operación, como son intensidad de corriente con valores de 2 A, 3 A y 4 A y tiempos de electrodeposición para 5, 10, 15 y 20 min. El recubrimiento adherido al sustrato de bronce se sometió a diversos ensayos con el fin de conocer sus valores de dureza y resistencia a la corrosión, así como también su morfología y composición. Los análisis de fluorescencia de rayos X, difracción de rayos X y microscopía de barrido electrónico permitieron respectivamente determinar la composición en masa, la estructura cristalina y morfología de los recubrimientos. El ensayo de dureza de Vickers permitió conocer los valores de dureza de los recubrimientos de níquel puro y de aleación Ni-Co, siendo el más duro el de 65.64% WNirecubrimiento (34.36% WCorecubrimiento), con un valor de 280.70 HV, obtenido a partir de una solución de 11.12% WCosolución y bajo las condiciones de operación de 4A y 20 min. Sin embargo, para mayores porcentajes de cobalto en la solución y bajo las mismas condiciones de operación fue posible obtener recubrimientos más duros, pero con la diferencia de que estos recubrimientos ya no fueron de una aleación de Ni-Co sino de Co-Ni, siendo el mayor valor obtenido de 358.30 HV correspondiente a una película con 67.87% WCorecubrimiento (32.13% WNirecubrimiento), obtenido de una solución con 70% en peso de Ni (30% WCosolución). La resistencia a la polarización RPL realizada mediante un ensayo potenciodinámico a los recubrimientos de Ni puro y los de aleación de Ni-Co permitió conocer las velocidades de corrosión de estos mismos. Se determinó que el recubrimiento, con un 17.76% WCorecubrimiento, obtenido de una solución con un 5.89% WCosolución, y bajo condiciones de operación de 4A y 20 min presenta la velocidad de corrosión más baja de 1.31*10-2 mpy. Todos estos resultados permitieron concluir que la dureza de los recubrimientos tiene una relación directa con la intensidad de corriente aplicada en el proceso, la relación de la dureza de los recubrimientos con la concentración de Co de la cual proviene presenta un comportamiento dividido en dos etapas, el primero con relación directa hasta un punto máximo de dureza y el segundo inverso con una disminución de la dureza a medida que la concentración de Co aumenta, también se puede afirmar que es posible obtener una aleación Ni-Co más resistente a la corrosión que un recubrimiento de Ni puro y que la dureza de los recubrimientos y la resistencia no guardan una relación reciproca siendo cada una de ellas independiente de la otra.

The nickel plating electrolytic from Watts bath (solution of NiSO4.6H2O, NiCl2.6H2O and H3BO3), is used to produce decorative coatings, that have a resistance to tension and hardness relatively low. Therefore, they are not recommended in applications of engineering where distortion of the piece can occur. The purpose of this thesis has been to establish an electrolytic process that improves the properties of hardness and corrosion resistance of the coatings and of this way to allow this can be used in certain applications of engineering. To achieve this the electrolytic process used a cell composed of, inert anodes of graphite, a cathode of bronze, a current rectifier, and a Watts bath, being this last subject of incorporations of Co in mode of salt of CoSO4 each time majors establishing thus solutions with growing concentrations of Co. Additional to this the process also establishes variations of the operating parameters, such as current intensity for values of 2A,3A and 4A and electrodeposition times for 5, 10, 15 and 20 min. The coating adhered to bronze substrate was subjected to various tests in order to known its values of hardness and corrosion resistance, as well as its morphology and composition. The analysis of X ray Fluorescence, X ray diffraction and scanning electron microscopy allowed to determine respectively the composition in mass, the crystalline structure and morphology of the coatings. The Vickers hardness test allowed to know the hardness values of the coatings of pure nickel and Ni-Co alloys, being the hardest the 65.64% WNicoating (34.36% WCocoating), with a value of 280.70 HV, obtained from of a solution of 11.12% WCosolution and under operating conditions of 4A and 20 min. However, for higher percentages of cobalt in the solution and under the same operating conditions it was possible to obtain harder coatings, but with the difference that these coatings were no longer a Ni-Co alloy but Co-Ni, being the highest value obtained of 358.30 HV corresponding to a film with 67.87% WCocoating (32.13% WNicoating), obtained from a solution with 70% by weight of Ni (30% WCosolution). The polarization resistance LPR carried out by means of a potentiodynamic test to the coatings of pure nickel and Ni-Co alloys allowed to know the corrosion rates of these same. With which was determined that the coating, with a 17.76% WCocoating, obtained from a solution, with a 5.89% WCosolution, and under conditions of operation of 4A and 20 min presents the lowest corrosion rate. All these results allowed to conclude that: the hardness of the coatings has a direct relationship with the intensity of current applied in the process, the hardness of the coatings in relationship to the concentration of Co from which it comes presents a behavior divided in two stages, the first with direct relationship until a maximum point of hardness and the second indirect with a decrease of the hardness as the concentration of Co increases, also it is possible to affirm that it is possible to obtain an Ni-Co alloy more resistant to the corrosion than a coating of pure nickel and that the hardness of the coatings and the corrosion resistance does not saved a reciprocal relationship being each one of them independent of the other.