MATERIAL DE ALEACIÓN de Zn Ni CON PARTÍCULAS CERÁMICAS Y ADITIVOS: ESTUDIOS DE CARACTERIZACIÓN
Mahmud, Z.(i); Pina, J. (ii); Mingolo, N.(iii); Gassa, L.(iv); Gordillo, G.(V); Tulio, P.(VI)
-(i) INTI-Procesos Superficiales,
-(ii) INTI-Mecánica,
-(iii)CNEA, Comisión Nacional de Energía Atómica,
-(iv)INIFTA, Universidad Nacional de la Plata, UNLP
-(v) FCEN-Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, Universidad de Buenos Aires
-(vi) UTFPR-Universidad Tecnológica Federal do Paraná en Brasil
zulema@inti.gob.ar
OBJETIVO
de CSi. Las muestras se obtuvieron por
Analizar el comportamiento del material
electrólisis a corriente constante como se hace
obtenido por electrodeposición, en el
en la industria, se utilizó una solución a pH
laboratorio de INTI Procesos Superficiales y en
ácido, agitando para lograr mayor eficiencia de
la industria de Zn-Ni con partículas y aditivos,
la reacción. El contenido de níquel y el espesor
por medio de técnicas de Microscopía
se midieron con un equipo de Fluorescencia de
electrónica, de difracción de rayos X, químicas,
rayos X. Los estudios de caracterización se
fluorescencia de rayos X, electroquímicas y
realizaron en el INTI, Procesos Superficiales;
ensayos en cámara de niebla salina.
INTI-Mecánica; en CNEA; en los laboratorios
de la FCEN-UBA, en INIFTA-UNLP y en la
DESCRIPCIÓN
Universidad Tecnológica Federal do Paraná en
El recubrimiento metálico de zinc aleado con
Brasil. Éste trabajo fue distinguido con el
otros metales como el níquel, tiene muy buena
Primer Premio a la Innovación Tecnológica en
resistencia contra la corrosión. Se encontró que
la Primavera 2010. En ésta etapa, se esta
el tipo, la cantidad de partículas y la densidad
haciendo el cambio a escala industrial.
de corriente, aumentan la dureza y el contenido
Consideramos muy importante entender el
de níquel en la aleación Zn-Ni que mejora sus
efecto de la agitación en el proceso, Durante
propiedades de resistencia a la corrosión
éste año, se pretende estudiar el efecto de la
(Jornadas de Primavera 2010, 2011). Otras
agitación por aire y la agitación a lo largo del
variables del proceso como son las partículas
cátodo en el producto industrial obtenido. Se
cerámicas de CSi o Al2O3 más aditivo sacarina
transferirán los resultados a fines de 2013.
contenidos en la solución modifican la
(Patente en trámite INPI Exp. 20120102435)
microestructura del recubrimiento y por lo tanto
RESULTADOS
sus propiedades de resistencia a la corrosión y
1- Estudios de fluorescencia de rayos X en el
mecánicas. Como se sabe el espesor del
caso de la utilización de partículas y aditivo en
recubrimiento afecta a la resistencia a la
la electrodeposición
corrosión. En ésta aleación se encontró por
En la figura 1, se muestra que hay un contenido
estudios de difracción de rayos X que hay un
máximo de aditivo sacarina de 1,2 x 10-4M,
espesor óptimo de 10 micrones, en el que en
porque a mayores concentraciones, disminuye
presencia de CSi se refuerzan las texturas
el contenido de Níquel y por lo tanto, la
3,3,0 y que en presencia de Al2O3 las texturas de 3,3,0 cambian a 1,1,0 con fuerzas compresivas del material en presencia de
resistencia a la corrosión. En la figura 2, se ve que a densidades de corriente j bajas, la presencia de partículas de
alúmina (no se presentan aquí los resultados).
CSi más aditivo sacarina, no influyen
Para comprobar que a 10 micrones el material
considerablemente en el valor del espesor.
es mas resistente se hicieron mediciones de
Impedancia electroquímica EIS y de Tafel, a varios espesores. Se obtuvieron mayores valores de resistencia de transferencia de carga, RTC y menores corrientes de corrosión jo. Éstos resultados, muestran que en espesores de 10 micrones y con partículas, el material de aleación de Zn, es mejor por ser más compacto y resistente a la corrosión. En los ensayos de Niebla salina en muestras de 20
Figura 1: % Ni vs j
16
14
12
10
% Ni espesor / m
Figura 2: Espesor vs j
15
14
ZnNi Sales de Zn + Sales de Ni +adiciones de:
+0 aditivo sacarina + 0 particulas
13
+ sacarina 5x10-5M
12
+ CSi 20 g/l
-4
+ particulaCSi 20g/l + sacarina 1x10 M
11
-4
+ particulaCSi 20g/l + sacarina 5 x10 M
10
9
8
7
6
micrones, se encontró que el porcentaje del área con corrosión blanca al cabo de la experiencia, para el Zn-Ni con partículas de alúmina, respecto de ZnNi sólo o con partículas
8
5x10-5M sac
20g/l CSi
20 g/l CSi + 1,2X10-4M sac
20 g/l CSi + 5,0X10-4M sac
6
2
4
6
8
10
5 4 3 2 1
23456789
j /Adm-2
j / Adm-2
Aunque la figura 1, muestra que el contenido de Ni es mayor con aditivo sacarina y sin partículas o con partículas y sin aditivo, el producto es mejor con aditivo sacarina por su microestructura y con partículas por su mayor dureza. Mientras que los espesores del recubrimiento en m, aumentan con partículas y sacarina (ver la figura 2), se debe usar el contenido de sacarina que hace que el %Ni sea alto (1,2 x10-4 M). 2- Influencia del contenido de sacarina en la microestructura de los electrodepósitos. En las fotomicrografías 3a y 3b, se observa el efecto del aumento de las densidades de corriente j, en el tamaño de grano.
Figura 3: Efecto del contenido de sacarina en las microestructuras de los depósitos obtenidos galvanostáticamente a distintas j, durante 10 minutos : 3a) 1,6 Adm-2, 3b) 2,0 Adm-2
Lo deseable es el refinamiento de grano, a bajas j, pero se eligió una densidad de corriente más alta que las mostradas y de 8Adm-2 porque se depositaba 1 micrón / min, y las microestructuras y las texturas son adecuadas, lo cual es bueno en producción (mayor velocidad de deposición y un producto mejor). 3- Estudios de Difracción de Rayos X (texturas) y de la Microestructura de los recubrimientos: Se depositó ZnNi usando 8Adm-2 y se realizaron las Fotomicrografías en muestras de igual espesor y en iguales condiciones de electrodeposición. Se ven muy distintas las morfologías de los recubrimientos (ver figura 4).
1-
Figura 4: Fotomicrografías de recubrimientos a igual espesor: 4a) sin partículas, 4b) con CSi, 4c) con Al2O3.
Se encontró que a 8 Adm-2, en las muestras de espesores crecientes, hay un espesor de 120micrones en el que las texturas cambian y el material con partículas mejora su calidad (éstos estudios se presentaron en las Jornadas de Primavera 2011). 4- Aplicación de Técnicas electroquímicas: Espectroscopia de Impedancia electroquímica EIS: Se aplica para obtener la relación entre la resistencia de transferencia de carga RTC para muestras de distintos espesores.
a)Curvas de Polarización: Se aplica para la evaluación de la densidad de corriente de corrosión en recubrimientos (en éste caso en muestras de distintos espesores). En la tabla 1, se vuelcan los valores de RTC (diámetros en ohm) obtenidos de los diagramas por EIS y los valores de J0 (Curvas de polarización) en las muestras de Zn Ni (ver la tabla 1).
Tabla 1: valores de RTC (obtenidos por EIS) y de las Corrientes de corrosión J0 en muestras con espesores e, crecientes de 5, 10 y 20 µm.
e
RTC
RTC
RTC
J0
J0.
J0
µm
Ω
Ω
Ω
Ac Acm-2 Acm-2
m-2
s / p*
CSi
Al2O3
s/p
CSi
Al2O3
5
4000
10000
7000
1,2
20
18
10
2000 13000 20000 1,9
1,5
1,0
20
5200
6300
7500
4,0
4,0
1,0
*s/p (sin partículas). Se señalan en negrita, los valores de RTC mayores y los valores de Jo menores (porque son menores las corrientes de corrosión del ZnNi con partículas).
Para muestras con espesores de 10 m, en el caso de muestras de ZnNi con CSi o Zn Ni con Al2O3,se obtuvieron valores sorprendentemente mayores de RTC, y valores menores de J0, lo que indica que el material es mejor en ésta condición: ZnNi más Alúmina o ZnNi más CSi y en ambos casos la muestra con un espesor de recubrimiento de 10 micrones. 5- Estudios en cámara de niebla salina. Se verifica que el área afectada es menor en el caso del recubrimiento con alúmina que en los otros casos (tabla 2).
Tabla 2: Niebla salina. Las muestras se ensayaron por duplicado Área total de la muestra afectada por la corrosión blanca
Tiempo en la cámara a 36°C
Muestras
24 hs
48 hs
72 hs
Zn Ni sólo
5
10
70
Zn Ni + CSi
5
8
20
Zn Ni + Al2O3
2
4
10
CONCLUSIONES
El espesor encontrado de 10 micrones es
tecnológicamente muy importante, por una
cuestión de costos (espesores mayores
implican mayores costos) y en ese espesor
óptimo, es mejor el material según los
resultados de Difracción de rayos X, de EIS
(Impedancia), de J0 (Curvas de polarización) y
de Niebla Salina.
2- El porcentaje de Ni en la aleación es mayor
con la concentración de sacarina, valor que no
debe sobrepasar de 1,2 x10-4 M, porque baja el
% de Ni en la aleación.
3-Se encontró que el espesor se modifica con
la densidad de corriente j a 8Adm-2. A ese
valor alto de j, aumenta el espesor con el
contenido de partículas y aditivo. La sacarina le
cambia la microestructura al recubrimiento se
origina refinamiento de grano que es deseable.
Ver+/-
