Obtención y caracterización de depósitos electrolíticos compuestos o de metales aleados con propiedades especiales

Abstract

El presente trabajo de tesis se enfoca en el estudio del electrodepósito de metales aleados y materiales compuestos. Es sabido que las aleaciones presentan características especiales que no se encuentran en los metales individuales, así como también suelen mostrar mejoras en propiedades relevantes como la dureza, ductilidad, tensiones internas y el comportamiento tribológico. Considerando el gran número de aleaciones que han sido producidas por vía electrolítica y que además sus propiedades varían con la proporción de sus componentes, resulta evidente la gran versatilidad del electrodepósito de aleaciones como tratamiento superficial, lo que a su vez justifica el gran interés por este tema surgido en las últimas décadas. Un punto en común de estos sistemas es que su electroquímica es compleja y generalmente involucra la presencia de aditivos de gran toxicidad en el baño electrolítico, que implican un gran peligro durante el uso y el desecho del mismo. Un claro ejemplo es la obtención a nivel industrial de recubrimientos de aleaciones Cu-Sn, conocidas como bronces, a partir de baños alcalinos conteniendo cianuro, compuesto de gran toxicidad para el ser humano y el medio ambiente. Muchos estudios se han enfocado en el electrodepósito de aleaciones metálicas y en el desarrollo de nuevos electrolitos eco-compatibles libres de cianuro. Sin embargo, ninguno de ellos es capaz de producir depósitos de la misma calidad que los baños cianurados, debiéndose analizar otras alternativas a las existentes. Por su parte, el proceso de depósito de materiales compuestos consiste en la incorporación de pequeñas partículas en la matriz metálica durante la electrólisis. Las partículas sólidas o líquidas se mantienen en suspensión en la solución electrolítica ya sea por agitación mecánica o por el agregado de sustancias específicas a la solución. Esta técnica permite generar recubrimientos compuestos que tienen propiedades únicas, resultantes de la combinación de las características propias del metal que forma el soporte del recubrimiento con las de las partículas (materiales cerámicos, compuestos orgánicos, minerales, etc.). Las aplicaciones de este tipo de recubrimientos incluyen el aumento de la resistencia al desgaste y a la abrasión, superficies auto lubricadas, aumento de dureza, aleaciones endurecidas por dispersión, protección anticorrosiva y resistencia a la corrosión a altas temperaturas. Considerando que el depósito de metales aleaciones y el codpósito de partículas permiten la obtención de recubrimientos con propiedades especiales, se evaluó la posibilidad de desarrollar depósitos autolubricantes con alta resistencia al desgaste a partir de ambas empleando electrolitos de bajo impacto ambiental. Con dicho fin se realizaron las siguientes actividades: Depósito de aleaciones 1. Formulación de un electrolito libre de cianuro que permite la obtención de recubrimientos de bronce. 2. Obtención de depósitos de bronce lisos y adherentes con altos contenidos de Sn y evaluación de sus propiedades tribológicas. Depósito de materiales compuestos 1. Dado que el mecanismo por el cual las partículas se incorporan en un recubrimiento metálicoelectrolítico no está elucidado completamente, se buscó lograr un avance en el modelado e interpretación del proceso de electrodepósito de materiales compuestos. 2. Desarrollo y optimización de recubrimientos de uso industrial. Los estudios se enfocaron en el desarrollo de recubrimientos autolubricados. Los estudios realizados en este trabajo permitieron el desarrollo de un baño de bronce libre de cianuro que permite obtener recubrimientos de alta dureza con contenidos de Sn de hasta 20% p/p con adecuadas propiedades tribológicas. También fue posible identificar las distintas etapas que intervienen en el mecanismo de codepósito, encontrándose que la adsorción de la especie electroactiva sobre la superficie de las partículas es necesaria su incorporación en el depósito, y desarrollar un modelo empírico capaz de describir el codepósito de alúmina con Cu. Por último se desarrolló una técnica por la cual es posible la obtención de depósitos autolubricantes a partir de emulsiones de aceites lubricantes en el baño electrolítico.