ndm 4,35 ndm

50 Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol 11, N° ly 2, 1992

/La rugosidad del material base: un factor decisivo en la calidad del niquelado electrolítico.

Rudy Castillo M.

Ingeniero metalúrgico IUPEG (UNEXPO), MSc en ciencia de los materiales UCV. Profesor asociadoUNRXPO, Investigador Asociado UNEG. Investigador Especialista Gerencia Centro deInvestigaciones de SIDOR. .

Resumen

Se determin6 la influencia de la rugosidad del material base en la calidad del niqueladoelectrolítico y en el proceso de electrodeposición. Se realizaron pruebas a nivel experimental y a nivelindustrial. Los resultados indican qué la rugosidad afecta la transferencia de masa y micropodercubriente del proceso de niquelado electrolítico e influye también en la eficiencia de la celda y en lahomogeneidad de la capa del metal depositado .

. Introducción

El niquelado es un tipo de recubrimientonoble muy utilizado para proteger al acero de lacorrosión y la abrasi6n, así como proporcionarlegran brillo superficial, lo que lo hace un procesomuy adecuado para la fabricación de piezasornamentales, las cuales esten expuestas a mediosagresivos. La rugosidad influye en la calidad delniquelado electrolítico, particularmente en loreferido al brillo superficial. Las láminas de aceroutilizadas como material base para ser recubiertas,según sean las características impuestas durante el

. proceso de laminacién, pueden tener rugosidadesdentro de un intervalo de 10 hasta 90 mpulg.,razón por la que se requería determinar lainfluencia de la rugosidad en la calidad superficialdel niquelado, así como definir los valores límitesde rugosidad y las condiciones óptimas del procesopara asegurar acabados aceptables. .

Desarrollo

Método Experimentalr ..Se utilizó un baño convencional tipo Watts

con las siguientes características:Sulfato de nique: 280 grllCloruro de niquel: 42 grllAcido Bórico: 20 grllAbrillantadores:Vegal33:Vegal8187:Humectantes:Vegal V8518 10 a 14 1/2500 1ph: 4,2 a 4,6Temperatura: 60 a 650Cánodos: . niquelagitación : suavea) se realizaron experiencias a nivel experimentalen una celda Hull y una celda electrolítica normalcon el objeto de determinar la densidad de corriente

25 ml/l1,5 mlfl

y la distancia 6ptima ánodo cátodo, así comoestudiar la influencia de las rugosidades en lascar., .icas del proceso (tiempo deelectro» . osición, espesor de capa depositada,eficiencia de la celda, etc.) y en la calidad delrecubrimiento (homogeneidad de la capa,apariencia y resistencia a la corrosi6n). En estasexperiencias no se ur il izaron aditivosabrillantadores ni humectantes. Las láminasevaluadas presentaban dos rangos de rugosidad,bajos: 20 - 30 upulg. y altas: de 55 - 60 upulg .b) Utilizando los valores de densidad de corriente ydistancia ánodo-cátodo 6ptimos, según las pruebasanteriores, se efectuaron pruebas, a nivelindustrial, utilizando abrillantadores y humectantescomerciales. Se amplió el nivel de rugosidades aser evaluados, niquelandose láminas de acero conlas siguientes condiciones: .

Rugosidades: 10, 15, 20, 25,- 30, Y 40upulg.

Tiempos de electrodeposición: 5, 10, 15,20, 25, Y 30 mino Los métodos utilizados paraevaluar la calidad del recubrimiento fueron:Inspección visual, metalografía, análisis químico,medición de porosidad por método Ferroxil, nivelde brillo por refractometría, resistencia a lacorrosi6n en cámara salina y rugosidad.

Resultados y discusión de resultados

a) Los ensayos en celda Hull, permitierondeterminar un intervalo 6ptimo para la densidad decorriente, el cual está entre 3,11 y 4,96 Ndm2. Ladistancia 6ptima ánodo-cátodo seleccionada fue de6 cm. Las pruebas en la celda electrolítica simplepermitieron determinar con mayor precisión ladensidad de corriente óptima, la cual resultó de4,35 Ndm2. En la figura 1 puede observarse losgramos de niquel por unidad de area vs el tiempo

LatinAmerican Journal of Metallurgv and Materials. Vol 11. N° lv 2. 1992

t'-<¡::,...•5'~~(1:,"'1r;'¡::,;:::

~¡;::

~¡::,-.o-...~.(1:,

~-.-.¡;::

;¿~¡::,;:::~~¡::,~"'1¡S'S;;

~-.'-'-<:

o

'-~.N

'--o-cN

0.3

0.2!1

0.2

'3r/d..,2 0.15

al10

••15~ 1 • i)!..t14.3.n I. I A l,w,z12

<:.~ 3 3.5 14.35 ITIEMPO (Min:) A/ ••• 2

O :i~~2I ESPESOR (~)

•b)

O. r

0.05

o I ,2 »l

(1:,~•..,'"~

. 10 """1,• 15 1~lt

020»"",,,O 3(/ HJ""~\')

I 4() 'lO'''''1.

0.3

t"<¡::,...•S'O¡::,s(1:,"'1r;'¡::,;:::¡::,

~

~-¡::,-.¡;::

~¡S''-.:::

0.25

Sr/d",20.15

0.1

0.05

0J 2'5 3 3'5TI EN PO (N inJ

01 1 I , , 15 10 15 2í) 25 30

TlEW'O IWinJ

Granos de ni<pJel dep1oSitado por unidad de

electrodcposición para _.stras niqueladas

a) nuest ras de baja r\.ICpSidad Y

b) "'-'=tras de alta rupsidad.

Variación del espesor de rectDriJaiento de niqJel en función ",,"1t:i.enr'

de e Iect.rodecos.íc.íón y de La rugosidad inicial del IIBterü' \ 1)'0"'\" " r;>'

ha industrial.

área en función del tiern

en una cel.cla norne L,

120 ~~...,¡s'~.'"

0.8

'-'-

0.7

0.6 • 10"'Y~":

~ ~ :~::.O 30 ~ul~.

• 40 ~uh)

%~IDAO.5

~-., 10 tlpul •.

• 15 ~I •.

O!O ••••••.

O 30 U~I.,,,40 Upol,.

0.41

<:o

50 '-'-.:::

.N0.1

40o I 1 I I 1 1

5 10 15 20 2!1 30TIEMPO (NIn]

Ccnvlrtarniento de nuestra"3 niqueladas al ser soretidas a ensayos d,"

'--c-oN

30 --I I

201 I " 30e f~ ~ I~

5 10 15 20TlENPO (Nin) =rrosióo en cántira salina por 12 horas, en el.ectrodepoLi.L~'X.., ,,$J'le

ha i.rd.Is trial.

2!1

Variación del nivel de brillo de láminas niquelckJas en función del

tienpo de recubrimiento y de La nql<lidad inicial del rmterial base.

CJ11-'

52 . Revista Latinoamericana de Metalurgia y Materiales, Vol 11, N° 1y 2, 1992

de electrodeposici6n para las diferentes densidadesde corriente utilizada; se aprecia como existecorrespondencia con las leyes de Faraday, tantopara las muestras de alta como de baja rugosidad.Igualmente se aprecia como para tiempos cortos deelectrodeposici6n (hasta 5 min), existe mayordeposición de niquel en las muestras de bajarugosidad.b) El último aspecto mencionado, aunado al hechode que existe una disminuci6n de la eficiencia delproceso electroquímico con la rugosidad, evidenciaque la rugosidad del metal base es un factor queinfluye de manera definitiva en la transferencia demasa del niquelado electrolítico. El incremento dediferencias entre micropicos y microvalles originadistorsiones en la capa difusional introduciendoheterogenidad y porosidades en la capaelectrodepositada.e) El niquelado produce cierto nivelador sobre lasuperficie metálica, ya que este es un baño queposee un buen poder macro y microcubriente. Estehecho se observ6 tanto a nivel experimental comoen las pruebas industriales, donde se incrementa elefecto, particularmente, en las piezas de mayorrugosidad, gracias al efecto de los agentestensoactivos (abrillantadores y humectantes). Esteefecto logic amente favorece las características delbrillo de las láminasniqueladas. Ver figura 2; endichas figuras igualmente se puede determinarcomo son críticos el tiempo de electrodeposiciuónde 20 minutos y la rugosidad de 30 micropulgadaspara tener aceptables valores de brillo.d) La figura 3 muestra como se incrementa elespesor de capa depositada con el tiempo deelectrodeposición. Puede observarse como al igualque en las pruebas piloto con tiempos pequeños deelectrodeposici6n (menores de 15 min) se depositamayor nivel de niquel en las muestras de bajarugosidad, sin embargo, luego de los 20 min seobserva una inversión, depositando se mayoresniveles de níquel en las muestras de alta rugosidad.Consideramos que este hecho se deba a lainfluencia de los agentes tensoactivos.

Sobre una superficie rugosa la probabilidadde aproximaci6n de los iones que difunden es másgrande sobre los micropicos que sobre losmicrovalles, por lo tanto, al utilizar agentesniveladores (tensoactivos), estos se ubicarán,preferencialmente, sobre los micropicosincrementando el potencial cat6dico en dichaszonas desviando el flujo de cationes hacia losmicrovalles y lograndose el efecto nivelador.Como se puede entender, entonces los agentestensoactivos originan, al igual que la rugosidad,alteraciones en el micro poder cubriente pudiendo,probablemente, influir en la diferencia de cantidad

de niquel depositada luego de los 20 min deelectrodeposición.

e) Los resultados de resistencia a la corrosión semuestran en la figura 4. Puede observarse que larugosidad disminuye la resistencia a la corrosión,puesto que al afectar el micropoder cubrientefavorece las discontinuidades, la heterogenidad dela capa y la presencia de porosidades. Losresultados confirman como valores críticos lostiempos de 20 min y la rugosidad de 30micropulgadas. •

Conclusiones

1.- La rugosidad afecta la transferencia de masa yel micropoder cubriente en el proc eso de niqueladoelectrolítico, todo esto influye en la eficiencia de lacelda y en la homogenidad de la capa de metaldepositado.2.- La densidad de corriente óptima es de 4,35A/dm2, el tiempo óptimo es de 20 min y larugosidad límite es de 30mpulg para lograr garantíade calidad en niquelado ornamental.

Bibliografia

1. Pushpavanarn y Raman V. Leveling in BrightNickel Electrolyte. Metals Finishing, vol. 80,1982.

2. Metals Handbook ASTM, Nickel Plating, ASM1984. pp 45-47

3. Mohler J. Plating Cells, Metals FinishingHandbook. 1987, pp 621

4. Hashiba H. Hull Cell Test, Ind. Research Inst.Aichi Pref. 1980

Latinámerican Journal of Metallurgv and Materials, Vol]J. N° Iv 2. 1992