Influencia de un recubrimiento autocatalítico de Ni-P y un recubrimiento multicapa de Ni-P/ZrN en el comportamiento a la corrosión de una aleación de aluminio 7075-T6

Fernández, Daniela¹, Gil, Linda,²

Centro de Corrosión-Dpto. de Ing. Metalúrgica UNEXPO Vicerrectrado Puerto Ordaz

¹daniela9279@gmail.com

²lindagil@cantv.net

Resumen

En el siguiente trabajo se efectuó una evaluación de la influencia de dos tipos de recubrimientos: el primero autocatalítico de Ni-P y el segundo multicapa de Ni-P/ZrN sobre el comportamiento a la corrosión de una aleación de aluminio 7075-T6. Se estudiaron muestras sin recubrimiento, recubiertas con Ni-P con un contenido de fósforo de 9,57 % y de un espesor de 76 mm y tres sistemas recubiertos con Ni-P/ZrN con espesores de capa de ZrN de 0,56, 0,47 y 0,37 mm. Se realizó la caracterización morfológica de cada sistema sin corroer y después de corroído mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) acoplada con EDX y se determinaron los potenciales de corrosión y velocidades de corrosión mediante ensayos electroquímicos en un medio corrosivo desaireado al 3 % de NaCl. Los resultados obtenidos indican que la aplicación de recubrimientos de Ni-P y ZrN mejoran significativamente la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio 7075-T6. El sistema multicapa Ni-P/ZrN presentó una densidad de corriente de corrosión (icorr), velocidad de corrosión (Vcorr) y resistencia a la polarización (Rp) menor que el sistema Ni-P, lo que conlleva a una cinética de corrosión más lenta, es decir, una mayor resistencia de corrosión.

Palabras clave: Aleación 7075-T6 / Recubrimiento de Ni-P / Recubrimiento multicapa de Ni-P/ZrN / Potencial de corrosión / Velocidad de corrosión / Microscopia electrónica de barrido.

I. INTRODUCCIÓN.

La necesidad existente de aleaciones de aluminio de una alta relación entre resistencia mecánica y peso para la industria de la aviación, llevó eventualmente a la introducción de varias aleaciones del sistema Al-Zn-Mg, siendo la 7075 la mejor conocida. El problema de estas aleaciones de aluminio es que presentan comúnmente fallas asociadas a problemas de corrosión localizada. Se realizaron varias investigaciones enfocadas a la modificación de la composición química, proceso de manufactura y tratamiento térmico. Sin embargo, la explotación comercial de estas formas de procesamiento se encuentra aun a niveles de desarrollo incipiente.

Entre las alternativas de prevención utilizadas para minimizar el inicio de la corrosión localizada se encuentran los recubrimientos, que mantienen alejado al material del ambiente corrosivo, disminuyendo la posibilidad de formación y propagación de una grieta iniciada por corrosión localizada, produciéndose de esta manera un incremento de la resistencia a la corrosión del material recubierto. La utilización del recubrimiento autocatalítico de Ni- P (electroless) en los últimos 20 años ha crecido rápidamente. La resistencia a la corrosión de las capas de Ni-P depende principalmente del contenido de fósforo y grado de cristalinidad, encontrándose que para contenidos de fósforo de 1-3% la estructura es cristalina, de 5-8% se tienen pequeños cristales que tienden a ser semiamorfos y mayores a 9% la estructura es completamente amorfa [1]. Se ha comprobado en estudios anteriores que las capas con estructura amorfa son más resistentes a la corrosión que las capas con estructura cristalina.

Otros de los recubrimientos utilizados en la actualidad son los recubrimientos duros, entre los que se encuentra el nitruro de zirconio (ZrN) que se obtiene por la técnica de PVD (Deposición Física de Vapor) y posee una alta resistencia al desgaste y a la corrosión, debido a que reacciona con el oxígeno formando una película muy protectora [2].

El objetivo primordial de la presente investigación es evaluar evaluar la influencia sobre la resistencia a la corrosión de la aplicación de dos sistemas de recubrimiento, autocatalítico de Ni-P (electroless) y multicapa Ni-P/ZrN sobre una aleación de aluminio 7075-T6.

II. DESARROLLO

1. Descripción del experimento.

En este apartado se explicará el desarrollo experimental utilizado para analizar el comportamiento corrosivo de los sistemas evaluados. El proceso se desarrolla en tres etapas básicas: Caracterización de las muestras antes de corroídas, ensayos electroquímicos y caracterización de las muestras después de corroídas.

1.1. Caracterización de muestras antes y después de corroídas

Para la caracterización morfológica de la aleación de aluminio 7075-T6, el sistema 7075-T6/Ni-P y el sistema 7075-T6/Ni- P/ZrN tanto no corroídas como corroídas, se realizó la preparación de las muestras para microscopía electrónica de barrido. Dicha preparación constó de los siguientes pasos (Ver Figura 1)

Figura 1. Descripción de la secuencia para la caracterización de los sistemas evaluados

1.2 Ensayos electroquímicos

Esta evaluación se realizó mediante ensayos de polarización potenciodinámica y de resistencia a la polarización (Rp). El electrolito empleado es una solución de cloruro de sodio (NaCl) al 3 %. En la Figura 2 se puede observar la celda y el equipo utilizado, así como los parámetros de entrada y salida empleados para la obtención de las curvas potenciodinámicas y las curvas de resistencia a la polarización.

Figura 2. Esquema del equipo utilizado para los ensayos de corrosión electroquímica y los parámetros de entrada y salida

2. Resultados y Análisis.

En la Figura 3 se presentan las curvas obtenidas en los ensayos de polarización potenciodinámica para cada sistema evaluado en medio de cloruro de sodio al 3%. Se observa que todos los recubrimientos depositados sobre la aleación 7075-T6 desplazaron el potencial de corrosión a valores más nobles, por lo que disminuyeron su tendencia termodinámica a la corrosión. Se observa que el potencial de corrosión de la curva correspondiente al sistema 7075-T6/Ni-P/ZrN A es mucho más positivo que los de la curva B y C, y que el potencial de corrosión de la curva B es más positivo que el de la curva C. Esta diferencia de potencial puede ser atribuida a la diferencia de espesor de las capas de nitruro de zirconio, siendo la curva A de mayor espesor (0,56 mm) la que refleja el potencial más noble y la curva C de menor espesor (0,37 mm) la que refleja el potencial menos noble. Esto indica que el espesor de la capa de nitruro de zirconio tiene influencia en la resistencia a la corrosión del sistema 7075-T6/Ni- P/ZrN.

Figura 3. Curvas de polarización potenciodinámica de los sistemas 7075-T6, 7075-T6/Ni-P y 7075-T6/Ni-P/ZrN A, B y C en NaCl 3% desaireada.

Los resultados de la Tabla I indican que termodinámicamente el recubrimiento de Ni-P ofrece mejores resultados que el sistema multicapa de Ni-P/ZrN, ya que hace que el potencial de corrosión del substrato sea 1,6 veces más positivo, mientras que el sistema Ni-P/ZrN A lo hace 1,4 veces, el sistema Ni-P/ZrN B 1,3 veces y el sistema Ni-P/ZrN C 0,7 veces. La menor tendencia a la corrosión por parte del recubrimiento de Ni-P se debe principalmente a su estructura amorfa, ya que no posee inhomogeneidades superficiales como bordes de grano ni partículas de segunda fase que sirvan como sitios activos para el ataque corrosivo [3].

Tabla I. Resultados potenciodinámicos de los sistemas 7075- T6, 7075-T6/Ni-P y 7075-T6/Ni-P/ZrN A, B y C.

En la Tabla II se pueden observar los resultados de los ensayos de resistencia a la polarización que indican información de la cinética del proceso de corrosión. Evidentemente todos los recubrimientos aumentaron la resistencia a la corrosión de la aleación 7075-T6, obteniéndose una mayor resistencia a la corrosión con la aplicación del recubrimiento multicapa de Ni- P/ZrN. Se puede decir que aún cuando termodinámicamente el sistema 7075-T6/Ni-P arrojó mejores resultados, ya que disminuyó en mayor proporción la tendencia del substrato a la corrosión, los sistemas conformados por Ni-P/ZrN presentan una densidad de corriente de corrosión, velocidad de corrosión y resistencia a la polarización (Rp) menor, lo que conlleva a una cinética de corrosión más lenta, es decir, una mayor resistencia de corrosión.

Tabla II. Resultados de resistencia a la polarización de los sistemas 7075-T6, 7075-T6/Ni-P y 7075-T6/Ni-P/ZrN A, B y C

Las muestras luego de ser ensayadas fueron evaluadas por microscopía electrónica de barrido (MEB). A continuación (Figura 4) se presentan fotomicrografías de secciones frontales y secciones transversales de muestras tanto no corroídas como corroídas por ensayos de polarización potenciodinámica.

Figura 4. Fotomicrografia obtenida por MEB de la sección transversal de una muestra del sistema 7075-T6/Ni-P. A) No corroída B) Corroída .

En la Figura 4A se aprecia la morfología del recubrimiento de Ni-P antes de corroer, se tiene la presencia de una superficie lisa cubierta con un pequeño número de semiesferas o nódulos, morfología típica de recubrimientos de electroless de alto fósforo. En la Figura 4B se observa la superficie irregular de la capa de Ni-P producto del ataque sufrido por la muestra al estar en contacto con el medio corrosivo de cloruro de sodio. Visualmente no se observa la presencia de productos de corrosión en las irregularidades de la superficie del recubrimiento, indicando que la película de productos es muy delgada para ser detectada y analizada por la técnica de microscopía electrónica de barrido. También se aprecia que la profundidad del ataque corrosivo no es tan grande en comparación con el espesor de la capa de Ni-P.

En la Figura 5A se observa la muestra del sistema 7075-T6/Ni- P/ZrN A sin corroer, la presencia de poros es característico de las capas de ZrN. El mecanismo de corrosión de estos recubrimientos está asociado a la presencia de estos poros a través de los cuales el medio corrosivo penetra, conduciendo eventualmente a la delaminación del recubrimiento en zonas localizadas (Fig. 5B). También se observa en la Fig. 5B una zona oscura representada por el ataque sufrido por la capa de Ni-P que se encuentra debajo del recubrimiento de ZrN debido al par galvánico entre la capa de Ni-P y ZrN. Es importante destacar que se observaron pocas zonas de ataque y delaminación del recubrimiento, lo que refleja el carácter protector del sistema multicapa Ni-P/ZrN.

Figura 5. Fotomicrografía obtenida por MEB de la sección frontal de una muestra del sistema 7075-T6/Ni-P/ZrN. A) No corroída B) Corroída

III. CONCLUSIONES

1. La aplicación del recubrimiento de Ni-P y ZrN mejora significativamente la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio 7075-T6.

2. El sistema multicapa Ni-P/ZrN presentó una densidad de corriente de corrosión (icorr), velocidad de corrosión (Vcorr) y resistencia a la polarización (Rp) menor que el sistema de Ni-P, lo que conlleva a una cinética de corrosión más lenta, es decir, una mayor resistencia a la corrosión.

IV. REFERENCIAS

1. Martyak N. M., Wetterer S., Harrison L. McNeil M., Heu R. and Albert N., “Stucture of Electroless Nickel Coatings” Plating and Surface Finishing, Vol 80, 1993, p. 60.        [ Links ]

2. Brown R. and Alias M., “Effect of Composition and Thickness on Corrosion Behavior of TiN and ZrN Thin Films” Surface and Coatings Technology, Vol 62, 1993, p. 467.        [ Links ]

3. Lo Ping-Ho, Tsai Wen-Ta, Lee Ju-Tung and Hung Ming-Pan, “Role of Phosphorus in the Electrochemical Behavior of Electroless Ni-P Alloys in 3.5% NaCl Solutions” Surface and Coatings Technology, Vol 67, 1994, p. 27.        [ Links ]