Efecto de las condiciones de electrodeposición sobre el comportamiento tribológico de recubrimientos Ni–Co

Abstract

The tribological behavior of Ni–Co electrochemical coatings deposited on AISI O1 steel substrates and its relationship with the microstructural properties were evaluated. The deposits were applied by chemical electrodeposition using precursor salts of NiSO4·6H2O, NiCl2·6H2O, and CoSO4·7H2O at current densities of 2 A/cm2, 4 A/cm2, and 10 A/cm2. The thickness, nickel content, and hardness of the coatings increased as the current density increased, achieving thicknesses of 25 µm, 46 µm, and 125 µm; and Ni contents of 55.3%, 55.5%, and 69.7% weight, which generated crystalline Ni–Co coatings with a hardness of 513 HV, 534 HV, and 563 HV. Using alumina counterparts, the uncoated steel specimens and Ni–Co coatings were subjected to dry wear tests in a ball-on-plane reciprocating configuration. A Taguchi L9 orthogonal array design with three process parameters and three levels of variation for each parameter was applied. The output variable was wearing rate K (mm3/N·m). One of the design parameters was the electrodeposition current density, in values of 2 A/cm2, 4 A/cm2, and 10 A/cm2, which involves the microstructural characteristics and hardness of the deposits. The other two design parameters were chosen from the wear test configuration: the applied load in values of 1 N, 5 N, and 10 N, and the total sliding distance at levels of 250 m, 500 m, and 1000 m. The optimal Taguchi combination where the lowest wear rate of 1.865X10–6 mm3/N·m was achieved was for the Ni–Co coating with hardness 513 HV, at the conditions of 2 A/cm2, 5N load, and distance of 500 m. From the ANOVA analysis, the applied load (47.2%) and current density (36.6%) were identified as the parameters that contribute the most to the wear behavior of the coatings.

Se evaluó el comportamiento tribológico de recubrimientos electroquímicos de Ni–Co depositados sobre sustratos de acero AISI O1 y su relación con las propiedades microestructurales. Los depósitos se aplicaron mediante electrodeposición química utilizando sales precursoras de NiSO4·6H2O, NiCl2·6H2O y CoSO4·7H2O a densidades de corriente de 2 A/cm2, 4 A/cm2 y 10 A/cm2. El espesor, contenido de níquel y dureza de los recubrimientos aumentaron al aumentar la densidad de corriente, logrando espesores de 25 µm, 46 µm y 125 µm; y contenidos de Ni de 55.3%w, 55.5%w y 69.7%w; lo que generó recubrimientos cristalinos Ni–Co con durezas de 513 HV, 534 HV y 563 HV. Las muestras de acero sin recubrimiento y los recubrimientos de Ni–Co se sometieron a pruebas de desgaste en seco en una configuración reciprocante de bola sobre plano utilizando contrapartes de alúmina. Se aplicó un diseño de matriz ortogonal L9 de Taguchi con tres parámetros de proceso y tres niveles de variación para cada parámetro. La variable de salida fue la tasa de desgaste K (mm3/N·m). Uno de los parámetros de diseño fue la densidad de corriente de electrodeposición, en valores de 2 A/cm2, 4 A/cm2 y 10 A/cm2, factor que repercute sobre las características microestructurales y dureza de los depósitos. De la configuración del ensayo de desgaste se eligieron los otros dos parámetros del diseño: la carga aplicada en valores de 1 N, 5 N y 10 N, y la distancia total de deslizamiento en niveles de 250 m, 500 m y 1000 m. La combinación Taguchi óptima donde se logró la tasa de desgaste más baja de 1.865X10–6 mm3/N·m fue para el recubrimiento de Ni–Co de dureza 513 HV, a las condiciones de 2 A/cm2, carga de 5N y distancia de 500 m. A partir del análisis ANOVA, se identificaron la carga aplicada (47.2%) y la densidad de corriente (36.6%) como los parámetros que más contribuyen al comportamiento de desgaste de los recubrimientos.