Comportamiento Tribológico de Recubrimientos compuestos (Cu-NTC) aplicados sobre acero por vía electroquímica.

PABLO SERÉ; J. F. BENGOA; LEANDRO BENGOA; CECILIA DEYÁ; PAOLA PARY; EGLI, W.A.

Congreso; SAM-CONAMET/VIII INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS; 2022

Desde hace tiempo se vienen estudiando alternativas de recubrimientos auto lubricantes debido a sus ventajas en comparación con los sistemas que necesitan lubricación periódica ya que son más seguros y de libre mantenimiento durante su vida útil. En este sentido los recubrimientos compuestos, comprendidos por una matriz metálica y la dispersión de nanopartículas con capacidad lubricante obtenidos por vía electroquímica son una alternativa muy interesante por sus bajos costos operativos y requerimientos de inversión en equipamiento [1]. En el presente trabajo se obtuvieron recubrimientos de Cu en medio alcalino amigable con el medioambiente (libre de cianuros), utilizando cómo electrolito una mezcla de glutamato de sodio y sulfato de cobre. Para dotar al recubrimiento de capacidad auto lubricante se adicionó, en algunos casos, nanotubos de carbono de multi pared (NTC) y en otros, NTC químicamente activados. Además, durante el proceso de electrodeposición se evaluó el efecto de la agitación por ultrasonido sobre la adherencia, la morfología y el comportamiento tribológico del recubrimiento.Los depósitos se realizaron en modo galvanostático a una densidad de corriente de 6 A/dm2 a 50ºC. Como sustrato se utilizaron barras de acero SAE 1020 de 11,5 mm de diámetro, dejando un área expuesta de 0,1 dm2. Como electrolito se utilizó 0,2 M CuSO4∙5H2O y 0,6 M C5H8NO4Na, el pH se ajustó a 8 mediante KOH.La preparación superficial de las muestras se llevó a cabo mediante limpieza anódica en 70 g/L de RAC 1134 (Proquigal®), durante 1 minuto a 60ºC y 1 A de corriente. Posteriormente, se decaparon en H2SO4 10% V/V a temperatura ambiente durante 1 min.Para dispersar los NTC y, en algunos casos para agitar el electrolito durante la electrodeposición, se utilizó un agitador por ultrasonido Testlab TB04 de 40KHz de frecuencia y una potencia nominal de 160W. Los NTC se adicionaron al electrolito en una concentración de 1 g/L. La activación de los NTC Se llevó a cabo por calentamiento a reflujo en una solución HNO3 3M durante 6 hs a ebullición. Se colocaron 300 mg de NTC y 1,5 litros de ácido en un balón con refrigerante acoplado. Previo al filtrado de la muestra, el ácido se diluyó hasta alcanzar un pH de 6,5 para no dañar el papel de filtro. En la tabla 1 se detallan las condiciones de los ensayos de cada muestra.Para los ensayos tribológicos se utilizó un tribómetro ?ball on ring? la carga normal aplicada fue de 2,5N durante 2 minutos. La velocidad de rotación fue de 120 rpm y como contramuestra se utilizó una bolilla de 6,3 mm de diámetro de acero AISI 52100. El coeficiente de roce (CR) se calculó de acuerdo a la norma ASTM G115.De los resultados se puede inferir que la agitación por ultrasonido, en estas condiciones, es determinante para obtener recubrimientos de Cu o Cu-NTC de adecuada adherencia y aspecto superficial. En los depósitos obtenidos con agitación ultrasónica, los NTC tanto activados como sin activar fueron incorporados al recubrimiento, esto puede observarse en la figura 1a, donde los NTC conservan su longitud original (aprox. 4-5 μm) pero aumentan su diámetro considerablemente al ser recubiertos por Cu, pasando de 100 a 300 nm aproximadamente. Los NTC modifican las condiciones de nucleación del recubrimiento disminuyendo el tamaño de los cristales de Cu. Esto produce un marcado cambio en la morfología superficial y en las propiedades del recubrimiento (Fig 1b y c). Con respecto al comportamiento tribológico, los recubrimientos obtenidos sin agitación mostraron un desempeño inestable. El recubrimiento se va rompiendo en los primeros estadios del ensayo alcanzando valores promedios del CR de 0,39 a mitad del mismo, CR similar al obtenido sobre acero. Por otro lado, en los recubrimientos obtenidos con agitación, el comportamiento tribológico mejoró considerablemente. No hubo desprendimiento del recubrimiento en ninguno de los ensayos realizados, indicando una adecuada adherencia al sustrato. En las muestras Cu-US se observó una primera meseta con valores promedios de CR=0,16 y posteriormente, otra con valores de CR=0,27. Esto indica que el mecanismo de desgaste cambia durante el ensayo. La incorporación de NTC mejoró aún más el comportamiento tribológico, obteniéndose durante todo el ensayo un comportamiento estable con valores promedio del CR=0,13. El mejor comportamiento se obtuvo con la incorporación de los NTC activados, alcanzando valores promedio de CR=0,1. En la figura 2 se pueden observar fotografías SEM de las huellas de desgaste luego del ensayo tribológico de las muestras obtenidas con agitación