Depósito electrolítico de metales: influencia de aditivos y complejantes en el crecimiento de los cristales y en la calidad de los depósitos

Abstract

El presente trabajo de tesis contempla el estudio del electrodepósito de los metales cobre y cinc a partir de electrolitos alcalinos no cianurados. El cinc es por excelencia el metal utilizado para proteger el acero de la corrosión. Si bien para gran parte de sus aplicaciones (construcción, automotriz, electrodomésticos) los recubrimientos se obtienen a partir de baños ácidos sulfato, los mismos presentan menor poder cubriente y no son brillantes. Por lo tanto, en algunos casos resulta favorable el empleo de electrolitos alcalinos. La alternativa que se ha encontrado a los electrolitos alcalinos cianurados es el empleo de baños de cincato, los cuales requieren el uso de aditivos niveladores y abrillantadores para lograr una calidad aceptable. Algunos de estos aditivos generan un fenómeno conocido como envejecimiento, el cual provoca la variación de las propiedades del recubrimiento, entre ellas, su resistencia a la corrosión. El estudio de este fenómeno se abordará con una formulación industrial a base de cincato y dos aditivos comerciales de la familia polyquaternium. Los electrolitos de cobreado alcalinos se emplean principalmente en etapas intermedias del electrodepósito para obtener recubrimientos de muy bajo espesor (strike plating) sobre metales que sufren ataque químico en medios ácidos. De este modo, se protege el sustrato para procesos de terminación como el cobreado ácido, el niquelado o el cromado. A diferencia de lo que ocurre con el cinc, las alternativas sin cianuro que se han propuesto no han sido adoptadas masivamente en la industria, quedando acotadas a estudios de laboratorio. Se ha abordado entonces, el estudio de un electrolito sin cianuro a base de glutamato de sodio, incluyendo las etapas de formulación, caracterización electroquímica del electrolito, obtención y caracterización de los depósitos obtenidos a partir del mismo y el estudio de varios aditivos niveladores que podrían ser utilizados con este nuevo electrolito. Los estudios llevados a cabo a lo largo de esta tesis comprendieron la caracterización electroquímica de los electrolitos sin y con aditivos empleando técnicas de análisis como voltamperometrías, cronoamperometría y espectroscopia de impedancia electroquímica; la obtención de depósitos metálicos utilizando distintos tipos de celdas electroquímicas y sobre diferentes geometrías de electrodo y la caracterización de los depósitos obtenidos empleando diferentes microscopias, difracción de rayos X y cromatografía gaseosa, entre otras técnicas. Respecto del electrolito para cincado sin cianuro, se pudieron identificar las estructuras químicas de los aditivos. Los estudios electroquímicos mostraron distinto grado de nivelado, en coincidencia con las diferencias en el aspecto y la morfología de los recubrimientos. Las diferencias estructurales y la incorporación de parte de uno de los aditivos en los depósitos generan diferentes tensiones internas cuya liberación provoca la ruptura del recubrimiento y el crecimiento de whiskers, factores que modifican la cinética de la reacción de cementación de cobre, indicativa de la resistencia a la corrosión del material. Por otra parte, la formulación de un nuevo electrolito de cobreado alcalino sin cianuro a base de glutamato de sodio, realizada a partir del estudio del equilibrio y la distribución de especies en el sistema Cu2+-glutamato, fue exitosa. La caracterización electroquímica permitió proponer un posible mecanismo de reacción en dos etapas con una especie Cu+* soluble como intermediario catódico. Además, se pudo estudiar el efecto de varios niveladores orgánicos. Se obtuvieron depósitos de cobre homogéneos y con adecuada adherencia en distintas condiciones operativas y diferentes arreglos de celdas, sin y con aditivos. Como corolario de este trabajo de tesis, el electrolito de cobreado alcalino formulado por el grupo de trabajo fue patentado y se encuentra en período de prueba en talleres industriales de galvanoplastia.