Efecto de diferentes parámetros sobre la calidad de las electroformas de níquel. Desarrollo y validación de dispositivo para mejorar la uniformidad de espesor

Resum

En el presente trabajo se desarrolla un estudio experimental del proceso de electroconformado de níquel en el que se analiza el efecto de diferentes parámetros sobre las propiedades y la distribución de espesor del metal en las electroformas obtenidas. Por otra parte se presenta el diseño y la fabricación de un dispositivo automático de orientación catódica (DAOC) y se exponen los resultados de los ensayos experimentales que lo validan como una alternativa a los métodos existentes orientados a la mejora de la uniformidad de espesor en cáscaras electroconformadas. La primera fase de la investigación se centró en el estudio de los efectos individuales y sinérgicos de diferentes aditivos orgánicos sobre la microestructura y las propiedades mecánicas de las electroformas de níquel obtenidas en un baño electrolítico de sulfamato. Se ensayaron un total de cinco aditivos, tres abrillantadores: ácido-1,3,6-naftalen trisulfónico (sal de sodio) (NTS), p-Toluensulfonamida (p-TSA) y sacarina; y dos nivelantes: 2-butino-1,4-diol (BD) y cumarina. Los análisis efectuados mediante microscopía óptica en la sección transversal de las electroformas mostraron que todas las combinaciones de aditivos produjeron refinamiento de grano en los electrodepósitos. Además las electroformas presentaron un aumento de dureza significativo, alcanzando un valor máximo (550 HV) con NTS y sacarina mezcladas con BD. Las tensiones internas de los electrodepósitos pasaran de tracción a compresión debido a la presencia de los aditivos en el electrolito, obteniéndose un valor más próximo a cero con la combinación de NTS y BD. En la segunda fase de la investigación se estudia la influencia de la densidad de corriente y la orientación del modelo, entre otros parámetros, en la distribución de espesor y el crecimiento nodular de borde en un modelo plano. Se comprobó que la cantidad de metal depositada en los bordes de la electroforma depende fundamentalmente de la densidad de corriente y es poco sensible a la orientación catódica, sin embargo este último factor sí mostró un efecto significativo sobre la distribución del espesor en la zona plana. El dispositivo DAOC desarrollado está compuesto por un subsistema mecánico de dos ejes, que ejecuta los movimientos de orientación de la pieza (o cátodo) durante el proceso de electroconformado, una unidad de control y un software que permite el control remoto del dispositivo y la definición de las coordenadas y tiempos de establecimiento de las secuencias de movimiento. El fundamento del DAOC como método para la mejora de la uniformidad de espesor se basa en la orientación controlada de la pieza durante la electrodeposición de tal forma que se consiga aumentar la densidad de corriente, y por tanto el espesor, en aquellas zonas ocultas o más alejadas del ánodo. Los ensayos experimentales de validación se realizaron con un modelo cúbico y se demostró que, mediante la aplicación de una secuencia simple de tres posiciones, se obtienen mejoras significativas en términos de uniformidad de espesor, respecto a la electrodeposición en estático, entre la cara frontal (enfrentada al ánodo en posición estática) y una cara perpendicular. Tanto el espesor medio como el espesor en el punto central de ambas caras tienden a igualarse, sin que tuviera ningún efecto significativo sobre estas dos variables, para el rango de espesores investigado, la presencia de aditivos orgánicos en el baño electrolítico.