Synthesis, characterization and corrosion resistance of electroless Ni-P and Ni-P-SiC coatings: a comparative study

Abstract

Electroless Ni-P coatings have been widely used due to their good combination of properties such as hardness, wear resistance and corrosion resistance. The addition of dispersed hard micro-particles into the Ni-P matrix has led to the development of composite coatings. Ni-P composite coatings exhibit an improved hardness and wear resistance properties; however, there is still a disagreement among researches on the corrosion behavior of composite Ni-P coatings. The present investigation involves the synthesis, characterization and a comparative study of the corrosion resistance in NaCl 3,5% of electroless Ni-P and Ni-P-SiC deposits obtained by either prepared or commercial electrolytic nickel/hypophosphite based baths. The characterization of deposits involved studies about morphology by SEM, chemical composition by energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOS), microstructure by X-ray diffraction (XRD) and hardness. All deposits showed an amorphous micro-structure and high phosphorus content (10-14 wt%). Ni-P-SiC deposits showed an increased hardness (802 HV-815 HV) in comparison with Ni-P deposits (469 HV-626 HV). The techniques used to study the corrosion resistance in NaCl 3,5% were linear polarization resistance (LPR), Tafel plots and electrochemical impedance spectroscopy (EIS). These techniques agreed to show the better corrosion resistance of Ni-P-SiC coatings over the Ni-P coatings. This fact can be ascribed to the decrease in the effective metallic area available for corrosion. Ni-P-SiC deposits exhibited higher polarization resistance (Rp) values (103-66 kΩ.cm2) in comparison with Ni-P deposits (46-55 kΩ.cm2). Also, the corrosion current density values of Ni-P-SiC deposits (0,17-0,65 µA/cm2) were lower than Ni-P deposits (0,71-1,08 µA/cm2). Concerning to the mechanism by which the Ni-P and Ni-P-SiC become corroded, EIS experiments demonstrated that the corrosion process involved a charge transfer mechanism in all the cases. Tafel plots also corroborated this mechanism since of all deposits showed a Tafel behavior.

Los recubrimientos de aleaciones de Ni-P obtenidos por proceso de reducción autocatalítica (electroless-plating) han sido ampliamente utilizados debido sus propiedades de dureza, resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión. La adición de micro-partículas duras dispersas en la matriz de Ni-P ha conducido al desarrollo de recubrimientos compuestos de Ni-P. Dichos recubrimientos presentan una mayor dureza y resistencia al desgaste; sin embargo, todavía existen diversas opiniones en cuanto al comportamiento frente a la corrosión de los recubrimientos compuestos de Ni-P. La presente investigación consiste en la síntesis, caracterización y estudio comparativo de la resistencia a la corrosión en NaCl 3,5% de recubrimientos de Ni-P y Ni-P-SiC obtenidos a partir de baños (preparados en laboratorio y comerciales) que contienen sulfato de níquel e hipofosfito de sodio como base de su composición. La caracterización de los recubrimientos involucró estudios de morfología por microscopía electrónica de barrido (SEM), composición química mediante espectroscopía de dispersión de energía con rayos X (EDX) y espectroscopía de emisión óptica por descarga luminiscente (GDOS); microestructura por difracción de rayos X (XRD) y ensayos de dureza. Todos los recubrimientos mostraron micro-estructura amorfa y alto contenido de fósforo (10-14% en peso). Los recubrimientos de Ni-P-SiC fueron más duros (802 HV-815 HV) en comparación a los recubrimientos de Ni-P (469HV-626HV). Las técnicas utilizadas para estudiar la resistencia a la corrosión en NaCl 3,5% fueron: resistencia de polarización lineal (LPR), curvas de Tafel y espectroscopía de impedancia electroquímica (EIS). Estas técnicas concordaron en demostrar la mejor resistencia a la corrosión de los depósitos de Ni-P-SiC en relación a los depósitos de Ni-P. Este hecho se atribuye a la disminución del área metálica efectiva expuesta. Los valores de resistencia a la polarización (Rp) fueron mayores para los recubrimientos de Ni-P-SiC (103-66 kΩ.cm2) en relación a los depósitos de Ni-P (46-55 kΩ.cm2). Además, los valores de densidad de corriente de corrosión de los depósitos de Ni-P-SiC (0,17-0,65 µA/cm2) fueron inferiores a los depósitos de Ni-P (0,71-1,08 µA/cm2). En cuanto al mecanismo de corrosión, los estudios de EIS demostraron que el proceso de corrosión involucra un mecanismo de transferencia de carga en todos los casos. Las curvas de polarización también corroboraron dicho mecanismo ya que de todos los depósitos mostraron un comportamiento de Tafel.