Development and characterization of novel electroless nickel coatings: multifunctional applications from the micro to the nanoscale

Tesi d’estudis: Tesi doctoral

Resum

Aquesta tesi comprèn el disseny i optimització d’un procés de deposició de níquel químic per al desenvolupament de nous recobriments de Ni-P amb funcionalitats avançades, a la micro- i la nano-escala, a partir d’una formulació pròpia de níquel químic amb baix contingut de fòsfor. A la micro-escala, el treball s’ha focalitzat en el desenvolupament de nous processos de deposició per a la producció de recobriments multicapa per a aplicacions funcionals. Pel que fa a la nano-escala, s’han sintetitzat nous recobriments de Ni-P ultra-prims que exhibeixen permeabilitat a diferents longituds d’ona de l’espectre electromagnètic. Per tal de millorar les prestacions d’una formulació pròpia de níquel químic, de baix contingut de fòsfor, es va realitzar la seva optimització mitjançant la metodologia Taguchi. Així, va ser possible potenciar, de manera individual mitjançant optimització univariant, característiques com ara el contingut de fòsfor, el gruix, la duresa i la resistència al desgast i a la corrosió. Posteriorment, mitjançant l’optimització multivariant, es va optimitzar de manera conjunta la resistència al desgast i a la corrosió. D’aquesta manera, va ser possible obtenir recobriments amb una velocitat de corrosió tres vegades inferior a la millor solució aconseguida en l’optimització univariant, bo i mantenint les millors propietats mecàniques. Aquesta formulació es va emprar per a la síntesi de recobriments de Ni-P multicapa. Els resultats mostren que el recobriments multicapa ofereixen un millor comportament enfront de la corrosió, gràcies a les interfases generades en el procés, tot mantenint les millors propietats mecàniques. Els recobriments multicapa permeten retardar l’avanç del front de corrosió gràcies a la presència de les interfases, les quals són capaces d’aturar el progrés d’esquerdes i defectes. Després d’un tractament tèrmic adequat, els recobriments multicapa són capaços de protegir el material base de la corrosió, tot promovent el desplaçament lateral dels productes de corrosió derivats de l’atac de manera que, en acumular-se, provoquen l’exfoliació de la capa, bo i exposant la següent capa al medi corrosiu. Aquest comportament no es va observar en recobriments monocapa. Els recobriments multicapa ofereixen també millores significatives sota l’acció combinada del desgast i la corrosió. Així, els assajos de tribocorrosió en condicions de potencial de circuit obert i en presència de NaCl 3.5 wt.% van mostrar un desgast 3,5 vegades menor per a les multicapes que per als recobriments monocapa. Aquests resultats posen de manifest la importància del mètode de producció en les propietats finals dels recobriments de Ni-P. Finalment, a partir d’aquesta formulació va ser possible sintetitzar recobriments ultra-prims de Ni-P (75-150 nm) permeables al radar en la banda de 75-90 MHz, i es va aconseguir augmentar la permeabilitat en un 50% mitjançant el tractament criogènic dels recobriments obtinguts. Així mateix, fent servir la mateixa tècnica, es van sintetitzar recobriments de Ni-P permeables a la llum visible en el rang de 75-400 nm. Aquests darrers permeten el pas de llum a través seu, generant una estètica “on/off” en funció de les condicions d’il·uminació. El nou procés desenvolupat permet obtenir una nova generació de recobriments de Ni-P amb propietats avançades, la qual cosa dona lloc a un ventall de noves aplicacions per a les quals el níquel químic no era considerat a priori adient.

Data del Ajut20 de nov. 2020
Idioma originalAnglès
SupervisorEva García Lecina (Director/a), Eva Maria Pellicer Vila (Director/a) & Jordi Sort Viñas (Director/a)

Com citar-ho

'