Depósitos electrolíticos compuestos: influencia de la adsorción de la especie electroactiva sobre las partículas

Abstract

El depósito de materiales compuestos consiste en la incorporación de pequeñas partículas en la matriz metálica durante la electrólisis. Esta técnica permite generar recubrimientos compuestos que tienen propiedades únicas, resultantes de la combinación de las características propias del metal que forma el soporte del recubrimiento con las de las partículas (materiales cerámicos, compuestos orgánicos, minerales, etc.). Dado que el mecanismo por el cual las partículas se incorporan en un recubrimiento metálico electrolítico no está elucidado completamente, se buscó lograr un avance en el modelado e interpretación del proceso de electrodepósito de materiales compuestos. En particular, se estudió el rol que juega la adsorción de la especie electroactiva sobre la superficie de las partículas de acuerdo al postulado de Celis et al. Para ello se obtuvieron depósitos de Cu-Al2O3 a partir de un baño de cobreado conteniendo glutamato de sodio como electrolito soporte (0,2 M CuSO4·5H2O y 0,6 M glutamato monosódico). El ion glutamato (C5H7NO42-) forma complejos con el Cu2+ los cuales se adsorben fácilmente sobre la superficie de alúmina incrementando la concentración superficial de la especie electroactiva sobre las partículas. Se agregó 20 g/L de alúmina al electrolito y se obtuvieron depósitos galvanostáticos a diferentes valores de pH (3-10) y densidades de corriente (1-10 A/dm2). La temperatura se mantuvo fija en un valor de 60 ± 0,2 ºC.

Electrocodeposition is a well-known phenomenon through which inert particles are embedded in a metallic matrix during electrodeposition. The result of this process is a metallic coating containing small particles dispersed throughout the deposit, i.e. a composite coating. This technique provides an effective method to obtain deposits with unique properties, resulting from the combination of the particles’ characteristics (ceramic, metallic, organic, etc) with those of the electrodeposited metal. Since the mechanism through which particles incorporate into the growing deposit remains unclear, the aim of this work was to contribute to the understanding of this complex process. Special attention was paid to Celis et al. postulate, which states that adsorption of the electroactive species is a fundamental step for the incorporation of particles. To this end, Cu-Al2O3 deposits were obtained from a copper-glutamate bath (0.2 M CuSO4·5H2O y 0.6 M monosodium glutamate) used for copper plating in alkaline conditions. It is known that glutamate ion (C5H7NO42-) promotes adsorption of Cu2+ on alumina through the formation of ternary surface complexes and therefore allows for the validation of Celis hypothesis. Alumina was added to the electrolyte (20 g/L) and various deposits were obtained at different current densities (1-10 A/dm2) and pH conditions (3-10). Temperature was fixed at 60 ± 0.2 ºC throughout this study.