A2_12

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Tema A2a Materiales: Recubrimientos. 
Desempeño tribológico de recubrimientos compuestos base níquel depositados por 
vía térmica y química sobre materiales ferrosos. 
M.C. Raúl Gilberto Valdez Navarro*a, Dr. Arturo Barba Pingarróna, Dr. Félix Sánchez de Jesúsb,
Dra. Ana María Bolarin Mirób, Ing Gilberto Dayi Agredo Diazc, Dr. Jesús Rafael Gonzàlez Parraa,
Dr. Miguel Ángel Hernández Gallegosa, Dra. Alba Covelo Villara.
aCentro de Ingeniería de Superficies y Acabados, Facultad de Ingeniería. Universidad Nacional Autónoma de México, Circuito Exterior, Ciudad 
Universitaria, Distrito Federal, C.P. 04510, México 
bArea Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Laboratorio de Materiales Particulados, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Pachuca 
Hidalgo, México 
cDepartamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica, UniversidadNacional de Colombia, Sede Bogotá, Colombia. 
*[email protected]º
R E S U M E N 
Este trabajo presenta la investigación realizada orientada a caracterizar el desempeño tribológico de 4 diferentes 
recubrimientos sobre sustratos ferrosos, generados por la vía química y por la vía térmica. Se determinaron conjuntos de 
parámetros de operación tanto para el proceso de niquelado químico como para el realizado por proyección térmica, tales que 
permitieran obtener recubrimientos de base níquel con partículas embebidas de carburo de tungsteno (WC) y carburo de 
silicio (SiC), lo anterior a fin de evaluar su respuesta en condiciones de desgaste. Los recubrimientos obtenidos fueron 
caracterizados empleando Microscopía Electrónica de Barrido (MEB), Espectroscopía por Dispersión de Energía (EDS), 
ensayos de microdureza Vickers (HV) y resistencia al desgaste mediante el ensayo Pin on disc. Los resultados obtenidos 
muestran mejoras notables para todos los sistemas de recubrimientos; en el caso del recubrimiento NiP es de 580%, el NiP-
WC 460%, el 12C 7780% y el 12C-10SiC 820% con relación al sustrato. 
Palabras Clave: Recubrimiento, Proyección térmica, Niquelado químico, Desgaste. 
A B S T R A C T 
This work presents the research carried out aimed at characterizing the tribological performance of 4 different coatings on 
ferrous substrates, generated by the chemical and thermal routes. Operating parameters were determined both for the chemical 
nickel plating and for the thermal spraying process, such that they would allow obtaining nickel-based coatings with 
embedded particles of tungsten carbide (WC) and silicon carbide (SiC). in order to evaluate its response under wear 
conditions. The coatings obtained were characterized using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersion 
Spectroscopy (EDS), Vickers microhardness tests (HV) and wear resistance using the Pin on disc test. The results obtained 
show notable improvements for all coating systems; in the case of the NiP coating it is 580%, the NiP-WC 460%, the 12C 
7780% and the 12C-10SiC 820% in relation to the substrate. 
Keywords: Coating, Thermal spraying, Electroless nickel plating, Wear. 
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1. Introducción
El niquelado químico y la proyección térmica son dos 
técnicas para la generación de recubrimientos que se 
emplean hoy en día con amplia aplicación industrial para 
dotar a las superficies de mejoradas propiedades de 
resistencia al desgaste y resistencia a la corrosión, entre 
otras. El niquelado químico deposita, por vía química, y, 
en función de la formulación empleada, aleaciones Ni-P 
(cuando se emplea como sustancia reductora el 
hipofosfito de sodio, que es la mas utilizada), sobre un 
amplio espectro de materiales metálicos y no metálicos. 
Una ventaja respecto a otras técnicas de deposición es 
que el espesor de los recubrimientos generados por esta 
vía se mantiene prácticamente constante 
independientemente de la geometría de los sustratos y la 
viabilidad económica de su implementación. [1-2] 
En cuanto a la proyección térmica, (que incluye diversas 
técnicas), una característica sobresaliente es la gran 
variedad de materiales que pueden ser utilizados para 
generar recubrimientos, tales como metales y aleaciones, 
cerámicos e incluso polímeros, con tasas de deposición 
altas, comparado con otras técnicas de deposición 
alternativas. Sin embargo, pese a la creciente aplicación 
de ambos procesos, recientemente ha sido de especial 
interés generar recubrimientos a partir de la combinación 
de varios materiales, creando recubrimientos híbridos 
orientados a apuntalar la demanda de superficies con 
propiedades mejoradas. [3-6] 
1.1 Nociones sobre Niquelado químico 
Los procesos químico-catalíticos empleados para 
recubrir partes y materiales se caracterizan por una 
reducción selectiva de los iones metálicos en la superficie 
de un sustrato catalítico, sumergido en una solución 
acuosa, y por la deposición continua sobre este sustrato, 
a través de la acción catalítica del depósito mismo. 
Hoy en día existe una gran cantidad de formulaciones 
desarrolladas para realizar un baño de niquelado 
químico; sin embargo, cualquiera de ellas contiene y 
requiere de los siguientes componentes: 
• Una sal que suministre el níquel.
• Un agente reductor.
• Agentes complejantes.
• Un regulador de pH.
• Estabilizadores.
• Aceleradores.
• Superficie preparada.
• Temperatura apropiada.
Si se considera una composición constante del baño, 
la velocidad de deposición guardará una relación directa 
con: 
a) La temperatura.
La temperatura óptima para efectuar el proceso de 
recubrimiento (para baños que trabajan a temperatura 
elevada, aunque recientemente han desarrollado 
formulaciones que trabajan a temperaturas del orden de 
30 °C), está entre 85 y 95°C, donde se obtienen las 
mayores velocidades de deposición, sin embargo, a 
medida que la temperatura se acerca al valor del punto de 
ebullición de la solución, la estabilidad de ésta tiende a 
disminuir. 
b) Cantidad de agente reductor.
La velocidad de deposición es una función directa de 
dicha concentración. De este modo, un alto contenido de 
este ion sería deseable, de no ser porque una alta 
concentración de iones hipofosfito resulta en una elevada 
cantidad de iones de níquel reducidos, lo que se opone a 
la selectividad propia del proceso. Se ha encontrado que 
existe una estrecha zona de proporciones deseables entre 
las concentraciones de níquel e hipofosfito y una 
concentración óptima de iones de hipofosfito en el baño, 
que producen depósitos a velocidades aceptables. La 
concentración de hipofosfito sugerida es de 0.22 a 0.24 
moles por litro y la relación molar níquel-hipofosfito de 
0.3 a 0.4. 
c) pH.
En términos generales, la velocidad de deposición 
aumenta con el pH de la solución. No se produce 
prácticamente la deposición por debajo de un pH de 3.0 
y por arriba de 6.5 en los baños ácidos, de modo que, para 
un baño ácido, la zona de pH recomendada para una 
solución de niquelado químico está entre 4.3 y 4.8, 
valores que intentan lograr un balance entre una 
velocidad de deposición mínima aceptable, una adecuada 
estabilidad del baño y una utilización óptima del 
hipofosfito. 
d) Agitación
En general una mayor agitación aumenta la velocidad de 
deposición. Uno de los problemas que ha llamado la 
atención sobre el comportamiento de las soluciones de 
niquelado químico, es la susceptibilidad de dichas 
soluciones a descomponerse con relativa facilidad. 
Algunas soluciones que se proponen para reducir el 
problema incluyen el evitar concentraciones elevadas del 
agente reductor cuando se prepara o ajusta el baño, el 
evitar ajustes violentos del pH y sin faltar, el preparar 
adecuadamente la superficie a recubrir. Se puede concluir 
que el éxito del proceso para el niquelado químico es, porlo tanto, un compromiso práctico entre una velocidad de 
deposición aceptable y una estabilidad de solución 
máxima, compatible con esta velocidad. 
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Una primera variante que se ha desarrollado es la 
aplicación de tratamientos térmicos, encontrándose los 
mejores resultados cuando se aplica el tratamiento 
térmico de 400°C dutante 1 hora, que provoca procesos 
de cristalización y formación de un precipitado del 
fosfuro de níquel (Ni3P) lo que ha duplicado la dureza de 
los revestimientos. 
Una segunda posibilidad que se ha generado, (y que se 
puede sumar a la anterior), es el desarrollo de 
recubrimientos químicos compuestos de níquel, 
buscando mejorar características de estos revestimientos, 
especialmente en lo relativo a la resistencia al desgaste, a 
través de la adición de partículas cerámicas de elevada 
dureza, tales como SiC, Al2O3, Si3N4, TiC, TiO2, 
Diamante, B4C y algunas más, reportándose en general, 
mejoras en la respuesta de los depósitos. [7-11]. 
1.2 Proyección térmica 
En los procesos de Proyección Térmica es importante 
hacer notar que, de manera muy general, se parte de un 
equipo que consiste en una pistola que con alguna fuente 
de energía (química, eléctrica o cinética), que calienta el 
material (metálico, cerámico o incluso polimérico), hasta 
el grado de fundirlo o semifundirlo para posteriormente 
atomizarlo en pequeñas gotitas que se proyectan sobre 
una superficie previamente preparada, donde se 
impactarán unas sobre otras formando “splats” para 
solidificar y dar origen al recubrimiento deseado. 
La proyección térmica por polvos utiliza una flama 
como fuente de calor producida por la combustión de 
oxígeno y acetileno donde un depósito o alimentador de 
polvos coloca las partículas finas dentro de una corriente 
de gas, la cual las transporta dentro de la flama donde se 
van calentando hasta fundirse, ahí mismo los gases se 
expanden e impulsan los polvos fundidos a una velocidad 
aproximada de 100 m/s. [12] 
Para lograr generar un recubrimiento óptimo hay 
diversos factores que se deben de considerar, como lo 
son: 
a) Temperatura del sustrato
En algunos casos, la diferencia de temperaturas entre el 
material de deposición y el sustrato es tan elevada que los 
splats tienden a impactar con alta energía y en lugar de 
formar capas uniformes tienden a generar picos y 
porosidades en la superficie que construyen debido al 
choque térmico, lo cual puede generar desprendimientos 
entre las capas del recubrimiento. 
b) Distancia de proyección
Si el material que formará el recubrimiento es proyectado 
a distancias pequeñas entre la boquilla de la pistola y la 
superficie del sustrato, pueden propiciar que el material 
no se funda apropiadamente, además de que no se pueda 
esparcir uniformemente sobre la superficie del sustrato, 
lo cual puede generar zonas del sustrato calientes que 
puedan dañar la integridad de la pieza. Si, por el 
contrario, la distancia de proyección es demasiada, se 
puede desperdiciar en gran medida el material a 
depositar, ya que disminuye la eficiencia de deposición. 
c) Velocidad de alimentación
Si la velocidad de alimentación del material a depositar 
es elevada el material tiende a salir de la boquilla de la 
pistola de proyección sin haberse fundido por completo, 
lo que podría incorporar partículas sin fundir al 
recubrimiento. Si por otro lado, la velocidad de 
alimentación es demasiado baja el material se calienta en 
exceso y podría incorporar partículas de óxido. Las 
partículas semiesféricas fundidas viajan por la flama, 
hasta que impactan con la superficie del sustrato, 
produciendo el “aplastamiento” de las partículas y 
generando “splats”. 
En cuanto al desarrollo de recubrimientos compuestos 
empleando tecnologías de Proyección Térmica se ha 
desarrollado una menor cantidad de trabajos usando 
sobre todo técnicas de alta velocidad (HVOF) o plasma y 
más recientemente Proyección Fría, con resultados 
favorables en la búsqueda de mejorar, tanto la resistencia 
al desgaste como la resistencia a la corrosión. 
En este trabajo se evaluará la pertinencia de desarrollar 
un recubrimiento por proyección térmica con una 
aleación comercial 12C (Ni-Cr-Fe-B-Si-C) con 
partículas de SiC así como un recubrimiento químico Ni-
P con partículas de WC por la vía del niquelado químico, 
depositados sobre sustratos ferrosos, caracterizándose y 
comparándose ambos tipos de tecnologías.[13-15] 
2. Experimentación
A continuación, como se muestra en la Fig. 1, se presenta 
la metodología experimental utilizada para la obtención 
de los recubrimientos: 
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Maquinado de Probetas
Preparación Superficial
Generación de
recubrimientos
Caracterización
Morfología y 
composición
MEB/EDS
Microdureza
Vickers
Desgaste
pin on disc
 
 
Fig. 1. Metodología experimental.
2.1. Maquinado de probetas 
Para la obtención de las probetas para el ensayo al 
desgaste se siguió la norma ASTM G99. Se maquinaron 
18 probetas de acuerdo con las dimensiones que se 
presentan en la Fig. 2. De las probetas obtenidas se 
emplearon la mitad para el proceso de niquelado químico 
y la otra mitad para el proceso de proyección térmica. 
[16] 
Fig. 2. Geometría de probetas para ensayos de desgaste, las 
unidades se presentan en milímetros.
2.2 Preparación superficial 
Para el caso del niquelado químico, las probetas de 
fundición nodular se sometieron a un proceso de limpieza 
mecánica con lija malla 800 para uniformizar la 
rugosidad generada en el maquinado y remover, en lo 
posible, óxidos. También se realizó posteriormente una 
limpieza ultrasónica con una mezcla constituida de 100 
ml de agua y 100 ml de etanol. Previo a la inmersión en 
la solución para niquelar, la superficie de las probetas se 
activó, mediante una inmersión en una solución al 10% 
en volumen de HCl, durante 15 min. 
Para el caso de la proyección térmica, las probetas de 
acero 1018 se sometieron a un proceso de granallado con 
partículas de Al2O3 con un tamaño de partícula de 1680 
m y una presión de aire de 5 bar, manteniendo constante 
la corriente de partículas por un periodo de 3 minutos, 
perpendicular a la superficie objetivo y obteniendo, 
posteriormente, la medida de rugosidad promedio Ra de 
9.23m. 
Una vez granalladas las probetas se sometieron a un 
proceso de limpieza ultrasónica con una disolución de 
etanol en agua ya descrita previamente; las cuales se 
dejaron secar al aire y se procedió al precalentamiento de 
éstas con la flama de oxígeno y acetileno del equipo de 
proyección térmica, a una temperatura de 100-105ºC, 
medida mediante un termómetro infrarrojo. 
La limpieza ultrasónica también se realizó con el 
mismo procedimiento una vez que las probetas fueron 
ensayadas a desgaste para retirar las partículas sueltas. 
2.3 Generación de recubrimientos 
Para el caso del niquelado químico, la Tabla 1 muestra el 
rango de valores de la composición del baño utilizado 
para el proceso. 
Tabla 1 – Composición del baño de niquelado 
químico. 
Reactivos Cantidad 
Agua destilada 
Sulfato de Níquel 99.99% 
Hipofosfito de Sodio 99.98% 
Ácido Propiónico 99.98% 
Ácido Láctico 99.95% 
Acetato de Sodio 99.97% 
Granalla de Plomo 99.98% 
Carburo de Tungsteno 
600 ml 
0.2-0.25M 
0.25-0.3M 
0.1-0.15M 
0.25-0.30M 
0.3-0.4M 
1.13x10-6M 
0.36-0.38 g 
El vaso de precipitado con la solución de niquelado 
químico, tapado con una película de parafilm para reducir 
pérdidas por evaporación, se coloca dentrode un baño 
termo-regulado manteniéndolo a una temperatura 
constante de 86°C con agitación, para lograr una 
suspensión uniforme de las partículas de carburo de 
tungsteno. 
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Las probetas se colocaron dentro de una canastilla de 
plástico en el baño de niquelado químico durante un 
tiempo de inmersión de 5 horas. Un esquema del proceso 
se muestra en la Fig. 3. 
Fig. 3. Esquema del proceso de niquelado químico.
Para el caso de la proyección térmica, las probetas 
granalladas, limpias y precalentadas se sometieron al 
proceso de recubrimiento por proyección térmica por 
flama, utilizando para ello una pistola marca Sultzer 
Metco modelo 5PII con temperaturas de operación 
típicas entre 2540 y 3150ºC, manteniendo un ángulo de 
proyección de 90º de la boquilla de la pistola respecto a 
la superficie a recubrir, la distancia entre la boquilla y el 
sustrato fue de 25 cm, las presiones y gastos de oxígeno 
y acetileno fueron de 2 kg/cm2 y 0.75kg/cm2 y 50 ft3/h y 
3 ft3/h respectivamente. Las probetas se recubrieron con 
polvo de denominación comercial 12C, otro tanto igual 
con 12C-10SiC. Se dejaron probetas sin recubrir como 
testigo. 
La mezcla de los polvos 12C Sulzer-Metco (Ni-Cr-Fe-
B-Si-C)-SiC se hizo en un molino de bolas
8000Dmixer/mil, con un tiempo de mezcla de 5 min con
capacidad de 10 g y usando un diámetro de bola de 1 cm;
se realizó una mezcla 10% en peso de carburo de silicio.
El polvo de SiC antes de someterse a la mezcladora
presentaba un tamaño de 250 m. El polvo resultante se
introdujo en la flama produciendo un consumo de 4.5
kg/h.[17]
3. Caracterización de los recubrimientos
3.1. Morfología y composición química 
Tanto para obtener información de la morfología 
superficial, utilizando la señal de electrones secundarios, 
como para la composición química cualitativa de los 
recubrimientos y se llevó a cabo la medición del espesor, 
se empleó un Microscopio Electrónico de Barrido marca 
JEOL modelo 5900LV, con un voltaje de aceleración de 
20 kV. Esta técnica analítica también proporcionará 
información cuantitativa sobre la composición de las 
partículas de refuerzo de WC y SiC para evidenciar así 
su presencia. La técnica se basa en la detección de energía 
de rayos X característicos emitida por cada material. 
3.2. Microdureza 
El ensayo de microdureza se realizó utilizando la técnica 
de microdureza Vickers con un equipo Matsuzama 
Modelo MHT2. El perfil de microdureza se realizó sobre 
una sección transversal de los recubrimientos con un 
tiempo de indentación de 10 s y una carga aplicada de 
25gf. 
3.3. Desgaste 
Estas pruebas se realizaron con un equipo de desgaste 
tipo espiga sobre disco (pin-on-disk) fabricado por 
Swansea Tribology Centre, modelo Cignus. Los 
parámetros de la prueba se muestran en la Tabla 2. 
A menudo, el volumen desgastado es directamente 
proporcional a la carga normal y la distancia de 
movimiento e inversamente proporcional a la dureza del 
material. El volumen de desgaste será el cociente de la 
pérdida de masa respecto de la densidad del 
recubrimiento, siendo 8.1g/cm3 para el 12C-10SiC y de 
7.81 g/cm3 para el NiP-WC. Con los datos anteriores, se 
puede utilizar, según Archard, la Ec. (1) [18] 
𝐾 =
𝑉𝐻
𝑤𝑠
 (1) 
Donde: 
K= Coeficiente de desgaste en mm2/kg 
V= Volumen de desgaste en mm3 
H= Dureza del material en HB 
w= Carga axial de la prueba en kg 
s= Distancia de deslizamiento en mm 
Tabla 2 – Parámetros equipo de desgaste. 
Parámetros Valor 
Temperatura 
Área de contacto 
Lubricación 
Distancia recorrida 
Velocidad 
Carga 
25ºC 
31.17mm2 
No 
1000 m 
150 rpm 
1 kgf 
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4. Presentación y Discusión de Resultados
4.1. Resultados de la morfología y composición 
química 
Para el caso del niquelado químico se obtuvieron 
imágenes y análisis de composición elemental, 
representativas de recubrimiento NiP y NiP-WC. En la 
Fig. 4 se puede observar que existe una deposición 
aparentemente irregular del recubrimiento Ni-P con el 
sustrato, ya que se aprecian grandes regiones que darían 
la apariencia de estar heterogéneamente recubiertas y que 
ello podría contribuir a disminuir su desempeño en 
condiciones de desgaste, sin embargo, se realizó un 
ensayo por EDS a esa zona para verificar la existencia de 
recubrimiento químico compuesto. 
Fig. 4. Micrografía usando electrones secundarios de un 
Recubrimiento químico NiP, SEM 1400X. 
En la Fig. 5 se puede verificar la existencia de 
recubrimiento en las zonas que por efecto visual carecen 
de la morfología tipo racimos. El análisis por EDS 
muestra la existencia de Ni y P propios del recubrimiento, 
además del Fe y C característicos del sustrato. 
Fig. 5. EDS NiP, muestra presencia de Ni, P, Fe y C. 
Por otro lado, en la Fig. 6 se puede observar el 
recubrimiento Ni-P-WC, el cual se distribuyó 
homogéneamente. El tamaño de partícula que se puede 
observar es menor a las 8 micras. El acomodo de todas 
estas partículas da la impresión de haber formado 
racimos unos sobre otros. Si se observa a detalle la 
micrografía, se apreciará que por debajo de estos racimos 
se puede distinguir que hay más material depositado 
dando una sensación de profundidad variable de 
deposición. Además, se puede verificar la presencia de 
un segundo material consistente con el agregado de WC 
al baño químico, mismo que se puede corroborar por 
EDS. Este tipo de formación y acomodo de las partículas 
es característica de este tipo de proceso. 
Fig. 6. Micrografía usando electrones secundarios, de un 
recubrimiento químico compuesto NiP-WC, SEM 1400X.
De los resultados del estudio por EDS mostrados en la 
Fig. 7 se puede verificar la presencia de las partículas de 
WC. 
Fig. 7. EDS NiP-WC, muestra presencia de Ni, P, W y C. 
Por su lado, en el caso de la proyección térmica se 
puede apreciar que la construcción del recubrimiento se 
da por la superposición de splats con una distribución de 
SiC homogénea, con tamaños de partícula del orden de 
las 25 m en promedio: sin embargo, persisten algunas 
regiones con presencia de porosidades inherentes al 
propio proceso de deposición empleado y al sesgo en la 
perpendicularidad de los splats al impactar con el sustrato 
aunado a la formación de óxidos y deposición de 
partículas no fundidas producto de las temperaturas del 
proceso y las condiciones ambientales. Lo anterior puede 
observarse en las Fig 8-9. 
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Fig. 8. Imagen 400X, mediante electrones secundarios, de MEB de 
recubrimiento compuesto 12C-10SiC, mostrando partículas no 
fundidas y partículas de SiC, así como evidencia de porosidades. 
Proceso de Proyección Térmica por flama
Fig. 9. Imagen 400X de MEB, mediante electrones secundarios, de 
recubrimiento compuesto 12C-10SiC, regiones de mayor 
porosidad aledañas a los SiC. Proceso de Proyección Térmica por 
flama. 
Las imágenes mostradas en la Fig. 10 proporcionan 
una zona del recubrimiento donde se obtuvo el mapeo de 
composición química elemental, apreciándose la 
distribución de los elementos y de los carburos de silicio 
del recubrimiento 12C-10SiC (ver Figura 10-c). 
Fig. 10. Mapeo de composición química de recubrimiento 
compuesto 12C-10/SiC obtenido mediante Proyección Térmica 
por flama 
4.2. Microdureza 
A continuación se muestran en la Tabla3 los resultados 
del ensayo de microdureza promedio de los 
recubrimientos, así como también de los sustratos. 
Los incrementos de dureza obtenidos provienen de la 
presencia de las partículas de WC y de SiC en cada uno 
de los recubrimientos obtenidos. En el caso del niquelado 
químico el incremento es del orden de 90%, respecto al 
niquelado químico sin partículas y cerca de 2.5 veces 
más, en relación con la fundición nodular sin 
revestimiento. En cuanto al caso de la Proyección 
Térmica, la diferencia de dureza entre el sustrato y el 
mismo acero con el recubrimiento 12C es relativamente 
pequeña, en tanto que el recubrimiento compuesto resulta 
2.5 veces más elevada su dureza respecto al valor original 
del sustrato. 
Tabla 3 – Resultados microdureza Vickers 
Recubrimiento Microdureza 
HV 
NiP 
NiP-WC 
Fundición Nodular 
12C 
12C-10SiC 
1018 
502.5 
958.3 
390.2 
295.7 
584.6 
231.9 
4.3. Resultados Ensayos de desgaste pin on disc 
De acuerdo con los resultados de los coeficientes de 
desgaste obtenidos, ver Tabla 4, se percibe una tendencia 
que muestra que a menor coeficiente de desgaste, mejor 
es su desempeño, desde el punto de vista tribológico. Lo 
anteriormente expuesto puede interpretarse asumiendo 
que los mejores desempeños los tienen los 
recubrimientos obtenidos por proyección térmica 
seguidos de los generados por la vía del niquelado 
químico. En el caso del recubrimiento NiP mejora en 5.8 
veces y el recubrimiento NiP-WC en 4.6 veces respecto 
del sustrato sin recubrir. Ahora bien, el recubrimiento 
12C logra una mejora notable del 77.8 veces con relación 
al acero desnudo y el 12C-10SiC de 8.2 veces. 
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 Tabla 4 – Resultados coeficiente de desgaste. 
Recubrimiento Volumen de 
desgaste cm3 
Coeficiente de 
desgaste 
cm2/kg 
NiP 
NiP-WC 
Hierro nodular 
12C 
12C-10SiC 
Acero 1018 
0.000128 
0.000252 
0.000850 
0.000303 
0.002760 
0.027100 
1.44E-5 
1.83E-5 
8.35E-5 
3.43E-7 
3.25E-6 
2.67E-5 
Para el caso del niquelado químico se puede observar 
que los dos recubrimientos muestran resultados 
favorables muy similares en cuanto a reducir el desgaste 
de la fundición nodular; el recubrimiento NiP obtiene 
ligeramente mejores resultados. Lo anterior puede 
deberse a que la capa del recubrimiento NiP es más 
homogénea, lo cual podría sugerir para el recubrimiento 
híbrido con WC, que a pesar de tener durezas de hasta 
958HV, los carburos de tungsteno en la proporción 
añadida parecen no favorecer el desempeño del 
recubrimiento y podrían propiciar un mecanismo de 
desgaste de 2 y hasta 3 cuerpos por la generación de 
partículas abrasivas sueltas entre recubrimiento y el disco 
en movimiento, contribuyendo a una mayor pérdida de 
masa del recubrimiento, pero será necesario y 
conveniente realizar más pruebas para corroborarlo. En 
principio, resalta la necesidad de asegurar que las 
partículas de WC realmente queden adecuadamente 
"embebidas" en el propio revestimiento, ya que de no ser 
así, pudiesen contribuir al desgaste del propio 
recubrimiento químico compuesto. 
En lo referente a la técnica de proyección térmica, la 
adición de SiC, se puede identificar la relación existente 
entre los parámetros de proyección empleados, con la 
incorporación de partículas semifundidas y no fundidas 
de los recubrimientos, observadas con anterioridad en las 
Fig. 8 y 9, lo que puede producir una disminución de la 
cohesión entre splats, así como el pobre mojamiento de 
los carburos de silicio por la aleación metálica y la 
aparición considerable de porosidad circundante a los 
mismos, lo que conlleva a una deficiente cohesión del 
recubrimiento y con ello la formación de oquedades, en 
conjunto con una descamación acentuada y, por ende, a 
un mayor desgaste. Lo anterior puede apreciarse en las 
Fig. 11 y 12. 
Fig.11. Recubrimiento 12C-10SiC, partículas de SiC y Oquedades 
por partículas arrancadas en el recubrimiento: 200X.
Fig.12. Recubrimiento 12C, zonas de desgaste y sin desgaste: 50X. 
5. Conclusión
Para el estudio del mecanismo de desgaste que se 
presentó en los recubrimientos a lo largo del ensayo, se 
pudo identificar que prevaleció un comportamiento de 
carácter abrasivo, que es característico del contacto entre 
dos metales en un ambiente sin lubricación, en donde uno 
de los integrantes del par tiene una dureza mayor que el 
otro y en la cual, el más blando presenta una pérdida de 
material, lo que puede traducirse en generación de zurcos 
y partículas sueltas, así como transporte y remoción de 
material. El desempeño de los recubrimientos generados 
por ambas técnicas de deposición, ofrece ventajas para 
aplicaciones anti-desgaste respecto de los sustratos 
desnudos, sin embargo, para el caso en el que se añaden 
partículas tanto de WC como de SiC, se generan zonas de 
baja cohesión y porosidad circundante que promueven el 
desprendimiento de partículas abrasivas que acentúan la 
pérdida de material y no contribuyen, en las cantidades 
añadidas, a mejorar su desempeño tribológico, incluso 
pudiendo mostrar una tendencia a acelerar el desgaste. En 
todo caso, será necesario buscar mecanismos para 
mejorar la adherencia de las partículas tanto de WC como 
de SiC en los recubrimientos, lo anterior ya se estudia con 
resultados prometedores con técnicas, tales como el uso 
de resolidificación láser para el sellado de porosidades en 
conjunto con una adición óptima de carburos. [19-26] 
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Agradecimientos 
Los autores agradecen al proyecto PAPIIT IT101221 
“Desarrollo de tecnologías alternativas de modificación 
de superficies para la mejora de materiales de potencial 
industrial” 
REFERENCIAS 
[1] Alfonso José Vázquez Vaamonde, J. J. de
Damborenea, Ciencia e ingeniería de la superficie de los
materiales metálicos. Consejo Superior de
Investigaciones Científicas. 2010.
[2] F. Sánchez-De Jesús, A.M. Bolarín-Miró, H. Díaz, A.
Barba-Pingarrón. Obtención y caracterización de
recubrimientos compuestos Ni-P-X (X=SiC y WC) vía
química, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo,
2008.
[3] R. González, M. García, I. Peñuelas, M. Cadenas, M.
Fernández, A. Hernández, D. Felgueroso,
Microstructural study of NiCrBSi coatings obtained by
different process wear, 263 (2007) p. 619-624.
[4] R. Vijande, J. Cuetos, J. Cortizo, E. Rodríguez, A.
Noriega, Desgaste Lubricado de recubrimientos NiCrBSi
refundidos parcialmente por láser, Revista de Metalurgia.
45 (2) (2009) p. 114-123
[5] M. Rodríguez, I. Moreno, C. Bilbao, Resistencia al
desgaste de recubrimientos tipo Cermet depositados por
HVOF con tratamiento térmico posterior, Revista de la
Facultad de Ingeniería de la UCV. 22, 4 (2007) p. 25-35
[6] Q. Li, G., Song, Y. Zhang, Y, Microstructure and dry
sliding wear behavior of laser clad Nickel base alloy
coating with the addition of SiC. wear, (2003). 254; pp.
222-229.
[7] K.G. Keong, W. Sha, S. Malinov. Hardness evolution
of electroless nickel–phosphorus deposits with thermal
processing. Surface and Coatings Technology 168 (2003) 
263–274.
[8] Z. Guo, K.G. Keong, W. Sha. Crystallisation and
phase transformation behaviour of electroless nickel
phosphorus platings during continuous heating. Journal of
Alloys and Compounds 358 (2003) 112–119
[9] I. Apachitei,, F.D. Tichelaar, J. Duszczyk, L.
Katgerman. The effect of heat treatment on the structure and
abrasive wear resistance of autocatalytic NiP and NiP–SiC
coatings. Surface and Coatings Technology 149 (2002)
263–278
[10] Alirezaei, S., S. M. Monirvaghefi,M. Salehi, and A.
Saatchi. 2007. “Wear Behavior of Ni-P and Ni-P-Al2 O3
Electroless Coatings.” Wear 262 (7–8): 978–985.
doi:10.1016/j.wear.2006.10.013.
[11] Alirezaei, S., S. M. Monirvaghefi, M. Salehi, and
A. Saatchi. 2004. “Effect of Alumina Content on Surface
Morphology and Hardness of Ni–P–Al2O3(α) Electroless
Composite Coatings.” Surface and Coatings Technology
184: 170–1753.
[12] J. Davis, Handbook of thermal spray technology,
ASM International (2004) p. 103-130.
[13] Khor, K.A., Yip, C.S. & Cheang, P. Ti- 6Al-
4V/hydroxyapatite composite coatings prepared by
thermal spray techniques. JTST 6, 109–115 (1997).
https://doi.org/10.1007/BF0264632 0.
[14] Jafari, M., M. H. Enayati, M. Salehi, S. M. Nahvi,
and C. G. Park. 2013a. “Microstructural and Mechanical
Characterizations of a Novel HVOF-Sprayed WC-Co
Coating Deposited from Electroless Ni–P Coated WC-
12Co Powders.” Materials Science and Engineering: A
578: 46–53. doi:10.1016/j.msea.2013.04.064
[15] V. Sharma, M. Kaur, S. Bhandari. Micro and nano
ceramic-metal composite coatings by thermal spray
process to control slurry erosion in hydroturbine steel: an
overview. Eng. Res. Express 1 (2019) 012001.
[16] Norma ASTM G99, Método de prueba estándar para
la prueba de desgaste con un Aparato de Pin-on-Disk.
[17] Raúl Gilberto Valdez Navarro. Desarrollo y
caracterización de recubrimientos híbridos aplicados a
aleaciones ferrosas. Universidad Nacional Autónoma de
México, Tesis 2015.
[18] Gadhari, P., and P. Sahoo. 2016. “Effect Of TiO2
Particles on Micro-Hardness, Corrosion, Wear and
Friction of Ni–P–TiO2 Composite Coatings at Different
Annealing Temperatures.” Surface Review and Letters
23(1): 1550082. doi:10.1142/S0218625X15500821.
[19] Balaraju, J. N., and S. K. Seshadri. 1998.
“Synthesis and Corrosion Behavior of Electroless Ni–P–
Si3N4 Composite Coatings.” Journal of Materials Science
Letters 17 (15): 1297–1299.
doi:10.1023/A:1006528229614
[20] Chang, C.-S., K.-H. Hou, M.-D. Ger, C.-K. Chung,
and J.-F. Lin. 2016. “Effects of Annealing Temperature
on Microstructure, Surface Roughness, Mechanical and
Tribological Properties of Ni–P and Ni–P/SiC Films.”
Surface and Coatings Technology 288: 135–143.
doi:10.1016/j.surfcoat.2016.01.020
[21] Czagány, M., P. Baumli, and G. Kaptay. 2017. “The
Influence of the Phosphorous Content and Heat
Treatment on the Nano-Micro-Structure, Thickness and
Micro-Hardness of Electroless Ni–P Coatings on Steel.”
Applied Surface Science 423: 160–169.
doi:10.1016/j.apsusc.2017.06.168.
[22] Ebrahimian-Hosseinabadi, M., K. Azari-Dorcheh,
and S. M. Vaghefi. 2006. “Wear Behavior of Electroless
Ni–P-B4C Composite Coatings.” Wear 260: 123–127.
doi:10.1016/j.wear.2005.01.020.
[23] Balaraju, J. N., T. S. N. Sankara Narayanan, and S.
K. Seshadri. 2006. “Structure and Phase Transformation
Behaviour of Electroless Ni–P Composite Coatings.”
Materials Research Bulletin 41 (4): 847–860.
doi:10.1016/j.materresbull.2005.09.
MM 18 XXVIII Congreso Internacional Anual de la SOMIM 
VI Congreso Internacional de Energía y Desarrollo Sostenible 
VII Simposio Internacional de Ingeniería Industrial
ISSN 2954-4734 
Derechos Reservados © 2022, SOMIM
[24] Hu, J., L. Fang, X.-L. Liao, and L.-T. Shi. 2017.
“Influences of Different Reinforcement Particles on
Performances of Electroless Composites.” Surface
Engineering 33 (5): 362–368.
doi:10.1080/02670844.2016.1230975.
[25] León-Patiño, C. A., J. García-Guerra, and E. A.
Aguilar-Reyes. 2019. “Tribological Characterization of
Heat-Treated Ni–P and Ni–P–Al2O3 Composite
Coatings by Reciprocating Sliding Tests.” Wear 426–
427: 330–340. doi:10.1016/j.wear.2019.02.015.
[26] Zuleta, A. A., O. A. Galvis, J. G. Castaño, F.
Echeverría, F. J. Bolivar, M. P. Hierro, and F. J. Pérez-
Trujillo. 2009. “Preparation and Characterization of
Electroless Ni–P–Fe3O4 Composite Coatings and
Evaluation of Its High Temperature Oxidation
Behaviour.” Surface and Coatings Technology 203 (23):
3569–3578. doi:10.1016/J.SURFCOAT.2009.05.025.
MM 19 XXVIII Congreso Internacional Anual de la SOMIM 
VI Congreso Internacional de Energía y Desarrollo Sostenible 
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