Estudio del comportamiento tribológico y de las interacciones de superficie de nuevos nanofluidos iónicos

Resumen

Los líquidos iónicos son sales fundidas a temperatura ambiente, dado que su punto de fusión es menor de 100ºC. Presentan excelentes propiedades físico-químicas que los convierten en sustitutos de otros compuestos convencionales en numerosas aplicaciones industriales. En el presente trabajo se analizan dichas aplicaciones y se centra el interés en su uso como lubricantes en problemas tribológicos complejos como la lubricación de metales contra sí mismos, el desarrollo de lubricantes base agua y de nuevas superficies autolubricadas. Cuando no es posible reducir los coeficientes de fricción y desgaste mediante lubricación, como es el caso de las aleaciones de magnesio, los líquidos iónicos se han estudiado como precursores de recubrimientos protectores. Se han determinado las interacciones superficiales y los procesos de corrosión sobre cobre y sobre acero con diferentes líquidos iónicos próticos y apróticos para desarrollar nuevos lubricantes y aditivos. Se ha evaluado el comportamiento tribológico de nuevos líquidos iónicos próticos derivados de amonio y de líquidos iónicos apróticos derivados de imidazolio como lubricantes y como aditivos del lubricante comercial polialfaolefina 6 en el contacto cobre/cobre. Con excepción del líquido iónico prótico derivado del oleato, todos los líquidos iónicos estudiados presentan mejor comportamiento tribológico que el lubricante comercial. Los líquidos iónicos próticos muestran un excelente comportamiento tribológico tanto en estado puro, como en forma de aditivos. Los nuevos líquidos iónicos próticos no sólo son buenos lubricantes del contacto acero/zafiro cuando se utilizan en estado puro, sino que, como aditivos en agua, generan películas adsorbidas sobre la superficie del metal reduciendo los coeficientes de fricción y las tasas de desgaste tras la evaporación del agua. Para evitar el periodo de alta fricción inicial y desgaste severo en presencia de agua, se han generado películas de líquido iónico adsorbido sobre la superficie del acero en condiciones estáticas. El mejor comportamiento lubricante tanto en el contacto cobre/cobre como en el contacto acero/zafiro se obtiene para el líquido iónico prótico derivado del anión adipato, con dos grupos carboxílicos. Las interacciones de los grupos hidroxilo y carboxilato con la superficie metálica y los puentes de hidrógeno entre el catión y el anión podrían ser los responsables del buen comportamiento tribológico. Se ha comparado el comportamiento tribológico de los líquidos iónicos apróticos derivados de imidazolio y tiazolio como lubricantes del contacto acero/zafiro, obteniéndose los mejores resultados para los derivados del anión bis(trifluorometanosulfonil)imida, que evita a su vez los procesos de tribocorrosión. Se han generado recubrimientos superficiales sobre aleaciones de magnesio a partir de tres líquidos iónicos derivados del anión fosfonato, tanto por inmersión como mediante cronoamperometría. Los nuevos recubrimientos reducen el daño superficial por deslizamiento o abrasión de la aleación magnesio-aluminio pero no de la aleación magnesio-cinc, que impide la formación de recubrimientos continuos. Las interacciones superficiales y los procesos triboquímicos y tribocorrosivos que tienen lugar en las interfases entre los líquidos iónicos y las superficies se han analizado mediante microscopía electrónica de barrido (SEM), espectroscopía fotoelectrónica de rayos-X (XPS), microanálisis por energías dispersivas de rayos-X (EDX) y espectroscopía infrarroja (FTIR)