Estudio de nuevos materiales, superficies e interfases en tribología

Resumen

La presente tesis doctoral recoge los resultados de los trabajos de investigación realizados sobre nanofluidos, nanofases de carbono y nanocomposites de matriz epoxi, su preparación, caracterización y aplicaciones en la reducción de los coeficientes de fricción, las tasas de desgaste y el daño superficial de materiales en distintas condiciones de deslizamiento bajo carga. Se han utilizado cristales líquidos iónicos próticos derivados de ácidos grasos, así como otros líquidos iónicos próticos con aniones carboxilato también biocompatibles como citrato y succinato, para generar nuevos lubricantes base agua, así como nuevas dispersiones conteniendo grafeno y nanodiamantes. La generación de películas finas de lubricante sobre las superficies por evaporación de agua en condiciones suaves, previas al deslizamiento, permite alcanzar prestaciones semejantes a las de los lubricantes puros, con un gran ahorro de líquido iónico. La combinación de líquidos iónicos derivados de imidazolio disponibles comercialmente y grafeno ha dado lugar a dispersiones con un comportamiento reológico sin precedentes, ya que, en función de la concentración de grafeno, su viscosidad se mantiene constante o se incrementa con el aumento de temperatura. Se ha estudiado la aplicación de dispersiones de grafeno en líquidos iónicos como aditivos de una base lubricante libre de aditivos y de un aceite de motor comercial totalmente formulado, mejorando considerablemente sus prestaciones incluso a alta temperatura. Se han obtenido nuevos nanomateriales de matriz epoxi con comportamiento tribológico mejorado. La adición de un líquido iónico de cadena corta, da lugar a un material poroso que libera el líquido iónico bajo carga, presentando un comportamiento autolubricante y de autorreparación del daño superficial. Cuando se añaden líquidos iónicos de cadena larga, se obtienen dispersiones homogéneas que reducen los coeficientes de fricción y previenen el desgaste, incluso en condiciones muy severas de deslizamiento y abrasión. Las nuevas dispersiones de líquido iónico o líquido iónico y grafeno en resina epoxi se han depositado sobre sustrato de resina epoxi sin modificar o de acero al carbono, con el fin de mejorar su resistencia a la fricción y al desgaste, sin modificar las propiedades del material base. En el primero de los casos, se obtienen materiales con un gradiente de composición, ya que los aditivos se localizan allí donde se necesitan, en la capa superficial. En esta investigación ha sido necesaria la utilización de un gran número de técnicas experimentales, de ensayos normalizados y de caracterización de los materiales, así como la colaboración con otros grupos de investigación, tanto nacionales como internacionales.