Propiedades tribológicas de MXenes (nano-láminas de Ti3C2Tx): influencia de la carga normal y la cantidad de MXene

Abstract

En la actualidad el acelerado cambio climático se ha transformado en un problema. En este sentido la tribología tiene mucho que aportar. Se estima que cerca del 23% de la energía producida a nivel mundial es gastada en contrarrestar la fuerza de roce y desgaste producto de contactos tribológicos. En relación con ello, este trabajo de título estudiara las propiedades tribológicas de un nuevo material 2D, nano-láminas de Ti3C2Tx pertenece a la familia de los MXenes, el cual tiene el potencial de ser utilizado como lubricante sólido. El objetivo general consiste en estudiar la fricción y resistencia al desgaste de recubrimientos de MXenes sobre un sustrato de acero inoxidable en función de la carga normal aplicada y la cantidad de MXene. Se plantearon como objetivos específicos: caracterizar el MXene que se utilizara; fabricar los recubrimientos de MXenes mediante spray-coating ; caracterizar los recubrimientos (espesor, rugosidad, homogeneidad y química superficial); realizar pruebas tribológicas y estudiar las líneas de desgaste producto del contacto tribológico; explorar el coeficiente de roce y resistencia al desgaste de un recubrimiento compuesto de nanopartículas de MXene y Oxido de grafeno (HIGO). Para realizar estos objetivos se caracterizó el MXene mediante espectroscopia Raman, XPS, XRD, TPD-MS y TEM, se recubrió el sustrato (AISI 304) con Spray-Coating, se caracterizó la superficie del recubrimiento con microscopia óptica, Interferometría de luz blanca y ángulo de contacto. Finalmente, se realizaron los ensayos tribológicos. Los resultados obtenidos fueron: un aumento en la mojabilidad a medida que aumenta la cantidad de MXene en la superficie; una reducción en el volumen de desgaste (10 a 40%) al utilizar recubrimientos de MXene para todas las presiones; una disminución del COF (0,28 a 0,35) al utilizar MXene como recubrimiento; un aumento de la vida útil (durabilidad del efecto del MXene en el COF) en los recubrimientos con mayor cantidad de MXene. Para el recubrimiento hibrido de MXene más HIGO se observó una alta disminución del volumen de desgaste (56 a 61%), un bajo COF (0,14 a 0,4) y una larga vida útil. Se concluyó que el MXene es hidrofílico por lo que a mayor cantidad de MXene mayor mojabilidad tendrá la superficie del recubrimiento; la disminución del volumen de desgaste es poco sensible a la cantidad de MXene; la durabilidad del efecto del MXene en el COF aumenta con una mayor cantidad de MXene. Para obtener COF más bajos es necesario recubrimientos con mayor fracción de la superficie cubierta; para aprovechar al máximo las propiedades tribológicas del MXene (alta resistencia al desgaste, bajo COF y alta durabilidad) se necesitan recubrimientos con mayor fracción de la superficie cubierta.