Estudio tribológico de recubrimientos tipo sándwich de Ti3 C2 Tx Y Mo S2

Abstract

En la actualidad, se estima que el 23 % del consumo de energía global se origina a raíz de los fenómenos de fricción y desgaste. El hecho de que los lubricantes convencionales no solo no sean capaces de mejorar esta situación, sino que además arrastren una gran variedad de desventajas, genera que haya cierto interés en investigar nuevas alternativas de lubricación, y los lubricantes sólidos serían una de ellas. Los MXenes son una nueva familia de materiales que han demostrado un gran potencial como lubricantes sólidos. Por lo anterior, esta investigación contó con el objetivo de estudiar la fricción y la resistencia al desgaste de recubrimientos de Ti3C2Tx (MXene) y MoS2 tipo sándwich sobre un sustrato de acero inoxidable. Para esto, se plantearon los objetivos específicos de: fabricar recubrimientos de Ti3C2Tx, MoS2 y sándwich de ambos vía spray-coating, medir el espesor y la rugosidad de recubrimientos de un solo material, realizar ensayos tribológicos sobre recubrimientos sándwich y caracterizar el desgaste de los recubrimientos. Fueron 6 las etapas que permitieron desarrollar la investigación: preparación de soluciones, homogeneización, fabricación de recubrimientos, caracterización de espesor y rugosidad, ensayos tribológicos y estudio de pistas de desgaste. Como resultado de los ensayos tribológicos se obtuvo que, bajo algunas condiciones, una configuración sándwich de 2 capas permite reducir el coeficiente de fricción del Ti3C2Tx y del MoS2, y esta mejora será óptima cuando el porcentaje de MoS2 en el sándwich sea al menos de 50 %. Esto sugiere que se puede aprovechar el bajo coeficiente de fricción del sándwich incluso con bajos porcentajes de Ti3C2Tx. De las pistas de desgaste se extrajo que, bajo algunas condiciones, una configuración sándwich de 2 capas también permite mejorar la resistencia al desgaste del Ti3C2Tx y del MoS2. Y esta mejora será óptima cuando las cantidades en el sándwich de estos materiales sean similares. En general, el sándwich de partes iguales de Ti3C2Tx y MoS2 fue el que entregó mejores resultados, pero el destacado rendimiento del sándwich de mayor porcentaje de MoS2 en los resultados del coeficiente de fricción y del de mayor porcentaje de Ti3C2Tx en los volúmenes de desgaste sugiere que, cambiando la composición porcentual del sándwich, se pueden obtener arreglos de propiedades que se ajusten a diferentes necesidades de manera controlada, lo que puede resultar atractivo en aplicaciones industriales. Gracias a esto, se concluyó que es importante que investigaciones relacionadas a estructuras sándwich con MXenes sigan realizándose, para poder contar con resultados sujetos a condiciones más generales.