Propiedades tribológicas de nano-compuestos a base de MXenes 2D y nano-diamantes 0D

Abstract

Últimamente se ha visto una tendencia al uso de lubricantes menos contaminantes debido a las legislaciones impuestas al respecto. Los lubricantes líquidos tradicionales deben ser contenidos dentro de los equipos en los que se encuentran para evitar filtraciones contaminantes, y además trabajan en un rango de temperaturas y presiones limitado. Debido a esto, se ha estudiado el uso de lubricantes sólidos a base de materiales 2D con excepcionales propiedades tribológicas y rangos de operación superiores a los encontrados para lubricantes líquidos. El objetivo general de esta investigación fue estudiar la fricción y desgaste de un compuesto a partir de materiales 2D MXenes, y materiales 0D denominados nano-diamantes, además de compararlos con sus contrapartes separadas. Ambos materiales han demostrado un gran atractivo en el área tribológica, y se esperaba que un compuesto entre ambos resultara en una reducción del coeficiente de fricción y buena resistencia al desgaste, transformando el mecanismo de fricción de deslizante a rodante. Para lograr esto, se realizaron recubrimientos de MXenes, nano-diamantes, un compuesto con 50 % de concentración másica de cada uno, y un compuesto con 90 % de MXenes y 10 % de nano-diamantes. Las distintas concentraciones probadas tenían la intención de evaluar el efecto que tiene un material sobre el otro. Se estudió su espesor, rugosidad, resistencia al desgaste, y evolución del COF en el tiempo por un ensayo tribológico. Los resultados obtenidos fueron: los recubrimientos de MXenes presentaron el COF menor entre todos los recubrimientos realizados y el menor volumen de desgaste; los recubrimientos de nano-diamantes presentaron el COF más alto entre todos los recubrimientos y exhiben un modo de desgaste abrasivo sobre los sustratos de acero; los compuestos realizados a partir de ambos materiales presentan un COF menor que aquel de los nano-diamantes, pero mayor al de los MXenes, además de exhibir un modo de desgaste abrasivo. Se concluyó que los recubrimientos de MXenes presentan propiedades tribológicas beneficiosas para la lubricación sólida, mientras que los nano-diamantes no. Los compuestos presentan modos de desgaste abrasivos y un COF mayor que aquel presente en los recubrimientos de MXene por si solo. El efecto que tienen los nano-diamantes opacan las propiedades tribológicas de los MXenes, impiden la formación de tribocapas y exhiben un volumen de desgaste alto sobre las muestras realizadas. Más allá, aumentan la rugosidad de la superficie y presentan grandes acumulaciones de material sobre esta tras el spray-coating. Dentro de las futuras posibilidades de investigación se encuentra realizar un recubrimiento por capas, distinto a un compuesto. Esto se podría realizar con deposiciones por spray-coating de nano-diamantes encima de una capa de MXenes, o bien en el sentido contrario. Más allá, es posible ensayar con recubrimientos de varias capas, intercalando nano-diamantes y MXenes. De esta manera sería posible determinar el efecto que tienen los nano-diamantes como aditivo en vez de ser parte del compuesto.