Caracterización bio-tribológica de recubrimientos de Ti3C2Tx,Mo2TiC2Tx y Mo2Ti2C3Tx depositados en acero inoxidable

Abstract

El cuerpo humano posee zonas que experimentan fricción y desgaste que por enfermedades o accidentes pueden empeorar su funcionamiento y requerir de prótesis. Actualmente, se buscan materiales lubricantes biocompatibles para mejorar el funcionamiento y vida útil de ellas. Los MXenes son excelentes candidatos para esa aplicación por su afinidad con materiales prostéticos, biocompatibilidad, excelentes propiedades mecánicas y resistencia al desgaste mostrada por Ti3C2Tx como lubricante sólido. Sin embargo, falta ampliar los estudios a otros MXenes y evaluar su interacción con lubricantes biológicos. Por ello, se seleccionaron 3 MXenes (Ti3C2Tx, Mo2TiC2Tx y Mo2Ti2C3Tx) que poseen estructuras diferentes y se prepararon recubrimientos sobre acero inoxidable, material usado en prótesis actuales, de 2 mg/ml en isopropanol y de espesores entre 100 y 275 nm bajo fuerzas bajas (0.1 y 0.2 N) y altas (0.4 y 0.8 N) en lubricación sólida y líquida (con líquido sinovial artificial) para evaluar su rendimiento tribológico. En lubricación sólida se observó que el mejor rendimiento en fuerzas bajas lo presentó Mo2TiC2Tx, con coeficientes de fricción (COF) entre 0.08 y 0.15 y en cuanto al desgaste el mejor rendimiento para espesores bajos lo presentó Mo2TiC2Tx y para espesores altos Ti3C2Tx. Para fuerzas altas funcionaron solamente los recubrimientos de mayor espesor y el mejor rendimiento lo tuvo Mo2Ti2C3Tx con COF de 0.2, además, el desgaste se mantuvo bajo para los 3 MXenes en comparación con la referencia (acero inoxidable sin recubrir) y tanto en fuerzas altas como bajas esto se debió a la formación de una tribocapa protectora. En lubricación líquida para fuerzas bajas el mejor rendimiento lo mostraron los MXenes de Mo por su estabilidad en el COF de valor cercano a 0.2 y bajo desgaste de Mo2TiC2Tx. En fuerzas altas, los 3 MXenes tuvieron un COF estable cercano a 0.2 y un volumen de desgaste muy inferior a la referencia. Nuevamente esto se provocó por la formación de una tribocapa protectora en los recubrimientos. A futuro es importante analizar con mayor detalle la interacción entre los MXenes y el líquido sinovial para conocer las razones de los resultados obtenidos y así poder canalizar los estudios a una dirección que acerque el uso de los MXenes en prótesis de pacientes reales y con ello mejorar su calidad de vida.