Fabricación y comportamiento tribológico de nanocompuestos híbridos (2D T i3C2/1D MW CNT)

Abstract

Los MXenes son una nueva familia de materiales con un gran potencial para revolucionar distintos rubros y áreas industriales, en particular el área de la tribología debido a sus destacadas propiedades de resistencia al desgaste. Para aprovechar dichas propiedades se busca estudiar si al mezclarlo con otro nanomaterial conocido por sus excelentes propiedades de fricción, como lo son los nanotubos de carbono de multipared, se puede obtener un nanocompuesto que logre presentar ambas propiedades e incluso presentarlas de forma mejorada. Es por esto que se planteó fabricar recubrimientos homogéneos de MXenes (Ti3C2Tx) y nanotubos de carbono de multipared (MWCNT) mediante Spray-Coating usando combinaciones con 50% MWCNT/50% MXene, 75% MWCNT/25% MXene, 25% MWCNT/75% MXene y 10% MWCNT/90% MXene. Las etapas de trabajo que se realizaron son la fabricación de las soluciones, la fabricación de recubrimientos, la optimización de su espesor para que todas las combinaciones queden con el mismo espesor de 700±70 [nm], los ensayos tribológicos y por último el estudio de las pistas de desgaste para poder entender si las combinaciones presentan mejores propiedades tribológicas que los nanomateriales en su estado puro y que la superficie de acero sin recubrimiento. En cuanto a la fabricación de los recubrimientos se logró tener recubrimientos de los dos nanomateriales por separado y en las combinaciones mencionadas de un espesor de 700±70 [nm] manteniendo un error asociado en las mediciones de menos del 10 %. Como resultados tribológicos se encontró que transversalmente en todas las fuerzas el recubrimiento que presentaba el menor COF y de forma más uniforme es el recubrimiento híbrido 50% MWCNT/ 50% MXene, demostrando un efecto sinérgico de las propiedades de ambos nanomateriales, el bajo COF de los MWCNT y la estabilidad de los MXenes. De igual manera se ven resultados favorables para los recubrimientos con 75% MWCNT/ 25% MXene y 90% MWCNT/ 10% MXene demostrando que las características del comportamiento del MXene se pueden adquirir utilizando bajas cantidades del material y que no se interponen al bajo COF de los MWCNT. Con respecto a las pistas de desgaste el recubrimiento híbrido 50% MWCNT/ 50% MXene presenta los mejores resultados de resistencia. Los otros recubrimientos híbridos también presentan propiedades mejores que las de MWCNT, los que tienen una muy mala resistencia al desgaste, lo que vuelve a confirmar la efectividad de los MXenes como aditivos para mejorar la resistencia al desgaste de los lubricantes sólidos. Finalmente se concluye que los mejores resultados en general se obtienen con el recubrimiento híbrido 50% MWCNT/ 50% MXene demostrando mejores resultados que los nanomateriales en sus versiones puras.