Influencia de nanopartículas de óxido de grafeno en la migración y desempeño de lubricantes en contactos tribológicos

Abstract

La lubricación insuficiente en un contacto tribológico puede causar daños significativos, aumentando la fricción, el consumo de energía y el desgaste acelerado, lo que puede resultar en fallas de múltiples componentes. Esta insuficiencia en la lubricación está estrechamente relacionada con la migración de lubricantes, fenómeno impulsado por gradientes de temperatura en una escala de micrones.

En un contacto tribológico, las superficies ásperas generan calor por fricción, creando un gradiente de temperatura que induce un gradiente en la tensión superficial. Este fenómeno causa que el lubricante migre de las regiones calientes a las frías, resultando en una lubricación deficiente en las áreas críticas de contacto. Implementar tecnologías avanzadas, como nuevos recubrimientos, materiales mejorados, lubricantes sólidos y aceites modificados, podría reducir la fricción y el desgaste en hasta un 60%, lo cual es crucial para la durabilidad y eficiencia, de maquinaria y equipos industriales.

En esta investigación, se mezclaron nanopartículas de óxido de grafeno previamente sintetizadas y caracterizadas, para luego analizar su estabilidad en agua desmineralizada y el aceite base libre de aditivos PAO 4. Se estudió la humectabilidad analizando los ángulos de contacto estáticos y dinámicos de gotas de veinticuatro muestras, las cuales variaban en nanopartículas utilizadas, solventes y concentración. Se midió también la tensión superficial, variable que en conjunto a la mojabilidad, permitirían teorizar sobre el desempeño para contrarrestar el efecto de Marangoni, fenómeno que promueve el flujo de lubricante hacia las zonas frías.

Se evaluó la influencia de la incorporación de nanopartículas de óxido de grafeno en aceites base libre de aditivos para contrarrestar la migración de lubricantes. Se observó que las nanopartículas mejoraron significativamente la humectabilidad de los lubricantes, con resultados positivos en la reducción de la migración. Las nanopartículas de óxido de grafeno demostraron una eficacia notable en mantener la distribución del lubricante, limitando el desplazamiento hacia zonas frías y en algunos casos favoreciendo un desplazamiento controlado hacia áreas más calientes.

Los hallazgos de esta investigación destacan la promesa de las nanopartículas de óxido de grafeno como una solución efectiva para mejorar el desempeño de los lubricantes en condiciones tribológicas desafiantes. La investigación también sugiere que futuras exploraciones podrían beneficiarse de la combinación de métodos, como la incorporación de nanopartículas en aceites junto con recubrimientos superficiales, para optimizar aún más la estabilidad y el rendimiento del lubricante. Este enfoque podría abrir nuevas vías para avances en la ciencia de materiales y lubricación, ofreciendo soluciones innovadoras para problemas complejos en la tribología.