Triboquímica de aditivos modelo de lubricación límite en contactos deslizantes de cobre, con y sin la presencia de óxidos superficiales
La fricción es por lo general un fenómeno natural no deseado, en particular cuando lo que se desea es mantener sistemas en movimiento con la menor cantidad de energía posible, como también reducir el daño y desgaste que se genera. A su vez, debido a los avances tecnológicos, nos encontramos con d...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura
2024
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://repositorio.unne.edu.ar/handle/123456789/55195 |
| Aporte de: |
| Sumario: | La fricción es por lo general un fenómeno natural no deseado, en particular cuando lo que
se desea es mantener sistemas en movimiento con la menor cantidad de energía posible,
como también reducir el daño y desgaste que se genera. A su vez, debido a los avances
tecnológicos, nos encontramos con dispositivos cada vez más pequeños, lo que aumenta
la relación área superficial/volumen de estos sistemas, haciendo que los fenómenos
superficiales, como lo es la fricción, cobren mayor importancia. Por lo tanto, la
comprensión de este fenómeno, junto con el de lubricación y el desgaste, es fundamental
para un amplio rango de sistemas y aplicaciones.
La lubricación límite es el modo de lubricación más severo, ya que las condiciones de
operación no permiten el uso de lubricantes líquidos, por lo que las superficies deslizantes
se encuentran en contacto directo. Esto hace que el estudio de este tipo de sistemas
presente limitaciones prácticas para su análisis, por lo que aun en la actualidad existe un
amplio camino por recorrer.
En el presente trabajo de tesis se analiza el potencial uso del disulfuro de dimetilo
(DSDM) como aditivo de lubricación modelo para contactos deslizantes cobre-cobre,
como puede ser el caso de contactos eléctricos deslizantes en motores eléctricos. Esto se
realiza evaluado también el efecto de la presencia de un óxido nativo sobre las superficies,
ya que debido al entorno oxidante (atmósfera) al que están expuestos, es de esperarse
encontrar películas de óxido en la interface deslizante. Esto se logró utilizando un
monocrital de Cu (111) en condiciones de ultra alto vacío, analizando el sistema mediante
estrategias de la ciencia de superficies, en particular Espectroscopía de Fotoeletrones de
Rayos X (XPS) y ensayos de Desorción Térmica Programada (DTP). De los resultados obtenidos se encontró que tanto las superficies de cobre puro como las
que presentan una película de óxido, son lo suficientemente reactivas como para formar
una película protectora (tribofilm) ricas en azufre al reaccionar con el DSDM. Sin
embargo, la película de óxido muestra un efecto pasivante ante la reacción con el DSDM,
como también un cambio en la selectividad de los productos de reacción. A pesar de que
en ambos casos los productos principales de reacción son metano y etano, dejando azufre
adsorbido sobre la superficie, la presencia de la película de óxido promueve la formación
de etano con respecto a la superficie de cobre pura. A su vez, los tribofilms ricos en azufre
presentaron una elevada estabilidad térmica en ambas superficies, sugiriendo el potencial
uso del DSDM como aditivo de lubricación modelo bajo condiciones de lubricación
límite para interfaces deslizantes de cobre-cobre en situaciones donde pueden estar
presentes óxidos nativos en las superficies de dichos contactos.
Por otro lado, se comenzó con el desarrollo de un modelo teórico de fricción
microscópica, basado en el modelo de Prandtl-Tomlinson, el cual comúnmente se utiliza
para describir el comportamiento de la punta de un microscopio de fuerza atómica (AFM)
sobre una superficie atómicamente plana. En este trabajo de tesis se propone un modelo
que tiene en cuenta una capa de especies moleculares adsorbidas sobre la superficie
(análogo a lo que sucede al exponer una muestra de cobre con DSDM). Por un lado se
obtuvo una solución analítica para el modelo propuesto, y por otro, se realizaron
simulaciones de Monte Carlo, las cuales no solamente validan los resultados analíticos,
sino que también evidencian las limitaciones que estos resultados presentan. |
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