Estudio tribológico de nuevos nanofluidos iónicos y nanomateriales

Abstract

[SPA] En este trabajo se ha llevado a cabo un estudio tribológico y de ingeniería de superficie de materiales e interfaces. En primer lugar, se han estudiado cuatro nuevos líquidos iónicos libres de haluros como lubricantes límite de contactos oscilatorios acero-zafiro y acero-resina epoxi, en condiciones de lubricación límite. Se han utilizado dos acabados superficiales para el acero, encontrando no sólo baja fricción sino desgaste despreciable, para el acabado más rugoso. Se han obtenido nuevos nanofluidos iónicos por dispersión de dos tipos comerciales de grafeno en el líquido iónico tetrafluoroborato de 1-octil-3-metilimidazolio, encontrando la dispersión con mejores características antifricción y desgaste en contactos zafiro-acero y acero-resina epoxi. Se han obtenido nuevos lubricantes base agua por adición de nuevas dispersiones de grafeno en un líquido iónico prótico libre de elementos contaminantes, ya que es un derivado de catión amonio y del anión citrato. La evaporación controlada de agua ha permitido obtener superficies autolubricantes. En este trabajo se ha mejorado el comportamiento tribológico de un material frágil y de baja resistencia al desgaste como es la resina epoxi modificándola mediante la adición de distintas concentraciones del líquido iónico tetrafluoroborato de 1-octil-3-metilimidazolio, o de nanofases de carbono como nanotubos de carbono de pared simple o grafeno, mezclados con el líquido iónico o previamente modificados por él. Se describen por primera vez nuevos materiales de resina epoxi con capacidad de autorrecuperación del daño superficial producido por abrasión, debido al efecto de la adición de líquido iónico. La combinación de nanofases de carbono y líquido iónico da lugar a nanocomposites de matriz epoxi con mejor comportamiento tribológico que los que contienen cualquiera de los aditivos por separado. Finalmente, se ha iniciado una nueva línea de investigación que consiste en utilizar los nuevos nanocomposites de matriz epoxi como recubrimientos protectores sobre sustratos metálicos.

[ENG] The present work has focused on tribology and surface engineering of materials and interfaces. In the first place, four new halogen-free ionic liquids have been studied as boundary lubricants in reciprocating steel-sapphire and steel-epoxy resin contacts. Two different steel surface roughness have been compared, finding not only low friction, but also non-measurable wear, in the case of higher roughness. New ionic nanofluids have been obtained by dispersion of two commercial graphene grades in the ionic liquid 1-octyl-3-methylimidazlium tetrafluoroborate, finding the best friction reducing and antiwear performance in pin-on-disc sapphire-steel and steel-epoxy resin contacts. New aqueous lubricants have been developed by addition of new dispersions of graphene in a protic ionic liquid free from contaminant elements, as it is an ammonium cation citrate anion derivative. Controlled water evaporation leads to new self-lubricating surfaces. In the present work, the tribological performance of a fragile low wear-resistance materials such as epoxy resin has been improved by addition of variables concentrations of the ionic liquid 1-octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate or carbon nanophases such as singlewalled carbon nanotubes or graphene. Blended with the ionic liquid or previously modified by it. The first epoxy resin materials with ability of self-healing the abrasion surface damage, due to the addition of ionic liquid, are described. New epoxy resin matrix nanocomposites, obtained by combination of carbon nanophases and ionic liquid, show better tribological behavior than the materials containing any of the additives separatedly. Finally, a new research line on the cure of the new epoxy matrix nanocomoposites as protective coatings on steel substrates has been iniciated.