Tribología y nanomateriales

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La tribología es la disciplina que se preocupa por la fricción, el desgaste y la lubricación. Su nombre proviene de la palabra griega “Tribo” que significa frotar. Es un área de conocimiento multidisciplinaria, que requiere  contribuciones de la química de superficies, de la ciencia de materiales y de la mecánica.

Una forma de conseguir nuevos materiales que sean mas duraderos y usar menos lubricante es dotarlos de estructuras nanométricas funcionales y oportunas.

Las nanotecnias permiten desarrollar nuevos materiales que presentan un mejor deslizamiento y  un menos desgaste.

El contacto superficial entre dos cuerpos en movimiento relativo es un fenómeno no común. Debido al contacto y a la fricción entre las piezas de un sistema mecanico se transmiten los movimientos rectilíneos o se le transforma en rotaciones. Por ejemplo, los frenos del coche, el rozamiento permite que el freno actúe sobre la llanta para detenerla, pero  también hace  que tengamos que cambiar periódicamente las pastillas de freno del coche o las suelas de los zapatos que se desgastan por la fricción contra el  piso mientras caminamos. En procesos de moldeo y conformado de las piezas metálicas, como para fabricar planchas o cables, se tiene que ejercer un efecto negativo sobre la calidad de las superficies y el desgaste de los moldes.

Cuando se les observa a escala microscópica, las superficies metálicas no son tan lisas como parecen a simple vista. Presentan asperezas y valles, grandes comparados con la escala atómica, mismas que conformarán el contacto entre las piezas. Para reducir la fricción entre piezas metálicas se añaden lubricantes, normalmente sustancias orgánicas que  forman un a películas superficial que reduce el contacto entre las asperezas.

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De acuerdo con un estudio reciente, las pérdidas que sufre un país industrializado debidas al desgaste y a la corrosión de los materiales alcanzan el 4,5% del Producto Nacional Bruto.

Los fabricantes de automóviles, la industria aerospacial, los constructores de maquinaria o los productores de biomateriales deben de conseguir que sus componentes que no sólo tengan mejores prestaciones, sino que resulten también más fiables y duraderos. Nuevos materiales con mejores propiedades tribológicas contribuirán también a salvaguardar el medio ambiente al reducir el consumo de materias primas y del uso de lubricantes muy contaminantes.

El desarrollo de la nanotecnia en los últimos años ha facilitado la obtención de nuevos materiales con propiedades singulares y aplicaciones en múltiples áreas, de la cosmética a la electrónica. La materia estructurada a escala nanométrica (un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro, 1 nm = 10–9m) presenta propiedades muy diferentes de las que exhibe en su configuración ordinaria. Los materiales nanoestructurados contienen granos o partículas con un tamaño medio de entre 1 y 100 nm; el tamaño de grano de los materiales ordinarios es de cien a mil veces mayor. A medida que el tamaño del grano decrece, las interfases adquieren más importancia, ya que aumenta el número de átomos que reside en esas fronteras de grano, lo que influye en las propiedades del material.

El mercado de la nanotécnia es el de los materiales nanoestructurados. El área en donde la nanotécnia ha hecho progresos mas significativos es en la de recubrimientos y donde se han logrado mayores tratos comerciales. Sin embargo el campo aun esta dominado por el área tradicional de los recubrimientos protectores que reducen desgaste, corrosión y la abrasión y mejoras la lubricación y la resistencia al rayado.

El utilizar materiales con propiedades tribológicas superiores, puede eliminar el uso de lubricantes, ofreciendo un ahorro económico considerable en la mayoría de los sectores industriales y un considerable apoyo ambiental.

 

Saludos.

Biografía complementaria:
THE FRICTION AND LUBRICATION OF SOLIDS. F. P. Bowden y D. Tabor. Oxford University Press; Oxford, 2001.
Tribología con nanomateriales José-Lorenzo Vallés e Isabel Vergara
http://www.cordis.lu.

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