Análisis tribológico de líquidos iónicos como potenciales lubricantes para energías renovables

Abstract

Esta Tesis Doctoral tiene por objetivo evaluar seis líquidos iónicos (LIs) como potenciales lubricantes en sustitución de aceites lubricantes convencionales. Por lo tanto presentan cuatro aniones y cuatro cationes distintos. Antes de evaluarlos tribológicamente, cada una de las muestras de estos LIs fue sometida a un proceso de desgasificación durante al menos 48 horas, con el fin de reducir lo máximo posible el contenido de agua. Los ensayos tribológicos se realizaron con ayuda de un tribómetro operando en configuración ball on plate en modo reciprocante a temperatura ambiente con probetas de acero AISI 420 y bolas de acero AISI 52100 (100Cr6). Así, se eligió un par de contacto acero-acero por ser el más común en la industria metalmecánica. Las cargas de trabajo fueron de 8, 18 y 30 N. Posteriormente, se midió el volumen de desgaste con un perfilómetro de lápiz con punta de diamante. Con el fin de evaluar cualitativamente los tipos de desgaste (adhesivo, abrasivo, fatiga, etc.) que se produjeron durante los ensayos sobre la superficie de las probetas lubricadas, se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM). Para conocer cómo los líquidos iónicos interactúan con la superficie de las probetas se realizaron análisis mediante espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos X (XPS). Esta técnica permite determinar los compuestos químicos presentes en la superficie del surco formado durante los ensayos tribológicos en la superficie lubricada. Los cambios de composición química entre la superficie no lubricada de fuera del surco y la de éste nos dan información del líquido iónico adsorbido por la superficie y de los nuevos compuestos formados por reacciones triboquímicas. Los resultados obtenidos para estos seis LIs se compararon con un aceite mineral comercial y dos aceites sintéticos tipo perfluoropoliéter con el fin de evaluar sus ventajas y desventajas. Los LIs estudiados presentan mejor capacidad antifricción y mejor o similar capacidad antidesgaste que los lubricantes de referencia. De todos los LIs analizados, el que desde el punto de vista de su capacidad antifricción y antidesgaste presenta mejores prestaciones es [C2C1Im][C6SO4]. Los análisis de las superficies por XPS revelaron la presencia de reacciones triboquímicas favorables salvo en el caso del LI [C1OC2C1Pyrr][(C2F5)3PF3] que presentó tribocorrosión lo cual está de acuerdo con las imágenes SEM realizadas.