Propriedades tribológicas de alta

Nov 16, 2023

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13180 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A lubrificação inadequada das duas superfícies em contato durante o atrito pode levar a desgaste severo, especialmente no corte de metal. Portanto, foi proposta uma superfície com efeito antifricção sinérgico de textura e lubrificante sólido para melhorar a lubrificação. Uma textura de malha com excelente molhabilidade foi preparada na superfície do aço rápido (HSS) por laser e, em seguida, fibras de náilon foram implantadas verticalmente nas ranhuras da textura usando a tecnologia de flocagem eletrostática. O atrito e o estado de desgaste de diferentes superfícies (lisas, texturizadas, flocadas) sob lubrificação a seco/óleo foram estudados por um testador de desgaste alternativo linear. O coeficiente de atrito (COF) sob diferentes condições de trabalho foi utilizado para analisar as propriedades antifricção, e a taxa de desgaste foi utilizada para avaliar a resistência ao desgaste da superfície. Os resultados mostraram que as propriedades tribológicas das superfícies flocadas foram melhores que as das outras duas superfícies. Isso ocorre porque a adição de fibras de náilon facilita o cisalhamento nas bordas da textura. As fibras quebradas formam uma película lubrificante sólida na superfície da amostra, que evita que a superfície seja arranhada por detritos. Além disso, verifica-se que o COF diminui com o aumento da carga. Finalmente, a rápida molhabilidade das gotículas de óleo na superfície flocada mostra o grande potencial da superfície para lubrificação e antifricção.

O desgaste causado pelo atrito é um dos principais motivos de falha de equipamentos e peças1. Portanto, a pesquisa sobre redução de atrito tem atraído a atenção de muitos estudiosos, focando principalmente em novos materiais, textura superficial, revestimentos, lubrificantes e outros aspectos. No campo do processamento de corte de metal, o material é violentamente friccionado com a superfície da ferramenta, criando assim uma área de alta temperatura e alta pressão na ponta da ferramenta, o que impede a entrada de lubrificante e afeta seriamente a vida útil do ferramenta.

Tem havido muita atenção às superfícies texturizadas devido às suas boas propriedades tribológicas, mas o estado da arte apresentado é bastante curto e incompleto. Segundo Grutzmacher et al.2, as texturas têm a função de armazenar detritos e lubrificantes, reduzindo a área real de contato e auxiliando no aumento da pressão hidrodinâmica. Cheng et al.3 investigaram o atrito e o desgaste de diferentes superfícies texturizadas e exploraram os efeitos da profundidade, rugosidade e carga no atrito interfacial usando um modelo híbrido de lubrificação elastomérica. Wei et al.4 prepararam quatro tipos de superfícies texturizadas com diferentes densidades de área e realizaram testes de desgaste de disco esférico. Os resultados demonstraram que as texturas melhoraram significativamente a resistência ao desgaste do material do substrato, e o efeito de lubrificação hidrodinâmica causado pela textura é o principal motivo para a redução do atrito. Wan et al.5 descobriram que superfícies com texturas possuem o menor COF, e a curva do COF é mais estável do que a da superfície sem textura. Costa et al.6 analisaram a antifricção de superfícies texturizadas em diferentes aplicações e enfatizaram as grandes vantagens do processamento a laser na preparação de texturas. Entretanto, Marian et al.7 apontaram que texturas para controle de atrito e desgaste em tribocontatos lubrificados ainda estão em fase de tentativa e erro.

A otimização adicional da lubrificação das superfícies texturizadas pode reduzir o atrito e o desgaste, melhorando assim a eficiência energética e a sustentabilidade. O preenchimento da textura com lubrificantes sólidos tem atraído muita atenção devido à sua preparação conveniente e propriedades autolubrificantes. Li et al.8 depositaram metal macio (prata) na textura e verificaram que a superfície não tem efeito óbvio na redução do atrito à temperatura ambiente, enquanto o antifricção é melhor a 200 °C, 400 °C e 300 °C . Além disso, o armazenamento do lubrificante da textura tem um efeito mais significativo na redução do atrito em temperaturas acima de 400 °C. Mi et al.9 investigaram o desempenho ao desgaste da superfície texturizada preenchida com lubrificante sólido WC/Cu. Os detritos de desgaste formaram um filme lubrificante na superfície da fase Cu, e a fase Cu formou um filme autolubrificante nas ilhas de WC duro. Portanto, a formação do filme lubrificante na superfície de desgaste diminuiu o COF e melhorou a resistência ao desgaste. Huang et al.10 usaram um método de revestimento químico para depositar lubrificante sólido Ag/MoS2 nos pites e realizaram testes de desgaste, os resultados mostraram que o COF e o desgaste foram bastante reduzidos porque o lubrificante sólido forma uma película lubrificante na superfície. Além disso, Yin et al.11 pulverizaram lubrificante sólido não metálico (partículas de grafite) em uma superfície texturizada e concluíram que o grafite melhorou significativamente as propriedades tribológicas da superfície através de testes de desgaste. Meng et al.12 pesquisaram a antifricção de diferentes tipos de lubrificantes sólidos (CaF2, WS2 e grafite) em texturas. Eles concluíram que as texturas preenchidas com lubrificantes sólidos WS2 ou grafite apresentaram COF relativamente baixo, e a presença de um filme lubrificante na região de atrito protegeu as amostras de maiores danos por desgaste. Wang et al.13 preencheram a textura do lubrificante sólido compósito mantendo o processo de deposição sob pressão. Os testes de atrito demonstraram que a textura atua como um reservatório de lubrificante, liberando gradualmente o lubrificante na região de contato deslizante durante o deslizamento, e as nanofibras de carbono no lubrificante sólido compósito são as que têm maior contribuição para a redução do coeficiente de atrito. Hua et al.14 investigaram propriedades de atrito de textura preenchida com poliimida como lubrificante sólido na faixa de temperatura ambiente a 400 °C. Os resultados demonstraram que o COF da superfície texturizada preenchida com o lubrificante flexível foi significativamente menor e mais estável. Rosenkranz et al.15 apontaram em uma revisão que a combinação de textura e lubrificantes sólidos é uma abordagem promissora para obter superfícies com atrito ajustável ou comportamento de desgaste. No entanto, ainda existem muitas oportunidades para melhorias e otimização adicionais da tecnologia para maximizar as sinergias entre texturas e lubrificantes sólidos.