Las mediciones del ángulo de contacto pueden ayudar a mejorar el rendimiento de los aceites de motor.
Para mejorar la resistencia a la corrosión y reducir la pérdida de energía debido a la fricción y el desgaste, se utilizan lubricantes fluidos que normalmente contienen un 90% de aceite y un 10% de aditivos. Estudios previos han demostrado que las nanopartículas como aditivos ayudan a disminuir la fricción y el desgaste y mejoran el desempeño tribológico de los lubricantes fluidos. Desafortunadamente, dos inconvenientes de las nanopartículas limitaban su aplicación en lubricantes hasta ahora: uno es la formación de partículas más grandes por aglomeración; el otro una mala estabilidad causada por mayor densidad de nanopartículas que resulta en sedimentación. Las nanopartículas de carbono, que poseen un desempeño sobresaliente como aditivos de aceite viables, han atraído especialmente la atención. Se ha dedicado gran cantidad de trabajo de investigación a una mejor comprensión del comportamiento tribológico de los lubricantes de aceite y carbono, sin embargo, muy pocos están relacionados con sus propiedades físicas y químicas como la viscosidad y la mojabilidad. Especialmente la mojabilidad de los lubricantes de aceite juega un papel destacado en sus comportamientos tribológicos, por lo que es importante estudiar la influencia de los aditivos en las propiedades de mojabilidad del aceite de base.
Para comprender totalmente el efecto de las nanopartículas de carbono en los sistemas lubricantes de aceite y carbono, Abdullah et al. han estudiado y comparado sistemáticamente la mojabilidad y las propiedades reológicas de la mezcla de lubricante aceite-carbono con aceite de base puro, demostrando que los aceites con nanopartículas de carbono tienen una buena estabilidad y comportamiento tribológico, así como una buena mojabilidad.
En este trabajo, los autores estudiaron primero la morfología y el tamaño de las nanopartículas de carbono mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) y dispersión dinámica de luz (DLS), respectivamente. Los resultados mostraron que las nanopartículas de carbono tienen forma esférica y superficie lisa, beneficioso para una menor pérdida por fricción y desgaste, y un diámetro promedio de 400 nm que es adecuado para reducir la presión de contacto al penetrar entre superficies deslizantes y, en consecuencia, ocupar espacios de aspereza.
Llevaron a cabo mediciones de ángulos de contacto (CA) en lubricantes de aceite-carbono y aceite de referencia respectivamente, variando la temperatura de 5° C a 50° C. Como se muestra en la Imagen 1, ambas muestras poseían casi las mismas CA (alrededor de 20°). Cuando se aumenta la temperatura, los CA de ambas muestras disminuyeron, excepto el aceite de referencia a 30° C, que aumentó un poco. A 50° C, el aceite de referencia y el lubricante aceite-carbono exhibieron CA de 15° y 11° respectivamente. Esta tendencia muestra que las nanopartículas de carbono no tuvieron ningún efecto negativo sobre la mojabilidad del aceite de referencia. Curiosamente, al disminuir la temperatura (de 15° C a 0° C), los CA de ambas muestras de aceite mostraron una tendencia creciente similar. En general, el lubricante de aceite de carbono tenía CA ligeramente más bajo en comparación con el aceite de referencia. Porque las partículas de carbono de tamaño submicrónico con una superficie lisa podrían llenar las microestructuras en la superficie del acero inoxidable de modo que la superficie sea mucho más lisa y, por lo tanto, más propensa a cubrirse con los aceites. Además, las nanopartículas de carbono son más estables en aceite en comparación con otros tipos de nanopartículas debido a que poseen una densidad similar al aceite.
Imagen 1: Ángulos de contacto del lubricante de aceite-carbono y aceite de referencia con varias temperaturas | 5° C a 50° C.
Además, evaluaron la viscosidad y estabilidad del aceite de referencia y del lubricante aceite-carbono. Los resultados muestran que la adición de nanopartículas de carbono no tuvo ningún efecto sobre las propiedades reológicas a diferentes temperaturas y velocidades de tasa de corte (Imagen 2). En consecuencia, la adición de nanopartículas de carbono no afectará el desempeño tribológico del aceite en el régimen de lubricación hidrodinámica donde las superficies están separadas por una película de aceite, lo cual es consistente con los resultados de investigaciones previas. La estabilidad de las dispersiones de nanopartículas de carbono en el aceite de referencia puede alcanzar las 240 horas sin ningún tensoactivo. Por lo tanto, los resultados anteriores demostraron que las nanopartículas de carbono como aditivos de aceite evidenciaron una buena estabilidad y mejoraron las propiedades tribológicas sin influencia sobre las propiedades reológicas y de mojabilidad del aceite de base.
Imagen 2: Viscosidad del lubricante de aceite-carbono y aceite de referencia con (A) varias temperaturas y (B) varias velocidades de tasa de corte.
En general, este trabajo nos mostró los detalles sobre las propiedades de mojabilidad de los lubricantes de aceite-carbono, lo que ilustra que la adición de nanopartículas de carbono no tiene una influencia negativa en los comportamientos de mojabilidad del aceite de referencia. Además, las nanopartículas de carbono mejoraron enormemente la propiedad tribológica sin cambiar el rendimiento y la funcionalidad del aceite en los regímenes de lubricación. En esta investigación se utilizó un sistema de análisis óptico de ángulo de contacto OCA de DataPhysics Instruments GmbH.
Para obtener más información, consulte el siguiente artículo: Propiedades reológicas y de mojabilidad del aceite de motor con una mezcla de lubricante de partículas de carbono esféricas submicrónicas; Abdullah Awad Alazemi, Feras Ghazi Alzubi, Abdulsalam Alhazza, Arthur Dysart y Vilas Ganpat Pol, Revista Internacional de Tecnología Automotriz 2020, 21 (6), 1475-1482; DOI: 10.1007 / s12239-020-0139-z
