Esmalte de capa de óxido compactada

El esmalte de capa de óxido compactada describe la capa de óxido , a menudo brillante y protectora contra el desgaste, que se forma cuando dos metales (o un metal y una cerámica ) se deslizan uno contra el otro a alta temperatura en una atmósfera que contiene oxígeno . Esta capa se forma en una o ambas superficies en contacto y puede proteger contra el desgaste.

Una definición poco común de vidriado es la capa de óxido compactada y altamente sinterizada que se forma por el deslizamiento de dos superficies metálicas (o a veces una superficie metálica y una cerámica) a altas temperaturas (normalmente varios cientos de grados Celsius) en condiciones oxidantes. El deslizamiento o la acción tribológica genera partículas de óxido que se compactan contra una o ambas superficies deslizantes y, bajo las condiciones adecuadas de carga, velocidad de deslizamiento, composición química del óxido y temperatura (alta), se sinterizan para formar una capa de vidriado. El vidriado formado en estos casos es en realidad un óxido cristalino , con un tamaño de cristal o grano muy pequeño que se ha demostrado que se aproxima a la nanoescala. Originalmente se pensaba que estas capas de vidriado eran óxidos amorfos de la misma forma que los vidriados cerámicos, de ahí que el término «vidriado» se siga utilizando en la actualidad.

Estos recubrimientos protectores han recibido poca atención debido a su capacidad para proteger las superficies metálicas sobre las que se forman, evitando el desgaste a altas temperaturas. Esta protección contra el desgaste a altas temperaturas permite su uso potencial a temperaturas superiores al rango de los lubricantes convencionales a base de hidrocarburos, silicona o incluso lubricantes sólidos como el disulfuro de molibdeno (este último útil hasta aproximadamente 450 °C (842 °F) a corto plazo). Una vez formados, apenas se producen daños adicionales a menos que haya un cambio drástico en las condiciones de deslizamiento.  

Estos recubrimientos protectores funcionan proporcionando una capa mecánicamente resistente que impide el contacto directo entre las dos superficies deslizantes. Por ejemplo, cuando dos metales se deslizan uno contra el otro, puede existir un alto grado de adhesión entre las superficies. Esta adhesión puede ser suficiente para provocar la transferencia de material metálico de una superficie a la otra (o su eliminación y expulsión), lo que se conoce como desgaste adhesivo (también denominado desgaste severo ) . Con la presencia de la capa protectora, estas interacciones adhesivas severas no pueden ocurrir y el desgaste se reduce considerablemente. La generación continua de residuos oxidados durante el desgaste más gradual resultante (denominado desgaste leve) puede mantener la capa protectora y este bajo nivel de desgaste.

Sin embargo, su potencial aplicación se ha visto obstaculizada, ya que solo se han formado con éxito bajo las condiciones de deslizamiento específicas en las que se supone que deben ofrecer protección. Es necesario que se produzca un daño por deslizamiento limitado (conocido como "desgaste inicial", que en realidad es un breve período de desgaste adhesivo o severo) antes de que se generen los óxidos y se puedan formar dichas capas de "vidrio". Los esfuerzos por fomentar su formación temprana han tenido un éxito muy limitado, y el daño infligido durante el período de "desgaste inicial" es uno de los factores que impiden que esta técnica se utilice en aplicaciones prácticas.

Dado que el óxido generado es, en efecto, el resultado de la degradación triboquímica de una o ambas superficies metálicas (o cerámicas) en contacto, el estudio de los esmaltes con capas de óxido compactadas se considera a veces parte del campo más general de la corrosión a altas temperaturas .

La generación de óxidos durante el desgaste por deslizamiento a alta temperatura no conduce automáticamente a la formación de una capa de óxido compactada. En determinadas condiciones (posiblemente debido a condiciones no ideales de velocidad de deslizamiento, carga, temperatura o composición química del óxido), el óxido puede no sinterizarse y, en su lugar, los fragmentos sueltos de óxido pueden contribuir a la eliminación de material por desgaste abrasivo. Un cambio en las condiciones también puede provocar una transición de la formación de un óxido suelto y abrasivo a la formación de capas de óxido compactadas protectoras contra el desgaste, y viceversa, o incluso la reaparición de un desgaste adhesivo o severo. Debido a la complejidad de las condiciones que controlan los tipos de desgaste observados, se han realizado varios intentos para relacionar los tipos de desgaste con las condiciones de deslizamiento, con el fin de comprenderlos y predecirlos mejor.

Debido a su potencial para proteger contra el desgaste a temperaturas elevadas, más allá de las cuales se pueden utilizar lubricantes convencionales, se han barajado posibles usos en aplicaciones como motores de automóviles , generación de energía e incluso la industria aeroespacial , donde existe una demanda creciente de mayor eficiencia y, por lo tanto, de mayor temperatura de funcionamiento .

Las capas de óxido compactadas pueden formarse debido al deslizamiento a bajas temperaturas y ofrecen cierta protección contra el desgaste; sin embargo, en ausencia de calor como fuerza impulsora (ya sea por calentamiento por fricción o por una temperatura ambiente más alta ), no pueden sinterizarse para formar capas de "esmalte" más protectoras.

• tribología
• Tener puesto

• IA Inman. Formación de una capa de óxido compactada en condiciones de retención limitada de residuos en la interfaz de desgaste durante el desgaste por deslizamiento a alta temperatura de superaleaciones , Tesis doctoral (2003), Universidad de Northumbria , ISBN 1-58112-321-3( vista previa )
• SR Rose – Estudios del comportamiento tribológico a altas temperaturas de superaleaciones , Tesis doctoral, AMRI, Universidad de Northumbria (2000)
• PD Wood – El efecto de la superficie de contacto en la resistencia al desgaste de ciertas aleaciones a temperatura ambiente y a 750 °C , Tesis doctoral, SERG, Universidad de Northumbria (1997)
• JF Archard y W. Hirst – El desgaste de los metales en condiciones sin lubricación , Proc Royal Society London, A 236 (1956) 397–410
• JF Archard y W. Hirst – Un examen de un proceso de desgaste leve . Actas de la Royal Society de Londres, A 238 (1957) 515–528.
• JK Lancaster – La formación de películas superficiales en la transición entre el desgaste metálico leve y severo , Proc. Royal Society London, A 273 (1962) 466–483
• TFJ Quinn – Revisión del desgaste oxidativo. Parte 1: Los orígenes del desgaste oxidativo . Tribo. Int., 16 (1983) 257–270
• IA Inman, PK Datta, HL Du, Q Luo, S. Piergalski – Estudios del desgaste por deslizamiento a alta temperatura de interfaces metálicas disímiles , Tribology International 38 (2005) 812–823 ( Elsevier / Science Direct )
• FH Stott, DS Lin y GC Wood – La estructura y el mecanismo de formación de las capas de óxido "esmaltadas" producidas en aleaciones a base de níquel durante el desgaste a altas temperaturas , Corrosion Science , vol. 13 (1973) 449–469
• FH Stott, J. Glascott y GC Wood – Modelos para la generación de óxidos durante el desgaste por deslizamiento , Proc Royal Society London A 402 (1985) 167–186
• FH Stott – El papel de la oxidación en el desgaste de las aleaciones , Tribology International, 31 (1998) 61–71
• FH Stott – Desgaste por deslizamiento a alta temperatura de metales , Trib. Int., 35 (2002) 489–495
• J. Jiang, FH Stott y MM Stack – Un modelo matemático para el desgaste por deslizamiento de metales a temperaturas elevadas , Wear 181 (1995) 20–31
• TFJ Quinn – “Desgaste oxidativo”, Wear 18 (1971) 413–419
• SC Lim – Desarrollos recientes en mapas de desgaste , Tribo. Int., Vol. 31, Nos. 1-3 (1998) 87-97