Investigadores mexicanos crean súper lubricantes

Por Israel Pérez Valencia

Santiago de Querétaro, Querétaro. 14 de agosto de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- El Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica (Cideteq) lleva a cabo una serie de proyectos enfocados en la generación de recubrimientos lubricantes de bajo costo, dirigidos al sector automotriz y aeroespacial, así como a la industria de la transformación y energía, que sean resistentes a la corrosión y erosión, que reduzcan las pérdidas de energía por fricción entre los componentes metálicos y representen ahorros en el uso de combustibles.

El proyecto es desarrollado por el grupo de Procesos Industriales y Recubrimientos, donde colaboran los investigadores Jorge Morales Hernández, René Antaño López, Julieta Torres González, Fernando Felipe Rivera Iturbe, Raúl Ortega Borges y Federico Castañeda Zaldívar, con la colaboración de estudiantes del posgrado en electroquímica del Cideteq.

Dr. Jorge Morales Hernández, Cideteq.El profesor investigador en el área de Procesos Industriales y Recubrimientos, Jorge Morales Hernández, aseguró que estas líneas de estudio surgieron por la necesidad en el sector industrial de contar con recubrimientos funcionales ante factores como el desgaste, fragilización, fracturas e incluso la corrosión.

“Lo que se busca es enlazar dos áreas sustantivas, es decir, el desarrollo de sistemas de aleación a base de titanio (Ti), de níquel (Ni) y aluminio (Al) con adiciones de cromo (Cr), molibdeno (Mo) y boro (B) que nos permitan obtener recubrimientos tanto duros, de bajo coeficiente de fricción y resistentes a la corrosión”, indicó.

Morales Hernández puntualizó que en la línea de materiales duros y resistentes a la corrosión, el Cideteq tiene un proyecto con la Secretaría de Energía (Sener) para el desarrollo de recubrimientos para el sector geotérmico.

“En la geotermia se trabaja con fluidos corrosivos, los recubrimientos que estamos desarrollando buscan proteger los álabes y otros componentes de las turbinas que tienden a fallar por desgaste; en ese sentido, estamos haciendo algunas aleaciones de titanio y níquel. Lo que queremos es ofrecer una tecnología que incremente la vida de estos equipos y, a la vez, pueda anticipar condiciones críticas de falla”, señaló.

Recubrimientos lubricantes

El investigador del área de Procesos Industriales y Recubrimientos sostuvo que, en el caso de la industria automotriz, el enfoque se centró más en la dureza, durabilidad y resistencia a la fatiga, donde los recubrimientos puedan trabajar en condiciones de ciclo constante.

“Aquí no es solo pensar en lograr altos valores de dureza y es donde introducimos el término de 'lubricante', disminuimos el coeficiente de fricción a través de un recubrimiento de níquel, cromo o titanio modificado con adiciones de boro y molibdeno; esto da como resultado un material con propiedades mecánicas altas en cuanto a tenacidad, pero con bajo coeficiente de fricción”, señaló.

Morales Hernández detalló que el disulfuro de molibdeno (MoS₂), después de reducir su tamaño de cristal a través de una deformación mecánica y de llevarlo a una condición de nanoestructura, muestra un cambio en su textura al ser depositado, lo que lo hace un excelente material lubricante, además de que cuenta con una buena resistencia a la corrosión al ambiente.

Recubrimientos de bajo costo

En relación con la aplicación de estos recubrimientos en los materiales, el profesor investigador en el área de Procesos Industriales y Recubrimientos subrayó que obtuvieron un diseño híbrido que además reduce los costos del proceso.

Julio Aguirre Delgado.“Nosotros depositamos los polvos aleados con una técnica que le llamamos codeposición. En ella, hicimos un híbrido que consiste en mezclar la deposición electroquímica tradicional y hacer uso de la galvanoplastia para la deposición de micro y nanopartículas de diferentes sistemas de aleación donde pudimos, vía electroquímica, depositar una película en un electrolito y hacer recubrimientos de níquel o zinc modificados a través de la dispersión homogénea de pequeñas partículas atrapadas, lo que da como resultado un material compuesto que es una opción económica y amigable”, aseveró.

Doctorado en electroquímica del Cideteq

Uno de los aspectos principales en estos proyectos de investigación es el involucramiento de estudiantes del posgrado en electroquímica del Cideteq, como es el caso de Jaime Mendoza Ortega, quien trabaja en el desarrollo de recubrimientos con una aleación de níquel, aluminio y titanio en diferentes composiciones.

“La idea es generar pastillas target, llevarlas a la deposición física en fase vapor (PVD, por sus siglas en inglés), caracterizarlas para corrosión y analizar su funcionamiento a altas temperaturas, de entre 800 a 900 grados Celsius”, puntualizó.

Mendoza Ortega anunció que la evaluación de la resistencia a la corrosión de este material se llevará a cabo en un equipo con sales fundidas, por lo que este recubrimiento podría ser útil en sectores industriales de la transformación o petroquímica, que tienen ambientes muy corrosivos.

Por su parte, el estudiante Julio Aguirre Delgado desarrolla un proyecto para la evaluación de materiales ante fluidos corrosivos geotérmicos.

“El material que estamos trabajando se da desde la síntesis en solución sólida a través de la técnica de aleación mecánica, con la cual buscamos encontrar fases estructurales que permitan inhibir el fenómeno de la corrosión. Después de eso, se le lleva a un proceso de evaporación física para poder ser depositado en piezas de interés para la industria y después hacer la evaluación electroquímica”, indicó.

Aguirre Delgado detalló que este proyecto se está trabajando para la Comisión Federal de Electricidad (CFE) quienes son los precursores de la energía geotérmica en México.

"Ellos viven una problemática grande respecto a la composición de los fluidos, donde los compuestos a base de azufre (S) y cloro (Cl)  provocan mecanismos de corrosión por picaduras dentro de sus componentes. El procedimiento para hacer el depósito es por evaporación física PVD, donde se va a tener una atmósfera de protección para no tener cambios estructurales dentro de nuestro material", aseveró.

Julio Aguirre Delgado reconoció que ya han desarrollado las fases para comprender ampliamente el fenómeno de la corrosión que sufren esas turbinas geotérmicas y que la siguiente etapa es la síntesis del sistema en pequeña escala y fabricar los targets para la deposición.

Aracely Mandujano Ruiz.En ese sentido, la estudiante de doctorado Araceli Mandujano Ruiz desarrolla una investigación enfocada en el estudio de la corrosión a altas temperaturas y al monitoreo de la corrosión a través de la técnica de ruido electroquímico, además de ser una de las precursoras de un área especializada en corrosión dentro de los laboratorios del Cideteq, que actualmente trabaja en proyectos para la Secretaría de Energía.

“El proyecto del laboratorio de corrosión a alta temperatura se inició en una primera etapa con la colaboración del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional (Cinvestav IPN), unidad Querétaro, el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA) del Instituto Politécnico Nacional y el Centro de Ingeniería y Desarrollo Industrial (Cidesi). Estamos en una segunda etapa, y hay que decir que pocos laboratorios tienen habilitada un área de evaluación de corrosión a altas temperaturas a la que hay que sacar un mayor provecho con la colaboración con otros centros de investigación e instituciones educativas", destacó.

Mandujano Ruiz explicó que el proyecto con la Sener consiste en evaluaciones electroquímicas en sistemas de autoclave de recubrimientos desarrollados por procesos físicos, donde son sometidos a altas temperaturas y presión.

Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica Es un  centro público  del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) dedicado a la investigación y el desarrollo de tecnología en electroquímica, además, proporciona diversos servicios a la industria, tales como análisis de metales, análisis de aguas, caracterización de materiales y análisis de fallas.

“La finalidad de esto es simular las condiciones próximas a la realidad en la operación de una turbina geotérmica, para ello manejamos electrolitos recolectados en campo, en pozos geotérmicos. Tenemos equipos de autoclave donde podemos someter una pieza para evaluar la corrosión bajo esfuerzo, por pérdida de peso, evaluaciones electroquímicas, impedancia, ruido, curvas de polarización y monitoreo de las muestras”, puntualizó.

Lubricantes a pruebas

El profesor investigador en el área de Procesos Industriales y Recubrimientos del Cideteq, Jorge Morales Hernández, subrayó que estos proyectos de recubrimientos lubricantes y de bajo costo se encuentran en la etapa de validación funcional, por lo que se está trabajando con algunas empresas para cumplir con esta etapa.

“Una de las empresas con quien estamos teniendo colaboración va a fabricar rondanas de separación en motores de combustión para tractocamiones. Tienen componentes mecánicos que están en contacto y para evitar el desgaste entre ellos utilizan una rondana de separación, lo que vamos a hacer es ofertar este recubrimiento lubricante para rondanas de separación. Por otra parte, hay una empresa en la región que se dedica a fabricar transmisiones mecánicas, con su área de ingeniería y desarrollo del proyecto tenemos la intención de probar este tipo de materiales lubricantes en sus componentes”, finalizó.

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