El esmalte de capa de óxido compactado describe la capa de óxido , a menudo brillante y protectora contra el desgaste, que se forma cuando dos metales (o un metal y cerámica ) se deslizan uno contra el otro a alta temperatura en una atmósfera que contiene oxígeno . La capa se forma en una o ambas superficies en contacto y puede brindar protección contra el desgaste.
Una definición poco utilizada de esmalte es la capa de óxido compactada y altamente sinterizada que se forma debido al deslizamiento de dos superficies metálicas (o, a veces, una superficie metálica y una superficie cerámica) a altas temperaturas (normalmente varios cientos de grados Celsius) en condiciones oxidantes. La acción deslizante o tribológica genera restos de óxido que se pueden compactar contra una o ambas superficies deslizantes y, en las condiciones correctas de carga, velocidad de deslizamiento y química del óxido, así como temperatura (alta), sinterizarse entre sí para formar una capa de "esmalte". El "esmalte" que se forma en estos casos es en realidad un óxido cristalino, con un tamaño de grano o cristal muy pequeño que se ha demostrado que se acerca a los niveles de escala nanométrica. Originalmente se pensaba que estas capas de "esmalte" eran óxidos amorfos de la misma forma que los esmaltes cerámicos, de ahí que el nombre "esmalte" todavía se utilice en la actualidad.
Estos "esmaltes" han atraído una atención limitada debido a su capacidad para proteger las superficies metálicas en las que pueden formarse del desgaste en las condiciones de alta temperatura en las que se generan. Esta protección contra el desgaste a alta temperatura permite su uso potencial a temperaturas más allá del rango de los lubricantes convencionales a base de hidrocarburos, a base de silicona o incluso sólidos como el disulfuro de molibdeno (este último útil hasta aproximadamente 450 °C (842 °F) a corto plazo). Una vez que se forman, se producen pocos daños adicionales a menos que haya un cambio drástico en las condiciones de deslizamiento.
Estos "esmaltes" funcionan proporcionando una capa mecánicamente resistente, que evita el contacto directo entre las dos superficies deslizantes. Por ejemplo, cuando dos metales se deslizan uno contra el otro, puede haber un alto grado de adhesión entre las superficies. La adhesión puede ser suficiente para dar como resultado la transferencia metálica de una superficie a la otra (o la eliminación y expulsión de dicho material) - desgaste adhesivo efectivo (también conocido como desgaste severo ) . Con la capa de "esmalte" presente, no pueden ocurrir tales interacciones adhesivas severas y el desgaste puede reducirse en gran medida. La generación continua de desechos oxidados durante el desgaste más gradual que resulta (llamado desgaste leve) puede sostener la capa de "esmalte" y mantener este régimen de bajo desgaste.
Sin embargo, su posible aplicación se ha visto obstaculizada, ya que solo se han formado con éxito en las mismas condiciones de deslizamiento en las que se supone que ofrecen protección. Es necesario que se produzca una cantidad limitada de daño por deslizamiento (denominado "desgaste por rodaje", en realidad un breve período de desgaste adhesivo o severo) antes de que se generen los óxidos y se puedan formar dichas capas de "esmalte". Los esfuerzos por fomentar su formación temprana han tenido un éxito muy limitado, y el daño infligido durante el período de "rodaje" es un factor que impide que esta técnica se utilice para aplicaciones prácticas.
Como el óxido generado es efectivamente el resultado de la descomposición triboquímica de una o ambas superficies metálicas (o cerámicas) en contacto, el estudio de los esmaltes de capas de óxido compactadas a veces se considera parte del campo más general de la corrosión a alta temperatura .
La generación de óxidos durante el desgaste por deslizamiento a alta temperatura no conduce automáticamente a la producción de una capa de óxido compactada "glaseada". 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 restos de óxido sueltos pueden ayudar o mejorar la eliminación de material por desgaste abrasivo. Un cambio en las condiciones también puede provocar un cambio de la formación de un óxido abrasivo suelto a la formación de capas de óxido compactadas protectoras contra el desgaste y viceversa, o incluso la reaparición de desgaste adhesivo o severo. Debido a las complejidades de las condiciones que controlan los tipos de desgaste observados, ha habido una serie de intentos de mapear los tipos de desgaste con referencia a las condiciones de deslizamiento para ayudar a comprenderlas y predecirlas mejor.
Debido al potencial de protección contra el desgaste a altas temperaturas más allá de las cuales se pueden utilizar los lubricantes convencionales, se han especulado posibles usos en aplicaciones tales como motores de automóviles , generación de energía e incluso aeroespacial , donde existe una demanda creciente de una eficiencia cada vez mayor y, por lo tanto, de una temperatura de funcionamiento .
Las capas de óxido compactadas se pueden formar debido al deslizamiento a bajas temperaturas y ofrecen cierta protección contra el desgaste, sin embargo, en ausencia de calor como fuerza impulsora (ya sea debido al calentamiento por fricción o a una temperatura ambiente más alta), no pueden sinterizarse juntas para formar capas de "esmalte" más protectoras.