El desgaste se refiere al desgaste y, a veces, al daño por corrosión de las superficies cargadas en contacto mientras encuentran pequeños movimientos oscilatorios tangenciales a la superficie. El desgaste se debe a la adhesión de asperezas en la superficie de contacto , que posteriormente se rompen nuevamente con un pequeño movimiento. Esta rotura provoca la formación de restos de desgaste.
Si los residuos y/o la superficie sufren posteriormente una reacción química, es decir, principalmente oxidación, el mecanismo se denomina corrosión por fricción. El desgaste degrada la superficie, lo que provoca un aumento de la rugosidad de la superficie y micropicaduras, lo que reduce la resistencia a la fatiga de los componentes. La amplitud del movimiento de deslizamiento relativo suele ser del orden de micrómetros a milímetros, pero puede ser tan baja como 3 nanómetros . [1]
Normalmente, la fricción se produce en ajustes por contracción , asientos de rodamientos, piezas atornilladas, estrías y conexiones en cola de milano .
El daño por fricción en el acero se puede identificar por la presencia de una superficie picada y un fino polvo de óxido de hierro "rojo" que se asemeja al cacao en polvo. En sentido estricto, estos residuos no son " óxido ", ya que su producción no requiere agua. Las partículas son mucho más duras que las superficies de acero en contacto, por lo que el desgaste abrasivo es inevitable; sin embargo, no se requieren partículas para iniciar el traste.
El desgaste del aluminio provoca la presencia de residuos negros en el área de contacto debido a las finas partículas de óxido.
Los ejemplos de preocupación incluyen el desgaste de las estrías de transmisión en los ejes de transmisión , las ruedas en la interfaz de los pernos y las juntas de culata sujetas a diferenciales en los coeficientes de expansión térmica .
Actualmente se presta especial atención a la investigación en la industria aeroespacial. [2] La conexión de raíz de pala en cola de milano y el acoplamiento estriado de los motores aeronáuticos de turbina de gas experimentan fricción. [3]
Otro ejemplo en el que puede producirse corrosión por fricción son los cojinetes de paso de las turbinas eólicas modernas , que funcionan bajo movimiento de oscilación para controlar la potencia y las cargas de la turbina. [4]
La inquietud también puede ocurrir entre elementos alternativos en el cuerpo humano. Especialmente los implantes, por ejemplo los de cadera, se ven afectados a menudo por efectos de fricción. [5] [6]
Fuente: [7]
El desgaste también se produce en prácticamente todos los conectores eléctricos sujetos a movimiento (por ejemplo, un conector de placa de circuito impreso enchufado a una placa posterior, es decir, SOSA/ VPX ). Por lo general, la mayoría de los conectores eléctricos placa a placa (B2B) son especialmente vulnerables si hay algún movimiento relativo entre los conectores correspondientes. Para mantener inmóviles ambas mitades de un B2B se necesita un sistema de conexión mecánicamente rígido (a menudo imposible). Los conectores de cable a placa (W2B) tienden a ser inmunes a la fricción porque la mitad del cable del conector actúa como un resorte que absorbe el movimiento relativo que de otro modo se transferiría a las superficies de contacto del conector W2B. Existen muy pocos conectores B2B exóticos que aborden la fricción: 1) incorporando resortes en los contactos individuales o 2) usando un diseño chino de trampa para dedos para aumentar considerablemente el área de contacto. Un diseño de conector que contacta los 4 lados de un pin cuadrado en lugar de solo uno, 1 o 2 puede retrasar un poco la inevitable inquietud. Mantener los contactos limpios y lubricados también ofrece cierta longevidad.
La fricción del contacto puede cambiar la impedancia de un conector B2B de miliohmios a ohmios en solo minutos cuando hay vibración. El revestimiento de oro relativamente suave y delgado que se utiliza en la mayoría de los conectores eléctricos de alta calidad se desgasta rápidamente al exponer los metales de aleación subyacentes y, con los restos de fricción, la impedancia aumenta rápidamente. Contrariamente al sentido común, las altas fuerzas de contacto en el par de conectores acoplados (que se cree que ayudan a reducir la impedancia y aumentar la confiabilidad) en realidad pueden empeorar aún más la tasa de fricción.
En los rodamientos con elementos rodantes, puede producirse fricción cuando los rodamientos funcionan con un movimiento oscilante. Ejemplos de aplicaciones son los rodamientos de palas de turbinas eólicas, los rodamientos de paso de rotores de helicópteros y los rodamientos de robots. Si el movimiento del rodamiento se limita a movimientos pequeños, el daño causado puede denominarse fricción o falso brinelle, según el mecanismo encontrado. [8] [9] La principal diferencia es que el falso brinelling se produce en condiciones de lubricación y de fricción en condiciones de contacto seco. Entre el falso brinelling y la corrosión por fricción, se ha propuesto una relación dependiente del tiempo. [10]
El desgaste disminuye la resistencia a la fatiga de los materiales que operan bajo tensión cíclica. Esto puede provocar fatiga por fricción , por lo que pueden iniciarse grietas por fatiga en la zona de fricción. Posteriormente, la grieta se propaga hacia el interior del material. Las juntas superpuestas, comunes en las superficies de las estructuras de los aviones, son un lugar privilegiado para la corrosión por fricción. Esto también se conoce como rozamiento o corrosión por fricción. [11]
La resistencia al desgaste no es una propiedad intrínseca de un material, ni siquiera de un par de materiales. Hay varios factores que afectan el comportamiento de fricción de un contacto: [12]
La forma fundamental de evitar la fricción es diseñar sin movimiento relativo de las superficies en el contacto. La rugosidad de la superficie juega un papel importante ya que el roce normalmente se produce por el contacto de las asperezas de las superficies de contacto. A menudo se emplean lubricantes para mitigar la fricción porque reducen la fricción e inhiben la oxidación. Sin embargo, esto también puede provocar el efecto contrario, ya que un coeficiente de fricción más bajo puede provocar más movimiento. [13] Por lo tanto, una solución debe ser considerada y probada cuidadosamente. En la industria de la aviación, los recubrimientos se aplican para crear una superficie más dura y/o influir en el coeficiente de fricción.
Los materiales blandos suelen presentar una mayor susceptibilidad al desgaste que los materiales duros de un tipo similar. La relación de dureza de los dos materiales deslizantes también influye en el desgaste por fricción. [14] Sin embargo, los materiales más blandos, como los polímeros, pueden mostrar el efecto contrario cuando capturan residuos duros que quedan incrustados en sus superficies de apoyo. Luego actúan como un agente abrasivo muy eficaz , desgastando el metal más duro con el que están en contacto.
