El desgaste por rozamiento se refiere al desgaste y, en ocasiones, al daño por corrosión de las superficies cargadas en contacto cuando experimentan pequeños movimientos oscilatorios tangenciales a la superficie. El desgaste por rozamiento se produce por la adhesión de las asperezas de la superficie de contacto , que posteriormente se vuelven a romper por el pequeño movimiento. Esta rotura hace que se formen 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 frotamiento. El frotamiento degrada la superficie, lo que provoca un aumento de la rugosidad superficial 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]
Por lo general, el desgaste se encuentra en ajustes por contracción , asientos de cojinetes, piezas atornilladas, estrías y conexiones de cola de milano .
El daño por desgaste por rozamiento en el acero se puede identificar por la presencia de una superficie picada y un polvo fino de óxido de hierro "rojo" parecido al cacao en polvo. Estrictamente hablando, 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 desgaste por rozamiento.
El desgaste en el aluminio provoca la aparición de residuos negros en el área de contacto debido a las finas partículas de óxido.
Los ejemplos de desgaste por fricción incluyen el desgaste de las estrías de transmisión en los ejes de transmisión , las ruedas en la interfaz de los pernos de las orejetas y las juntas de culata sujetas a diferenciales en los coeficientes de expansión térmica .
En la actualidad, la investigación sobre el desgaste por fricción se centra en la industria aeroespacial. [2] La conexión de cola de milano entre la raíz de la pala y el acoplamiento estriado de los motores aeronáuticos de turbina de gas experimentan desgaste por fricción. [3]
Otro ejemplo en el que puede producirse corrosión por contacto son los cojinetes de paso de las turbinas eólicas modernas , que funcionan bajo un movimiento de oscilación para controlar la potencia y las cargas de la turbina. [4]
El rozamiento también puede producirse entre elementos que se mueven en vaivén en el cuerpo humano. Los implantes, por ejemplo, los de cadera, suelen verse afectados por este efecto. [5] [6]
Fuente: [7]
El desgaste por fricción también ocurre en prácticamente todos los conectores eléctricos sujetos a movimiento (por ejemplo, un conector de placa de circuito impreso enchufado a una placa base, es decir, SOSA/ VPX ). Comúnmente, la mayoría de los conectores eléctricos de placa a placa (B2B) son especialmente vulnerables si hay algún movimiento relativo presente entre los conectores de acoplamiento. Se requiere un sistema de conexión mecánicamente rígido para mantener inmóviles ambas mitades de un B2B (a menudo imposible). Los conectores de cable a placa (W2B) tienden a ser inmunes al desgaste por 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 solucionen el desgaste por fricción mediante: 1) la incorporación de resortes en los contactos individuales o 2) el uso de un diseño de trampa para dedos chino para aumentar en gran medida el área de contacto. Un diseño de conector que contacte los 4 lados de un pin cuadrado en lugar de solo uno o 1 o 2 puede retrasar un poco el inevitable desgaste por fricción. Mantener los contactos limpios y lubricados también ofrece cierta longevidad.
El desgaste por contacto puede cambiar la impedancia de un conector B2B de miliohmios a ohmios en tan solo unos minutos cuando hay vibración. El chapado de oro relativamente suave y delgado que se usa en la mayoría de los conectores eléctricos de alta calidad se desgasta rápidamente al exponer los metales de aleación subyacentes y, con los residuos de desgaste por contacto, la impedancia aumenta rápidamente. De manera un tanto contraria a la intuición, 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 desgaste por contacto.
En los cojinetes de elementos rodantes, el desgaste por fricción puede ocurrir cuando los cojinetes están funcionando en un movimiento oscilante. Ejemplos de aplicaciones son los cojinetes de las palas en turbinas eólicas, cojinetes de paso del rotor de helicópteros y cojinetes en robots. Si el movimiento del cojinete se limita a pequeños movimientos, el daño causado puede llamarse desgaste por fricción o desgaste por fricción falso , dependiendo del mecanismo encontrado. [8] [9] La principal diferencia es que el desgaste por fricción falso ocurre en condiciones de contacto lubricado y el desgaste por fricción en condiciones de contacto seco. Entre el desgaste por fricción falso y la corrosión por fricción, se ha propuesto una relación dependiente del tiempo. [10]
La corrosión por frotamiento disminuye la resistencia a la fatiga de los materiales que operan bajo tensión cíclica. Esto puede provocar fatiga por frotamiento , por lo que pueden iniciarse grietas por fatiga en la zona de frotamiento. Posteriormente, la grieta se propaga al material. Las juntas traslapadas, comunes en las superficies de los fuselajes, son un lugar privilegiado para la corrosión por frotamiento. Esto también se conoce como corrosión por frotamiento o por contacto. [11]
La resistencia al rozamiento no es una propiedad intrínseca de un material, ni siquiera de un par de materiales. Hay varios factores que afectan el comportamiento de rozamiento de un contacto: [12]
La forma fundamental de evitar el desgaste por rozamiento es diseñar de modo que no haya movimiento relativo entre las superficies en contacto. La rugosidad de la superficie desempeña un papel importante, ya que el desgaste por rozamiento normalmente se produce por el contacto de las asperezas de las superficies en contacto. A menudo se emplean lubricantes para mitigar el desgaste por rozamiento porque reducen la fricción e inhiben la oxidación. Sin embargo, esto también puede causar el efecto opuesto, ya que un coeficiente de fricción más bajo puede generar más movimiento. [13] Por lo tanto, se debe considerar y probar cuidadosamente una solución. En la industria de la aviación, se aplican recubrimientos para provocar una superficie más dura y/o influir en el coeficiente de fricción.
Los materiales blandos suelen ser más susceptibles al desgaste por rozamiento que los materiales duros de un tipo similar. La relación de dureza de los dos materiales deslizantes también tiene un efecto sobre el desgaste por rozamiento. [14] Sin embargo, los materiales más blandos, como los polímeros, pueden mostrar el efecto opuesto cuando capturan residuos duros que se incrustan en sus superficies de apoyo. Actúan entonces como un agente abrasivo muy eficaz , desgastando el metal más duro con el que están en contacto.
