Desgaste por deslizamento de cerâmicas

1

Introdução

Metais x Cerâmicas

Efeito deformação plástica menos importante – ligações químicas

Efeito dos filmes tribológicos mais importante – reações com umidade

Fragilidade inerentemente maior (potencializada por umidade)

05 – Desgaste por deslizamento

de cerâmicas

4

Introdução

Metais x Cerâmicas

Regime severo – fratura frágil. Regime moderado – reação triboquímica

Efeito da umidade mais importante que nos metais

Lubrificação limítrofe sob os mesmos princípios. Ex. Ácido octadecanóico efetivo para Al

2O

3 (iônico) não efetivo para SiC

(covalente). Por outro lado, corrosão.

Instabilidade termoelástica devido a baixa condutividade térmica

05 – Deslizamento de cerâmicas

05 – Deslizamento de cerâmicas

05 – Deslizamento de cerâmicas

Al2O

3 X Al

2O

3

Al2O

3 + NbC X Al

2O

3 +NbC

Ar 26 48 76 % UR

Efeito da Umidade

Efeito da Umidade

Alumina

Compósito

20 30 40 50 60 70 80

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

umidade relativa ( % )

coef

icie

nte

de

atri

to

Al2O3

Al2O3- NbC

Efeito da Umidade

OS FILMES

Efeito da Umidade

OS FILMES

Efeito da Umidade

DIAGRAMA DE FASES AlDIAGRAMA DE FASES Al22OO33-H-H22OO

Efeito da Umidade

Diagrama esquemático formação das camadasDiagrama esquemático formação das camadas

Diagrama esquemático formação do tribo-filmeDiagrama esquemático formação do tribo-filme

17

05 - Lubrificação .....não convencional

Lubrificação com água de cerâmicas: Meio ambiente: apelo da água

apelo das cerâmicasUltra baixo coeficiente de atrito.

Tribologia das cerâmicas a seco Lubrificação com água

ExplicaçõesCaminhos

Si3N

4 x Si

3N

4

ou SiC x SiC

18

05 - Lubrificação .....não convencional Tribologia das cerâmicas a seco

Figs 5. 31 hutchings p 120

No regime moderado predomina a ação de filmes decorrentes da interação com a água do ar. No regime severo predomina o efeito da baixa tenacidade das cerâmicas.

Si3N

4 + H

2O = 3SiO

2 + 4HN

3

Ferreira V. 2004

19

05 - Lubrificação .....não convencional

0,01 <µ< 0,008 fullerene-like MoS2

0,01 <µ< 0,002 Si3N

4 x Si

3N

4

0,008 <µ< 0,002 Al2O

3 x Si

3N

4

Ultra Low Friction Coefficient Na literaturaapenas

Si3N

4 x Si

3N

4

ou SiC x SiC

20

04 - Lubrificação .....não convencional

11,6h

1hAl

2O

3 x Si

3N

4 Ferreira V. (2008)

2,3h54N1000mm/s10MPa

~8MPa

21

05 - Lubrificação .....não convencional

ΔG = -369,1 kJ/mol 1,6h

ΔG = -566,5 kJ/mol 2,3h

Al2O

3 x Si

3N

4

Dissolução da sílica requer PH básico, acima de 9 sendo efetiva em pHs em torno de 12.

1h

22

05 - Lubrificação .....não convencional

Diss

23

05 - Lubrificação .....não convencional

Há efeito predominantemente químico do SiO2

1h1/3h

Tribo-químicoTribo?Quimico?

(10 ± 3) m rms

24

Topografia

05 - Lubrificação .....não convencional

1h1/10h

Há efeito relacionado á topografia e, aparentemente não relacionado á quantidade do SiO

2 – efeito Tribo

(10 ± 3) nm rms

(350 ± 20) nm rms

25

Topografiae

Químico!

05 - Lubrificação .....não convencional

Há efeito predominantemente químico do SiO2

Notar efeito em eliminar as flutuações no running in.

26

Próximos passos

05 - Lubrificação .....não convencional

Al2O

3 – Si

3N

4 E Sem silício – Sem silício

(Eliel – Roberto)Efeito da variação da temperatura de ensaio.Efeito da força e velocidades de ensaioEfeito das dimensões da área inicial de contatoPotencial zeta com a mudança do PH do meio.Efeito da adição de hidróxido de aluminioVariação da concentração de sílica coloidal.

Subsidiar hipótese de forças van der Waals

Explorar possibilidades “de engenharia”

27

Próximos passos

05 - Lubrificação .....não convencional

0,002 → 0,0002

Vanderlei....???...???van der Waals – repulsivo?Solvatação convencional?Modelos simples para “minimo coeficiente de atrito possível”

Exercícios ! Eliel.

28

DOWSON, D. History of Tribology, Professional Engineering Publishing, 759p., 1997

PERSSON, B.N.J., Sliding friction – Physical principles and application, Nanoscience and Technology, 462p., 1998

HUTCHINGS, I.M., Tribology: friction and wear of engineering materials, Edward Arnold, Great Britain, 1992

BAYER, R.G., Mechanical wear prediction and prevention, Marcel Dekker, 657p., 1994

WHITEHOUSE D.J., Handbook of Surface Metrology, Institute of Physics Publishing, 1994, cap 7.4: Two body interactions-dynamic effect, p.800-834

Neale Handbook of Tribology

CHENG, H.S., Elastohydrodynamic lubrication, In: Booser, E.R., CRC Handbook of Lubrication, Vol.II Theory & Design, CRC Press, p.139-162, 1988

NEALE, M.J., The tribology handbook, Second Ed., Butterworth-Heinemann, 1997

ReferênciasReferências