El frotamiento se refiere al desgaste y, a veces, al daño por corrosión en las asperezas de las superficies de contacto. Este daño se induce bajo carga y en presencia de movimientos superficiales relativos repetidos, inducidos, por ejemplo, por vibraciones. El Manual de ASM sobre fatiga y fractura define el desgaste como: "Un proceso de desgaste especial que ocurre en el área de contacto entre dos materiales bajo carga y sujeto a un movimiento relativo mínimo por vibración o alguna otra fuerza". El frotamiento degrada de forma tangible la calidad de la capa superficial produciendo un aumento de la rugosidad de la superficie y micropits, 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]
El movimiento de contacto causa desgaste mecánico y transferencia de material en la superficie, seguido a menudo por oxidación tanto de los desechos metálicos como de las superficies metálicas recién expuestas. Debido a que los desechos oxidados suelen ser mucho más duros que las superficies de donde provienen, a menudo actúa como un agente abrasivo que aumenta la velocidad de rozamiento.
La distinción entre falsa corrosión por fricción y por contacto se ha discutido ampliamente en la literatura. [2] [3] La principal diferencia es que el falso brillo ocurre bajo condiciones de contacto seco y lubricado. Entre la falsa corrosión por fricción y por contacto también existe una conexión dependiente del tiempo. [4]
Acero
El daño por fricción en el acero se puede identificar por la presencia de una superficie picada y un polvo fino de óxido de hierro "rojo" que se asemeja al cacao en polvo. Estrictamente, estos desechos no se ' oxidan ' 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.
Productos afectados
Los ejemplos de fricción incluyen el desgaste de las estrías de transmisión en los ejes de transmisión , las ruedas en la interfaz del perno de orejeta y las juntas de culata de cilindros sujetas a diferenciales en los coeficientes de expansión térmica.
Actualmente existe un enfoque en la investigación inquietante en la industria aeroespacial. [5] La conexión en cola de milano entre la pala y la raíz y el acoplamiento estriado de los motores aeronáuticos de turbina de gas experimentan desgaste. [6]
Otro ejemplo en el que puede ocurrir corrosión por contacto son los cojinetes de paso de las turbinas eólicas modernas , que operan bajo movimiento de oscilación para controlar la potencia y las cargas de la turbina. [7]
La inquietud también puede ocurrir entre elementos recíprocos en el cuerpo humano. Especialmente los implantes, por ejemplo los implantes de cadera, a menudo se ven afectados por efectos de rozamiento. [8] [9]
Conexión de conectores eléctricos / electrónicos
El traste también se produce en prácticamente todos los conectores eléctricos sujetos a movimiento (por ejemplo, un conector de placa de circuito impreso enchufado a un panel posterior, es decir, SOSA / VPX ). Por lo general, 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 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 resuelvan el desgaste mediante: 1) la incorporación de resortes en los contactos individuales o 2) el uso de un diseño de trampa de dedos chino para aumentar considerablemente el área de contacto. Un diseño de conector que hace contacto con los 4 lados de un pin cuadrado en lugar de solo uno o 1 o 2 puede retrasar un poco la inevitable inquietud. Mantener los contactos limpios y lubricados también ofrece cierta longevidad.
La fricción por contacto puede cambiar la impedancia de un conector B2B de miliohmios a ohmios en solo minutos cuando hay vibración. El chapado en 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 escombros de rozamiento, la impedancia aumenta rápidamente. Contrariamente al sentido común, las fuerzas de contacto altas en el par de conectores acoplados (que se cree que ayudan a reducir la impedancia y aumentar la confiabilidad) pueden empeorar aún más la tasa de fricción.
Fatiga inquietante
El traste disminuye la resistencia a la fatiga de los materiales que operan bajo tensión cíclica. Esto puede provocar fatiga por fricción , por lo que las grietas por fatiga pueden iniciarse en la zona de fricción. Posteriormente, la grieta se propaga al material. Las juntas traslapadas, comunes en las superficies de la estructura de los aviones, son una ubicación privilegiada para la corrosión por contacto. Esto también se conoce como desgaste o corrosión por contacto. [10]
Factores que afectan la inquietud
La resistencia al frotamiento no es una propiedad intrínseca de un material, ni siquiera de un par de materiales. Hay varios factores que afectan el comportamiento de inquietud de un contacto: [11]
- Carga de contacto
- Amplitud deslizante
- Número de ciclos
- Temperatura
- Humedad relativa
- Inertidad de materiales
- Corrosión e insuficiencia de contacto provocada por el movimiento resultante
Mitigación
La forma fundamental de evitar el desgaste es diseñar para que no haya movimiento relativo de las superficies en el contacto. La rugosidad de la superficie juega un papel importante ya que el desgaste normalmente se produce por el contacto de las asperezas de las superficies de contacto . Los lubricantes se emplean a menudo para mitigar el desgaste porque reducen la fricción e inhiben la oxidación.
Los materiales blandos a menudo exhiben 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 contacto. [12] Sin embargo, los materiales más blandos, como los polímeros, pueden mostrar el efecto contrario cuando capturan desechos duros que se incrustan en sus superficies de apoyo. Luego actúan como un agente abrasivo muy eficaz , desgastando el metal más duro con el que están en contacto.
Ver también
- Tribología : ciencia e ingeniería de superficies que interactúan en movimiento relativo.
- Insuficiencia de contacto activada por movimiento
- Desgaste : daño, eliminación gradual o deformación del material en superficies sólidas
- Mecánica de contacto - Estudio de la deformación de sólidos que se tocan entre sí
Referencias
- ^ Manual de ASM , vol. 13 "Corrosión", ASM International, 1987.
- ^ Godfrey, Douglas (2003). "¿Corrosión inquietante o falsa brida?" (PDF) . Tecnología de Ribología y Lubricación . 59 (12): 28–31 . Consultado el 23 de junio de 2017 .
- ^ Errichello, Robert (2004). "Otra perspectiva: falsa corrosión por contacto y por contacto" . Tecnología de Tribología y Lubricación . 60 (4): 34–36 . Consultado el 23 de junio de 2017 .
- ^ Schwack, Fabián. "Análisis de desgaste dependiente del tiempo en aplicaciones de rodamientos oscilantes" . STLE . 72º . Consultado el 23 de junio de 2017 .
- ^ Rao, D. Srinivasa; Krishna, L. Rama; Sundararajan, G. (2017). "Recubrimientos por pulverización de detonación para aplicaciones aeroespaciales". Materiales y tecnologías de materiales aeroespaciales . Serie del Instituto Indio de Metales. Springer, Singapur. págs. 483–500. doi : 10.1007 / 978-981-10-2134-3_22 . ISBN 978-981-10-2133-6.
- ^ Govindarajan Narayanan (3 de octubre de 2016). "Efecto de la fricción deslizante en la falla de la superficie estriada en condiciones desalineadas en motores aeronáuticos". Revista Internacional de Integridad Estructural . 7 (5): 617–629. doi : 10.1108 / IJSI-07-2015-0024 . ISSN 1757-9864 .
- ^ Schwack, Fabián (2016). "Comparación de cálculos de vida útil para cojinetes oscilantes considerando el control de paso individual en aerogeneradores" . Journal of Physics: Serie de conferencias . 753 (11): 112013. Código Bibliográfico : 2016JPhCS.753k2013S . doi : 10.1088 / 1742-6596 / 753/11/112013 . Consultado el 23 de marzo de 2016 .
- ^ Molloy, Dennis O .; Munir, Selin; Jack, Christopher M .; Cross, Michael B .; Walter, William L .; Walter, William K. (19 de marzo de 2014). "Frotamiento y corrosión en vástagos femorales de artroplastia total de cadera de cuello modular". La Revista de Cirugía de Huesos y Articulaciones. Volumen americano . 96 (6): 488–493. doi : 10.2106 / JBJS.L.01625 . ISSN 1535-1386 . PMID 24647505 .
- ^ Marrón, L; Zhang, H; Blunt, L; Barrans, S (1 de agosto de 2007). "Reproducción del desgaste por rozamiento en la interfase vástago-cemento en la artroplastia total de cadera" (PDF) . Actas de la Institución de Ingenieros Mecánicos, Parte H: Revista de Ingeniería en Medicina . 221 (8): 963–971. doi : 10.1243 / 09544119JEIM333 . ISSN 0954-4119 . PMID 18161257 . S2CID 7918311 .
- ^ Charles Lipson, Lester Vern Colwell; Manual de desgaste mecánico: desgaste, desgaste, picaduras, cavitación, corrosión; Prensa de la Universidad de Michigan, 1961; pag. 449.
- ^ Aydar, Akchurin. "Mecanismos de fricción, corrosión por fricción y fricción" .
- ^ A. Neyman, O. Olszewski, "Investigación sobre la dependencia del desgaste por contacto de la relación de dureza y el coeficiente de fricción del par con trastes", Desgaste de materiales, Conferencia internacional nº 9, San Francisco CA, Estados Unidos (13/04/1993). Wear, vol. 162-64, Parte B, págs. 939-943, 1993.
enlaces externos
- La inquietud y sus efectos insidiosos, por EPI Inc.