Síntesis y evaluación tribológica de nanoestructuras de carbono formadas sobre sustratos metálicos - Suárez Martínez, Reynier (Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, 2017)
Carbon nanotubes, both single and multi-wall, have excellent mechanical properties and are currently the subject of numerous studies to evaluate their friction behavior as a reinforcement in metallic and polymeric matrix composites, as functionalized lubricant additives dispersed in water or oil and as coatings grown directly on metallic substrates, in order to determine their effect on reducing the coefficient of friction and wear. Parallel or ribbon carbon nanofibers which process similar structure than carbon nanotubes, with the difference that they do not have a central hole, have been much less reported but their mechanical properties are estimated to be similar. In this research, a study of the synthesis and tribological behavior of carbon nanostructures grown directly on two metallic substrates, 316 stainless steel and 1018 carbon steel was carried out by the CVD spray-pyrolysis method using -pinene as biorenovable carbon precursor and without the use of pre-treatments to the surfaces of the substrates with H2, N2, acids or predeposition of catalytic nanoparticles. Two types of nanostructures were obtained: carbon nanotubes with the use of ferrocene as catalyst and carbon nanofibers type "ribbon" without using catalyst. In both cases, homogeneous layers of nanostructures randomly distributed covering the metals were obtained. The thicknesses obtained on stainless steel were about three times higher than those obtained on carbon steel. In the tribological tests, both carbon nanostructure coatings reduce the coefficient of friction with respect to clean metals and protect the base material from wear. In the 200-cycle tests the nanofibers always showed lower coefficients of friction than the nanotubes.

Los nanotubos de carbono, tanto de pared sencilla como de pared múltiple, poseen excelentes propiedades mecánicas y son actualmente objeto de múltiples estudios para evaluar su comportamiento ante la fricción como refuerzo en materiales compuestos de matrices metálicas y poliméricas, como aditivos lubricantes funcionalizados dispersos en agua o aceite y crecidos directamente sobre sustratos metálicos, en ensayos tribológicos para determinar su efecto en los coeficientes de fricción y las tasas de desgastes de los materiales ensayados. Las nanofibras de carbono tipo “Parallel o ribbon”, muy parecidas a los nanotubos, con la diferencia de que no presentan un orificio central, han sido mucho menos reportadas, pero se estima que sus propiedades mecánicas son similares. En esta investigación se realizó un estudio de la síntesis y el comportamiento tribológico de Nanoestructuras de Carbono crecidas directamente sobre dos sustratos metálicos, acero inoxidable 316 y acero al carbono 1018, por el método de CVD Spray-Pirolisis, utilizando el - pineno como precursor de carbono biorenovable y sin el uso de pretratamientos a las superficies de los sustratos con H2, N2, ácidos o predeposición de nanopartículas catalíticas. Dos tipos de nanoestructuras fueron obtenidas: nanotubos de carbono con el uso del catalizador y nanofibras de carbono tipo “ribbon” sin este. En ambos casos se observaron capas homogéneas de nanoestructuras distribuidas de manera aleatoria y que cubren completamente los metales. Los espesores obtenidos sobre el acero inoxidable fueron alrededor de tres veces mayores que los obtenidos sobre el acero al carbono. En las pruebas de fricción los recubrimientos de nanoestructuras reducen el coeficiente de fricción con respecto a los metales limpios y se comprobó que protegen del desgaste el material base. En los ensayos a 200 ciclos siempre las nanofibras mostraron coeficientes de fricción menores que los nanotubos.
Facultad de Ingeniería Química. Doctorado en Ciencias en Ingeniería Química
Keywords: http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/handle/DGB_UMICH/5716; info:eu-repo/classification/cti/7; FIQ-D-2017-0039; Rocío pirolítico; Nanotubos de carbono; Nanofibras de carbono