Recubrimientos DLC (diamond like carbón) y su aplicación en motores de combustión interna

Recubrimientos DLC (diamond like carbón) y su aplicación en motores de combustión interna

DLC coating (Diamond Like Carbon) and his use in internal combustion engines

Grupo de Materiales para ingeniería. Universidad del Atlántico, Barranquilla, Colombia    D. Arzuza, D. Morales, K. Guzmán, J. Lozano, M. Conde

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Resumen

La investigación en el ámbito de los materiales nanoestructurados ha dado como resultado materiales con propiedades especiales que son de gran importancia en el sector industrial, sectores como el automovilístico, aeronáutico, biomédico, electrónico, entre otros han sido apoyados por estos materiales a partir de hidrocarbonatos. Materiales como el DLC (diamond like carbon) es utilizado en la industria como películas recubridoras a piezas,  ya que presenta muy buenas propiedades como alta dureza, baja fricción, resistencia al desgaste, propiedades antibacterianas, y en algunos casos transparencia óptica. En el presente  artículo se muestran  los resultados obtenidos de la utilización de recubrimientos o películas duras de DLC en piezas de los  motores de combustión interna como anillos, pistones, cojinetes, levas, etc. Los resultados obtenidos experimentalmente demostraron que hay una disminución significativa de la tribología en motores de combustión interna.

Palabras claves: fricción, motores de combustión interna, películas recubridoras.

Abstrac

La investigación en el ámbito de los materiales nanoestructurados ha dado como resultado materiales con propiedades especiales que son de gran importancia en el sector industrial, sectores como el automovilístico, aeronáutico, biomédico, electrónico, entre otros han sido apoyados por estos materiales a partir de hidrocarbonatos. Materiales como el DLC (diamond like carbon) es utilizado en la industria como películas recubridoras a piezas,  ya que presenta muy buenas propiedades como alta dureza, baja fricción, resistencia al desgaste, propiedades antibacterianas, y en algunos casos transparencia óptica. En el presente  artículo se muestran  los resultados obtenidos de la utilización de recubrimientos o películas duras de DLC en motores de combustión interna. Los resultados obtenidos experimentalmente demostraron que hay una disminución significativa de la tribología en motores de combustión interna.

Palabras claves: fricción, motores de combustión interna, películas recubridoras.

Introducción

Los motores de combustión interna son utilizados principalmente en la industria del transporte como la industria de la producción energética debido a su gran generación de potencia. Sin embargo atraviesan problemas de diseño como el alto desgaste en piezas y mecanismos internos son difíciles de controlar [1]. Para mejorar el rendimiento de los motores de combustión interna y disminuir la fricción  interna en ellos se ha recurrido a materiales o nanoestructuras como el DLC (diamond like carbón) utilizadas como recubrimientos de las piezas con alta exigencia de trabajo y desgaste. EL DLC debido a que presenta muy buenas propiedades como alta dureza, baja fricción, resistencia al desgaste, propiedades antibacterianas, y en algunos casos transparencia óptica se ha convertido en un material con muy buena acogida en la industria, actualmente las películas o recubrimientos de DLC pueden ser manufacturadas con bajos costos y a bajas temperaturas lo que favorece su aplicación. Entre los métodos de deposición del material recubridor DLC podemos encontrar las técnicas de erosión, por descarga de arco, deposición por láser pulsado, deposición química asistida por plasma y deposición aplicada por flujo de iones. [2] Una de las desventajas del uso de este material duro DLC es su baja adherencia de estas películas a piezas metálicas, para contrarestar esto se han diseñado métodos de deposición de este recubrimiento como: implantación ionica, multicapas, tratamientos térmicos superficiales y deposición de una intercapa metálica, todos estos con el fin de mejorar la adherencia del material recubridor o DLC en el sustrato. Los motores de combustión interna pierden un porcentaje de su energía producida en forma de fricción esto reduce el rendimiento de los mismos, el fin del estudio tribológico de los motores donde se incluyen piezas y elementos con recubrimientos DLC es mejorar su rendimiento disminuyendo la fricción entre sus componentes y mejorando en desgaste de los mismos. Las películas a menudo son consideradas químicamente inertes, con características hidrofóbicas. Para ello se busca vestir la superficie del anillo con DLC y conocer el efecto del coeficiente de fricción en la distribución de las presiones entre el anillo-camisa de un motor de combustión interna.

Para la deposición de las nanoparticulas DLC es necesario realizar tratamientos superciales de los sustratos, se utilizo una cámara de deposición circular de acero inoxidable a escala industrial, y además un sistema de bombeamiento, controladores de flujo de gases y medidiores de vacio. Se utilizo una fuente pulsada bipolar de corri3ente directa que permite la aplicación de pulsos negativos y positivos en un mismo perido [3] Los substratos son colocados sobre el cátodo enfriado y esto cual permite que las películas de DLC sean depositadas a temperatura ambiente. Las propiedades físicas depende del método de preparación de la película. Para un método dado la relación sp2 para sp2  coordinado de carbono puede ser afectada por la presencia de hidrogeno. Esta relación ha sido estudiada mediante NMR(Nuclear magnetic resonance) Y XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) [Jansen en el 1985; Grill et  1987, 1988]. Como también IR98 de material hidrogenado. Las mediciones varian en gran manera según el método de deposición. En el caso de las medidas de espectroscopia IR,  no es posible estudiar un material sp3 que no contenga hidrogeno. También es difícil identificar cristalres de diamante en DLC por medio de dispersión de raman ( Raman scattering). Sin embargo se ha reportado la presencia de diamantes a partir de medidas con dispersión de rayos x. Recientemente C. T. Pillinger, R.D Ash, S.A. Russel and J.W. Arden trataron una muestra de DLC preparada por descarga de radio frecuencia (RF) con  “perehlorie acid” y obtuvieron una reducción del  90% de peso. El residuo luego fue estudiado con sem (scanning electron microscope) y encontraron que contenia un numero sustancial de cristales octaédricos de diamantes bien formados.[4]

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