Evaluación del comportamiento tribológico de tiometalatos de amonio (Mo y W) como aditivos lubricantes solubles en agua

Abstract

Water based lubricants are widely used in metalworking processes such as cutting and forming of metal parts. These types of lubricants require the use of water-soluble lubricant additives to achieve the reduction of friction and prevent wear of the parts and tools involved in these processes. In these operations temperatures in excess of 1000 K can be attained, thus creating an environment in which chemical reactions can take place. These additives are required to form a solid lubricant film with lamellar structure and/or increased shear strength in order to separate the contact surfaces. These solid films will be formed by thermal decomposition or chemical reaction of the lubricating additives and the lubricated surfaces. This work presents a study of the tribological properties of aqueous solutions of ammonium thiomolybdate and ammonium thiotungstate evaluated in a pin-on-disk tribometer for steel-steel contacts under boundary lubrication. Tribological evaluations were performed at the same loading conditions, relative velocity between the pin and disk, lubricant temperature and time. For ammonium thiomolybdate, aqueous solutions were prepared at 0.1, 0.2, 0.25 and 0.3% wt molybdenum and for the ammonium thiotungstate; the concentrations tested were 0.3 and 0.5% wt tungsten. Tribological properties obtained were the response of the coefficient of friction and wear rate for each concentration indicated for each additive. For both ammonium thiomolybdate to the ammonium tiotungstate values of friction coefficient and lower wear rate were recorded for a concentration of 0.3% wt molybdenum and 0.3% wt of tungsten respectively.

Los lubricantes base agua son ampliamente utilizados en procesos de corte y formado de piezas metálicas y requieren el uso de aditivos lubricantes solubles en agua para lograr la reducción de fricción y evitar desgaste de piezas y herramientas en dichos procesos. En este tipo de operaciones las temperaturas de contacto son muy elevadas, superiores incluso a 1000 K, creando un ambiente propicio para que se lleven a cabo diversas reacciones químicas. Para que estos aditivos logren cumplir con esta función requieren formar una película lubricante sólida de estructura lamelar y/o de mayor resistencia al corte que separe las superficies que entran en contacto. Estas películas sólidas serán formadas por la descomposición térmica o por la reacción química de los aditivos lubricantes y las superficies lubricadas. Este proyecto presenta un estudio de las propiedades tribológicas de soluciones acuosas de tiomolibdato de amonio y tiotungstato de amonio evaluados en un tribómetro espiga-disco (pin-on-disk) para contactos acero-acero en condiciones de contacto de capa límite. Las evaluaciones tribológicas fueron realizadas a las mismas condiciones de carga, velocidad relativa entre la espiga y el disco, temperatura del lubricante y tiempo. Para el tiomolibdato de amonio, las soluciones acuosas se prepararon a 0.1, 0.2, 0.25 y 0.3 % en peso de molibdeno y, para el tiotungstato de amonio, las concentraciones evaluadas fueron 0.3 y 0.5% en peso de tungsteno. Las propiedades tribológicas obtenidas fueron la respuesta del coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste para cada concentración indicada para cada aditivo. Tanto para el tiomolibdato de amonio como para el tiotungstato de amonio los valores del coeficiente de fricción y la velocidad de desgaste más bajos registrados fueron para una concentración de 0.3% en peso de molibdeno y 0.3% en peso de tungsteno respectivamente.