Nueva vía para reducir la fricción en máquinas

Científicos de la Universidad Duke y la Universidad Estatal de Pensilvania han diseñado un modelo por ordenador de una aleación metálica "cuasicristalina" que interacciona con un gas a varias temperaturas y presiones. Su desarrollo podría contribuir a lograr aplicaciones más amplias para los cuasicristales, en piezas de maquinaria de muy baja fricción, tales como los rodamientos y las partes deslizantes.


Los cuasicristales, como los cristales normales, están formados por átomos que se combinan para formar estructuras geométricas como triángulos, rectángulos, pentágonos, etc., que se repiten siguiendo una pauta. Sin embargo, a diferencia de los cristales periódicos normales, en los cuasicristales el patrón no se repite a intervalos regulares. Así, mientras los modelos atómicos de dos materiales cristalinos que se rozan entre sí pueden alinearse y triturarse entre sí, produciendo la fricción, los materiales cuasicristalinos no lo hacen, y por lo tanto la fricción que se produce en ellos es pequeña.


Ya se utilizan aleaciones metálicas cuasicristalinas en algunos productos comerciales, incluyendo un revestimiento para sartenes en las cuales los alimentos no se pegan porque combinan la propiedad de ser resistentes a los arañazos y a las altas temperaturas de un polímero como el Teflón con la capacidad de conducción del calor de los metales.


Sin embargo, todavía existe un gran obstáculo técnico que impide usar los materiales cuasicristalinos para minimizar la fricción entre las superficies que resbalan entre sí. Los contaminantes microscópicos de la superficie, como por ejemplo los gases atmosféricos, pueden interponerse entre las superficies e interferir con la alta lubricidad de estos materiales. Los gases forman una delgada capa de moléculas sobre la superficie de la aleación, típicamente en un modelo cristalino, que enmascara las propiedades deseables de la superficie del cuasicristal subyacente.


Los científicos están interesados en los cuasicristales, porque son resistentes a los arañazos y presentan una muy pequeña fricción, por lo que resultan prometedores para las superficies de contacto deslizantes en las maquinarias, y en aplicaciones donde la posibilidad de producirse arañazos sea elevada.

Stefano Curtarolo (izquierda) y Wahyu Setyawan han participado en el trabajo. (Foto: Jim Wallace )

Hasta 1984, se creía que los metales sólo presentaban estructuras cristalinas periódicas. Entonces, un grupo de científicos de los materiales anunció el descubrimiento de la primera aleación metálica con una estructura cuasicristalina. Desde entonces los científicos han tratado de explorar las propiedades y aplicaciones de los cuasicristales.


El desafío al que los investigadores se enfrentan es cómo conservar la propiedad de baja fricción entre las superficies de un cuasicristal, en presencia de un gas.


El nuevo modelo desarrollado es un paso adelante para entender cómo los cuasicristales actúan recíprocamente con los gases de la atmósfera y cómo podrían usarse en el futuro en máquinas reales.