Lubrificante à base de água aditivado com PIL e partículas lubrificantes

Abstract

Estudos avaliando os efeitos tribológicos e eletroquímicos de lubrificantes com Líquidos Iônicos Próticos (PIL) e partículas lubrificantes, como aditivos em formulações de lubrificantes à base de água, ainda são escassos na literatura, apesar desses lubrificantes substituírem os lubrificantes convencionais à base de hidrocarbonetos. Visando otimizar as propriedades dos lubrificantes à base de água, muitos fabricantes têm aditivado esses lubrificantes com partículas de grafite, que possuem alta capacidade lubrificante, porém, causadores de corrosão galvânica quando em contato com aço em soluções aquosas. Dessa forma, o objetivo deste trabalho, é propor formulações de lubrificantes à base de água, contendo o Líquido Iônico Prótico m-2HEAOL e aditivados com partículas lubrificantes (talco e bentonita). Estudo realizados pelo nosso grupo de pesquisa já evidenciaram que esse PIL possui propriedades lubrificantes, capacidade de inibição de corrosão e possui baixa toxicidade. Para avaliar o comportamento dos lubrificantes propostos, amostras extraídas de chapas de aço foram empregadas em condições normalizadas (SAE 1010) temperadas e revenidas (SAE 1045). Testes de corrosão utilizando curvas de polarização potenciodinâmica e testes de desgaste em um tribômetro na configuração ball-on-plate foram realizados para os diferentes lubrificantes propostos (PIL 3% em peso + água DI, com adições de 0,05% em peso e 0,1% em peso. Análises de viscosidade, pH, molhabilidade e distribuição de tamanho de partícula foram realizadas para os lubrificantes e as partículas. Também foram analisadas as superfícies das amostras pelas técnicas SEM/EDS e Raman após ensaio de desgaste. Os resultados mostraram que o tribofilme formado a partir da interação entre lubrificantes PIL e substratos de aço diminuiu o desgaste devido ao aumento da lubricidade desses lubrificantes. O lubrificante aditivado com PIL e sem partículas apresentou a melhor performance. A presença do talco contribuiu para a corrosão de ambos os aços utilizados no estudo. Essa corrosão estava associada, possivelmente, ao efeito de aeração diferencial, o que foi mitigado pela adição do PIL. Nos ensaios com lubrificantes com adição de partículas bentonita, efeitos eletroquímicos inesperados, causados pela adição dessa partícula, formaram um filme espesso de óxido (Fe3O4) no aço SAE 1045 temperado e revenido durante o teste de desgaste, o que atenuou significativamente o desgaste na presença de uma quantidade mínima desta partícula na formulação.

Studies evaluating the tribological and electrochemical effects of lubricants with Protic Ionic Liquids (PIL) and lubricating particles, as additives in water-based lubricant formulations, are still scarce in the literature, despite these lubricants replacing conventional hydrocarbon-based lubricants. In order to optimize the properties of water-based lubricants, many manufacturers have added graphite particles to these lubricants, which have a high lubricating capacity, but cause galvanic corrosion when in contact with steel in aqueous solutions. Thus, the objective of this work is to propose formulations of water-based lubricants containing Protic Ionic Liquid m-2HEAOL and additives with lubricating particles (talc and bentonite). Studies carried out by our research group have already shown that this PIL has lubricating properties, corrosion inhibition capacity and has low toxicity. To evaluate the behavior of the proposed lubricants, samples extracted from steel sheets were used in normalized conditions (SAE 1010) and tempered (SAE 1045). Corrosion tests using potentiodynamic polarization curves and wear tests in a tribometer in ball-on-plate configuration were performed for the different proposed lubricants (3% PIL by weight + DI water, with particle additions at 0.05% and 0.1% by weight. %). Viscosity, pH, wettability and particle size distribution analyzes were performed for the lubricants and particles. The surfaces of the samples were also analyzed by SEM/EDS and Raman techniques after wear testing. The results showed that the tribofilm formed from the interaction between PIL lubricants and steel substrates decreased wear due to increased lubricity of these lubricants. The lubricant added with PIL and without particles showed the best performance. The presence of talc contributed to the corrosion on both steels used in the research work. The corrosion process was associated with the effect of differential aeration, which was mitigated by the addition of PIL. In tests with lubricants with the addition of bentonite particles, unexpected electrochemical effects, caused by the addition of bentonite, formed a thick oxide film (Fe3O4) on the quenched and tempered SAE 1045 steel during the wear test, which significantly attenuated the wear in the presence of a minimal amount of this particle in the formulation.