El desgaste superficial describe el proceso de pérdida de material cuando dos superficies entran en contacto entre sí. Tiene importantes ventajas económicas, Consecuencias sociales y para la salud:considere las partículas finas que emiten los vehículos en movimiento. Y lo que es más, se puede observar a todos los niveles, desde la nanoescala hasta la escala de fallas tectónicas, con la formación de gubia. Hay varios mecanismos de desgaste, sin embargo, el tipo de adhesivo es el más común. Tiene lugar cuando dos superficies, como dos piezas del mismo metal, se frotan y se adhieren.

Uno de los parámetros que influye en el mecanismo de desgaste es la rugosidad de la superficie. Una mejor comprensión de cómo cambia la rugosidad de la superficie durante el proceso de desgaste mejoraría nuestro control sobre este mecanismo. Esto podría conducir a reducciones significativas en el consumo de energía. Emisiones y costes de gases de efecto invernadero.

Los investigadores del Laboratorio de Mecánica Sólida Computacional (LSMS) de la EPFL han dado un paso importante en esta dirección. Han simulado digitalmente cómo cambia la rugosidad de la superficie con el tiempo, y sus resultados están en consonancia con los resultados experimentales. Lo que distingue a sus simulaciones es su duración:utilizando un método desarrollado en EPFL, los investigadores del LSMS pudieron simular estos mecanismos durante un período de tiempo prolongado. En otras palabras, lograron capturar todo el proceso, desde la geometría inicial hasta la geometría fractal final. Sus hallazgos fueron publicados el 8 de marzo en Comunicaciones de la naturaleza .

Este estudio es el tercero de los investigadores de LSMS sobre el desgaste adhesivo. Su primer estudio, publicado en 2016 en Comunicaciones de la naturaleza - Usó simulaciones digitales para describir cómo el proceso de desgaste adhesivo producía partículas finas. En 2017, llevando sus simulaciones más lejos, salieron con un segundo estudio, apareciendo esta vez en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , demostrando que era posible predecir el volumen, forma y tamaño de estas partículas.

Imagen incompleta

Los científicos aún están lejos de comprender completamente la física subyacente al desgaste, y los ingenieros aún deben realizar experimentos ad hoc para cada situación. Lo que se sabe, sin embargo, es que las superficies desgastadas muestran una morfología fractal característica, llamado auto-afín, que tiene algunas propiedades fundamentales independientemente del material y la escala. Aún se desconocen los orígenes de esta morfología auto-afín.

Se ha trabajado poco sobre cómo cambia la rugosidad de la superficie con el tiempo, y ha sido principalmente experimental. Una limitación de los experimentos es que, debido a los escombros que se forman, no es fácil controlar cómo cambia la morfología de la superficie durante el proceso de frotamiento. Los investigadores superaron este problema a través de sus simulaciones digitales, que proporcionan un flujo constante de datos.

Potentes simulaciones digitales

"Usamos simulaciones por computadora de alto rendimiento para rastrear el cambio en la morfología de la superficie en materiales 2-D, "dice Enrico Milanese, un doctorado estudiante de la LSMS. "En nuestras simulaciones, observamos que el contacto entre dos superficies siempre genera una partícula de escombros de desgaste. Luego, esa partícula se ve obligada a rodar entre las dos superficies, desgastarlos. Esto nos llevó a concluir que los restos de desgaste deben estar presentes para que las superficies desarrollen su característica rugosidad auto-afín ".

En el futuro, Los investigadores de LSMS esperan explorar los orígenes del desgaste adhesivo aplicando su enfoque de simulación a modelos tridimensionales de materiales que son de interés para la industria.