Compatibilidad Estructural FCC/FCC Que Permite Lubricación Sinérgica, Antidesgaste y Erosión por Cavitación del Recubrimiento Compuesto Al10Cr28Co28Ni34/Ag en Queroseno de Aviación

KNOXVILLE, TN, 13 de octubre de 2026 /24-7PressRelease/ -- Este estudio aprovecha las ventajas de las aleaciones metálicas con estructura FCC en términos de absorción de energía durante la deformación plástica y la reducción de la fricción inducida por cizallamiento. Se diseñó y fabricó un novedoso recubrimiento compuesto de aleación de alta entropía Al10Cr28Co28Ni34/Ag mediante proyección térmica de alta velocidad (HVOF). Gracias a que ambas fases constituyentes comparten una estructura FCC, el recubrimiento exhibe comportamientos de respuesta similares cuando se somete a fuerzas externas como fricción e impacto. Además, combinado con el efecto de rodadura de partículas esféricas formadas in situ en la interfaz de fricción, el recubrimiento logra una excelente lubricación sinérgica, resistencia al desgaste y protección contra la erosión por cavitación en queroseno de aviación de baja viscosidad: un coeficiente de fricción inferior a 0,1, una tasa de desgaste cercana a cero y una tasa de pérdida de masa por erosión por cavitación inferior a 0,1 mg/h. Estos hallazgos ofrecen una nueva perspectiva para abordar el desafío común del daño combinado por desgaste y erosión por cavitación en pares de fricción de bombas de combustible de motores aeronáuticos. Los hallazgos de la investigación relacionada se publican en "Tribology Advances" bajo el título "FCC/FCC structural compatibility enabling synergistic lubrication, anti-wear and cavitation erosion of Al10Cr28Co28Ni34/Ag composite coating in aviation kerosene".

Antecedentes

Como el "corazón" de un motor aeronáutico, el rendimiento y la fiabilidad de la bomba de combustible afectan directamente la seguridad del vuelo. El cojinete de empuje es un componente de soporte crítico dentro de la bomba, que soporta la carga axial transmitida desde los engranajes a través del contacto de las caras frontales, mantiene la precisión de posicionamiento y proporciona sellado. El queroseno de aviación tiene una viscosidad extremadamente baja, lo que dificulta la formación de una película de aceite continua y estable en la interfaz de contacto entre el cojinete y los engranajes bajo rotación a alta velocidad. Esto no solo conduce fácilmente a fallos de lubricación y desgaste del cojinete, sino que también induce fácilmente cavitación, causando daños por erosión por cavitación, lo que en última instancia afecta la eficiencia de entrega de combustible.

Aunque los materiales de recubrimiento existentes, representados por los recubrimientos lubricantes sólidos aglomerados (BSLC), pueden abordar el problema del desgaste en condiciones de escasez de aceite, luchan por proporcionar simultáneamente protección contra la erosión por cavitación. Las dificultades clave radican en: I) la fase matriz de los recubrimientos tradicionales, como las resinas orgánicas, tiene una resistencia insuficiente y una mala resistencia al calor, lo que las hace propensas a fallos por fractura bajo la acción combinada de cargas de impacto intensas y el calor de cavitación generado por el colapso de burbujas; II) la desadaptación sustancial de propiedades entre la fase matriz y la fase lubricante conduce a comportamientos de deformación incompatibles bajo fuerzas externas, causando agrietamiento en los límites de fase y acelerando la eliminación selectiva de los rellenos lubricantes; III) los materiales convencionales utilizados como fase matriz del recubrimiento encuentran difícil lograr un equilibrio entre reducción de fricción, resistencia al desgaste y resistencia a la erosión por cavitación.

A través de una revisión de la literatura sobre materiales metálicos que exhiben buenas propiedades lubricantes y resistencia a la erosión por cavitación, encontramos que la mayoría de ellos son predominantemente de estructura FCC, incluidos lubricantes sólidos (p. ej., Au, Ag, Cu) y aleaciones resistentes a la erosión por cavitación como el bronce de aluminio, el bronce de níquel-aluminio y la aleación de alta entropía (HEA) Al10Cr28Co28Ni34. Esto probablemente se atribuye a los abundantes sistemas de deslizamiento en las estructuras FCC, que promueven el deslizamiento bajo fuerzas de cizallamiento y acomodan una mayor deformación bajo carga de impacto, reduciendo así la fricción y disipando la energía de impacto, respectivamente. Debido a los cuatro efectos centrales, la HEA Al10Cr28Co28Ni34 no solo posee la alta capacidad de endurecimiento por trabajo intrínseca de los metales FCC, sino que también exhibe una resistencia sustancialmente mayor que sus contrapartes FCC convencionales. Esto le permite confinar la deformación causada por el impacto de carga dentro de un cierto rango, lo que resulta en una resistencia excepcionalmente excelente a la erosión por cavitación. Inspirado por esto, el presente trabajo (doi: https://doi.org/10.3724/trad-20260019) propone un enfoque de investigación que explota la compatibilidad estructural entre la HEA Al10Cr28Co28Ni34 y Ag para diseñar y fabricar un recubrimiento compuesto que integra lubricación, resistencia al desgaste y protección contra la erosión por cavitación, con el objetivo de abordar de manera más efectiva el daño combinado causado por el desgaste y la erosión por cavitación en pares de fricción de bombas de combustible.

Aspectos destacados

Se propone un diseño estructuralmente compatible FCC/FCC para reducir la erosión por cavitación y el desgaste

La respuesta estructural coordinada a la fuerza produce un recubrimiento uniforme y resistente a la fatiga

La capacidad de carga de la HEA y la formación de película de baja cizalladura de Ag resuelven la lubricación con escasez de aceite

Se ha demostrado la formación de partículas esféricas y el mecanismo de rodadura-deslizamiento

Logro de desgaste casi nulo y resistencia a la erosión por cavitación a largo plazo en un solo recubrimiento

Referencias
DOI
10.3724/trad-20260019

URL de la fuente original
https://doi.org/10.3724/trad-20260019

Información de financiación
Esta investigación fue financiada por el Proyecto Mayor de Ciencia y Tecnología Nacional (Grant No. J2022-VI-0006-0037), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (Grant No. 52175200), el Programa de Investigación Prioritaria Estratégica de la Academia de Ciencias de China (Grant No. XDB0470102), la Asociación de Promoción de la Innovación Juvenil de la Academia de Ciencias de China (Grant No. 2020416) y el Proyecto de Talentos Juveniles Longyuan. Los autores agradecen los comentarios útiles de los revisores.

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