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The objective of the research is to analyze the impact of the ultrasonic vibration assistance on the wear resistance due to the topography enhancement caused on Ti6Al4V cylindrical samples after surface modification through a ball burnishing process. The process parameters considered for this study are the burnishing force, the number of passes, and the addition of a 40 kHz ultrasonic assistance, which are thought to enhance the surface topography and increase the hardener effect in terms of depth. A complete screening design of 3 factors was performed, revealing that the number of passes and the vibration assistance are the most important parameters for minimizing the wear volume loss, being 170 N of burnishing force, 3 passes, and the addition of the vibration assistance as the best combination found. However, no significant difference in the friction force was observed. The topography results show that there is a decrease in the average roughness from 1.50 to 0.45 µm with optimal burnishing conditions. It was also analyzed the microstructure originated after the turning, the conventional ball burnishing, and the vibration-assisted ball burnishing, being the last optimal in terms of depth affectation to the microstructure. Therefore, these results confirm an improvement in terms of wear enhancement, friction reduction, and topography results when vibration assistance is added to a conventional ball burnishing process. Peer Reviewed Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura

El periodo de vida útil de un motor de combustión es afectado por la calidad de aditivos del lubricante y del intervalo de mantenimiento del vehículo, este es ejecutado acorde al kilometraje recorrido. Este proyecto tuvo como finalidad evaluar la salud del aceite y el comportamiento de los aditivos del lubricante, para anticipar o modificar los periodos de cambio en el mercado nacional. Para las pruebas se utilizó una muestra de cinco vehículos de una marca conocida y de gran acogida en el Ecuador. La metodología utilizada para este proyecto fue un estudio experimental tipo descriptivo y la observación, con base al análisis del aceite usado, se ejecutaron cinco pruebas individuales de medición de las propiedades fisicoquímicas y la determinación de la concentración de partículas del lubricante. Los resultados de la viscosidad mostraron una reducción de hasta un 22% dentro del intervalo de mantenimiento asignado, interpretándose que el aceite se halla al límite de su condición de degradación. Por otro lado, el contenido de aditivos presentó una reducción superior al 40%. Este resultado indica un funcionamiento apropiado del lubricante, ya que la reducción observada responde al alto contenido de azufre en el combustible.

[SPA] El polimetilmetacrilato (PMMA) es un polímero termoplástico globalmente conocido, con destacadas propiedades de transparencia, biocompatibilidad, resistencia al ambiente, rigidez y fácil procesabilidad, pero con baja resistencia a la fricción y al desgaste. En el presente trabajo se han estudiado las propiedades tribológicas del PMMA, modificándolo con diferentes concentraciones de nanofases basadas en óxido de grafeno, y óxido de grafeno modificado con el líquido iónico tetrafluoroborato de 1-octil-3-metilimidazolio ([Omim]BF4). Los nuevos nanocomposites fueron elaborados mediante los procesos industriales de extrusión y moldeo por inyección, para ser estudiados tribológicamente bajo dos tipos de contacto, lineal oscilatorio y multirrayado, realizando también una caracterización estructural completa de los nanocomposites y nanofases, aplicando técnicas como XRD, XPS, espectroscopía Raman, TEM, TGA, DSC o DMA. [ENG] Polymethylmethacrylate (PMMA) is a globally widespread thermoplastic in our ordinary life with outstanding properties for plastics like its transparency, biocompatibility, weatherability, rigidity, and processability. In this work, graphene-oxide-based nanoadditives are incorporated into a PMMA matrix to enhance its tribological properties. As a result, different concentrations of graphene oxide, some of them functionalized with 1- octyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate ([Omim]BF4) room temperature ionic liquid, have been added and melt-blended by extrusion and molding injection industrial processes. In pursuance of a complete study of the structural and tribological behavior of the new nanocomposite materials, linear oscillatory sliding contact and multi-scratch tribological tests, together with structural and thermal characterization techniques are applied (XRD, XPS, Raman spectroscopy, TEM, TGA, DSC, DMA) correlating the results to their nano-phase concentrations. El presente trabajo ha contado con la financiación de los proyectos de investigación del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO, España) (códigos: PID2021-122169NB-I00, MAT2017-85130-P y MAT2014-55384-P) y de Ayudas a Grupos de Excelencia de la Región de Murcia, de la Fundación Séneca, Agencia de Ciencia y Tecnología de la Región de Murcia (código: 19877/GERM/15). Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de Cartagena Universidad Politécnica de Cartagena Programa de Doctorado en Tecnologías Industriales

ilustraciones, fotografías, gráficas, tablas Debido a sus propiedades físicas y químicas los materiales multifuncionales o aleaciones de alta entropía han sido estudiados extensamente a partir del 2004, cuándo Yeh.J y Cantor.B publicaron sus investigaciones sobre materiales combinados y manufacturados con el fin mejorar las propiedades, adicional a esto con sorpresa encontraron que las concentraciones de los materiales son cuasiequiatómicas, además detectaron que los materiales principales llegan a ser una sola fase cristalina de la combinación de los elementos o componentes predominantes. Con base en los estudios previos se realizó el estudio de los materiales producidos mediante una fusión de materiales a una escala nanométrica. Por tal motivo, en este trabajo se presenta el análisis de las propiedades de películas nanoestructuradas de VCrNbMoTaW depositadas sobre sustratos acero 4140 utilizando magnetrones individuales en configuración confocal sputtering (DC y RF), con el objetivo de analizar la influencia de la cantidad de elementos constitucionales sobre la estructura cristalina, microestructura y resistencia al desgaste. La estructura de los recubrimientos fue caracterizada mediante difracción de rayos X (XRD), adicional a esto se halló el tamaño de grano y el parámetro de red. Simultáneamente, se determinó la composición química de cada uno de los materiales, para ello se usaron dos técnicas: Espectroscopia de energía dispersiva (EDS) con la que se determina la concentración de elementos a nivel local, y espectroscopia de fotoelectrones emitidos por rayos (XPS) para determinar la composición química general. Por otro lado, la morfología se evaluó mediante microscopia de fuerza atómica, (AFM) con la que se determinó el coeficiente de fricción y la forma y geometría generada en la superficie del recubrimiento, estás imágenes se contrastaron contra los resultados obtenidos con las fotografías tomadas por el microscopio electrónica de barrido (SEM); las propiedades de desgaste se estudiaron usando pruebas de rayado (scratch test), y pin en disco (pin on disc). Por último, se realizó la toma de nanodureza de cada una de las películas delgadas, el equipo con el que se realizó la técnica entrega los resultados de la dureza y del módulo de Young. Al realizar los ensayos mencionados y contrastar contra la bibliografía, se encuentra como resultado preliminar que las películas son monofásicas policristalinas y que la resistencia al desgaste mejora en función de la concentración de Vanadio, Niobio y Tantalio en las películas. El mecanismo de desgaste en las películas será discutido durante la presentación de este trabajo. (Texto tomado de la fuente). Due to their physical and chemical properties, multifunctional materials or high entropy alloys have been extensively studied since 2004, when Yeh.J and Cantor.B published their research on combined and manufactured materials in order to improve their properties, in addition to this, with surprise, they found that the concentrations of the materials are equiatomic or very close to being equiatomic, they also detected that the main materials become a phase of the combination of the predominant elements or components. Based on the previous studies, the study of the materials produced by a fusion of materials at a nanometric scale was carried out. For this reason, this work presents the analysis of the properties of VCrNbMoTaW nanostructured films deposited on 4140 steel substrates using individual magnetrons in confocal sputtering DC and RF configuration, with the objective of analyzing the influence of the amount of constituent elements on the crystalline structure, microstructure and wear resistance. The structure of the coatings was characterized by X-ray diffraction (XRD), in addition to this, the grain size and the lattice parameter were found. Simultaneously, the chemical composition of each of the materials was determined using two techniques: energy dispersive spectroscopy (EDS) to determine the concentration of elements at a local level, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) to determine the general chemical composition. On the other hand, the morphology was evaluated by atomic force microscopy (AFM) with which the friction coefficient and the shape and geometry generated on the surface of the coating were determined, these images were contrasted against the results obtained with the photographs taken by the scanning electron microscope (SEM); the wear properties were studied using scratch tests and pin on disc. Finally, the nanoduration of each of the thin films was taken; the equipment used to perform the technique provides the results of hardness and Young's modulus. By performing the mentioned tests and contrasting against the literature, it is found as a preliminary result that the films are polycrystalline single phase and that the wear resistance improves as a function of the concentration of Vanadium, Niobium and Tantalum in the films. The wear mechanism in the films will be discussed during the presentation of this work. Incluye anexos Maestría Magíster en Ingeniería Mecánica Ingeniería de superficies y nanomateriales

Dissertação para obtenção do grau de Mestre no Instituto Universitário Egas Moniz Objetivo: Avaliar e comparar, in vitro, o Desgaste Dentário por atrição em amostras de esmalte humano e cerâmica, assim como a capacidade do scanner intraoral CEREC Primescan® para medir a progressão de desgaste dentário. Materiais e Métodos: Dez dentes molares humanos, extraídos, foram submetidos a desinfeção e, seguidamente, seccionados de modo a obter amostras de esmalte planas (E) (n=12), cúspides oponentes a esmalte (CE) (n=12) e cúspides oponentes a cerâmica (CC) (n=12). Dois blocos de LavaTM Ultimate foram seccionados e, posteriormente polidos de modo a obter amostras de cerâmica (C)(n=12). Após montagem em bases resinosas, CE e CC foram colocadas como corpo (superior), E e C foram colocadas como contra-corpo (inferior) no Chewing Simulator, submersas em saliva artificial e submetidas ao protocolo de atrição, que consistiu em 3 ciclos de desgaste (24h (t1), 48h (t2) e 96h (t4)). Para cada amostra, com recurso ao scanner CEREC Primescan®, efetuou-se um scan inicial, antes de iniciar o primeiro ciclo de atrição de forma a obter uma referência para a posterior análise do volume de amostra perdido (%vol rel), e no final dos ciclos às 24h (t1), 48h (t2) e 96h (t4). Os valores de %vol rel foram analisados estatisticamente. Resultados: Verificou-se redução do volume das amostras ao longo do tempo, que se verificou estatisticamente significativo (p

Esta publicación es el reflejo de la visión interdisciplinar y transversal requerida en el estudio de la dinámica de la frenada, específicamente en la reconstrucción de accidentes de tránsito; en particular, se nutre de las ciencias jurídicas, las ciencias físicas, las ciencias ingenieriles y los desarrollos tecnológicos. En tal sentido, se abordan los aspectos legales, sociales, eco nómicos, culturales, familiares, jurídicos y en la salud de las personas cuando se produce un accidente de tránsito. También se presenta el estudio de conceptos físicos como la velocidad, la aceleración, la distancia de frenado o los tiempos de reacción, que permiten entender los modelos físico-matemáticos utilizados para explicar la reconstrucción de los accidentes de tránsito (RAT). Desde el campo de la física se explica cómo el coeficiente de fricción y las interacciones entre las llantas y la vía determinan los efectos sobre la velocidad, la distancia de frenado, la distancia de impacto, la aceleración, entre otras, constituyéndose así en un parámetro relevante para el estudio y la evaluación de los accidentes de tránsito. Además, ofrece una serie de ejemplos recurrentes en la investigación de accidentes de tránsito, sus análisis y su reconstrucción, a partir de lo cual se relacionan los instrumentos empleados para medir el coeficiente de fricción, como el péndulo británico, el Drag Sled, el acelerómetro Vericom, el smartphone y el procesamiento de video. Finalmente, la obra ofrece una guía sobre los procedimientos analíticos para analizar las pruebas de frenado, para lo cual se recurre a los protocolos internacionales, a diversos libros al respecto y a la experiencia del grupo de investigación acerca de estos ítems. Primera edición RESUMEN ABSTRACT INTRODUCCIÓN CAPÍTULO 1. ASPECTOS LEGALES DE LOS ACCIDENTES DE TRÁNSITO EN COLOMBIA CAPÍTULO 2. DINÁMICA DE LA FRENADA: MARCO CONCEPTUAL Y TEÓRICO CAPÍTULO 3. APLICACIÓN DE LOS ESTUDIOS DE FÍSICA EN LA RECONSTRUCCIÓN DE ACCIDENTES DE TRÁNSITO CAPÍTULO 4. ASPECTOS DE ORDEN EXPERIMENTAL: LOS INSTRUMENTOS UTILIZADOS Y SU IMPORTANCIA CAPÍTULO 5. ASPECTOS DE ANÁLISIS DE DATOS DE LAS PRUEBAS DE FRENADO A MODO DE CONCLUSIÓN BIBLIOGRAFÍA PERFIL DE LOS(AS) AUTORES(AS)

[ES] En la actualidad, el ambito del transporte mediante el uso de vehículo ligero sufre un gran cambio hacia la descarbonización. Cada vez más, las autoridades europeas restrigen las emisiones de gases de efectos invernaderos hacia la atmósfera emitidos por estos vehículos. Soluciones alternativas a la propulsión con energía fósil, como la implementación de vehículos eléctricos o híbridos, no está lo suficientemente desarrollada para sustituir a los motores de combustión interna alternativos (MCIA), debido a su todavía alto coste de producción y baja infrastructura para abastecer la demanda de energ ́ıa eléctrica. En este contexto, la transición hacia una movilidad sostenible y renovable sigue pasando por el aumento de la eficiencia y la reducción del consumo de combustible en motores de combustión interna. Una alternativa a la mejora de la eficiencia es la reducción de las pérdidas mecánicas por fricción, o en otras palabras, optimización de la tribología. La tribología en un MCIA lleva asociada aspectos mecánicos como la optimización de los acabados superficiales de los distintos componentes que conforman el motor y la optimización de propiedades física, químicas y reológicas del aceite que lo compone. Esta última solución presenta un alto ratio beneficio/coste, ya que su implementación no lleva asociada ninguna modificiación en el hardware y su implementación es directa. Uno de los objetivos de la Tesis Doctoral, es desarrollar un modelo 1D que contenga la información tribológica de un motor de combustión interna que no se puede obtener experimentalmente, que contribuya al entendimiento y optimización de las pérdidas mecánicas por fricción y que ahorre el coste experimental asociado a entender la tribología desde el punto de vista empírico. Estos parámetros van desde el espesor de película de aceite entre los componentes de un par rozante hasta la contribucción a la fricción de las componentes hidrodinámicas y de asperezas de cada elemento rozante. Adem ́as, se ha desarrollado un modelo cuasi estacionario para cuantificar la energ ́ıa disipada por fricción en un ciclo de conducción real y el consumo de combustible asociado al mismo. As ́ı pues, a través de este modelo, se implementan soluciones que pasan desde aceites optimizados reológicamente hasta acabados superficiales de baja rugosidad, entendiendo la fenomenología asociada a cada tecnología y aportando parámetros claves para la optimización de dicha solución. Finalmente, se estima el ahorro en términos de consumo de combustible que se puede alcanzar con estas soluciones implementadas mediante el modelo cuasi estacionario en condiciones de conducción real, [EN] Currently, the field of light-duty vehicle transport is undergoing a major shift towards decarbonisation. Increasingly, European authorities are restricting emissions of greenhouse gases into the atmosphere from these vehicles. Alternative solutions to fossil fuel propulsion, such as the implementation of electric or hybrid vehicles, are not sufficiently developed to replace internal combustion engine alternatives (ICEs), due to their still high production cost and low infrastructure to meet the demand for electric power. In this context, the transition towards sustainable and renewable mobility continues to be based on increasing efficiency and reducing fuel consumption in internal combustion engines. An alternative to improving efficiency is the reduction of mechanical frictional losses, or in other words, optimisation of tribology. Tribology in an MCIA is associated with mechanical aspects such as the optimisation of the surface finishes of the different components that make up the engine and the optimisation of the physical, chemical and rheological properties of the oil that makes up the engine. This last solution presents a high benefit/cost ratio, as its implementation does not involve any hardware modification and its implementation is straightforward. One of the objectives of the Doctoral Thesis is to develop a 1D model that contains the tribological information of an internal combustion engine that cannot be obtained experimentally, which contributes to the understanding and optimisation of mechanical friction losses and saves the experimental cost associated with understanding tribology from an empirical point of view. These parameters range from the oil film thickness between two tribological components to the contribution to friction of the hydrodynamic and roughness components of each friction element. In addition, a quasi-stationary model has been developed to quantify the energy dissipated by friction in a real driving cycle and the associated fuel consumption. Thus, through this model, solutions ranging from rheologically optimised oils to low roughness surface finishes are implemented, understanding the phenomenology associated with each technology and providing key parameters for the optimisation of the solution. Finally, the savings in terms of fuel consumption that can be achieved with these solutions implemented using the quasi-stationary model in real driving conditions are estimated., [CA] Actualment, l’àmbit del transport mitjan ̧cant l’us de vehicles lleugers pateix un gran canvi cap a la descarbonització. Cada vegada m ́es, les autoritats europees restringeixen les emissions de gasos d’efecte hivernacle cap a l’atmosfera emesos per aquests vehicles. Les solucions alternatives a la propulsió amb energia fòssil, com la implementació de vehicles elèctrics o híbrids, no està prou desenvolupada per substituir els motors de combustió interna alternatius (MCIA), a causa del seu encara alt cost de producció i baixa infraestructura per abastir la demanda d’energia elèctrica. En aquest context, la transició cap a una mobilitat sostenible i renovable continua passant per l’augment de l’eficiència i la reducció del consum de combustible en motors de combustió interna. Una alternativa per a la millora de l’eficiència es la reducció de les pèrdues mecàniques per fricció, o en altres paraules, la optimització del comportament tribològic del motor. La tribologia en un MCIA porta associada aspectes mecànics com ara l’optimització dels acabats superficials dels diferents components que conformen el motor i l’optimització de propietats física, químiques i reològiques de l’oli que va a emprar. Aquesta ́ultima solució presenta una alta ratio benefici/cost, ja que la seva implementació no porta associada cap modificació de la màquina i la seva implementació ́es directa. Un dels objectius de la Tesi Doctoral es desenvolupar un model 1D que permet obtindré la informació tribològica d’un motor de combustió interna que no es pot obtenir experimentalment, que contribueixi a l’enteniment i l’optimització de les pèrdues mecàniques per fricció i que estalvi ̈ı el cost experimental associat a entendre la tribologia des del punt de vista empíric. Aquests paràmetres van des de l’espessor de pel·lícula d’oli entre els components d’un parell tribològic fins a la contribució a la fricció dels components amb regim hidrodinàmic i de la rugositat de cada element. A més, s’ha desenvolupat un model gairebé estacionari per quantificar l’energia dissipada per fricció en un cicle de conducció real i el consum de combustible associat. Així, a traves d’aquest model, s’implementen solucions que passen des d’olis optimitzats reològicament fins a acabats superficials de baixa rugositat, entenent la fenomenologia associada a cada tecnologia i aportant paràmetres clau per optimitzar aquesta solució. Finalment, s’estima l’estalvi en termes de consum de combustible que es pot assolir amb aquestes solucions implementades mitjan ̧cant el model quasi estacionari en condicions de conducció real., Agradezco al programa de Formación de Profesorado Universitario del Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades por soportar financieramiente mis estudios doctorales (FPU18/02116) y la estancia de investigación que contribuyó a aumentar los conocimientos desarrollados en la presente tesis doctoral (EST21/00451).

[ES] El objetivo de este trabajo es investigar la variación del coeficiente de fricción (COF) en distintas condiciones en el ensayo de materiales metálicos para usos biomédicos. Para ello se empleará un tribómetro reciprocante que permite aplicar distintos tipos de movimiento, así como distintos valores de presión y diferentes condiciones de las superficies. El COF es un parámetro fundamental para describir el comportamiento tribológico de materiales y su obtención únicamente se puede hacer de forma experimental. Los valores obtenidos resultan de vital importancia en simulaciones numéricas de interés para el diseño de implantes médicos y la selección del metal más apropiado. El trabajo del estudiante consistirá en la programación del tribómetro y realización de los ensayos. Posteriormente se realizará el postproceso y discusión de los resultados., [EN] The aim of this work is to investigate the coefficient of friction¿s variation in different conditions in the testing of metallic materials for biomedical uses. For this purpose, it has been used a reciprocating tribometer which allows the application of several types of movement, as well as different values of pressure and frequency. The COF is an essential parameter for describing the tribological behavior of materials and it only can be obtained experimentally. The values obtained are especially important in numerical simulations of interest for the design of medical implants and the selection of the most appropriate metal. The work of the student consists in the tribometer programming and the performance of the tests. Subsequently the data treatment and the discussion of the results is going to be realized., [CA] L’objectiu d’aquest treball és investigar la variació del coeficient de fricció (COF) en diferents condicions en l’assaig de materials metàl·lics per a fins biomèdics. Per a això s’utilitzarà un tribòmetre reciprocant que permitix aplicar diferents tipus de moviment, així com diferents valors de pressió i freqüència. El COF és un paràmetre fonamental per a descriure el comportament tribològic de materials i la seua obtenció únicament es pot fer de forma experimental. Els valors obtinguts són molt importants en les simulacions numèriques d’interès per al disseny d’implants mèdics i la selecció del material més apropiat. El treball de l’estudiant consistirà en la programació del tribòmetre i la realització dels assajos . Posteriorment es realitzarà el tractament de les dades i la discussió dels resultats.

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico This work aims to study the tribological behavior of two solid lubricant materials used in different conditions: nanoparticles as additives for lubrication fluids and self-lubricating sintered steels. The synthetic base oil with different concentrations and kinds of nanoparticles (MoS2 particles, MoS2 nanoflowers, carbon nanotubes+MoS2, silver nanoparticles) was extensively evaluated through tribological tests: ball on disk scuffing; ball on disk constant load (250 N, 20min. duration) and constant load (2N, 20min. duration) reciprocating linear sliding tests assessing friction coefficient. None of the nanoparticles affected the friction coefficient in a significant way. The nanoparticles were found to be an aggregated state. On the other hand, the effect of sintering temperatures (1100, 1150 and 1200 °C) and precursor content (0-5%) on the tribological behavior of self-lubricating sintered steels, produced by metal injection molding (MIM), was analyzed by using linear reciprocating sliding tests (constant load 7N, 60 min. duration). Solid lubrication effect was produced by in situ formation of graphite nodules due to the dissociation of precursor (SiC particles) during sintering. It was shown that presence of the graphite nodules significantly improved the friction coefficient and the wear rate of the alloys and that the sintering temperature little affected these parameters. Chemical analyses of the wear scars by scanning electron microscopy (SEM-EDX) and auger electron spectroscopy (AES) showed the presence of a tribolayer composed predominantly by carbon and oxygen. The graphite on the samples contributed to the formation of the tribolayer on the contact interface. It is suggested that during sliding graphite foils are removed from the in situ generated graphite nodules and remain at the interface thus contributing to the formation of the protective tribolayer. This tribolayer breaks up and forms during sliding and it is continuously replenished by graphite. Analyses of the wear scars showed the presence of plastic deformation traces on the samples and counter-bodies and the predominance of the wear mechanism by abrasion. Study of the influence of roughness surface showed that polishing the surfaces closed the graphite sources due to plastic deformation. This fact has resulted in a friction coefficient higher than 0.2, which means that, in this condition, this material does not act anymore as solid lubricant. Este trabalho tem como objetivo estudar o comportamento tribológico de dois materiais lubrificantes sólidos usados em diferentes condições: nanopartículas como aditivos de lubrificantes fluidos e aços sinterizados autolubrificantes. O óleo sintético, com diferentes concentrações e tipos de nanopartículas (partículas MoS2, nanoflores de MoS2, nanotubos de carbono + MoS2, nanopartículas de prata), foi extensivamente avaliado por meio de testes tribológicos: pino sobre disco sob carga variável (scuffing) e constante (250N, durante 20 minutos) e deslizamento linear alternado (2N, durante 20 minutos). O coeficiente de atrito não apresentou alterações significativas com a presença das nanopartículas no óleo, sendo esse comportamento atribuído ao estado de aglomeração das mesmas. Por outro lado, o efeito da temperatura de sinterização (1100, 1150 e 1200 ° C) e do teor de precursor (0-5%) no comportamento tribológico dos aços sinterizados autolubrificantes, produzidos por moldagem de pós por injeção (MIM), foram analisados por meio de testes de deslizamento linear alternado sob carga constante (7N, durante 60 minutos). O efeito de lubrificação sólida foi produzido pela formação in situ de nódulos de grafita devido à dissociação do precursor (SiC) durante a sinterização. Foi mostrado que a presença de nódulos de grafita melhorou significativamente o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste das ligas, e que a temperatura de sinterização pouco afetou estes parâmetros. As análises químicas das marcas de desgaste por microscopia eletrônica de varredura (SEM-EDX) e espectroscopia por elétron auger (AES) mostraram a presença de uma tribocamada composta predominantemente por carbono e oxigênio. Sugeriu-se que durante o deslizamento as folhas de grafita são removidas dos nódulos gerados in situ e permanecem na interface contribuindo assim para a formação da tribocamada protetora. Esta, por sua vez, rompe-se e forma-se durante o deslizamento sendo continuamente reabastecida pela grafita. As análises das marcas de desgaste das amostras e dos contra-corpos mostraram a presença de sulcos produzidos por deformações plásticas e a predominância do mecanismo de desgaste por abrasão. Estudos da influência da rugosidade superficial mostraram que as superfícies polidas apresentaram o fechamento das fontes de grafita devido à deformação plástica. Este fato deu origem a um coeficiente de atrito superior a 0.2, o que significa que, nestas condições, o material deixa de atuar como lubrificante sólido. Doutor em Engenharia Mecânica

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia As perdas de energia por atrito representam uma grande cota parte da energia criada pelo motor a combustão. Para aumentar a eficiência dos seus motores, a indústria automóvel tem lutado para fazer diminuir essas mesmas perdas. Para isso, estas têm aplicado medidas para diminuir perdas por atrito nos componentes dos motores. Uma das grandes zonas onde essas perdas acontecem é entre os segmentos de pistão e as paredes do cilindro. Esta indústria tem apostado em novas tecnologias que permitam fazer descer essas perdas de energia. Nessas tecnologias estão inseridos os revestimentos dos segmentos de pistão, mais propriamente, filmes de carbono amorfo conhecido por DLC (Diamond Like Carbon). Neste estudo, filmes de DLC foram depositados pelo método DOMS, variante do método HiPIMS. Esses filmes foram depositados com conteúdos de hidrogénio cada vez maiores, e as suas características mecânicas, morfológicas e tribológicas foram estudadas. Isto tudo para verificar se esse aumento no teor de hidrogénio é benéfico para o uso em revestimentos de segmentos de pistão no que toca a melhorar perdas de energia por atrito. Essa variação no conteúdo de hidrogénio foi conseguida com o aumento da percentagem de metano na atmosfera da câmara de deposição. Esta variação permitiu a deposição de filmes com durezas superiores a 10GPa, com coeficientes de atrito inferiores a 0,16 e também taxas de desgaste na ordem dos 10-16 mm3/mN. A inserção de maiores quantidades de hidrogénio também mudou a morfologia da superfície dos filmes, bem como que aumentou as taxas de deposição em aproximadamente 27%. Este estudo permitiu verificar que a inserção de 10% de metano na câmara de deposição, permitiu criar filmes com percentagens atómicas de hidrogénio próximas dos 30%. O que fez descer a dureza dos filmes em aproximadamente 40%, os coeficientes de atrito em 30%, e proporcionou um aumento de taxa de desgaste para o triplo do valor mais pequeno obtido para o filme com menos hidrogénio na sua constituição. Logo com o aumento do hidrogénio num filme de DLC, provou-se o amolecimento do filme, a descida do atrito e também o aumento do desgaste. Concluindo, filmes muito hidrogénio (~25%) embora tenham bons coeficientes de atrito, são macios e desgastam-se muito, o que impede de ser usados em anéis de pistões. Friction energy losses represent a large share of the energy created by the combustion engine. To increase the efficiency of its engines, the automotive industry has been fighting to reduce these losses. For this, they have applied measures to reduce friction losses in engine components. One of the zones where the loss by friction is higher, is in the piston rings surface. So, this industry as made efforts to apply innovative technologies to decrease the losses of energy in this place. One of these technologies are surface coatings, more properly, hard carbon coatings, known by DLC (Diamond Like Carbon) coatings. In this work, DLC films were deposited using the DOMS method, which varied from the HiPIMS method. Those films were deposited with increasingly higher hydrogen content, and then, their mechanical, morphological and tribological properties were studied. All of this to verify if the higher hydrogen content is beneficial for the use in piston rings coatings with the purpose of decreasing friction losses. The variation in the hydrogen content was achieved by increasing the methane percentage inside the deposition chamber during the deposition, from 0% to 10%. All the films presented hardness above 10GPa, friction coefficient lower than 0.16 and specific wear rates in the order of 10-16 mm3/mN. The hydrogen content also changed the morphology of the films’ surface, as well as increased its deposition rates by 27%. In general, the insertion of 10% methane allowed hydrogen atomic presence of approximately 30%. Which caused a 40% hardness decrease, a 30% friction coefficient decrease, and the film with the most hydrogen almost tripled the specific wear rate in relation to the film with less hydrogen presence. Therefore, the increase of the hydrogen in the DLC film, caused the softening of the film, decreased its coefficient of friction and increased the wear. This allows to conclude that DLC films with higher hydrogen content (~25%) are not practical for the use in piston rings coatings, because the lower hardness and higher wear rate, comparing to the low hydrogen and hydrogen free DLC.

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia Revestimentos duros tais como carbonetos/nitretos metálicos transicionais de apresentam grande interesse devido às suas propriedades inerentes dos elementos que os compõem. Por exemplo, carboneto de tungsténio possui propriedades como ponto de fusão alto, extrema dureza, inerência química, resistência à oxidação e boa condutividade elétrica, propriedades que estão enraizadas no progresso do estudo dos materiais e nas engenharias devido à sua necessidade e pela suas aplicações industriais, nomeadamente criação de revestimentos resistentes a desgaste e o seu uso em ferramentas de corte e perfuração. No entanto, estas propriedades, mecânicas e tribológicas, podem ser melhoradas com o aumento da quantidade de fases cerâmicas nanocristalina. Estes revestimentos podem ser produzidos por diversos processos de deposição. Entre as diversas escolhas, pulverização catódica assistida por magnetrão pareceu ser o candidato ideal para a deposição de revestimentos finos que conseguem atestar este objetivo, tendo características desejáveis como taxa de deposição alta, boa adesão, relativa simplicidade e aceitação global na indústria.Este trabalho consiste na deposição e estudo do filme fino de WCTiN obtido por um método de co-pulverização catódica para deposição composto por DCMS (Direct Current Magnetron Sputtering) e DOMS (Deep Oscillation Magnetron Sputtering), último como uma variação de HiPIMS (High-Power Impulse Magnetron Sputtering). Para análise e desenvolvimento deste revestimento duro será manipulado a polarização do substrato e a corrente de pico na fonte de HiPIMS, com o propósito de perceber a influencia que estes parâmetros têm nas propriedades mecânicas e tribológicas e tentar obter-se o revestimento com o melhor desempenho possível. Hard coatings such as those of transitional metal carbides/nitrides present great interest due to inherent properties of the elements that compose them. Taking tungsten carbide as an example, such properties englobe high melting point, extreme hardness, chemical inertness, oxidation resistance and good electrical conductivity, traits that are deep rooted in the advancement of material study and engineering for their desirability and usability in industrial applications such as fabrication of wear resistant coatings as well as cutting and drilling tools. Yet, such mechanical and tribological properties can be further improved with increasing amount of nanocrystalline ceramic phases. These coatings are deposited via various deposition processes. From various possible choices, magnetron sputtering seemed as the ideal candidate for deposition of a thin film that can attest to this objective, with attractive characteristics such as high attainable deposition rates, good adhesion, relative simplicity, and wide acceptance by the industry. This work will consist of deposition and study of WCTiN thin film obtained by a co-sputtering method of deposition which is comprised of Direct Current Magnetron Sputtering (DCMS) and Deep Oscillations Magnetron Sputtering (DOMS), a variant of High Power Impulse Magnetron Sputtering (HiPIMS). For analysis and development of this hard coating, substrate polarization and peak power of the HiPIMS source will be altered to understand its influence on the films mechanical and tribological properties and obtained the best performing coating.

CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Uma comparação entre diferentes superfícies texturizadas é feita a partir de simulações determinísticas do regime misto de lubrificação com o objetivo principal de indicar uma superfície que mais beneficie uma aplicação em um par pistão-cilindro de motor de combustão interna. A simulação determinística da lubrificação mista é baseada no cálculo das pressões de contato entre asperidades e na solução da equação de Reynolds com modelo de cavitação conservativo para o cálculo da pressão hidrodinâmica média gerada entre superfícies rugosas reais. Fez-se a caracterização de quatro superfícies texturizadas, das quais se derivaram mais cinco, após executar uma remoção das asperidades mais acentuadas (em especial aquelas ao redor dos bolsos de texturização) e a modificação da densidade de texturas. As superfícies foram simuladas para doze diferentes velocidades para que fosse abrangido todo o percurso do pistão. Os resultados concluíram indicação da aplicação da superfície brunida com polimento superficial adicional nas regiões de Ponto Morto Superior e Ponto Morto Inferior, para evitar o desgaste, e a aplicação de superfície texturizada na região central, com a finalidade de diminuir o consumo de combustível. Ademais, a remoção de protuberâncias ao redor dos bolsos texturizados e a diminuição da densidade de texturização tende a aumentar a pressão hidrodinâmica. A comparison of different textured surfaces is made using a deterministic simulation analysis of mixed lubrication with the main objective of indicating a surface that most benefits an application in a piston-cylinder pair of an internal combustion engine. The lubrication simulation solves the modified Reynolds equation proposed by Elrod-Adams for the calculation of the scaled hydrodynamic pressure and the scaled hydrodynamic shear-stress. In addition, the simulation calculates a Li and Chen approach of contact roughness model for Twin Land Oil Control Rings (TLOCRs) to obtain the asperity contact curves. Four original textured surfaces were characterized and they generated five additional surfaces, four of them after removing the peaked asperities (especially those around textures) and one had its texture density modified. The surfaces were simulated for twelve different speeds to cover the entire piston stroke. The results concluded that there is an indication for an application of the honed-textured surface with additional polishing in the regions of Top Dead Centre and Bottom Dead Cent, to avoid wear, and the application of a textured surface in the central region, in order to reduce fuel consumption. Additionally, removing protuberances around the texture pockets and decreasing texture density tends to increase hydrodynamic pressure. Dissertação (Mestrado) 2024-08-29

Press hardened components have become widespread in the automotive industry in structural and crash-resistant applications, thanks to the combination of the complex shapes and high mechanical properties obtained. However, the press hardening of coated boron steel results in severe adhesive-based wear, with tool maintenance being required in as few as 3000 cycles. The current industrial implementation of press hardening is defined to work around this phenomenon. While this aspect has been studied by different authors, most of the literature deals with laboratory-scale tribosimulators, leaving an open question into how this knowledge transfers to macroscopic effects on the industrial process. In this work, wear in press hardening is studied by comparing the results obtained in laboratory conditions with a pilot-scale line, and finally, with wear mechanisms observed on industrial tools. The aim of this study is to consolidate the current knowledge about the micro-mechanisms involved, and to understand to what extent the existing tests reproduce the actual mechanisms observed in the press floor. The results show how material transfer mainly happens as an accumulation of dust compacted into initial defects on the tool surface. Moreover, this mechanism is effectively reproduced in laboratory tribosimulators and pilot environments, showing a similar morphology to wear on industrial tools. The work sheds light on the underlying causes of wear, and its potential mitigation strategies. Validerad;2023;Nivå 2;2023-06-07 (hanlid);Funder: European Commission Research Fund for Coal and Steel (RFCS-CT-2011-00023); Spanish Ministry of Science, Innovation and University Retos-Colaboración 2017 Project RTC-2017-6448-4 INNOESTAMP TestTool

En este artículo se realiza la revisión del estado del arte de la aplicación de nanopartículas en lubricantes, para mejorar sus propiedades tribológicas. Se presenta los procesos para la preparación, estabilización y comprobación de los nanolubricantes, así como los resultados obtenidos por los autores de los artículos revisados. This article reviews the state of the art of the application of nanoparticles in lubricants to reduce the coefficient of friction. The processes for the preparation, stabilisation and testing of nanolubricants are presented, as well as the results obtained by the authors of the articles reviewed.