Grafito vs. Disulfuro de Molibdeno – ¿Cuál es el mejor?
La mayoría de las personas que son nuevas en el mundo de los lubricantes quizá no se den cuenta, pero hay una buena parte de la ciencia y la investigación que se utiliza para fabricarlos. Esta se conoce como Tribología. La tribología—término utilizado desde finales del siglo XX—es la ciencia que se encarga de estudiar la fricción, el desgaste y la lubricación entre superficies sólidas que están en contacto y sometidas a movimiento, con el propósito de desarrollar soluciones que permitan conservar y reducir energía, lograr movimientos más rápidos y precisos, aumentar la productividad, reducir las paradas de mantenimiento y disminuir costos.
Los componentes principales de las grasas lubricantes son dos: aceite base y espesante, pero para impartirles mejores características y mayor resistencia a las condiciones de trabajo a las que estarán sometidas, también se recurre a la incorporación de unos compuestos llamados aditivos.
Hay una gran variedad de aditivos que los fabricantes pueden añadir a los aceites para darles propiedades particulares. Por eso, cuando uno se encuentra con dos lubricantes que parecen muy similares, nos formulamos la pregunta: ¿Cuál es mejor?
Dos de los lubricantes sólidos más comúnmente incorporados a las grasas lubricantes industriales son el grafito y el disulfuro de molibdeno. Ambos productos otorgan a las grasas propiedades que las hacen resistentes a:
· Extrema presión (EP)
· Altas temperaturas
· A la degradación en condiciones de ambientes altamente corrosivos
En este artículo explicaremos las diferencias entre el disulfuro de molibdeno y el grafito, y cual es la ventaja del uno sobre el otro.
¿Qué es el disulfuro de molibdeno?
El disulfuro de molibdeno (MoS2) es un compuesto inorgánico con estructura laminar que se crea mezclando molibdeno y azufre. Aunque se utiliza en diferentes productos, su uso más común es como aditivo en los lubricantes.
El MoS2 es una sustancia no reactiva, y no es afectada por ácidos diluidos ni por el oxígeno. En su apariencia y tacto, el disulfuro de molibdeno es similar al grafito, un polvo de color oscuro, en el espectro de gris a negro pero su densidad es más del doble: 4,8g/cm2. Tiene una baja conductividad eléctrica y es diamagnético, inocuo y no ataca la piel. Es insoluble en agua fría o caliente y es resistente a ácidos (a excepción del nítrico, flúor y cloro).
Asimismo, es térmicamente estable entre -180°C y +450°C; hasta +630°C en el vacío; y +1340°C en atmosfera de argón. Presenta una estructura laminar en capas (imagen 1): Una central de Molibdeno (Mo) y dos, una inferior y una superior, de azufre (S) que actúan como una fuerte unión iónica, resistiendo la rugosidad de las superficies. Las láminas de disulfuro de molibdeno son tan delgadas que se necesitan 1600 de ellas para alcanzar un espesor de un micrón, y su resistencia a la presión supera le límite de de fluencia de los metales conocidos (30.000kg/cm2).
Su efecto lubricante se explica por la fuerte adhesión de los átomos de azufre a las superficies metálicas y la facilidad de deslizamiento entre las laminillas. Esta extrema adherencia es su principal diferencia y ventaja en comparación a otros lubricantes sólidos y explica a su vez la reducción del coeficiente de rozamiento.
La oxidación en presencia de oxígeno comienza en forma notable al superarse los 400°C obteniéndose trióxido de Molibdeno el cual actúa como protector de las capas inferiores de la película lubricante que permanece inalterable.
Este compuesto se conoce hace unos 300 años cuando era utilizado por los artesanos en prensas y herramientas. Fue ampliamente usado durante la segunda guerra mundial para reducir fricción y desgaste en la maquinaria bélica.
El MoS2 se emplea como lubricante seco (OKS 511) o como aditivo en grasas (OKS 410 y OKS 400) debido a sus excelentes propiedades antifricción y de soporte de carga, por lo que es ideal en la lubricación de mecanismos que operan bajo condiciones extremas de vibración, alto impacto, carga y velocidad como en bujes, cadenas, cables, engranes, y rodamientos.
¿Qué es el grafito?
El grafito es una de las forma alotrópica en las que se puede presentar el carbono en la naturaleza. Fue nombrado por Abraham Gottlob Werner en el año 1789. El término grafito deriva del griego γραφειν (graphein) que significa escribir, ya que se usa principalmente para la elaboración de las minas de los lápices. Se trata de un mineral considerado de carbono casi puro, de brillo metálico y color negro graso al tacto. El grafito proviene de las rocas carbonosas que han sufrido metamorfismo–se extrae de esta forma de las minas–más predominante en Asia, China e India, y también en Brasil.
El grafito es un no metal porque está formado por átomos de carbono. Sin embargo, una de sus propiedades hace que se comporte como tal. Es la forma más estable del carbono porque el grafito se ve favorecido por la alta presión y la alta temperatura. Se forma cuando el carbono se somete al intenso calor y la presión de la corteza terrestre y el manto superior. El grafito tiene la misma composición química que el diamante, que también es un carbono puro. Es la diferente estructura molecular la que hace que cada uno tenga características casi opuestas.
En el grafito, los átomos de carbono están fuertemente unidos en el plano mediante enlaces covalentes, configurando capas (planos básales). Estas capas están apiladas paralelamente y unidas entre sí por fuerzas de Van der Waals, más débiles. Para ser más precisos, la distancia entre planos básales es de 0,335 nm.
Posee gran lubricidad y una resistencia natural a temperaturas extremas.
El grafito es uno de los lubricantes más antiguos que se sigue utilizando hoy en día. Es conocido desde el siglo XIX y era usado como lubricante para forjado de herramientas metálicas. Es una forma natural de carbono que se encuentra en rocas metamórficas e ígneas. Aunque los átomos de carbono están fuertemente unidos entre sí, las fuerzas entre cada capa son débiles. Esto les permite “deslizarse” fácilmente una sobre otra con una resistencia mínima. Es esta característica la que confiere al grafito su superficie resbaladiza y lo convierte en un lubricante sólido de gran rendimiento.
Ventajas del uso del disulfuro de molibdeno
El disulfuro de molibdeno (MoS2) y el grafito son buenos agentes lubricantes, pero el MoS2 ha sido elegido como mejor lubricante seco porque el grafito sufre corrosión… por lo que en los últimos años ha sido sustituido por el MoS2 debido a las siguientes propiedades:
- Menor coeficiente de fricción
- Fuerte afinidad con las superficies metálicas
- Forma una película en la superficie
- Estabilidad en presencia de la mayoría de los disolventes
En el estudio Role of solid lubricant (MoS2 and Graphite) variations on characteristics of brake lining composite se concluyó que en el sistema de frenos de trenes, en comparación con el grafito, el MoS2 presenta un mejor rendimiento de lubricación. Un aumento del contenido de MoS2 disminuye el coeficiente de fricción tanto en la presión de contacto como en la variación de la velocidad de deslizamiento. El MoS2 también reduce el desgaste específico, así como el aumento de temperatura en el disco.
El MoS2 se utiliza como lubricante seco o como aditivo en las grasas especiales para aplicaciones de extrema presión, carga e impacto en engranajes y cojinetes.
Las ventajas de utilizar grafito
Como mencionamos anteriormente, el MoS2 tiene mejor desempeño en general que el grafito. Sin embargo, restringida por la oxidación, la temperatura límite del MoS2 es de 400°C mientras que el grafito es eficaz a altas temperaturas, hasta 450 °C de forma continua, y puede soportar picos de temperatura mucho más elevados.
Nuestra recomendación: ¿Cuál debería elegir?
Todo depende de la aplicación. Si necesita un lubricante que soporte altas temperaturas de trabajo continuo, la mejor opción es una grasa con grafito como aditivo, o si es el caso, un lubricante seco de grafito. Sin embargo, si necesita un lubricante para un equipo donde estará sometido a cargas y presiones muy altas, el disulfuro de molibdeno será más conveniente. Aunque tienen sus propias ventajas, ambos pueden utilizarse juntos para crear un lubricante muy eficaz. De hecho, los mejores lubricantes suelen ser una combinación de disulfuro de molibdeno y grafito. Así se crea un aceite que puede soportar altas temperaturas y sigue teniendo la capacidad de soportar altos impactos. A la hora de elegir entre el disulfuro de molibdeno y el grafito, debe pensar en qué necesita exactamente de un lubricante. A partir de ahí, podrá decidir qué materia prima es la mejor para su aplicación.
Excelente explicación, muy clara y documentada.
Gracias por la información y por aclarar mis dudas al respecto de manera clara y concisa.