En los últimos años, se han adoptado diversas estrategias para reducir o eliminar el uso de productos con base de cobre en aplicaciones para turismos, como por ejemplo el aumento del contenido de lubricante. Aun así, sigue siendo un reto sustituir el cobre de forma rentable en ciertos sectores, como los vehículos comerciales o el ferrocarril. Además, la necesidad de reducir las emisiones generadas por los frenos hace que el desafío sea todavía mayor.
En este artículo analizamos los avances más prometedores en la sustitución del cobre por materiales innovadores, especialmente óxidos, con el objetivo de desarrollar compuestos de fricción sostenibles y de alto rendimiento. Los materiales de fricción son sistemas complejos en los que los procesos tribológicos que se producen en la superficie de contacto entre la pastilla y el disco son fundamentales para su rendimiento. Durante el frenado, se forman los llamados «platós secundarios», que juegan un papel clave en el control del rozamiento y el desgaste. Estructuras prefabricadas de óxido de hierro, diseñadas para imitar la morfología de estos platós, podrían convertirse en una alternativa viable a los materiales con base de cobre.
Reemplazar el cobre en los materiales de fricción no es tarea fácil. Es necesario encontrar materiales alternativos que igualen o incluso superen el rendimiento del cobre en aspectos clave como:
Los óxidos se están posicionando como una clase de materiales muy prometedora para sustituir al cobre en los compuestos de fricción. Estas sustancias presentan una combinación única de propiedades que las hacen especialmente adecuadas para esta aplicación:
RIMSA está a la vanguardia en el desarrollo de materiales de fricción innovadores basados en soluciones con óxidos. Nuestra investigación se centra en identificar y optimizar compuestos de óxidos capaces de igualar o superar el rendimiento del cobre, minimizando al mismo tiempo el impacto medioambiental y reduciendo al máximo la huella de carbono.
El resultado de este esfuerzo es la familia r0-vein. Este material está compuesto principalmente por óxidos de hierro y se caracteriza por una morfología única. Las imágenes obtenidas mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) muestran que los materiales LS presentan estructuras delgadas, en forma de láminas y dispuestas en capas, muy similares a los platós secundarios que se observan en las superficies desgastadas de las pastillas de freno. La hipótesis es que, al incorporar este material en la formulación del compuesto de fricción, se favorece la formación de una capa tribológica estable y eficaz, lo que mejora tanto el control del rozamiento como la resistencia al desgaste.
r0-vein en la superficie de la pastilla de freno (imagen superior) y detalle del producto (imagen inferior)
La formulación base contiene virutas de latón sin plomo, un aditivo habitual que aporta cobre, y se ha sustituido por r0-vein (IP01) en base a volumen. El resto de la formulación se ha mantenido constante. A la izquierda se muestra la composición:
Rendimiento de la fricción
Los perfiles de fricción GSR de la formulación base (con latón) y de la formulación IP01 (sin cobre) mostraron una buena correlación. Esto indica que la sustitución del latón por el material Induced Plateaus no alteró de forma significativa el comportamiento de fricción de la pastilla de freno.
Rendimiento frente al desgaste
Los niveles de desgaste de ambas formulaciones se situaron, en general, dentro del mismo rango. Cabe destacar que la formulación IP01 mostró un menor desgaste de la pastilla a alta temperatura (350 °C) en comparación con la formulación base. Esto sugiere que el material Induced Plateaus podría contribuir a una mejor resistencia al desgaste en condiciones de frenada severas.
Una presentación detallada sobre el mecanismo de acción y las razones por las que r0-vein puede convertirse en una alternativa sostenible al cobre será presentada durante el Eurobrake 2025:
EB2025-COM-020
Tribological Surface Engineering: Inducing Prefabricated Secondary Plateaus for Copper Substitution in Friction Materials
Dr. Carlos Lorenzana, Ing., RIMSA METAL TECHNOLOGY, SL, España
La transición hacia materiales de fricción libres de cobre y con baja huella de carbono es un paso clave para lograr una industria de la automoción más sostenible. Los óxidos representan una vía prometedora para alcanzar este objetivo, al ofrecer una combinación de alto rendimiento, respeto medioambiental y rentabilidad.
En RIMSA, nuestro compromiso con la investigación y la innovación en este ámbito garantiza que podamos seguir ofreciendo a nuestros clientes soluciones de fricción de última generación, capaces de responder a las nuevas exigencias del mercado sin renunciar a la competitividad en términos de coste y sostenibilidad.
Más de 37 años dedicados a la investigación y el desarrollo de soluciones innovadoras para los materiales de fricción, el refuerzo discontinuo con fibras y el desarrollo de materiales para el almacenamiento de energía verde.
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