Tribological behavior of ZnO@GO core-shell nanoparticles as water-based lubricants additive and in composite cobalt-based coatings prepared via cathode plasma electrolysis deposition

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dc.contributor.advisor1Scandian, Cherlio
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/8466752738430250
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8466752738430250
dc.contributor.authorRomero, Manuelle Curbani
dc.contributor.authorIDhttps://orcid.org/0000-0002-3578-8577
dc.contributor.authorLatteshttp://lattes.cnpq.br/2213541475559069
dc.contributor.referee1Tschiptschin, André Paulo
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-1806-2010
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2163698776105146
dc.contributor.referee2Mello, Valdicleide Silva e
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-6413-6650
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4147387781308845
dc.contributor.referee3Vieira, Lucia
dc.contributor.referee4Murray, Henara Lillian Costa
dc.contributor.referee5Strey, Nathan Fantecelle
dc.date.accessioned2024-05-30T01:42:35Z
dc.date.available2024-05-30T01:42:35Z
dc.date.issued2023-06-22
dc.description.abstractCore-shell nanoparticles are hybrid nanostructure. This thesis addresses the electrostatic self-assembly of core-shell nanoparticles with hardcore of ZnO and soft graphene oxide (GO) shells. The assembled structures (ZnO@GO) were used as additive in water-based lubricants and in cobalt-based coatings. In the second chapter, the GO nanoparticles were synthesized and assembled with ZnO using a surface modifier, forming a ZnO@GO core-shell nanostructures. ZnO@GO, GO and ZnO were used as additives in water nanofluids which were wear tested in a ball-on-plate configuration using AISI 52100 as the ball and AISI 304 as the plate. ZnO@GO were efficient in reducing wear by the formation of a GO-rich protective tribolayer. The third chapter regards the production of cobalt coatings by cathodic plasma electrolytic deposition (CPED). The deposition mechanism and the effect of polyethylene glycol (PEG) on it are discussed. CPED was efficient in forming nanocrystalline and wear-resistant coatings. PEG decreased the current needed for deposition and affected the thickness and morphology of coatings, while not altering wear or friction. In the fourth chapter, the ZnO@GO nanoparticles were added to the electrolytic bath forming a composite cobalt-based coating. Coatings were tested against an AISI 52100 ball in sliding wear tests. Nanoparticles increased coatings hardness and decreased surface roughness. Composite coatings had a superior tribological performance when compared to pure Co-coatings due to the entrapment of exfoliated GO nanoparticles on the wear track, protecting the surface.
dc.description.resumoNanopartículas core-shell são nanoestruturas híbridas. Esta tese aborda a automontagem eletrostática de nanopartículas core-shell com núcleo de ZnO e cascas de óxido de grafeno macio (GO). As estruturas montadas (ZnO@GO) foram usadas como aditivo em lubrificantes à base de água e em revestimentos à base de cobalto. No segundo capítulo, as nanopartículas de GO foram sintetizadas e montadas com ZnO usando um modificador de superfície, formando nanoestruturas core-shell de ZnO@GO. ZnO@GO, GO e ZnO foram usados ​​como aditivos em nanofluidos de água que foram testados quanto ao desgaste em uma configuração de bola sobre placa usando AISI 52100 como bola e AISI 304 como placa. ZnO@GO foram eficientes na redução do desgaste pela formação de uma tribocamada protetora rica em GO. O terceiro capítulo diz respeito à produção de revestimentos de cobalto por deposição eletrolítica de plasma catódico (CPED). O mecanismo de deposição e o efeito do polietilenoglicol (PEG) sobre ele são discutidos. O CPED foi eficiente na formação de revestimentos nanocristalinos e resistentes ao desgaste. O PEG diminuiu a corrente necessária para a deposição e afetou a espessura e a morfologia dos revestimentos, sem alterar o desgaste ou o atrito. No quarto capítulo, as nanopartículas de ZnO@GO foram adicionadas ao banho eletrolítico formando um revestimento composto à base de cobalto. Os revestimentos foram testados contra uma esfera AISI 52100 em testes de desgaste por deslizamento. As nanopartículas aumentaram a dureza dos revestimentos e diminuíram a rugosidade da superfície. Os revestimentos compostos tiveram um desempenho tribológico superior quando comparados aos Co-revestimentos puros devido ao aprisionamento de nanopartículas de GO esfoliadas na trilha de desgaste, protegendo a superfície.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufes.br/handle/10/17160
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseDoutorado em Engenharia Mecânica
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsopen access
dc.subjectNúcleo-casca
dc.subjectLubrificantes à base de água
dc.subjectDeposição eletrolítica de plasma catódico
dc.subjectDesgaste deslizante
dc.subjectRevestimentos de cobalto
dc.subjectÓxido de zinco
dc.subjectÓxido de grafeno
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Mecânica
dc.titleTribological behavior of ZnO@GO core-shell nanoparticles as water-based lubricants additive and in composite cobalt-based coatings prepared via cathode plasma electrolysis deposition
dc.title.alternativetitle.alternative
dc.typedoctoralThesis
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