Aspereza (ciencia de los materiales)

En ciencia de los materiales , la aspereza , definida como "irregularidad de la superficie, rugosidad, irregularidad" (del latín asper —"áspero" ^{[ 1 ]} ), tiene implicaciones (por ejemplo) en física y sismología . Las típicas "superficies lisas", incluso aquellas pulidas hasta obtener un acabado de espejo, no son realmente lisas a escala microscópica. Son rugosas, con proyecciones afiladas, ásperas o irregulares, denominadas "asperezas". Las asperezas superficiales existen en múltiples escalas, a menudo en una geometría autoafín o fractal . [ ^{2 ] La} dimensión fractal de estas estructuras se ha correlacionado con la mecánica de contacto exhibida en una interfaz en términos de fricción y rigidez de contacto .

Para comprender el campo de la tribología , el estudio científico de la fricción , el desgaste y la lubricación , es necesario entender el concepto de asperezas.

Ampliando la relación entre las asperezas y la sismología, las asperezas son fundamentales para comprender las fallas geofísicas mediante la deformación elástica. Estas fallas, como la falla de San Andrés, tienden a ser extremadamente heterogéneas debido a la abundancia de asperezas. En la modelización, pequeñas subsecciones pueden alcanzar puntos de falla en el laboratorio; sin embargo, la tensión promedio se puede resumir mediante una relación entre el área total de las asperezas y el área total de la falla misma, lo que da lugar a tensiones netas causadas por la baja concentración de asperezas. ^{[ 3 ]}

La aspereza también se utiliza en el modelado de contactos, que permite predecir el área real de una superficie de contacto, así como las tensiones superficiales y subsuperficiales que incrementan la fricción y el desgaste en una interfaz. Esta fricción provoca la deformación de las superficies microscópicamente rugosas, la cual se presenta en dos formas: elástica y elastoplástica. Sin embargo, esta deformación puede mitigarse mediante la aplicación de algún tipo de lubricante a las superficies. ^{[ 4 ]}

Utilizando la teoría de superficies rugosas propuesta por Greenwood y Williamson, y la literatura existente sobre la teoría elastohidrodinámica, se puede crear un modelo teórico para explicar las asperezas presentes en contactos lubricados de alta carga. Este modelo permite establecer una relación entre el espesor teórico de la película lubricante y la rugosidad total de las superficies. Esto resulta útil al analizar la carga total de una interfaz. ^{[ 5 ]}

Cuando dos superficies macroscópicamente lisas entran en contacto, inicialmente solo se tocan en algunos de sus puntos de aspereza. Estos puntos cubren una porción muy pequeña de la superficie. La fricción y el desgaste se originan en estos puntos, por lo que comprender su comportamiento resulta fundamental al estudiar materiales en contacto. Al someterse las superficies a una carga de compresión, las asperezas se deforman mediante modos plásticos y luego elásticos, lo cual se puede observar en la curva de tensión-deformación del material en cuestión, aumentando así el área de contacto entre las dos superficies hasta que esta sea suficiente para soportar la carga.

La relación entre las interacciones por fricción y la geometría de las asperezas es compleja y aún no se comprende del todo. Se ha informado que, bajo ciertas circunstancias, una mayor rugosidad puede resultar en interacciones por fricción más débiles, mientras que las superficies más lisas pueden, de hecho, presentar altos niveles de fricción debido a un mayor contacto real. ^{[ 6 ]}

La ecuación de Archard proporciona un modelo simplificado de deformación de asperezas cuando los materiales en contacto están sometidos a una fuerza. Debido a la presencia generalizada de asperezas deformables en estructuras jerárquicas autoafines ^{[ 7 ],} el área de contacto real en una interfaz presenta una relación lineal con la carga normal aplicada. ^{[ 2 ]}

• rugosidad superficial
• Bruñido (metal)

• Definición de aspereza en el diccionario Wikcionario