Cientifica, ISSN 2594-2921, vol. 30, no. 1, January-June 2026.
DOI: 10.46842/ipn.cien.v30n1a11
Análisis en tiempo real de micropartículas de desgaste mediante microabrasión por ball cratering: integración de captura óptica, calibración de fuerza y cuantificación tribológica
Real-time Analysis of Wear Microparticles by Microabrasion through Ball Cratering: Integration of Optical Capture, Force Calibration, and Tribological Quantification
Recibido 03/06/2026, aceptado 20/06/2026, publicado 25/06/2026.
Resumen
En este trabajo se estudió la evolución de la huella de desgaste generada en una probeta de policarbonato sólido durante ensayos de microabrasión en seco mediante la prueba de ball cratering. El análisis se realizó a partir de tres videos obtenidos por microscopía óptica a una magnificación de 500X, lo que permitió seguir la evolución del cráter durante la prueba. La probeta evaluada fue de 6 mm de espesor y 25 mm de diámetro, las pruebas se realizaron en seco bajo una velocidad de 200 rpm, a una carga normal de 200 g (1.961 N) y el uso de una esfera de acero AISI 52100 de 25 mm de diámetro. El material se seleccionó debido a la trasparencia del policarbonato, lo que permitió la observación óptica del contacto y su modificación superficial. A partir de los videos experimentales se extrajeron secuencias temporales a tiempo determinados. La evidencia visual mostró que la huella se forma progresivamente, pasando por una etapa inicial de establecimiento del contacto, seguida por oscurecimiento central, definición del borde y acumulación o redistribución de partículas. La morfología se observa como un mecanismo dominante de abrasión por microarado, acompañado por la participación intermitente de partículas como tercer cuerpo. El análisis de las gráficas de señal fuerza-tiempo permitió distinguir corridas estables. El volumen del cráter obtuvo un valor central de 0.000245 mm³ para una huella promedio de 0.5 mm y un coeficiente de fricción (COF) promedio de 0.0702, 0.0640 y 0.0624. En conjunto, las imágenes, la señal de fuerza, el COF y el cálculo geométrico del volumen permitieron interpretar el desgaste con mayor cuidado, sin depender únicamente del diámetro final de la huella, así como el uso de datos para futuras simulaciones numéricas a niveles micrométricos.
Abstract
In this study, the evolution of the wear scar produced on a solid polycarbonate specimen during dry micro-abrasion tests was investigated using the ball-cratering technique. The analysis was based on three videos recorded by optical microscopy at 500× magnification, which made it possible to monitor the evolution of the crater during the test. The evaluated specimen was 6 mm thick and 25 mm in diameter. The tests were performed under dry conditions at a rotational speed of 200 rpm, with a normal load of 200 g, equivalent to 1.961 N, using a 25 mm-diameter AISI 52100 steel ball. Polycarbonate was selected because of its transparency, which enabled optical observation of the contact zone and the resulting surface modification. Time-resolved image sequences were extracted from the experimental videos at selected intervals. The visual evidence showed that the wear scar developed progressively, beginning with the establishment of contact, followed by central darkening, edge definition, and the accumulation or redistribution of particles. The observed morphology suggests that micro-ploughing abrasion was the dominant wear mechanism, accompanied by the intermittent participation of particles acting as a third body. The analysis of the force–time signal plots made it possible to identify stable test runs. The crater volume showed a central value of 0.000245 mm³ for an average wear scar diameter of 0.5 mm, while the average coefficients of friction (COF) were 0.0702, 0.0640, and 0.0624. Overall, the integration of optical images, force signals, COF measurements, and the geometric calculation of crater volume allowed a more careful interpretation of the wear process, without relying solely on the final wear scar diameter. This data also provide a useful basis for future numerical simulations at the micrometric scale.
Palabras clave: microdesgaste en seco, ball cratering, policarbonato, huella de desgaste, microscopía óptica, abrasión, microsurcado,
tercer cuerpo.
Index terms: dry micro-wear, ball cratering, polycarbonate, wear scar, optical microscopy, abrasive wear,
micro-ploughing, third body.
ISO 690 reference:
Matias Matias, Mitzi;
Martínez Marcelo, Leonardo;
Chimal Benhumea, Minerva Teresa;
De la Mora Ramirez, Tomas,
2026,
Análisis en tiempo real de micropartículas de desgaste
mediante microabrasión por ball cratering: integración
de captura óptica, calibración de fuerza y
cuantificación tribológica,
Científica, vol. 30, no. 1,
ISSN 2594-2921, e300111,
DOI: 10.46842/ipn.cien.v30n1a11
