статью "Функциональные добавки к маслам"

Виды добавок к Смазочным материалам
В различных областях техники для снижения потерь, на трение и повышения, надёжности трибосопряжений широко
применяется целый ряд композиций, содержащих добавки конкретного функционального назначения: модификаторы трения,
кондиционеры металлов, реметаллизанты (восстановители) и т.п. Круг смазочных композиций непрерывно растёт за счёт
разработки новых составов.
В последние десятилетия научные работники, специалисты известных фирм — производителей, смазочных материалов (СМ) и
широкий круг потребителей проявляют интерес к проблеме улучшения комплекса триботехнических свойств СМ и смазочных
композиций (масло+добавки) за счёт введения в СМ различного рода добавок. В качестве добавок, чаще всего используют
комплексные препараты на основе тефлона и других фторсодержащих компонентов металлоорганических маслорастворимых
соединений; солей металлов и растворов, содержащих ионы металлов; ультрадисперсных порошков металлов и сплавов (УДП).
При использовании металлосодержащих добавок на поверхностях трения образуются тонкие металлические плёнки или
соединения типа сульфидов, фосфидов и пр., улучшающие триботехнические характеристики сопряжений.
Качественные моторные и трансмиссионные масла содержат наборы присадок, улучшающих их свойства. Эффективность
действия добавок обуславливается их химическими свойствами и концентрацией в смазочных материалах, а также
приёмистостью последних, к добавкам (одинаковые добавки более активны для одних базовых материалов, чем для других).
Добавки должны хорошо растворяться в смазочных материалах, обладать малой летучестью и не испаряться из них при
хранении и эксплуатации в широком диапазоне температур; не вымываться водой и не подвергаться гидролизу; не
взаимодействовать с конструкционными материалами, контактирующими со смазочными (за исключением случаев, когда такие
реакции лежат в основе механизма действия самих добавок); сохранять свои функции в присутствии иных добавок и не
оказывать на них депрессивного действия.
Современный товарный рынок насыщен большим количеством подобного рода препаратов, по характеру действия на
локальные зоны трения их можно разделить на три представленные группы:
1.
препараты, использующие принцип переноса мелкодисперсных частиц на контактирующие пары трения;
2.
модификаторы с поверхностно активными веществами, позволяющие организовать новые соединения из продуктов
износа, основного материала и имеющейся смазочной среды;
3.
препараты, обладающие комплексным энергетическим воздействием, позволяющие не только регулировать (уменьшать)
трение в зоне контакта, но и восстанавливать (залечивать) поверхностные микродефекты и выравнивать геометрический износ
контактирующих поверхностей трения.
Из перечисленных выше препаратов, безусловно, каждый имеет свою рекомендованную область применения. Условия их
применения, естественно, не одинаковы. Некоторые из них целесообразно применять на этапе обкатки механизма, другие на
этапе нормального, установившегося износа, а следующие на этапе ремонта и восстановления механизма без разборки и т.д.
Главным недостатком имеющихся препаратов является ограниченность их действия по срокам, а также сложность в выборе
самих сроков их действия. Например, приработочные составы будут оказывать только вредное влияние на этапе нормальной
эксплуатации, увеличивая износ, а невовремя введённый ремонтный состав может привести к повышенной нагрузке в зоне
трения и к аварийной ситуации. Поэтому актуальным является вопрос о создании препаратов, одинаково продуктивно
управляющих трением и износом как на этапе приработки, так и на этапе нормальной (штатной) эксплуатации, а также ремонта и
восстановления изношенных поверхностей деталей трибосопряжений без разборки узла трения.
По главному назначению (определяющему свойству) добавки условно объединяют в несколько групп, основные из которых
рассмотрены ниже.
Добавки, улучшающие смазочные свойства. Их действие обусловлено образованием на трущихся металлических поверхностях
различных по химическому составу защитных плёнок.
Противоизносные добавки уменьшают износ поверхностей трения при относительно умеренных нагрузках и температурах. К
таким добавкам относятся масла и жиры растительного и животного происхождения (например, горчичное масло, свиной жир);
высшие жирные кислоты (например, олеиновая) и эфиры (например, сложный эфир пентаэритрита и себациновой кислоты);
соединения, содержащие S (например, осерненное спермацетовое масло), Р (например, трикрезилфосфат), S и Р (например,
диизооктилдитиофосфат, диалкилтиофосфатВа, цинк-бариевая соль изобутилового эфира арилдитиофосфорной кислоты), N
(например, 1- бутилбензотриазол) и т.д. Концентрация добавок в смазочных материалах 0,1 - 3,0%.
Противозадирные добавки обеспечивают нормальную работу при высоких нагрузках трущихся поверхностей без задира и
заедания, а также смягчают его, если оно происходит. Этим целям служат соединения, содержащие S, С1, S и Р и др.
концентрация добавок не превышает 3-5%.
Антифрикционные добавки предназначены для снижения (модификации) трения сопряжённых поверхностей. К таким
модификаторам относятся высшие жирные кислоты (например, стеариновая), мыла этих и нафтеновых кислот (например,
стеарат А1, нафтенат Рb), эфиры глицерина и жирные амины, коллоидные дисперсии МоS2, графита и иных соединений,
нерасстворимых в смазочных материалах (более перспективно применение веществ, образующих с ними устойчивые растворы,
особенно ряда соединений Мо). Концентрация добавок, как правило, 0,1-0,5%.
Вязкостные или загущающие добавки повышают вязкость и улучшают вязкостно-температурные свойства смазочных
материалов. В качестве таких добавок применяют обладающие большой вязкостью различные полимеры — главным образом
полиизобутилен, полиметакрилаты, поливинилбутиловый эфир, а также полиалкилстиролы и т.д. Концентрация добавок 1-20%.
Металлоплакирующие добавки снижают износ тяжелонагруженных узлов трения за счёт образования на сопряжённых
поверхностях тонкой металлической плёнки, называемой сервовитной.
Многофункциональные добавки обладают способностью одновременно улучшать несколько свойств смазочных материалов,
заменяя целые композиции вводимых в них добавок, применение которых дорого и неудобно, а эффективность действия
снижается вследствие взаимного, часто противоположного влияния компонентов. Многофункциональные добавки
представляют собой смеси добавок разного действия (смешанные, или комплексные добавки) либо органические соединения,
содержащие Б, Р, металлы, полярные функциональные группы. Пример комплексных добавок - смесь алкилфенолята Ва и
диалкилфенилдитиофосфата Zn (соотношение 5:2), обладающая моющими, противоизносными, антиокислительными и
антикоррозионными свойствами.
Индивидуальные многофункциональные добавки - в основном моющие: сукцинимиды (способны нейтрализовать кислые
соединения, накапливающиеся в смазочных материалах, и, кроме того, улучшают их вязкостные свойства), Са-соль
диалкилариддитио-фосфорной кислоты (повышает устойчивость к окислению, улучшает моющие и противоизносные свойства),
диалкилдитиофосфат Zn (улучшает антиокислительные, противоизносные и антикоррозионные свойства) и т. д. Концентрация
многофункциональных добавок 0,5-5,0%.
Фуллереносодержащие добавки - существенно улучшают противоизносные свойства пластичных смазок, снижают объёмный
износ и интенсивность изнашивания, улучшают противозадирные свойства, увеличивают продолжительность работы узлов
трения дозадира в условиях повышенной нагрузки.
Природные геомодификаторы трения (ГМТ) — минеральные ремонтно-восстановительные составы на базе порошков
серпентинита. Концентрация добавок ГМТ до 5%.
Влияние данных препаратов на изношенные поверхности в настоящее время выяснено недостаточно. Проведённые единичные
экспериментальные исследования, как на стендах, имитирующих те или иные пары трения, так и натурные испытания на
реальных объектах и машинах, не позволяют сделать однозначные выводы о характере воздействия на узлы трения с точки
зрения его остаточного ресурса. Неграмотное использование этих препаратов способно не только резко уменьшить эффект
воздействия, но и привести к отрицательным последствиям, вплоть до аварийного разрушения механизма.
Антифрикционные препараты — мощное «лекарство» для механизма, однако его применение требует соответствующей
методики и дозировки, зависящей от исходного состояния объекта, его применения, типа, рабочего объёма смазочного
материала, степени износа. Процесс применения препаратов нельзя пускать бесконтрольно, в большинстве случаев необходимо
проводить под наблюдением опытного специалиста с постоянной диагностикой и мониторингом процесса. Опытный специалист
способен
в
случае
необходимости
скорректировать
обработку.
Природные геомодификаторы трения
Наиболее широко на российском рынке антифрикционных препаратов (АП) представлены препараты группы минеральных
ремонтно- восстановительных составов на базе порошков серпентинита. Это препараты торговых марок «РВС», «ХАДО», «СУПРА»,
«НИОД», «ФОРСАН», «Живой металл» и др.
Действие ремонтно-восстановительных составов, содержащих минеральные присадки, базируется на уникальном действии
порошка серпентинита (в русской минералогии — змеевика). Свойство серпентинита было открыто в СССР при бурении сверхглубоких
скважин. При бурении горных слоев, насыщенных серпентинитом, было обнаружено, что ресурс режущих кромок бурового инструмента
резко увеличивался. Дальнейшие исследования привели к гипотезе, согласно которой в зоне контакта бура с горной породой
серпентинит разлагается, при этом в процессе сухого трения выделяется количество теплоты, достаточное для разогрева и размягчения
металла и компонентов АП. При этом происходит внедрение в его структуру микрочастиц минерала и образование композитной
металлокерамической структуры (металл-минерал), обладающей высокой твёрдостью и износостойкостью.
Смазочные композиции (СК) на основе пластичных смазок с добавлением тонкодисперсных серпентинитов были всесторонне
исследованы в 1987 — 90 гг. в институте «Механобр».Заключительные натурные испытания смазок с добавками ГМТ, содержащих
серпентиниты, выявили не менее чем двукратное повышение ресурса подшипниковых колёсных пар шахтных вагонеток и
редукторов трамвайных тележек.
Было исследовано влияние добавок к маслам ГМТ на трибосопряжения и современными методами комплексного анализа
установлено следующее.
Добавление ГМТ в моторные масла в первый период испытаний значительно ухудшает работоспособность трибосопряжений.
Резко повышается коэффициент трения и температура. В дальнейшем триботехнические характеристики улучшаются, уменьшается
шероховатость поверхностей трения и увеличивается сопротивление изнашиванию. Изменение этих характеристик в благоприятном
направлении у большинства исследователей не превысило 30 — 100%. Снижение fтр изменялось в пределах от 6% до 50 - 100%.
ГМТ в СК способствует приработке сопряжённых поверхностей. Уменьшение шероховатости поверхностей происходит на
первом этапе в результате их шаржирования более твёрдыми частицами ГМТ и последующего абразивного изнашивания на втором
этапе.
Была установлена оптимальная концентрация ГМТ в смазочном масле в пределах от 0,05 до 0,4% по массе. Был также определён
оптимальный размер частиц наиболее крупной фракции порошка ГМТ, который не должен быть меньше 5 - 1 0 мкм. Более мелкие
частицы коагулируют в конгломераты размерами до 100— 120 мкм и не проходят через фильтры систем смазки двигателя. Так же было
установлено, что для того, чтобы СК с добавкой ГМТ начала работать твёрдость частиц ГМТ не должна быть ниже поверхностной
твёрдости изнашиваемой детали. Это означает, что взаимодействие частиц ГМТ с поверхностями трения начинается с процессов их
шаржирования, т.е. внедрения в них более твёрдых частиц, входящих в состав ГМТ. В основном это оливины (МgFе)2SiO4 с твёрдостью по
шкале Мооса 6,5 (НRС 50) и пироксены - частицы горной породы, состоящей из сплавов Са, Nа, Mg, Fе, Мn, Ni, Сr, Тi, Аl и Siс твёрдостью 56 (НRС 50). Таким образом, шаржирование поверхности трения хотя бы одной из сопряжённых деталей более твёрдыми частицами,
входящими в состав ГМТ, является необходимым условием запуска двух процессов: абразивного изнашивания (приработки) и
неустойчивого процесса формирования защитной керамической плёнки. При отсутствии шаржирования частицы ГМТ будут играть роль
«загустителя». При этом их защитная роль от изнашивания может проявится лишь через достаточно длительный период работы
трибосопряжения, в конце которого произойдёт разложение серпентинита на более твёрдые составляющие: форстерит Mg 2SiO4, фаялит
Fе2SiO4 и кварц SiO2.
Результаты исследований, выполненных во ВНИИЖТ и в НПО «Нанопром», подтвердили благоприятное влияние на
работоспособность трибосопряжений СК с добавлением препаратов с ГМТ типа «Форсан». При испытании пары трения —
высокопрочный чугун (ролик) - колодка из антифрикционного сплава А020-1 в присутствии СМ (масло М-14В2 с добавлением ГМТ) было
обнаружено увеличение массы ролика и колодки за счёт образования на поверхностях трения металлокерамического защитного
слоя. При низком коэффициенте трения (0,005...0,01) нагрузка схватывания для штатной пары трения составила 1700 Н, а для опытной
пары трения заедание отсутствовало при вдвое большей нагрузке.
Испытания трибосопряжений в присутствии СК с добавлением препарата ГМТ (типа «Форсан») на машинах трения и на двигателях
внутреннего сгорания дали положительные результаты *47, 82, 83+.
Полученные объективные триботехнические характеристики показали благоприятное влияние исследуемого препарата на работу
трибосопряжения, что даёт возможность ожидать и повышения долговечности (ресурса работы) пар трения из серого чугуна, в
частности, пары трения поршневое кольцо — гильза цилиндра. Ожидаемое повышение ресурса двигателя автомобиля семейства ВАЗ
на 30% позволит совершить дополнительный пробег порядка 55 тыс. км, что довольно существенно.
Проведённые комплексные исследования показали, что введение препарата «Форсан» в базовое масло позволяет уменьшить
коэффициент трения и значительно ускорить приработку деталей пар трения.
Выявлено также положительное влияние препарата на трущиеся поверхности, заключающееся в «залечивании»
микродефектов, полученных при изготовлении, либо оставленных от предыдущей эксплуатации. После испытаний с модификатором
на поверхностях деталей уменьшаются продольные риски, характерные для эксплуатации с обычными материалами, что безусловно
оказало положительное влияние на работу сопряжённых деталей ответственных пар трения.
Анализируя результаты испытаний, можно констатировать, что температура в зоне трения - на 28,6%, коэффициент трения - на
10,2% и износ — на 30,4% при использовании препарата «Форсан» ниже, чем при использовании базового масла.
В ряде работ *57, 68, 8 и др.+ была получена защитная пленка. Толщина пленки в этих работах составила соответственно 0,3-0,5;
5,0 и 3,0-5,0 мкм. В описании к патенту N2168663 при испытании пары трения сталь 45 — сталь 45 при смазке маслом И-20А с ГМТ
скорость изнашивания керамической пленки толщиной 5 мкм составила 0,074 мкм/ ч. Примерно такая же скорость изнашивания деталей
ЦПГ карбюраторного двигателя имела место при добавлении препарата «Ниод-5» в моторное масло. В обоих случаях расчетный
положительный трибоэффект от наличия пленки на поверхности сопряженных деталей должен проявиться в течение примерно 27-30
суток непрерывной работы пары трения сталь-сталь (в первом случае) и работы двигателя при эксплуатации автомобиля в городских
условиях со скоростью примерно 60 км/ч (во втором). В указанный период времени в последнем случае должен повышаться крутящий
момент примерно на 5-9% и снижаться удельный расход топлива на 12-15%.
Улучшение эксплуатационных характеристик двигателя связано с благоприятным влиянием ГМТ на микрорельеф поверхностей
трения, т.е. с тонкой приработкой и последующим более плотным контактом сопряженных деталей, например, поршневых колец с
поверхностью «зеркала» рабочего цилиндра двигателя.
Следует указать на нестабильность результатов обработки поверхностей трения с целью получения на поверхности деталей
защитной керамической пленки. После добавления в смазочные материалы ГМТ во многих случаях присутствия пленки на деталях не
было обнаружено.Тем не менее, при испытаниях образцов из сталей 45, 40Х и 20X13 в паре с СЧ20 на машине трения 77МТ-1 при
возвратно-поступательном движении и смазке моторным маслом с добавлением ГМТ технологическая шероховатость поверхностей
трения снизилась на порядок и составила 0,06-0,09 мкм, а при использовании СК и ГМТ в двигателе улучшилась прилегаемость
поршневых колец к поверхности цилиндра и повысилась компрессия. При этом шероховатость рабочей поверхности
компрессионного кольца Rа составила 0,04 мкм.
Стендовые испытания двигателей, выполненные НПО «ВМПАВТО» при добавлении к маслу ГМТ после приработки показали:
увеличение номинальной мощности на 3..5%, максимального крутящего момента до 12%, увеличение компрессии, а также снижение
расхода топлива на 2 — 9%.
В течение ряда последних лет на кафедре ДВС СПбГПУ под руководством А.Ю. Шабанова проводятся стендовые испытания
влияния смазочных композиций с добавлением различных антифрикционных препаратов на основные показатели двигателей.
Большое внимание при этих испытаниях уделялось геомодификаторам трения на основе комплексного минерала серпентинита (ГМТ).
Испытания проводились на пяти типах различных карбюраторных и дизельных двигателей.
Отметим некоторые результаты, полученные при исследовании шести различных смазочных композиций на базе ГМТ.
Композиции были представлены различными фирмами и отличались качественным содержанием, фракционностью, типом носителя
порошка ГМТ в антифрикционной присадке (АП). Рассмотрим только результаты, полученные на бензиновых карбюраторных
двигателях, поскольку именно эти испытания выявили наибольшее число проблем, связанных с обработкой узлов трения АП.
Естественно степень влияния всех композиций на процессы в двигателях была различной. Однако характер влияния, полученный
результат и выявленные проблемы носили достаточно общий характер.
В результате испытаний в большинстве случаев наблюдалось существенное улучшение параметров работы двигателей —
увеличение номинальной мощности на 3..5%, максимального крутящего момента — до 12%, снижение расхода топлива до 2.. 10% в
зависимости от режима работы двигателя и типа АП. Кроме того наблюдалось выравнивание по цилиндрам давления в конце сжатия и
некоторое её повышение. Кроме того, благоприятным образом изменялась форма внешней скоростной характеристики двигателя — в
зоне максимального вращающего момента на характерной кривой появлялась так называемая «площадка», т.е. максимальный момент
практически не изменялся в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала.
Таким образом, в целом подтверждается возможность существенного изменения параметров изношенного двигателя путём
обработки АП, содержащими ГМТ. Более того, в ряде случаев наблюдалось превышение полученными параметрами базовых значений,
заявленных заводом изготовителем заявленных для нового двигателя.
Были исследованы препараты торговых марок «РВС», «ХАДО», «СУПРА», «НИОД», «ФОРСАН» и «Живой металл». Исследования
показали следующее.
Основой большинства препаратов ГМТ являются лизардит, кальцит, доломит, клинохлор, мусковит, тальк, кварц, шпинель и т.п. В
некоторых препаратах имеется состав фаз, который без изменений и без к очистки соответственно входит в состав комплексного
природного минерала поделочного камня «Змеевик» Малышевского карьера или «Листвинит» Карельского перешейка, только в
измельчённом виде. Некоторые порошки ГМТ содержат в своём составе шпинели, а также кварц, оксиды алюминия и кремния,
являющиеся нежелательным твёрдым абразивным материалом в антифрикционном препарате. Не выявлено - материалов, являющихся
«НОУ - ХАУ (как записано в патентах), таких как: кластеры углерода (например фуллерены, нанотрубки)»; редкоземельные металлы;
«природные фуллерены» и т.п. дорогих металлов, получение которых требует применения высоких технологий и энергозатрат. Главным
негативным моментом является то, что даже у одного и того же производителя, препарата ГМТ, взятого из разных партий, не удалось
установить полного соответствия составов, имеющимися на них ТУ, а также не удалось найти двух одинаковых составов, что говорит о
полном отсутствии какого либо контроля на соответствие препарата заявленным ТУ и средствам выходного контроля.
Основную массу порошка составляют частицы от 5 до 300 мкм, вместо 2.. 15 мкм, заявленных в ТУ на данные порошки
изготовителями, причём частицы от 100 мкм и выше составляют более 70%.Нестабильность размеров разных партий ГМТ говорит об
отсутствии выходного контроля производителем порошков и нестабильности самой технологии их изготовления, что в дальнейшем
может привести к негативным последствиям при их применении. Частицы большого размера (до 100 мкм), обладая достаточной
твёрдостью, могут не только увеличить износ, особенно прецизионных механизмов, но и резко снизить основные эксплуатационные
показатели. Данные частицы больших размеров могут шаржировать поверхности более мягких материалов, например вкладышей
подшипников, при этом сами вкладыши могут стать источником повышенного износа для шеек коленчатых валов.
Триботехнические исследования показали следующие результаты. Было отмечено некоторое уменьшение температуры в зоне
трения на 12..20%, уменьшение коэффициента трения в среднем на 8.. 10,5%, износа — примерно на 25..30% в условиях экстремального
трения, практически без смазочного материала.
В условиях штатной эксплуатации и нормальном разделении поверхностей трения смазочным материалом отмечается некоторое
ухудшение практически всех параметров (температуры, коэффициента трения, износа) до 5.. 10%, чем со штатной смазкой. При
испытаниях выявлено негативное влияние препарата при передозировках. Установить рациональное содержание препарата в
смазочном материале достаточно сложно, и это можно сделать только эмпирически. Требуются длительные сравнительные испытания
для конкретных условий и пар трения.
Не были получены, декларируемые фирмами - изготовителями, аномально низкие коэффициенты трения 0,001 и меньше,
поскольку это уже коэффициенты не граничного, а гидродинамического трения, когда происходит «всплытие» контактирующих
поверхностей.
На поверхностях трения не было выявлено явных структурных изменений микротвёрдости в поверхностном слое образцов,
испытывавшихся как с препаратом, так и с базовым маслом в течение 1,5 и 25 ч. было также отмечено образование рисок (шириной до
0,05 мм и длиной до 1,5..2мм) на стальных не термообработанных образцах (сталь 20X13, 40Х, 45) по контртелу из серого чугуна марки
СЧ20 в первые 15..45 мин испытаний. Это говорит о наличии крупных абразивных частиц в зоне трения. При испытании отдельных
стальных образцов, после 15...25 часов наблюдались отдельные зоны с разрушенными поверхностями в виде вырывов со средней
площадью 1,5 мм2.
Одним из важнейших факторов, влияющих на работоспособность трибосопряжений в присутствии ГМТ, является выделение из
ГМТ гидрофазы (кристаллизационной воды).
На рисунке 1.1 изображена дериватограмма, представленная а виде зависимости ΔV( Т ) на графике с двойными
логарифмическими шкалами (построенная по данным НПО «Нанопром»).
Рис. 1.1 Дериватограмма, представленная в виде зависимости ΔV( Т ) на графике с двойными логарифмическими шкалами
Дериватографический анализ препаратов типа «Форсан» показал, что выделение воды из ГМТ при повышении температуры
происходит не равномерно, а в соответствии с зависимостью:
ΔV= соnst1Тn,
(1)
где ΔV — изменение объёма ГМТ (%);соnst1 - опытная константа; Т - температура нагрева, °С; n - показатель степени.
Из рис. 2 и 3 следует, что при Т<=350°С соnst1=0,08 при n = 0,7, а при Т 350...600°С соnst1= 0,4*10-4 при n= 2,0. При Т>600°С объём ΔV
изменяется незначительно (соnst1= 4,1; n = 0,2), что указывает на разложение (деструкцию) ГМТ.
Согласно реакции разложения серпентина одновременно с выделением воды образуются частицы форстерита и кремнезёма.
Модель строения гидрофазы между поверхностью стальной детали и кристаллогидратом предложена в работах *36, 37, 47, 60, 82].
Особенностью этой модели является наличие дипольных и водородных связей между молекулами воды, что приводит к образованию
цепочек из молекул, т.е. к регулярной структуре водно-ионной плёнки, которая обладает упругостью формы и определённым модулем
сдвига.
Наши исследования *50+ показали, что комплекс свойств жидкой смазочной плёнки: модуль сдвига G, предельная прочность при
сдвигеτсд и акустическое сопротивлениер с ( р — плотность плёнки, с — скорость звука) в мольном объёме Vм определяют режим трения
и работоспособность узлов трения. Установлено, что коэффициент трения зависит от модуля упругости, т.е.
(2)
где соnst2 — опытный коэффициент; m - показатель степени, изменяющийся в пределах от 1,25 (жидкое трение) до 3,8 (смешанное
трение) *22+. При этом для режимов смешанного трения справедлива пропорциональность
, а для жидкостного
трения
. масштабные переходы со сменой показателей степени при G и при отношении с/Vм в общем случаеобусловлены
поведением смазочной плёнки и контролируются критической плотностью потока упругой деформации в мольном объёме смазочного
материала
(3)
где с - скорость распространения звука в смазочном материале.
В связи с приведёнными результатами можно полагать, что аномально низкие коэффициенты трения при использовании СМ с
ГМТ связаны с пониженной сдвиговой прочностью (τсд и G) вводно-ионной плёнки на микро- и наномасштабных уровнях
деформирования. Наиболее доступным критерием оценки поведения жидких СМ в трибосопряжениях является их акустическое
сопротивлениерс, которое на наноуровне имеет повышенные значения.
Очевидно, что обезвоженные ГМТ утрачивают способность генерировать гидрофазу, создавать условия для реализации
жидкостного трения на микро- и наномасштабных уровнях и снижать fтрдо весьма низких значений. Механизм реализации жидкостного
трения при использовании СМ с гидросиликатами в некоторой степени сходен с механизмом образования смазочного слоя при трении
конька о поверхность льда. Режим жидкостного трения при использовании СМ с гидросиликатом магния наиболее полно проявляется
при локальных вспышках температуры в пределах от 300 до 600°С.
Тщательный анализ результатов исследований и накопленного практического опыта по применению ГМТ в машинах и
механизмах позволяет поэтапно представить кинетику образования керамических субстанций следующим образом.
Твёрдые частицы (силикаты, оливины, пироксены и др.), имеющие твёрдость закалённой стали, шаржируют менее твёрдые
поверхности трения. Это сопровождается резким ухудшением триботехнических характеристик, повышением температуры и
значительным абразивным изнашиванием сопряжённых деталей. При этом происходит выделение из ГМТ гидрофазы. Более мягкие
чешуйки серпентина, тонкодисперсные частицы магнитного железняка, а также соединения алюминия, постепенно заполняют
пространство между закреплёнными частицами SiO2, оливинов и пироксенов, где сильно уплотняются и теряют свою подвижность в СК.
Гетерогенная структура, когда в мягкой основе присутствуют более твёрдые частицы несущей фазы, напоминает структуру
антифрикционных сплавов и способна работать при удовлетворительных триботехнических и противоизносных характеристиках.
При ужесточении условий трения и неизбежных при этом локальных флуктуациях температуры на поверхности наиболее
нагруженных контактных площадок (300...600°С) происходит разложение серпентина с образованием более твёрдых фаз и
освобождением воды. Новый гетерогенный конгломерат не сразу затвердевает до НV 600 кГс/мм2, а некоторое время находится в
псевдожидком состоянии, поглощая в своём объёме новые частицы ГМТ, доставляемые к активированному участку смазочным
материалом. В результате происходит наращивание защитного керамического слоя на участке с повышенной интенсивностью
изнашивания.
Участвуя в реакциях гидратации с образованием кристаллогидратов, освободившаяся вода способствует формированию и
затвердеванию новой гетерогенной среды, т.е. образованию тонкой керамической плёнки. В процессе формирования защитной плёнки
происходит обезвоживание ГМТ. Частицы защитной плёнки легко отрываются, образуя достаточно крупные конгломераты, состоящие из
слипшихся между собой более мелких частиц ГМТ и уходят в смазочный материал. Образование таких конгломератов наблюдалось в
работе *56+ - их размеры превышали 100 мкм. Присутствие таких конгломератов крайне не желательно и не безопасно. Например в
системе смазки двигателя они могут засорить фильтры и создать аварию.
В зависимости от условий работы трибосопряжений в различных машинах и механизмах керамический слой может образоваться
на большей части поверхности трения или даже покрыть её полностью. В этом случае вследствие прекращения теплоотвода от детали в
смазку произойдёт резкое повышение температуры в зоне трения, а также в замкнутых пространствах (цилиндрах ДВС) изменение
вязкости смазочного материала и, как следствие, нарушение режима работы трибосопряжения или агрегата в целом.
Если же в процессе обработки не произойдёт ужесточения условий трения и не произойдёт повышения температуры на
поверхности наиболее нагруженных контактных площадок (300...600°С), то есть не будет протекать реакция разложения серпентинита,
то механизм действия ГМТ будет иным: произойдёт налипание ГМТ на поверхность трения с образованием футеровочного продукта,
деградация в процессе трения, образование продуктов изнашивания, последующее налипание ГМТ и т.д. до тех пор, пока не истощится
его содержание в смазке, после чего ГМТ осыпается , засоряя фильтры и маслопроводы. Примерно по такой же схеме происходит
изнашивание деталей при использовании СК с присадками в виде ультрадтисперсныхметаллоплакирующих порошков. Данный режим
может произойти только в редукторах, коробках передач, трансмиссий и т.д., так как в данных узлах трения не происходит повышения
температуры в несколько сотен градусов. При использовании ГМТ в ДВС произойдёт образование защитной плёнки, так как в ЦПГ
повышение температуры происходит не только в результате трения, но и из-за термодинамических процессов.
На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы. Препараты группы ГМТ в настоящее время широко
распространены на современном товарном рынке из-за своей доступности, и на первый взгляд, кажущейся простоте применения
созданных на их основе СК.
ГМТ обеспечивает суперфинишную обработку поверхностей трения, так как в ряде случаев шероховатость снижается до
0,04...0,16 мкм. Снижение шероховатости поверхности улучшает геометрию трибосопряжений, способствует исчезновению грубых
царапин и рисок.
Для обеспечения гарантированной морфологии поверхностей трения по Rа и другим характеристикам целесообразно выполнять
приработку трибосопряжений специальными препаратами, содержащими кроме ГМТ непрочные абразивные частицы, например окись
хрома. Важность такой приработки заключается в достижении оптимальной шероховатости.
При повышении температуры выше 400°С происходит аморфизация ГМТ с образованием стеклокерамической защитной плёнки.
Защитная плёнка обладает высокой износостойкостью, но при этом низкой тепло - и электропроводностью, что приводит к ухудшению
работы двигателя.Данный недостаток можно устранить путём формирования на поверхностях трения не аморфной стеклообразной
плёнки, а стеклометаллокерамического покрытия (СМКП), имеющего гетерогенную структуру, состоящую частично из стеклокерамики
(кристаллического стекла) и ультрадисперсных металлических частиц цветных металлов (серебра, меди, цинка, алюминия) или сплавов.
Частицы металлов, особенно Ag и Сu, и сплавов являются в размягчённой стеклообразной массе центрами кристаллизации, вблизи
которых стекло может превращаться в стеклометаллокерамику, превосходящую стекло по термо - и износостойкости, а также по
комплексу других физико-механических свойств. Присутствие металлических частиц в СМКП превращает его из изолятора в
полупроводник, который отводит теплоэлектричество из зоны трения, а также теплоту из нагретой детали ЦПГ ДВС при использовании
СК с ГМТ.
Способность СМКП улучшать морфологию и геометрию сопрягаемых поверхностей, то есть уменьшать шероховатость и
стабилизировать зазор между ними, создаёт предпосылки реализации эластогидродинамической модели трения с положительными
последствиями.
Наиболее известные марки геомодификаторов
Препарат Производи
тель, страна
NIOD-5
«ЭнионБалтика»,
Россия
Practex
Компания
Newmen,
Россия
OMKA
«И. С.
Лаборатория»,
Россия
Supro
ООО «НИЛ
Триботех»,
Россия
RVS
(ремонтновосстанови
тельный
состав)
RVS Tec
OY,
Финляндия
(по
лицензии
НПО
«Руспромр
емонт»,
Россия)
ГельХимичесревитализа кий
нт для
концерн
двигателя «ХАДО»,
Украина
Ретол
ООО НПП
«SintA»,
Украина.
Назначение
Состав, комментарии
Обработка поверхностей
трения независимо от способов
нагружения и типа пар трения
На основе силикатнокерамической композиции.
Процесс
направленной
ионной диффузии
Синтезатор
металлов.
Силикатно-керамическая
композиция. Добавляется в
носитель смазочных
материалов
и
технологических сред
ОрганоМеталло-Керамика
Активная
(ОМКА).
Сварочно-смазочный
ремонтно-защитный состав.
Рассчитан на 75 тыс. км для
двигателя или 150 тыс. км
для трансмиссии
Содержит
редкие
природные минеральные
компоненты, образующие
на поверхностях трения
металлокерамику
Мелко дисперсные (10-50
мкм) многокомпонентные
сухие смеси, силикатные
соединения в различных
кристаллических
и
аморфных фазах
Получение на поверхности
трения металлокерамического
покрытия
с
высокой
микротвердостью,
износостойкостью
и коррозионно-стойкостью
Получение на поверхностях
трения
защитного
органометалло-керамического
покрытия,
обладающего
высокой микротвердостью и
износостойкостью
Восстановление изношенных
поверхностей,
увеличение
ресурса, экономия топлива и
смазочных
материалов,
снижение затрат на ремонт и ТО
Получение на поверхностях
трения и контакта деталей
машин металлокерамического
защитного слоя (МКЗС),
достаточной толщины для
компенсации износа
Формирование на поверхности
трения металлокерамического
покрытия с восстановлением
поверхностей, повышение
характеристик двигателя
Создание на поверхностях
трения
высокопрочной
противоизносной пленки, так
называемого пленочного
зеркала скольжения, с низкой
шероховатостью
и
коэффициентом трения
Эстеры,
атомарный
синтетический
ревитализант, образующий
металлокерамическое
покрытие
Природные
минералы,
смешанные в строго
определенных, тщательно
подобранных пропорциях
Фуллереносодержащие добавки
До недавнего времени было известно, что углерод образует три аллотропных формы: алмаз, графит и карбин. В настоящее время
известна четвертая аллотропная форма углерода, так называемый фуллерен (многоатомные молекулы углерода С n).
Происхождение термина "фуллерен" связано с именем американского архитектора Ричарда Букминстера Фуллера,
конструировавшего полусферические архитектурные конструкции, состоящие в виде шестиугольников и пятиугольников.
В середине 60-х годов Дэвид Джонс конструировал замкнутые сфероидальные клетки изсвоеобразным образом свернутых
графитовых слоев. Было показано, что в качестве дефекта, внедренного в гексагональную решетку обычного графита, и приводящего к
образованию сложной искривленной поверхности, может быть пятиугольник.
В начале 70-х годов физхимик - органик Е. Осава предположил существование полой, высокосимметричной молекулы С 60, со
структурой в виде усеченного икосаэдра, похожей на футбольный мяч. Чуть позже (1973 г.) российские ученые Д.А. Бочвар и Е.Г.
Гальперин сделали первые теоретические квантово-химические расчеты такой молекулы и доказали ее стабильность.
В 1985 году, коллективу ученых: Г. Крото (Англия, Сассекский университет), Хит, О'Брайен, Р.Ф. Керл и Р. Смолли (США, Университет
Раиса) удалось обнаружить молекулу фуллерена при исследовании масс- спектров паров графита после лазерного облучения твердого
образца. В этих первых экспериментах помимо С60 была обнаружена еще одна совсем необычная молекула С 70. Ими же было
установлено, что все кластеры с четным числом атомов углерода, большим 32, очень устойчивы и также имеют форму геодезического
купола. Но доказательства существования фуллеренов были косвенными, так как авторы не смогли получить новоевещество в большом
количестве.
Первый способ получения и выделения твердого кристаллического фуллерена был предложен в 1990 г. В. Кречмером и Д.
Хафманом с коллегами в институте ядерной физики Общества им. Макса Планка в Гейдельберге (Германия). Они смешали несколько
капель бензола со специально приготовленной сажей и получили раствор красного цвета. При его выпаривании на дне сосуда остались
мельчайшие кристаллы, которые легко растворялись вновь. Данные измерений свойств нового вещества совпали с теми, которые
предсказывались для фуллерена Сбо, и с этого времени фуллерены интенсивно изучаются учеными всего мира.
В 1991 году японский ученый Иджима на полярном ионном микроскопе впервые наблюдал различные структуры, составленные,
как' и в случае графита, из шестичленных колец углерода: нанотрубки, конусы, наночастицы.
В 1992 в природном углеродном минерале - шунгите (свое название этот минерал получил от названия поселка Шуньга в Карелии)
были обнаружены природные фуллерены.
В 1997 году P.E. Смолли, Р.Ф. Керл, Г. Крото получили Нобелевскую премию по химии за изучение молекул С 60, имеющих форму
усеченного икосаэдра. В структуре С70 содержится 30 шестиугольников (рис. 1.2). На основе рентгеноструктурного анализа радиус
молекулы С60 составляет 0,357 нм. Высота молекулы С70 (расстояние между пятиугольными гранями, расположенными в двух взаимно
противоположных полярных областях) составляет 0,78±0,001 нм. Диаметр экваториальной окружности, проходящей через центры
атомов углерода (перетяжка) равен 0,694 ± 0,005 нм.
В противоположность алмазу, графиту и карбину, фуллерен является новой формой углерода по существу. Молекула С 60 содержит
фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Поэтому следует
признать, что молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованныйтакими молекулами (фуллерит) — это
молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом.
a)
б)
Рис. 1.2 Структура молекулы фуллерена а) С60, б) С70
Структура фуллерена близка к структуре графита, поэтому наиболее эффективный способ их получения основан на термическом
испарении графита либо в результате омического нагрева графитового электрода, либо лазерного облучения: При умеренном
нагреве графита происходит разрушение связей между отдельными слоями и из фрагментов, включающих шестиугольные
конфигурации - происходит сборка фуллеренов. Полученный угольный конденсат наряду с кластерами С-60 и С-70 содержит большое
количество более легких кластеров, значительная часть которых переходит в С-60 и С-70 при выдержке в течение нескольких часов
при 500600°С, либо при более низкой температуре в неполярном растворителе.
Испарение графита должно проходить в пульсирующей струе инертного газа, в качестве которого обычно используются гелий
или аргон. Атомы газа охлаждают фрагменты графита и уносят выделяющуюся при их объединении энергию. Энергия, необходимая
для образования молекулы С-60 из элемента графита с тем же числом атомов углерода 540-600 ккал/моль.
В результате экспериментов было разработано большое количество методик получения фуллеренов путем испарения
графитового стержня. В качестве сырья, кроме графита, можно использовать и жидкокристаллическую мезофазу, которая образуется
в результате пиролиза многих углеродосодержащих соединений при температурах 370-500° С. Было определено, что фуллерены
образуются и в продуктах пиролиза нафталина при 1300 К. Кроме перечисленных способов получения фуллеренов, являющихся
термическими процессами разложения углеродсодержащих веществ, разработан каталитический метод синтеза фуллеренов из
каменноугольной смолы. Отличительной чертой данного метода является низкая температура процесса, составляющая 200 — 400° С.
Это на порядок ниже температуры термического разложения графита (3300° С), которая достигается в реакционной зоне.
Результаты исследований процессов с участием фуллеренов свидетельствует об их аномально высокой стабильности. Причем,
стабильность кластеров с четными значениями атомов углерода n значительно превышает стабильность кластеров с нечетными
значениями п. У кластеров С - n (n-нечетное) наиболее вероятно отщепление атома углерода, поэтому доля кластеров с нечетными n не
превышает 1 %. Как показывают эксперименты, твердый фуллерен С 60 без разложения сублимируется при 400 ° С.
Молекулы фуллеренов обладают высокой электроотрицательностью и способны присоединять к себе до шести свободных
электронов. Это делает их сильными окислителями, способными образовывать множество новых химических соединений с новыми
интересными свойствами. Сродство к электрону С60 2,65 ± 0,05 эВ. Определено сродство к электрону для высших фуллеренов С70+2n (n=213).
Фуллерены обладают высокой химической инертностью к процессу мономолекулярного распада: молекула С 60 сохраняет
стабильность в инертной атмосфере до 1700 К. Однако в присутствии кислорода окисление наблюдается при значительно более низких
температурах (около 500 К). При этом образуется аморфная структура, в которой на одну молекулу С 60 приходится 12 атомов кислорода.
Повышение температуры сопровождается потерей формы молекулы С 60. Образцы С60 чувствительны также к воздействию
ультрафиолетового излучения в отсутствии кислорода, и могут, таким образом, разложиться в реакционном сосуде. Поэтому их следует
хранить в темноте и под вакуумом или в азоте. В химических процессах фуллерены проявляют себя как слабые окислители.
Очень интересны электронные свойства фуллерена С60: в различных формах он ведет себя как диэлектрик, проводник,
полупроводник и сверхпроводник. Проведенные расчеты показывают, что C60 в кристаллическом состоянии с кубической
гранецентрированной решеткой является полупроводником. При этом молекулы С 60 совершают беспорядочные колебания. Ширина
запрещенной зоны 1,5 — 1,95 эВ. В 1991 году исследователи установили, что при смешении с С 60 с калием можно получить новую
металлическую фазу — «бакидовую соль», обладающей максимальной электропроводностью, когда на каждую молекулу бакибола
приходится три атома калия. При увеличении содержания калия материал становится диэлектриком.
Соединение К3С60 становится сверхпроводником при 18 К и ниже. Если калий заменить на рубидий температура повысится до 30
К. Сверхпроводимость материала, допированного цезием и рубидием — при 33 К. Кроме того, было установлено, что
сверхпроводящими свойствами обладают почти все соединения с отношением Х3С60, либо ХУ2С60 (X, У - атомы щелочного металла).
На конференции в мае 1994 года по новым направлениям в исследованиях фуллеренов *21+ была предсказана
высокотемпературная свехпроводимость твердых высших фуллеренов, легированных атомами щелочных металлов: например,
критическая температура сверхпроводников на основе С84 может достигать 100 К.
Особенностью фуллеренов как одной из форм чистого углерода является их способность растворяться в органических
растворителях. Известно, что растворов алмаза или графита в природе не существует.
Интерес к поведению фуллеренов в растворах связан прежде всего с тем, что при получении, разделении и очистке фуллеренов
необходимо использовать растворители. Известно, что С 60 практически не растворим в полярных растворителях типа спиртов, в ацетоне,
тетрагидрофуране и т. п. Он слабо растворим в парафиновых углеводородах типа пентан, гексан и декан, причем с ростом числа атомов
углерода растворимость в алканах возрастает. Анализ показывает, что фуллерены лучше всего растворяются в растворителях, для
которых значение удельной энтальпии испарения, отнесенной к удельному объему молекулы растворителя, близко к соответствующему
значению для молекулы С60 (примерно 100 кал*см-3). Это соответствует диалектическому правилу «подобное растворяется в
подобном».
Исследование поведения фуллеренов в растворах указывает на их необычные свойства. Наиболее интересная особенность
поведения фуллеренов в растворах связана с температурной зависимостью растворимости.
В результате исследования группой Роуфа из Стэнфордского института (США) температурной зависимости растворимости С 60 в
различных органических растворителях и CS2была получена немонотонная зависимость с максимумом при температуре около 280 К.
Сотрудники Курчатовского института предположили, что это объясняется кластерной природой растворимости фуллеренов. Согласно
этому предположению, которое согласуется с экспериментальными результатами, молекулы фуллеренов в растворах образуют
кластеры, состоящие из некоторого количества молекул. При увеличении температуры происходит распад этих кластеров, что приводит
к снижению растворимости и выпадению в осадок некоторого количества фуллеренов.
Значения радиуса частиц rs в растворах превышают радиус фуллерена С60, что также служит подтверждением кластерной
природы растворимости. Следует обратить внимание на существенное отличие значений rs для разных растворителей. Это различие
также можно объяснить явлением агрегации молекул фуллеренов С 60 в растворах, при этом степень агрегации зависит от природы
растворителя.
Предположения об образовании кластеров в растворах фуллеренов экспериментально подтвердились при измерениях методом
рассеяния света в растворе С60 в бензоле *95+. Увеличение среднего размера кластера происходило непрерывно в течение всего времени
наблюдений (около 50 суток). При встряхивании сосуда с раствором кластеры разрушаются, после чего возобновляется процесс их
формирования. Из оцененного соотношения между размером кластера и его массой следует, что структура кластеров фуллеренов С 60 в
растворах является фрактальной. Фрактальная размерность кластеров близка к 2,09, что указывает на их весьма рыхлую структуру.
Установление кластерной природы растворимости фуллеренов С 60 имеет важное значение для обогащения растворов по высшим
фуллеренам, что позволит упростить технологии их разделения и очистки.
Хотя фуллерены имеют короткую историю, это направление науки быстро развивается, привлекая к себе все новых
исследователей. Необходимость анализа возможностей применения фуллеренов была ясна уже давно, однако, пожалуй только в
настоящее время результаты интенсивных исследований физико-химических свойств этих удивительных кластеров позволяют говорить о
возможности перехода от гипотез к научно — обоснованным поискам промышленного применения. Фуллерены имеют большую
область применения, в том числе и для решения триботехнических задач.
Применение фуллеренов сдерживается их высокой стоимостью (от 20 до 500 долларов США за 1 гр.), которая складывается
из трудоемкости получения фуллереновой смеси и из выделения из нее отдельных компонентов. Поэтому такие материалы могут
применяться только для создания смазочных материалов со специальными свойствами (например спецтехники). В некоторых работах
отмечается снижение коэффициента трения и температуры при добавках фуллеренов к минеральному маслу.
Механизм действия фуллеренов при трении до конца не изучен. Существует предположение, что положительное влияние
фуллеренов в качестве добавок к смазочным маслам связано с шарообразной формой его молекул, способствующей реализации
поворотной модификации в трибоконтакте, а также с его высокой активностью, что облегчает как создание защитного
антифрикционного слоя на поверхности трения, так и проникновение молекул фуллерена в поверхностные слои трущихся материалов,
что облегчает процессы структурной самоорганизации при трении.
В патентах Японии N 05 - 117174 МКИ С 07 С 13/62 и N 05 - 179269, МКИ С ЮМ 109/02 предлагается использовать в качестве
добавок к смазочным маслам гидрированные или фторированные фуллерены, хотя есть сведения, что например, фторированный
фуллерен склонен к распаду при хранении смазочных материалов с использованием вредных во всех отношениях соединений типа
плавиковой кислоты, что ставит под сомнение использование этого материала в практической трибологии.
Патент США N 529244, МКИ С 10 М 133/00, предлагает вводить в смазочные масла масляно — углеводородный раствор фуллерена
с привитым к нему аминосодержащим полимером после реакции с полимером, содержащими первичные или вторичные аминные
группы.
Для реализации всех перечисленных вариантов требуется проводить экстрагирование фуллерена из сажи, химическую обработку
для получения различных соединений и вводить их в смазочное масло через промежуточные растворы. Это приводит к достаточно
высокой стоимости полученных материалов и существенно затрудняет использование их в качествеэффективных добавок к смазочным
веществам.
Приведены результаты испытаний роликов из капролонов с добавками фуллеренов, в качестве контртела использовали ролик из
стали 40Х. Испытания проводились при трении без смазки и при смазывании водой. В результате испытаний было выявлено , что
добавка фуллеренов в капролон не оказывает существенного влияния на коэффициент трения и износостойкость модифицированных
капролонов при трении без смазки, при смазывании водой добавки фуллеренов в капролоны оказывают слабое влияние на
коэффициенты трения износостойкость и несущую способность.
В патенте РФ №2146277 в качестве добавки к смазочным маслам предлагается вводить первичный продукт фуллеренового
производства — порошка фуллереновой сажи, полученной электродуговым * методом, в количестве 1-5%. Это исключает
технологические процессы экстракции и химической модификации и существенно снижает стоимость присадки, так как стоимость
фуллереновой сажи составляет примерно 4 доллара США за 1 гр. Упрощается также технология введения её в смазочное- масло. При
испытаниях данного препарата привело к снижению коэффициента трения до уровня f=0,015-0,03 в сравнении со значениями f=0,06-0,1
при работе на базовом масле, что объясняется положительным влиянием фуллерена на процесс образования износостойких структур на
поверхностях материалов в процессе трения.
Проведены исследования по повышению работоспособности металлорежущего оборудования за счёт введения
фуллероидныхнаномодификаторов в смазочные материалы. Введение фуллереновой сажи в индустриальное масло И-20 привело к
снижению коэффициента трения, повышению износостойкости и несущей способности трибосопряжения в сравнении с маслом И-20 без
добавок.
В результате выполненного литературного и патентного поиска не было обнаружено публикаций, в которых бы
фуллереновыенаномодификаторы были рекомендованы в качестве добавок к пластичным смазочным материалам. Поэтому
представляется целесообразным исследовать влияние фуллереновых добавок на работоспособность пластичных смазок.
Пластичные смазки Солидол, ЦИАТИМ-201, 1-13, ЯНЗ-2, Литол-24, № 158 и др. благодаря сравнительно высоким
эксплуатационным характеристикам получили широкое применение в нашей стране и за рубежом. Пластичная смазка на литиевой
основе оказалась наиболее водо- и термостойкой, а также механически стабильной. Комплексом благоприятных эксплуатационных
качеств обладает Литол-24, созданный на оксистеорате лития, где загустителем является литиевое мыло 12 оксистеариновой кислоты
(ГОСТ 21150 - 87). Литол-24 широко применяется в технике для смазки трибосопряжений (в автомобилях): для смазки шарниров
рулевого управления и подвесок, ступиц передних колёс с дисковыми тормозами, карданных шарниров и т.д.
По данным испытаний на сопротивление питтингу *13+, Литол-24 не является самой износостойкой смазкой и в 1,4 раза уступает
пластичной самзке № 158 (ТУ 38.101.320 - 77). В связи с этим повышение антиизносных свойств смазки Литол-24 представляет собой
актуальную научную задачу, имеющую практическое значение.
Характерной особенностью пластичных смазочных материалов (ПСМ) является то, что при невысоких нагрузках и обычных
температурах они проявляют свойства твёрдых тел, а при достижении критического уровня температурно — силового воздействия
(предела текучести) начинают пластически деформироваться и проявляют жидкотекучесть. После снятия нагрузки пластичные
смазочные материалы через некоторый период времени восстанавливают свойства, характерные для твёрдых тел.
В сравнении с жидкими маслами пластичные смазочные материалы имеют целый ряд преимуществ, а именно: способность
удерживаться в негерметичных узлах трения и работать в более широких температурных и скоростных интервалах, а также в контакте с
водой и различными агрессивными средами. Пластичные смазочные материалы отличаются более высокой экономической
эффективностью использования в сравнении с другими смазочными материалами.
Недостатком пластичных смазочных материалов являются пониженная охлаждающая способность, склонность к окислению и
сложностью использования при централизованной подаче к узлам трения.
Пластичные смазочные материалы можно рассматривать как двухкомпонентные системы, состоящие из жидкой основы
(дисперсионной среды), составляющей 75...95% (масс.) и твёрдого загустителя (дисперсной фазы), на долю которой приходится от 5 до
25% по массе. Загуститель в пластичном смазочном материале образует трёхмерный структурный каркас, в ячейках которого (60... 80%)
жидкой основы удерживается за счёт адсорбционных связей. Остальная часть дисперсионной среды удерживается в каркасе
механически.
Свойства пластичных смазочных материалов, как твёрдых тел, обусловлены наличием структурного каркаса. Таким образом,
загуститель в преобладающей степени определяет основные характеристики и поведение пластичных смазочных материалов в
трибосопряжениях. В мыльных пластичных смазочных материалах используют загустители - мыла в виде солей высших карбоновых
(жирных) кислот.
Добавки к пластичным смазочным материалам обычно растворяются в дисперсных средах. Добавки - это обычно поверхностноактивные вещества, которые заметно воздействуют на процесс формирования структурного каркаса мыльных смазок, но не являются
дисперсной фазой, т.е. загустителем. Добавки вводятся как противоизносные, противозадирные, антикоррозионные и
структурообразующие органические соединения и другие продукты, содержащие активные атомы серы, хлора, фосфора. Для
повышения защитных и антикоррозионных свойств добавляются амины, амиды, сульфонаты, соли нафтеновых,
сульфоновыхдиалкилдитиофосфорных и других кислот.
Для получения пластичного смазочного материала с комплексом требуемых свойств весьма перспективным является совместное
введение в их состав добавок и наполнителей.
Наполнители, или твёрдые добавки - это обычно тонкодисперсные, нерастворимые в маслах и не образующие коллоидной
структуры вещества, представляющие самостоятельную дисперсную фазу, улучшающую работоспособность смазок. Наполнители
используют для трибосопряжений, работающих в тяжелонагруженных машинах и механизмах при повышенных давлениях и
температурах. В жёстких условиях нагружениятрибосопряжений наполнители должны обеспечивать высокую смазочную способность,
химическую и термическую устойчивость.
Широкое использование наполнителей являются следствием того, что во многих практических случаях они способствуют
получению пластичного смазочного материала с перечисленными выше важнейшими свойствами, определяющими их
работоспособность в тяжелонагруженныхтрибосопряжениях.
В настоящее время термическая устойчивость пластичных смазочных материалов не высока, в пределах от 100 до 170°С. Таким
образом, для управляемого повышения работоспособности пластичных смазочных материалов требуется использование загустителя с
комплексом необходимых свойств.
Вследствие оригинальной структуры и совокупности уникальных физико — механических свойств в качестве загустителя весьма
перспективно использование фуллеренов. Существенным фактором, сдерживающим применение фуллеренов в промышленности,
является их высокая стоимость. Поэтому экономически выгодным может оказаться применение лишь фуллереновой сажи при условии,
что её концентрация в смазочной композиции не превысит 5% по массе, так как большее её содержание делает смазку значительно
дороже.
Металлоплакирующие добавки
Металлоплакирующие добавки (от франц. plaquer — покрывать) - составы в которых в нейтральном носителе, полностью
растворимом в смазочном масле, содержатся соединения или ионы мягких металлов (медь, бронза, кадмий, олово и др.) *46+. На
рынке России препараты этой группы в основном представлены продукцией фирм «ВМП» и «ВМП - АВТО» - «РиМЕТ», «Реметалл», а
также препаратом «Lubrifilm» (Швейцария). Данные составы ещё называют реметаллизантами.
Эти соединения при попадании в зону трения заполняют пространство между микронеровностями, благодаря чему создаётся
так называемый «плакирующий» слой (рис. 1.3), восстанавливающий поверхность. Соединения слоя с основным металлом
происходит на механическом уровне. В результате на поверхностях трения образуются тонкие металлические плёнки или соединения
типа сульфидов, фосфидов и др., улучшающие триботехнические характеристики сопряжений. Поверхностная твёрдость и
износостойкость слоя существенно ниже соответствующих параметров основы стали или чугуна, из которых изготовлены детали
двигателя, поэтому для его существования необходимо постоянное присутствие реметаллизанта в масле. Замена масла быстро
исключает эффект от начальной обработки. Более того, даже кратковременное отсутствие препарата в масляной системе механизма
приводит к «удалению» защитного слоя, например, с поверхности цилиндра поршневыми кольцами, особенно на пусковых режимах.
Поэтому иногда наблюдаются случаи заклинивания двигателей после обработки. Таким образом, реметаллизанты для двигателя
характеризуются «привыканием», так как в случае отказа от использования этих препаратов весьма болезненна - вплоть до
необходимости выполнения капитального ремонта *45+.
Рис. 1.3 Образование пленок на поверхностях контакта при действии обычной (а) и металлоплакирующей (б) смазок: 1-сталь; 2бронза; 3, 4 - соотв. оксидные и сервовитные пленки
В то же время, обработка двигателя или другого механизма реметаллизантами способна дать достаточно заметный эффект в
восстановлении «компрессии», снижении расхода топлива и масла, поскольку формирование защитного слоя на поверхности не требует
длительноговремени работы узлов трения в присутствии АП, а степень воздействия легкорегулируется концентрацией препарата. В связи
с этим существует необходимость развить, технологию плакирования поверхностей трения мягкими металлами путём дополнительной
защиты сформированного слоя, однако в настоящее время подобных разработок пока не существует.
Ещё одна проблема, связанная с использованием реметаллизантов, это их осаждение не только на поверхности трения, но и на
закрытых полостях системы смазки. Удалить их оттуда практически невозможно.
Препараты группы реметаллизантов достаточно дёшевы, что предопределяет их широкое распространение на рынке России.
Однако и нестабильность результатов, определяемая отсутствием чётко обозначенной технологии использования препаратов, а также
отмеченными выше особенностями их работы, создаёт отрицательную репутацию всей группе АП. В связи с этим возникает целый ряд
вопросов о целесообразности использования металлосодержащих добавок к смазочным маслам в конкретных условиях трения. При
этом напрашивается системный подход к использованию металлосодержащих добавок к маслам, который должен учитывать: условия
работы трибосопряжений (давление, скорость относительного перемещения деталей, температуру в зоне трения), режим трения (сухое,
граничное, смешанное, гидродинамическое), материалы сопряжённых деталей, вид и основные характеристики смазочных материалов,
возобновляемость добавок в СК, влияние на эксплуатационные свойства масел, относительную стоимость добавок.
Работам по созданию реметаллизантов предшествовали исследования (1930-40-е гг.) влияния на трение металлических трущихся
пар пленок пластичных металлов (Рb, Sn и др.), наносимых на их поверхности разными технологическими методами (Ф. Боуден, Д.
Тейбор). Пленки, образующиеся при использовании реметаллизантов, отличаются по структуре от обычных металлов (полученных,
напр., восстановлением руд или гальванически), что придает этим пленкам высокие антифрикционные свойства и позволяет
реализовать открытый в СССР так называемый эффект безызносности. Эффект безызносности был впервые отрыт Д. Н. Гаркуновым и И.
В. Крагельским в 1963 году. Избирательный перенос реализуется лишь в сравнительно узком диапазоне трения *45+.
Впервые смазочные композиции, содержащие ультрадисперсные порошки (УДП) свинца, меди и серебра, были созданы и
опробованы на практике специалистами Европейского атомного центра в Женеве в 1979 году. Реметаллизант был назван ЬиЬпШт —
те1а11 и предназначался для введения в моторное масло в качестве антифрикционной и восстанавливающей добавки. При выбранном
соотношении содержания свинца к меди 35/36 препарат представляет собой один из вариантов свинцовистой бронзы (бронзу Бр С35).
Добавка серебра в количестве < 0,02 % в качестве антиокислительного компонента вряд ли заметно выполняла своё предназначение.
Антифрикционные свойства препарату придавала мягкая матрица из свинца.
УДП препарата был неоднородным и содержал частицы от долей мкм до 5 мкм. По мнению разработчиков такой порошок
заполнял крупные и мелкие дефекты на поверхностях трения. Частицы поршкка были покрыты специальной пассивирующей плёнкой.
Перед введением в моторные масла порошок разводили в базовом масле высокого качества с добавлением стабилизирующего
вещества, препятствующего образованию осадка (загустителя). Препарат (масло с порошком) добавляли в количестве до 5% от общего
объёма масла. Для предотвращения окисления масла в процессе образования на деталях «натира» (антифрикционной плёнки из
свинцовистой бронзы) усиливали антиокислительные и антипенные свойства смазочных композиций (СК). Последнее на практике
достигалось соответствующей корректировкой концентрации ряда штатных присадок, изначально присутствующих в базовом масле.
К положительным сторонам такой технологии следует отнести пассивацию поверхности порошка и предотвращение расслоения
препарата; к негативным - использование порошков различной крупности и необходимость изменения состава базового масла.
Примерно через 10 лет после появления препарата ЬиЬпШт-те1а11 группой специалистов в Екатеринбурге на основе УДП меди
был разработанареметаллизант первого поколения «Ресурс». По ряду причин использование отечественного препарата не
обеспечивало стабильных результатов: из-за весьма мелкого и неоднородного по химическому составу порошка, а также вследствие
использования в слишком большой по относительному объёму (в сравнении с объёмом порошка) жидкой основе препарата кислоты,
снижающих при его увеличенных дозах вязкость и антиокислительные свойства базового масла.
Ряд недостатков «Ресурса» был устранён при разработке нового реметаллизанта под названием «РиМЕТ». В качестве жидкой
основы препарата было использовано масло И-12, была изменена крупность порошка 0,1... 1,0 мкм - 94% и в известной степени
оптимизирован его химический состав (в %: Сu - 92...96; Sn - 4...8; Ag< 0,02 и Sb< 0,01). Различия в составе и свойствах препаратов (в
частности, элементный состав РиМЕТ) указывали на кардинальное изменение научных концепций разработчиков реметаллизантов из
фирмы ВМП (г. Екатеринбург). На смену призрачным идеям о «сервовитности» субстанций и «безызносности» трибосопряжений за счёт
реализации избирательного переноса (Ресурс) пришла вполне здравая идея реализации не только процессов восстановления
изношенных деталей при трении, но также идея использования совокупности благоприятных трибологических характеристик известных
антифрикционных материалов (РиМЕТ). В последнем случае УДП представлял собой отожженный порошок α-раствора олова в меди с
небольшим количеством интерметаллидов типа CunSnm в виде изолированных включении, т. е. оловянистую бронзу *50+.
На основании анализа результатов 10-летнего опыта использования СК с РиМЕТом фирма ВМП в последнее время предложила
две улучшенные модификации реметаллизанта : РиМЕТ-100 и MotorHealer (МН) *27, 66+ с обновлённым составом и более
качественными ингредиентами; для МН на импортном масле и с германскими органическими компонентами.
Несколько лет назад фирмой ВМП был разработан препарат РиМЕТ-Т, предназначенный для использования в трансмиссиях при
удельных давлениях в трибосопряжениях, достигающих 4000 МПа (на порядок превышающих давления в обычных зубчатых
зацеплениях), скоростях скольжения 5... 10 м/с и температурах масла 350...400°С. разработчики характеризуют препарат РиМЕТ-Т как
суспензию тонкодисперсного порошка в органической жидкости. Каждая частица покрыта пассивирующим слоем, предотвращающим
окисление масла. Последнее, видимо, относится к металлическим частицам, не побывавшим в зоне трения, так как ювенильные
поверхности деформированных частиц неизбежно окисляют масло.
Известны результаты эксплуатации автомобилей ВАЗ 2101 - 2107, в редукторах заднего моста которых к маслу ТАД-17И,
отработавшему 30 тыс. ч и подлежащему замене на свежее, был добавлен препарат РиМЕТ-Т. После такой процедуры с
тяжелонагруженной гипоидной передачей благополучно отработали ещё 35 тыс. ч.
Государственным научным центром РФ «Уральский институт металлов» был разработан препарат СуперМЕТ (патент РФ №
213919). В отличае от РиМЕТа препарат СуперМЕТ содержит более мелкий и химически более чистый порошок Сu-Sn сплава.
Улучшенный дисперсный состав порошка в несколоко раз уменьшает скорость его оседания в маслах. Для использования в жёстких
условиях трения на основе СуперМЕТ разработан целый ряд новых препаратов, в которых защитная плёнка не разрушается: СуперМЕТЭхсстра — для дизелей без турбонаддува; СуперМЕТ-Турбо — для дизелей с турбонаддувом и СуперМЕТ-Т — для трансмиссий.
Измельчение УДП в препаратах серии СуперМЕТ до долей мкм вряд ли стоит считать основным достижением. Это было в
РиМЕТе первого поколения и не обеспечило стабильного положительного эффекта. Очевидно, что существует оптимальная крупность
частиц порошка, позволяющая наиболее полно реализовать эффект реметаллизации изношенных участков на поверхностях трения.
Доброкачественный «натир» на этих участках не может образоваться из слишком мелкого порошка. В тоже время материал для
реметаллизации требует при своём образовании частичного оплавления. Это требуется для достаточного производительного
восстановления изношенных мест УДП оптимальной крупности.
Специалистами НПО ВМПАВТО бала разработана металлоплакирующая добавка «Ресурс», на которую был получен патент РФ
№2202600. Новая добавка, содержащая ультрадисперсный пороршокСu-Sn, сукцинимид и маслорастворимую соль
диактилдитиофосфорной кислоты, в сравнении с добавкой «РиМЕТ» позволила снизить: в 1,6 раза скорость изнашивания
трибосопряжения СЧ — хром гальванический и температуру в зоне трения (с 222 до 140°С) и в 1,8 раза коэффициент трения (0,1 — 0,35).
Данная добавка также имеет ряд недостатков. При разложении солей металлов (Fе, Со, Ni, А1, Мо, Сu, Zn,Sn, Рb) диалкилдитиофосфорной
кислоты на поверхностях трения высаживаются металлы из приведенного выше ряда, полученная тонкая и невысокой плотности пленка
обладает невысокими антифрикцинными свойствами (коэффициент трения — достаточно высокий) в сравнении с другими. Соль
молибдена заметно снижает коэффициент трения, но она быстро окисляется и теряет свои антифрикционные свойства.
Участвующие в формировании пленки фосфиды и сульфиды незначительно компенсируют потери энергии на трении. Используемая
сукцинимидная присадка С-5А является диспергатором для поддержания во взвешенном состоянии частиц, загрязняющих масло.
Однако, как ПАВ, в отличие от жирной кислоты, сукцинимидная присадка слабо взаимодействует с металлическими частицами
наполнителя и не оказывает должного действия. Металлические частицы окисляют масло смазочной композиции (рабочего масла) и
склонны к агрегированию, что ухудшает качество смазки и уменьшает срок службы масла.
Для эффективной работы СК с присадками (реметаллизантами) на сопряжённыхпопверхностяхтрения должны присутствовать
участки с повышенными локальными давлениями и температурами. Ясно, что таких участков в хорошо приработанных и неизношенных
трибосопряжениях значительно меньше, чем на поверхностях трения изношенных деталей. В связи с этим целесообразность
использования препаратов (реметаллизантов) ниже для новых и значительно выше для старых (изношенных) узлов трения. Опыт
эксплуатации автомобилей показывает, что приемущество СК с РиМЕТом перед другими присадками начинает проявляться только после
пробега свыше 45000 км.
В связи с этим появляется кажущаяся целесообразность разработки препарата, содержащего кроме УДП сплава, призванного
выполнять функции реметаллизанта, ещё и модифицирующую присадку для снижения коэффициента трения в новых и в изношенных
трибосопряжениях.
Следует отметить, что исходя из необходимости обеспечения совместимости различных добавок, одновременно вводимых в
базовое масло, сумму РМ+МТ предпочтительнее заменить одним более однородным препаратом, как это было сделано в препарате
Lubrifilm — metall, где роль модификатора трения выполняет свинец, поэтому потребность введения в препарат отдельно МТ отпадает.
Наиболее перспективно дополнительно модифицировать металлоплакирующие добавки природным минеральным
наполнителем — ГМТ в виде порошка гидросиликата магния (серпентина). При совместном воздействии частиц минерального и
металлического наполнителя на поверхностях трения сначала будет формироваться оптимальный микрорельеф, а затем в зонах
фактического контакта и локальных флуктуаций температуры будет происходить диспергирование частиц ГМТ с образованием весьма
твёрдых частиц форстерита, кремнезема и воды. Абразивные частицы форстерита будут производить локальную обработку контактных
площадок, кремнезем с частицами металлического наполнителя образует металлокерамическую плёнку, а вода будет способствовать
реализации гидродинамической смазки на наномасштабном уровне. В процессе образования металлокерамической плёнки на
субмикроконтактных площадках будет происходить «залечивание» повреждений, а в итоге - восстановление геометрии деталей
(реметаллизация). Деструкция частиц» ГМТ происходит с поглощением тепла, что обеспечивает фазовым превращениям, происходящим
на наноструктурном уровне, благоприятную энергетику, отводя тепло с поверхности трибоконтактовнаномасштабного уровня. В
результате протекания этих процессов будет реализоваться: оптимальная структурно — энергетическая модель взаимодействия
сопряжённых
поверхностей,
благоприятные
триботехнические
характеристики,
повышенная
износостойкость
и
реметаллизациятрибосопряжений металлокерамическими субстанциями.
Так же в настоящее время проводятся исследования с целью повышения качества пластичных смазок за счёт введения в них
металлоплакирующих добавок.
В патенте № 2161177, 7С10М 125/00 от 19.07.1999 предлагается СК на основе мыльной пластичной смазки, содержащей в %
(масс.): МоS2 - 1,0...5,0%; порошок цинка - 4... 13%; мыльную пластичную основу - остальное.
С целью повышения противоизносного действия в ПСМ кроме дифениламина, йода, серы и глицерина в а.с. 1062249 (БИ, 1983
№47) предлагается добавлять порошок меди. Порошки металлов рекомендуется использовать (после специальной обработки) как
загущающие компоненты (в заявке № 61 - 254697, Япония).
В российском патенте № 2103331 (2004) для тяжелонагруженных подшипников скольжения с целью снижения износа
предлагается ПСМ, содержащая: литиевое мыло -12%, оксистеариновой кислоты - 4,0...4,8% (масс.); МоS2 - 0,4...0,9%; бронзовую пудру
— 6...8%; нефтяное масло - остальное. Использование металлического порошка в этом патенте в виде тонкодисперсной бронзовой
пудры, как показал опыт, делает работу трибосопряженийделает работу трибосопряжений нестабильной из—за того, что слишком
мелкий наполнитель набивается во впадины между выступами шероховатости на поверхностях трения, а затем затирается в них,
образуя непрочный поверхностный слой, который в процессе работы узлов трения отделяется от деталей в виде больших частиц износа
(крупностью до 60 мкм), резко снижая их работоспособность. Частицы металлического порошка должны иметь оптимальную крупность,
сопоставимую с шероховатостью поверхностей трения. Это важное обстоятельство в патенте № 2103331 не учитывается.
Известны а.с. под №: 142492, 179409, 1004456, 1121286, 1361171, 1643594 и 1696466, в которых ПСМ содержит
металлоплакирующие порошки металлов. В патенте № 167532 С ЮМ 169/04 смазка содержит порошок оловянистой бронзы. Однако
установлено (а.с. № 518517), что порошки металлов разупрочняют структуру и ухудшают реологические свойства ПСМ, т.к. частицы
металлов не удерживаются в масляной основе смазок. Для лучшей устойчивости ПСМ добавляют специальные стабилизаторы (патенты
РФ: 2010840 и 2017795), что значительно удорожает смазочные материалы.
В патенте № 2139920 С ЮМ 125/04 (БШ, 1999 г.) рекомендуется использовать в качестве добавок 5...20% металлического порошка
свинца, цинка или бронзы. При этом допускается присутствие легирующих добавок сурьмы, олова или кадмия. Крупность металлических
частиц не должна превышать 20 мкм. По данным авторов патента в условиях граничного трения при испытании трибосопряжения сталь сталь на машине трения СМТ - 1 толщина плёнки из цинка составила всего 0,04 мкм, что не позволяет говорить о существенных эффектах
восстановления изношенных деталей за счёт металлоплакирования.
Фирмой ВМПАВТО (Санкт-Петербург) был разработан металлоплакирующий ПСМ (патент № 2161177 С1 7 С10М 125/00 от
29.07.1999 г.) известный под названием МС-1000 (многоцелевая смазка). В качестве добавок используются твёрдые наполнители МоS2
иZn. Испытания на машине трения СМЦ-2 и ЧШМТ показали, что МС-1000 в сравнении с Литол-24 снижает коэффициент трения на 33%,
pсвср =1900 кг/см2, несущуюспособность наполнители увеличивают на 5... 24% , существенно снижается износ — на 50...80%. На
основании этих данных нетрудно сделать выводы о положительных и негативных свойствах ПСМ МС-1000.
К достоинствам ПСМ с наполнителями в виде тонкодисперсных порошков Zn и МоS2 следует отнести высокое сопротивление
схватыванию Рсвсопряжённых поверхностей трения. Повышение Рсв происходит за счёт присутствия в ПСМ цинка. Можно полагать, что
при локальных вспышках температуры на поверхностях трения до 400°С и выше происходит подплавление частиц Zn и микроцинкование
ювенильных участков сопряжённых металлических материалов, препятствующее схватыванию деталей. Однако МС-1000 имеет
значительно больше недостатков нежели достоинств.
Снижение коэффициента трения на 33% при использовании МС-1000 в сравнении с fтр СК, содержащей только Zn (Вымпел)
следует считать эвристическим, т.к. при нормальных условиях трения синергетического снижения трения от совместного влияния на СК
порошков Zn и МоS2 ожидать трудно, поскольку аналогичный положительный эффект не проявляется в экстремальных условиях трения.
Для положительного влияния МоS2 в условиях преобладания его чисто механического взаимодействия с поверхностями трения можно
увеличить его концентрацию в СК , превратив последнюю в дисульфидмолибденовую пасту. По такому пути пошли авторы смазочных
паст ЦИАТИМ-201 и 203, в которых содержание МоS2 достигает 60-70% (а.с.№1595885, БИ. №36 за 1996 г.).
Использования дисульфидмолибденовых паст в трибосопряжениях ограничено их высокой стоимостью и необходимостью весьма
строгого контроля за качеством порошка МоS2.
Основным недостатком ПСМ с порошкообразными наполнителями в виде Zn и МоS2 является невысокая несущая способность
смазочного слоя, которая не более чем на 25% превышает несущую способность смазки Литол- 24 без добавок и наполнителей.
Для обеспечения высокой работоспособности трибосопряжений смазочный материал должен, прежде всего, формировать
стабильную пленку с повышенной несущей способностью, т.е. с высоким значением Р кр, что более важно в сравнении с высоким
значением Рсхв, которое положительно проявляется лишь в экстремальных (аварийных) условиях трения, например, при полном
отсутствии смазки в трибосопряжениях, что на практике встречается в редких случаях. Выбор смазочных материалов для узлов трения
современных машин и механизмов по усилию схватывания (сваривания) в большинстве случаев не производится.
Введение в ПСМ одновременно двух твердых наполнителей разупрочняет мыльный трехмерный каркас, который в то же время
удерживает высокодисперсные частицы Zп и МоS2 в своих нитеподобных образованиях и препятствует их появлению на поверхностях
трения.
Дисперсионная среда ПСМ, на долю которой приходится от 75 до 95% по массе, представляющая собой обычное минеральное
масло или смесь масел, например: веретенного и индустриального, определяет антифрикционные свойства смазочного слоя и не
содержит каких-либо модифицирующих добавок, снижающих потери мощности на трение, поэтому коэффициенты трения Литол-24 и
ПСМ типа МС-1000 практически одинаковы. В связи с этим использование в ПСМ антифрикционного наполнителя в виде
порошкообразного МоS2 не оправдано, т.к. не дает положительного эффекта.
Наполнитель в виде МоS2 по всем рассмотренным выше характеристикам, а также по износостойкости не приводит к ощутимому
повышению работоспособности ПСМ на основе Литола-24.
Таким образом, попытка авторов патента № 2161177, изобрести ПСМ значительно повышающий работоспособность
трибосопряжений и превосходящий известные ПСМ, например, смазку Вымпел, выпускаемую фирмой ВМП (г.Екатеринбург),
отличающейся от ПСМ МС-1000 только тем, что она не содержит МоS2, не увенчалась успехом.
Фирмой ВМПАВТО (Санкт — Петербург) были проведены исследования по влиянию металлоплакирующих добавок к пластичной
смазке Литол-24. В Литол-24 добавляли сплав Zn-Cd по 16 вариантам. Полученные результаты указывают на сравнительно невысокое
снижение fтр за счёт добавления в пластичную смазку добавок с оптимальным содержанием Zn/Сd в количестве 5% в соотношении —
3%Сd/ 2%Zn. Снижениеfтр в сравнении с базовым вариантом составило 22%. В связи с этим для большего снижения потерь на трение
представляется целесообразным введение в присадку добавок (5%) диалкилдитиофосфата молибдена (ДАДФМ).
Согласно структурно - энергетическому подходу совершенствование ПСМ должно идти по пути улучшения структуры и комплекса
вторичных свойств новых смазочных композиций. Поскольку структуру ПСМ определяет в основном строение и комплекс механических,
химических и теплофизических свойств образуемого загустителем трёхмерного каркаса в объёме смазочного слоя и связанного с
каркасом двухмерного несущего пористого слоя на поверхности трения, то успешное решение задачи окажется возможным только при
условии использования в ПСМ нового высокоэффективного загустителя, обладающего повышенной прочностью, стабильностью при
высоких температурах в зоне трения, тепло — и электропроводностью, высокой энергоёмкостью, способностью отводить поглощённую
энергию из зоны трения и сохранять реологические свойства ПСМ на требуемом уровне.
Новые возможности по улучшению триботехнических свойств пластичных смазок появились с получением в 80-х годах XX века
новой аллотропной формы углерода — фуллеренов, молекулы образована множеством пяти - и шестиугольных кластеров *20+.
Подробный обзор фуллереновых добавок представлен в пункте 1.2.2. Поэтому в качестве загустителя для создания прочного
теплостойкого каркаса целесообразно использовать фуллерены.
Очевидно, что при загустителе, отвечающем хотя бы части перечисленных требований, совершенствование ПСМ в отношении
антифрикционных свойств окажется возможным в основном за счёт улучшения смазывающей способности дисперсной составляющей
структуры смазочной композиции, т.е. масляной основы. Улучшение смазывающей способности масляной основы возможно за счёт
использования соответствующих добавок, например, путём введения в СК маслорастворимых добавок, существенно снижающих
коэффициент трения.
И, наконец, для получения СК, обеспечивающих повышенную износостойкость узлов трения и восстановление изношенных
поверхностей сопряжённых деталей за счёт металлоплакирования потребуется использование соответствующих наполнителей, о чём
уже упоминалось выше, где в качестве наполнителей рекомендовалось применение тонкодисперсных порошков, состоящих из сплава
Zn-Cd, заранее установленного оптимального соотношения по структуре и комплексу свойств.
Таким образом, для управляемого повышения работоспособности пластичных смазочных материалов требуется использование
загустителя с комплексом необходимых свойств, добавок, снижающих потери мощности на преодоление трения, и наполнителей,
формирующих на поверхностях трения антифрикционное покрытие и обеспечивающее процесс реметаллизации, т.е. восстановления
изношенных зон на поверхностях трения за счёт заполнения износных выработок износостойким металлоплакирующим материалом,
обладающим подвижностью, т.е. пластическим течением при граничном трении.
Перспективными являются исследования по разработке улучшенных металлоплакирующих наполнителей к смазкам для
повышения износостойкости узлов трения и антифрикционных добавок. Весьма важными представляются исследования по улучшению
функциональных свойств известных загустителей и по разработке новых, обеспечивающих смазкам благоприятные реологические
характеристики.
Таким образом, целесообразно исследовать влияние добавок к смазке Литол-24 с наполнителем, в виде порошкообразного
сплава Zn-Cd в совокупности с маслорастворимой добавкой в виде ДАДФМ и твердых частиц ФНМ (загустителя)
Характеристики наиболее известныхреметаллизантов
Препарат
Motor Healer
Remteka
Renom Engine
СУРМ-ВК
Motor Active
Remetallizer
Metallyz8,
Lubrifilm Motor
Active
RemetallisantMot
eur
Производитель,
страна, регион
Fine Metall Powders,
Россия
Назначение
Уменьшение износа
деталей, увеличение
мощности,
увеличение ресурса
двигателя
Безразборноевосстано
ООО НПК
«ВМПАвто», Россия влеиие двигателя,
снижение трения и
износа
НПФ «Лаборатория Восстановление
триботехнологии»,
компрессии
и
Россия
давления масла в
двигателе, а также
работоспособности
деталей без их
разборки
OOO «Пиотр», Россия Восстановление
компрессии
в
двигателе без ere
разборки, повышение
качества
и
сокращение
продолжительности
приработки
Actex S. A.,
Снижение
и
Швейцария
частичное
восстановление
деталей двигателя
(гильз цилиндров,
вкладышей
коленчатого вола,
подшипников и т. д.)
Actex S. A.,
Восстановление гильз
Швейцария
цилиндров,
вкладышей
коленчатого вала и
других
деталей
двигателя созданием
металлической
композиционной
пленки
Shell Car Care
Снижение
International Ltd интенсивности
Состав, комментарий
Препарат на основе
порошков пластичных
металлов
Добавка к моторным
маслам на основе
порошков пластичных
металлов
Маслорастворимый
комплекс пластичных
металлов, не
задерживается фильтром и
не выпадает в осадок
Олово- и медьсодержащие
компоненты. Могут
вводиться
непосредственно в камеру
сгорания.
Полностью
маслорастворимый
масляный реметаллизант
Порошковая
медносвинцово-серебряная
добавка для двигателей
рабочим объемом от 3 до
6 л и пробегом от 50 до
150 тыс. км
Полностью
маслорастворимый
(торговаямарка
BlueCoral),
Великобритания
изнашивания
и
потерь на трение в
трущихся деталях
двигателя
препарат, образующий на
поверхностях
трения
защитные пленки