Способы борьбы с износом
К сожалению, антифрикционные и противоизносные присадки, входящие в состав современных моторных масел, очень быстро теряют свою эффективность. Поэтому на сегодняшний день для решения проблемы снижения трения и защиты от износа наиболее эффективны специальные комплексы (выпускаемые отдельно добавки к моторным маслам).
Весь спектр этой продукции можно условно поделить на два класса.
I. Комплексы, предназначенные для поддержания и восстановления свойств стандартного пакета присадок, находящихся в масле, или изменения вязкости моторных масел.
II. Комплексы, предназначенные для воздействия непосредственно на локальные зоны трения и изменения их трибологических свойств (не воздействуют на масло).
Наибольший интерес представляют последние, которые образуют пять независимых групп товаров, присутствующих на рынке.
Модификаторы трения.
Принцип действия состоит в следующем: в процессе работы на парах трения формируются защитные плёнки, за счёт своей подвижности позволяющие в какой-то мере предотвратить непосредственный контакт металлов.
Содержат в своем составе мелкодисперсные частицы специальных веществ или соединений (дисульфида молибдена (MoS2), тефлона (политетрафторэтилена - ПТФЭ) и т. д.)
Реметализаторы
Принцип действия основан на процессе переноса мелкодисперсных частиц на контактирующие пары трения. Содержат в своём составе мелкодисперсные частицы металлов: медь, олово, серебро, свинец и т.д. В процессе работы заполняют микрорельеф, увеличивая пятно контакта. Основная функция - ремонтная.
Кондиционеры металла
В процессе работы воздействуют непосредственно на металл пар трения, создавая очень тонкий защитный слой. Защищают, но не восстанавливает.
Ремонтно-восстановительные составы
I. Действие ремонтно-восстановительных составов типа "РВС", "ХАДО", "НИОД", "СУРМ", "ФОРСАН" и ряда других, основаны на свойствах природного минерала - серпентинита. При применении данных материалов и им подобных, в процессе проводимого ремонта на поверхностях пар трения механизмов, в зонах контакта формируется органометаллокерамическая пленка, предоставляющая собой жидкий монокристалл, выращенный на кристаллической решетке поверхностного слоя самого металла. Данная композитная металлокерамическая структура обладает высокой микротвердостью до 690-710 НУ.
II. Основные проблемы, возникающие при использовании ремонтно-восстановительных составов следует разделить на две основные группы :
А. Двигатели внутреннего сгорания.
Б. Соотношение показателей износа в парах трения "черный - цветной металл".
Применение вышеуказанных составов в двигателях внутреннего сгорания приводит к следующим проблемам:
Обработанный агрегат теряет температурную стабильность, то есть температура охлаждающей жидкости в контуре охлаждения перестает реагировать на режим - обороты коленчатого вала и нагрузку. Это является следствием того, что на пути основного теплоотвода от поршня через поршневые кольца появляется дополнительное тепловое сопротивление - металлокерамический слой. Это приводит в конечном итоге к многочисленным выводам из строя двигателей по причине перегрева деталей ЦПГ (чаще всего это происходит в предельных режимах работы. Помимо этого из-за резко возрастающих температур цилиндра происходит значительное увеличение расхода масла, а также нередки случаи отпуска термофиксирванных поршневых колец.
При применении ремонтно-восстановительных составов в парах трения с различными механическими свойствами, например: <тронк поршня - гильза цилиндра>, <шейка коленчатого вала - вкладыш подшипника> и т.п., наблюдается простой абразивный износ, при котором твердые частицы минералов внедряются в мягкие поверхности, нарушая их структуру и ухудшая условия формирования смазочных слоев, что в конечном итоге приводит к выходу из строя механизма. Необходимо так же учитывать и то, что при использовании этих составов происходит неравномерное изнашивание пар.
Так в паре чугун - хром при использовании материала "РВС" износ хрома увеличивается на 13%, снижение износа чугуна на 35%, "СУРМ" - уменьшает износ хрома на 21%, увеличивает износ чугуна на 43%.
III. Эти и ряд других причин приводят к тому, что нашими специалистами в последнее время отмечается отказ ряда крупных потребителей (АО "Кременчугский автомобильный завод", ОАО "Северсталь", ООО "Объединенные уральские завод" (УралМаш), ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат", РУП "Минский автомобильный завод" и др.) от продукции вышеуказанных компаний.
К основным причинам отказа от применения РВ составов следует отнести следующее :
- Непрогнозируемость результата от применения (см. п. 2)
- Отсутствие в стабильности качества продукции
- Повышение цены на исходный материал
- Неурегулированность финансово-хозяйственных отношениймежду патентодержателями, компаниями - производителями и компаниями - распространителями (отзыв лицензии у "Хадо", разделение НП "Русремонт" на Московскую и Санкт-Петербургскую компанию).
Композиция Силикатно-Керамическая
Композиция Силикатно-Керамическая (СКК) можно отнести к последнему поколению ремонтно-восстановительных составов. К принципиальными отличиям СКК от основных представленных на рынке РВ составов, является то, что в его основе заложены свойства ряда другогих природных материалов - шунгитов, форстеритов и пр..
Действие СКК основано на реализации в зонах трения под воздействием высоких контактных температур физико-химических реакций, при которых разрушаются пики шероховатостей. Продуктом реакций - соединениями металлов - заполняются впадины шероховатостей и дефекты поверхностей, образовавшихся в процессе эксплуатации силового агрегата. Испытания СКК показали, что чистота поверхности после формирования упрочненного слоя на 60-80% выше, чем до обработки, при этом показатели поверхностной микротвердости и изностойкости равны, либо выше чем после применения РВ составов предыдущего поколения. Кроме того, структура слоя обладает свойствами удержания масла.
Одним из явных преимуществ слоя, сформированного под действием СКК является то, что его коэффициент линейного расширения равен коэффициенту линейного расширения тела металла. По сути антифрикционный, износостойкий слой формируется на атомарном уровне и является структурой кристаллической решетки металла, что определяет высокую прочность слоя, в том числе и при экстремальных термодинамических воздействиях Слой формируется один раз, при начальной обработке и в дальнейшем не требует присутствия препарата в носителе.
Так же одним из принципиальных отличий СКК от ранних РВ составов, является его воздействие на цветные металлы (бронзы, латуни, баббиты и т.др.), что было отмечено в ходе испытательных работ на ОАО <Ижнефтемаш>, ОАО "Северсталь" и др.. Следует также отметить крайнюю простоту в применении в сравнении с другими материалами.
СКК вводится между трущимися поверхностями при помощи носителя (масла, консистентные смазки, фреон, антифризы, и т.д.). В результате чего в процессе эксплуатации на поверхностях трения образуется слой металлокерамики, составляющий с поверхностью детали единое целое.
Условно процесс обработки можно разделить на два этапа :
1. Подготовительный
В начале процесса происходит естественная очистка микрорельефа от продуктов износа, нагаров и других загрязнителей за счёт окислительно-восстановительных свойств.
2. Основной
Далее происходит непосредственно синтез металлокерамического слоя на подготовленных и очищенных поверхностях пар трения. Вначале, за счёт образования металлокерамического слоя происходит увеличение площади особо нагруженных зон трения, а затем, металлокерамический слой распространяется на все трущиеся поверхности в зависимости от величины приложенных к ним контактных нагрузок.
В ходе формирования металлокерамического слоя температура в зонах трения уменьшается и рост толщины покрытия замедляется вплоть до полного его прекращения. Таким образом, происходит саморегуляция толщины защитного слоя.
Синтезированная поверхность условно состоит из трех слоев :
Первого, восстановленного слоя, который обладает общей кристаллической решеткой с металлом подложки;
Второго, промежуточного, упругого слоя;
Третьего, внешнего, защитного слоя с аномально низким коэффициентом трения и высокой износоустойчивостью.
Полученное в результате применения СКК металлокерамическое покрытие обладает высокой микротвердостью и упругостью. Характеризуется защитными свойствами против электрохимической коррозии. Эта поверхность способна к регенерации и работает в условиях трения как защитный слой.
За счет оптимизации формы поверхностей трения снижаются вибрация и шумы. Высокая микротвердость металлокерамического покрытия в сочетании с пластичностью позволяет значительно увеличить ресурс механизмов. Они без износа переносят "холодный пуск" и повышенные нагрузки. В отдельных случаях, при условии полностью сформированного металлокерамического слоя и достаточном охлаждении, допускаются продолжительные периоды работы в условиях "масляного голодания" без повреждения трущихся поверхностей.
Длительность формирования защитного слоя зависит от первоначального технического состояния машин и механизмов (качества изготовления, сборки, состава материалов и т.д.), а также режимов и сроков эксплуатации.
По своей природе он не чужероден металлу и поэтому, в отличие от различных присадок, идеально удерживается на поверхности металла.
Имеет одинаковый с металлами коэффициент линейного расширения, так как образует с ними единое целое. Коэффициент трения аномально низок: 0,003 - 0,005.
По своей природе диэлектрик и огнеупор.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ПРОЦЕССА.
В процессе проводимого ремонта на поверхностях пар трения механизмов в зонах контакта формируется органо-металлокерамическая пленка, представляющая собой жидкий монокристалл, выращенный на кристаллической решетке поверхностного слоя самого металла, содержащая:
1. Кластеры (соединения с химическими связями):
1.1. Гидрофобные - органо-металлические соединения (комплексоны).
1.2. Гидрофильные - керамические соединения, включающие в заданных соотношениях природные минералы следующих классификаций :
1.2.1. "состаренные", включающие связанную воду (скородит, серпентин, хризонолла, оливенит, гидрогетит, заратит, каламин, колеманит и др.);
1.2.2. "слабо состаренные", включающие гидроксильную группу ОН (азурит, атакимит, брошантит, гарниерат, гетит, диаспор, заратит, ильваит, малахит, микролит, псильмелан, ставролит, тальк, топаз и др.);
1.2.3. "обычные", включающие ультрадисперсные алмазы, кварц, ильменит, циркон, шунгит, шеелит и др.).
1.3. "Двойники" сваренные при давлении и температуре гидрофильный и гидрофобной кластеры (часто называемые <сростки>), формируют циалит (пористый материал), часто заполненный органикой, металлической легкоплавкой эвтектикой, металлоорганикой, органометаллокерамикой или их механической смесью. (аналогия порошковой металлургии).
2. Клатраты (соединения с физическими связями, "хозяин - гость") : "гость" - агрессивный металл, а "хозяин" - органическая защита <гостя> от окружающей среды. Для обеспечения избирательного наращивания изношенных контактируемых поверхностей "хозяин" должен разрушиться при определенных: температуре, давлении и кислотности и даже реагировать на количество контактов.
3. Катализаторы, антиоксиданты, стабилизаторы, комплексообразователи, спирты, отвердители, каучуки и ингредиенты обеспечивают: управление по скорости, селективности, торможении на определенной звене цепи химической реакции, дифундированию и сегрегации микрочастиц в поверхностном и подповерхностном слоях металла.
Одновременно в результате эффектов шаржирования, диффузии и сегрегации обеспечивается переструктурирование подповерхностного слоя, вследствие движения атомарного водорода в сторону повышенных температур (подповерхностный слой из-за пластических деформаций при контактировании поверхностей имеет наибольшую температуру), в СКК используются природные минералы, органика и <сростки>, обеспечивающие связывание атомарного водорода в зоне третьего тела, путем повышения электросопротивления пленки и изменения рН в микрообъемах.. Избирательное формирование слоя обеспечивает: экономию "СКК", оптимальную геометрию восстановленных поверхностей.
Сформированный органометаллокерамический жидкий кристалл обладает тиксотродными свойствами (по матрице) и несет в себе твердыне природные минералы, подвсплывающие к поверхности слоя за счет эффектов: "микроканавок", возбуждающий процесс автоколебаний, "полирезонанс" - резонанс микрочастиц в матричных системах и имеющие все шесть степеней свободы соизмеримые с шероховатостью сформированной поверхности. Процентные соотношения составов 1, 2, 3 обеспечивает: скорость регулирования наращивания слоя (с учетом формы движения контактируемых поверхностей). Повышение содержания твердой керамики ведет к перенаращиванию слоя; снижение содержания твердой керамики, даже при значительных скоростях наращивания, обеспечивает растекание (при повышенных давлениях и температурах) сформированного жидкого кристалла между контактируемыми поверхностями, предотвращая заклинивание.
Для достижения повышения ресурса традиционными способами используется высококачественные сплавы, различные виды обработок поверхности металла, повышающих класс точности, чистоты, твердость, стойкость; предварительно длительно обкатываются, притираются (например, планетарка - хвостовик), но несмотря на все ухищрения, по причине неизбежного прямого контакта металлических поверхностей при трении за счет эффектов Ребиндера (под воздействием всепроникающего атомарного водорода), контактируемые поверхности интенсивно разрушаются, а продукты разрушения вымываются маслами, которые являются только охлаждающей средой, так как их вязкость не превышает 100 сантистокс, а при штатных давлениях контактируемых поверхностей механизмов даже средненагруженных необходима вязкость масел 10 000 сантисток, которых пока еще не придумали.
Рассмотрим физико-химические процессы, происходящие при этом. Общая химическая формула КСКА - Mg6(Si4O10)(ОН)8 и сопутствующие включения: Fe; Ca; Ni; Тi; Сг; Сu; Рt и др. в виде оксидов и других групп. Параметр Ларсена подразумевает включения (до % масс) SiO-1%; SiO2 - 40%; Аl2O3 - 1%; Fе2O3 - 3%; FеО - 1%; МgО - 40% и др., Н2O - 13-20%. Если сравнить с добавками, используемыми в металлургии, то снова увидим некоторое соответствие с процессом получения кремнистых металлов (Si-Са; Са-Si-Аl), ферросиликатов (Fe-Si) и др.. При прохождении реакций под действием указанных выше факторов на поверхности стали мы получаем прохождение окислительно-восстановительной реакции, что суть - типовые колебательные химические реакции, связывающие концентрацию трёх веществ. Для создания в трибосистеме устойчивого равновесия протекания окислительно-восстановительных реакций в зону трения необходимо ввести гидроокислы, содержащие ионы - катализаторы металлов с переменной валентностью. Такие условия препятствуют образованию свободных радикалов и выходу их из координационной сферы. Благодаря этому ионы металлов остаются в зоне трения, препятствуя изнашиванию поверхностей. Из этих же работ мы знаем, что побочным продуктом окислительно-восстановительных реакций, при колебаниях скорости их прохождения, является вода. Образуемая таким образом гидрофаза участвует далее в процессе снижения силы трения изнашивания трибосистемы. В используемых гидросиликатах металлов имеется указанный выше химический и фазовый состав, который обуславливается сложными конгломератами октаэдрических и тетраэдрических соединений со связями: Si-O-Si; Si-O-OH-М и др.. При механическом и тепловом воздействии часть связей обрывается и получаются соединения с освободившимися связями типа Н-О-( ), Н-О-ОН-( ) и вода. Одна часть появляется за счет адсорбирования водорода из металла, а другая есть не что иное как конституционная вода освобождённая из минерала. При этом идет активный процесс замещения связей за счёт адсорбирования водорода и образование новых связей: Si-O-ОН; Si-O-Fе и т.д.. Этот процесс приводит к возникновению следующих реакций между кристаллами КСКА и кристаллами фаз металла:
Мg6(Si4O10)(ОН)8 + Fе2O3 + Н2 ->4(МgFе)SiO4 + 5Н2O.
Это подтверждается на практике выделением относительно большого количества воды и фазовым анализом поверхностей после взаимодействия с КСКОМ. Это соответствует и доказательствам Хейда и Баннистера о термическом преобразовании серпентинитов согласно реакции:
Мgб(Si4O10)(ОН)8 --> ЗМg2SiO4 + SiO2 + 4Н2O (при t=600°С).
Видим две идентичные реакции с выделением воды и возможным взаимозамещением "оливин" на "форстерит + кремнезём". Обе реакции проходят при идентичных условиях с соизмеримым количеством затрат энергии.
Исследуя далее процессы в металлургии и процессы, происходящие в рассматриваемой трибосистеме, убеждаемся в их постоянном сходстве и по протеканию реакций, и по фазовым физико-химическим преобразованиям при сравнимых энергозатратах и прочих равных условиях.
Итак, триботехническая оценка геоактиваторов должна производиться с учётом их способности к инициированию микрометаллургических процессов, в результате которых образуются поверхности металлосиликатов, аналогичных форстеритам (оливинам). А это значит, что изначально геоактиватор должен соответствовать определённым значениям энергоплотности, активности к водороду и взаимодействию с водой. При этом нужно учитывать и его структуру.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И ПОКАЗАТЕЛИ ПОЛУЧАЕМЫХ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
1. Аномально низкий коэффициент трения - до 0,003.
2. Высокая микротвёрдость поверхности по аlfa-плоскости - до 690:.710 НУ, что способствует сопротивлению изнашиванию и высокому пределу текучести. (Например, при введении в качестве наполнителя ультрадисперсных алмазов, циркона или кварца микротвёрдость соответствует по Моосу 10; 9; 7,5.)
3. Ударная прочность - 50 кгс/мм2. (При повышении процентного содержания состава 2 и <состаренного> состава 3 жидкий монокристалл при восприятии нагрузки переходит в вязкотекучее состояние.)
4. Высокая коррозионная стойкость, обеспечиваемая связыванием атомарного водорода - катализатора всех физико-химических и химических процессов.
5. Высокое удельное электрическое сопротивление - 106 Ом/м, обеспечиваемое наличием в матрице органических соединений (фторопласт-4, стирол и др.), природных соединений (гидрофобных и "двойников"), что способствует притуплению электрохимических и электромагнитных явлений и уменьшению изнашивания.
6. Высокая огнеупорность, обеспечиваемая наличием при формировании жидкого кристалла преимущественно природных минералов (гидрофобных и "двойников"), причем, если обеспечивается повышенные давление и температура, то формируется чисто керамический слой (технология порошковой металлургии).
7. Высокие (несколько ниже кварца) пьезоэлектрические свойства, что способствует подавлению трибоэлектрического эффекта.
8. Относительная диэлектрическая проницаемость: 25-30 ед., что является подтверждением аналогичных сил адгезии и когезии (аутогезии).
9. Относительная магнитная восприимчивость: ~0,2, что значительно усиливает способность к аутогезии магнитного происхождения.
10. Особая структура, позволяющая получить анизотропные свойства: атомы одной плоскости имеют сильные ковалентные связи, между параллельными рядами связи слабее, а значит, силы, необходимые для сдвига слоев геоактиватора, меньше силы связи с металлом.
11. Низкая теплопроводность : в десятки раз ниже известных твёрдых смазок.
12. Наличие гидрофазы : в структуру геоактиватора входит вода, расположенная слоями. За счёт этого на поверхностях сопряжения образуются прочные гидратированные слои, соединённые жидкой прослойкой, что снижает силу трения.
Сформированное покрытие контактируемых поверхностей, в зависимости от форм движения и с учётом переструктурирования подповерхностного слоя, обладает повышенной стойкостью на истирание, вследствие аномально низкого коэффициента трения (до 0,003), а также обеспечивается стойкость:
- к высокой температуре (огнеупор с жаростойкостью до 25000С);
- электрическим воздействиям (диэлектрик);
- химическим воздействиям (коррозионной стойкости).
Применение СКК при эксплуатации машин и механизмов при учёте форм движения контактируемых поверхностей обеспечивает эффект безизносности при удовлетворении следующих условий : Мв = Мд + Му
Где : Мв - масса вводимого в зону трения СКК.
Мд - масса деструктируемого в зоне трения СКК
Му - масса уносимого маслом из зоны трения СКК
Преимущества технологии "СКК" по сравнению с другими формулами.
1. Широкий температурный диапазон трибосопряжений, в котором обеспечивается стабильность процесса формирования покрытия, что позволяет использовать "СКК" как в двигателях внутреннего сгорания, так и в низкотемпературных трибосопряжениях (трансмиссии и прочих узлах).
2. Образование идеальной с точки зрения динамических нагрузок поверхности. Идеальное направление роста слоев без подклинивания (эффект Штарка) с высокой степенью саморегуляции толщины слоя.
3. Высокая регулярность повторяемости процессов на всех типах механизмов.
4. Необычайно длительный срок службы сформированного покрытия : дифференцированное создание слоев с высокой степенью регулярности механо-химических свойств (как по объёму так и по поверхности) делает покрытие необычайно стойким во времени при различных статических и динамических нагрузках.
5. По завершении формирования наружного слоя покрытия полностью прекращаются процессы электрохимической коррозии. Наружный слой обладает высокой электрохимической прочностью, являясь идеальным изолятором.
6. Поверхностный слой полностью компенсирует возможное ухудшение механических свойств поверхностей трения, связанное с водородной эрозией (усталостные процессы).
7. В качестве дисперсной среды можно использовать любое стандартное смазочное масло (синтетическое или минеральное), что не оказывает влияния на динамику процессов.
8. Проявление демпфирующих свойств масла сразу после введения "СКК" (в первые 15 минут).
9. Срок службы смазочного масла увеличивается в несколько раз, так как в отсутствие трения не происходит разрыв полимерных цепочек масла.
10. Время хранения исходной композиции (суспензии) определяется исключительно сроком хранения самого носителя (например, масла)
|
НОВОСТИ Practex ®
2008-12-18 Подробнее ...
2008-12-18 Подробнее ...
2008-11-12 Подробнее ...
2008-11-12 Подробнее ...
2008-11-12 Подробнее ...
|
