1.1.2. Ремонтно-восстановительные препараты

Результатом многолетних исследований стал тот факт, что трение теперь представляется не только как разру­шительное явление природы. В определенных условиях оно может быть реализовано как самоорганизующийся созидательный процесс, что позволяет разработать новые методы технического сервиса машин, в том числе безраз­борного восстановления агрегатов и узлов техники в про­цессе их непрекращающейся эксплуатации.

Впервые термин «безразборное восстановление» офи­циально применен и введен в 1993 году автором данной книги в связи с изобретением совместно с Г. К. Пота­повым способа безразборного восстановления трущихся соединений. В дальнейшем, на основании теоретических предпосылок и проведенных исследований, автором дан­ной книги сформулировано и в настоящее время интен­сивно развивается самостоятельное научно-техническое направление — безразборный технический сервис машин и механизмов.

Следует признать, что аналогичные работы проводи­лись и другими исследователями, но именовались по-разному: то металлоплакированием, то ФАБО-2, то спо­собом обработки трущихся поверхностей и т. п.

Теоретическими предпосылками безразборного сер­виса (восстановления) стали исследования по теории са­моорганизации, предсказанной бельгийским физикохи-миком Ильей Пригожиным, а также научные открытия российских ученых. К ним относятся эффект пластифи­цирования поверхностей трения в присутствии поверх ностно-активных веществ (ПАВ), открытый П. А. Ребин-дером, явление избирательного переноса при трении (эффект безызносности), исследованное Д. Н. Гаркуно-вым и И. В. Крагельским, а также эффект аномально низ­кого трения, обнаруженный Е. А. Духовским, А. А. Сили­ным и другими.

Безразборный сервис транспортных средств является дальнейшим развитием исследований в данной области. Он стал широко применяться в многочисленных публи­кациях и нескольких монографиях по данному научно-практическому направлению. Под безразборным сервисом подразумевается комплекс технических и технологиче­ских мероприятий, направленных на проведение опера­ций технического обслуживания и ремонта узлов и меха­низмов с применением передовых разработок автохими­ческой промышленности и без проведения разборочно-сборочных операций.

К разработкам в области безразборного сервиса отно­сятся не только присадки и добавки к различным автомо­бильным технологическим средам, но и самостоятельные препараты и технологии по их применению. Безразбор­ный сервис может включать операции обкатки, диагно­стики, профилактики (сезонной подготовки), автохими­ческого тюнинга, очистки и восстановления отдельных соединений, агрегатов и механизмов, а также автомобиля в целом.

Особое место занимают методы и средства частичного восстановления изношенных поверхностей трения узлов и агрегатов автомобиля в процессе непрекращающейся эксплуатации. Это признали даже производители смазоч­ных материалов, начав выпуск специальных моторных масел для автотранспорта с пробегом более 100 тыс. км.

В классическом понимании процесс восстановления детали, соединения или машины в целом подразумевает проведение технических и технологических мероприятий, направленных на изменение геометрических размеров до номинальных или ремонтных, а также действий по воестановлению работоспособности до нормативных показа­телей. Однако проводить ремонтные работы имеет смысл, даже если наблюдается только частичное (неполное) вы­полнение этих требований.

Известные в настоящее время ремонтно-восстанови-тельные препараты (РВП) по компонентному составу, физико-химическим процессам взаимодействия с трущи­мися поверхностями, свойствам получаемых покрытий (защитных пленок), а также механизму функционирова­ния в процессе дальнейшей эксплуатации автомобиля можно разделить на три основные группы: реметалли-занты (металлоплакирующие соединения), полимерсодер-жащие препараты и геомодификаторы.

К восстановителям (в основном по критерию повы­шения технико-экономических показателей обработанной техники) следует условно отнести также кондиционеры поверхности, слоистые добавки-модификаторы и нано-препараты.

В некоторых случаях РВП называют еще ремонтно-эксплуатационными препаратами (РЭП), что, на наш взгляд, более точно отражает их предназначение и зало­женные функциональные свойства.

Практически все фирмы-производители препаратов подкапотной автохимии выпускают также добавки к транс­миссионным маслам и пластичные смазки-восстанови­тели.

Все препараты различаются по способам применения (введения в трущиеся соединения). Большинство соста­вов вводят в моторные и трансмиссионные масла, топли­во или пластичные смазки. Некоторые препараты подают через систему питания (впускной трубопровод) в виде аэрозолей и добавок к топливно-воздушным смесям (так называемая специальная обработка). Ряд препаратов по­дается непосредственно в зону трения, например в цилин-дропоршневую группу.

Применение РВП определяется техническим состоя­нием автомобиля. При этом необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов техни­ческой диагностики. По результатам диагностирования назначаются либо профилактические препараты более «мягкого» действия, либо препараты, обеспечивающие интенсивное воздействие на трущиеся соединения и агре­гаты автомобиля.

Следует отметить, что иногда необходимость приме­нения РВП обусловлена и рядом других причин (прину­дительных), например участием в соревнованиях, авто­пробегах или иных нештатных испытаниях (автохимиче­ский тюнинг).

Достаточно часто выпускаются РВП комплексного действия, например в одном флаконе имеются реметал-лизант и кондиционер металла, полимерсодержащий пре­парат и слоистая добавка. Встречаются препараты, разра­ботчики которых заявляют о содержании в них практи­чески всех ремонтно-восстановительных компонентов: тефлона, керамики, молибдена, а также каких-то поли­мерных и поверхностно-активных веществ (например, это относится к присадке в моторное масло ENGINE R263 японской фирмы AUG).

Реметаллизанты (металлоплакирующие композиции)

Реметаллизанты (металлизанты) — особый класс пре­паратов автохимии, базирующийся на аспектах теории самоорганизации и явлении избирательного переноса при трении (эффекта безызносности). Приставка «ре» в дан­ном случае подразумевает возврат (от англ. return) металла на поверхности трения.

Механизм действия реметаллизантов заключается в ме-таллоплакировании трущихся поверхностей вследствие осаждения металлических компонентов, входящих в со­став металлоплакирующей композиции во взвешенном или ионном виде. При этом частично восстанавливаются микродефекты, снижается коэффициент трения, значи­тельно повышается износостойкость плакированных по­верхностей (в некоторых случаях — в сотни раз). Термин «металлоплакирующий» (от франц. plaquer — покрывать) введен Д. Н. Гаркуновым, В. Г. Шимановским и В. Н. Лозовским в связи с изобретением ими смазоч­ного материала, реализующего эффект избирательного переноса при трении.

В настоящее время металлоплакирующие компози­ции (реметаллизанты) подразделяются на порошковые и ионные. Порошковые металлоплакирующие препараты в качестве основного компонента содержат ультрадисперс­ные порошки, а ионные — полностью маслорастворимые соли пластичных металлов, органические кислоты, мыла жирных и нафтеновых кислот, жирные амиды, эфиры жирных кислот и спиртов, а также глицерин. В качестве плакирующих металлов используются медь, олово, цинк, железо, алюминий, свинец, серебро, хром, никель, а так­же молибден.

Металлсодержащие смазочные композиции, кроме порошкообразных металлов, обычно содержат активные химические компоненты, способные образовывать с ними структуры, необходимые для реализации эффекта безыз-носности. Активные компоненты смазочной среды получа­ются в процессе трения или добавляются при приготовле­нии. Подтверждением этому служат смазочные композиции, содержащие альдегиды, которые при трении способны образовывать вещества, необходимые для формирования металлсодержащих соединений, например комплексов двухвалентной меди.

Все жирные кислоты (предельные и непредельные) являются поверхностно-активными веществами. Под дей­ствием жирных кислот и других органических компо­нентов поверхности трения пластифицируются, что спо­собствует быстрому созданию оптимальных шероховато­стей. При относительно высоких температурах порядка 423-477К на поверхностях образуются тончайшие струк­туры плакирующего металла (толщиной около 100 нм) — сервовитная пленка. На ее поверхности под действием содержащихся в присадке активных СООН-групп и ком

Рис. 6. Структура поверхностей трения, восстановленных реметаллизантом:

1 — алюминиевый сплав подшипника; 2 — нанесенный реметаллизант;

3 — сервовитная пленка; 4 — хемосорбированные и полимерные слои

(серфинг-пленка); 5 — стальная поверхность коленчатого вала

понентов смазочного материала формируется полимерная пленка — «серфинг-пленка» (рис. 6).

Впервые присадку, образующую сервовитную пленку на трущихся поверхностях трения, в 60-х годах прошлого века разработали в Московском технологическом инсти­туте (ныне — Московский университет сервиса) под руко­водством Ю. С. Симакова и Д. Н. Гаркунова. Присадка, состоящая из продуктов взаимодействия 50% олеиновой кислоты и 50% олеата меди, послужила прототипом при­садки МПП МКФ-18, а впоследствии — целой группы мас-лорастворимых (ионных) присадок этой серии: МКФ-18У, «Ника», «Стимул-1», «Урал» (производства ООО «Кри­сталл», Екатеринбург), МКФ-18Е (выпускавшейся под на­именованием «Велап» для масел и «Сомет» для смазочно-охлаждающих технологических сред), МКФ-18Х (дляхо лодильного оборудования), «Эрфолг» и др.

В 1979 году швейцарская компания Actex S.A. начала серийное производство металлоплакирующих порошковых препаратов марки Lubrifilm metal, основанных на практи­ческой реализации «эффекта безызносности». В 1992 году Lubrifilm metal был официально сертифицирован Централь­ным научно-исследовательским автомобильным и авто­моторным институтом (НАМИ) и одобрен АвтоВАЗом. Современные разработки компании Actex S.A. — реме­таллизанты Metalyz 6 и Metalyz 8, использовавшиеся как один из компонентов моторных масел марки «Уфалюб» производства «Уфанефтехим».

Препарат Lubrifilm metal (Metalyz) представляет собой ультрадисперсный порошок, состоящий из частиц свин­ца, включенных в кристаллическую матрицу медно-се-ребряного сплава и покрытых специальной защитной оболочкой, что позволяет исключить их окисление. При­меняется в виде добавки к моторному маслу для создания в зоне высоких удельных нагрузок металлической компо­зиционной пленки. Способ применения следующий:

1. Произвести замену моторного масла и масляного фильтра.

2. Пустить двигатель и в течение 5 мин его разогревать.

3. Остановить двигатель, снять пробку маслозаливной горловины, встряхнуть тубу и вылить содержимое в гор­ ловину.

4. Закрыть пробку маслозаливной горловины и при­ близительно через 5 мин произвести запуск двигателя.

Российскими аналогами Lubrifilm metal по составу и тех­нологическим свойствам являются реметаллизанты РиМет, РиМет-Т, Motor Healer, разработанные в 1987—2001 годах Институтом металлургии Уральского отделения Россий­ской академии наук.

Реметаллизант РиМет состоит из высокодисперсных порошков сплава меди, олова и серебра в базовой ней­тральной основе (размер частиц — до 100 нм). Порошко­вый сплав получают из металлического газа в условиях глубокого (космического) вакуума. Однако при примене­нии РиМета отмечено оседание крупных частичек порошка в картере двигателя при стоянке автомобиля в те­чение нескольких суток. Разработанный в основном для бензиновых двигателей, этот реметаллизант показал сла­бую эффективность в дизелях. Это связано с тем, что ПАВ, образующие на поверхности каждой микрочастицы оболоч­ку, которая защищает основной металл частицы от окис­ления (сгорания) на воздухе, при более высоких рабочих температурах в цилиндрах дизеля теряют свои защитные свойства, что приводит к ухудшению качества моторного масла и, естественно, эффективности самого препарата.

В целях устранения отмеченных недостатков екатерин­бургская компания-производитель Fine Metall Powders разработала новые препараты RemeTall и Motor Healer с более мелкодисперсными компонентами.

Независимая фирма «ВМПАвто» из Санкт-Петербурга выпустила несколько порошковых металлоплакирующих препаратов собственного производства марки «Ресурс», а также продукт комплексного металлоплакирующего и кондиционирующего действия Remetall.

В своих разработках специалисты «ВМПАвто» при­менили пористый, или канальчатый, хром. Данный тип материала используется в высокофорсированных дизель­ных двигателях, работающих при максимальных нагруз­ках (при максимальном давлении в камере сгорания Р_г до 150 МПа) и температуре до 250 °С (даже в сверхна-груженных моторах автомобилей, участвующих в гонках «Формулы-1»). Для обеспечения необходимой долговеч­ности кольца покрывают гальваническим пористым хро­мом. Известно, что обыкновенный хром обладает высо­кой износостойкостью, но плохо смачивается маслом, Пористый хром может, как губка, удерживать масло, что позволяет выдерживать нагрузки, недоступные материа­лам с плотным покрытием, особенно в период приработ­ки. Одна из последних разработок фирмы «ВМПАвто»-металлоплакирующий препарат Remteka.

Так как маслорастворимые соли пластичных металлов (меди, олова) и глицерин (часто входящий в состав метал­лоплакирующих присадок и поглощающий воду) обладают повышенными коррозионными свойствам, то в их состав добавляют такие ингибиторы коррозии, как аминопара-фин, АКОР-1 и др.

Наиболее известными ионными металлоплакирующи-ми композициями являются медьсодержащие препараты типа МКФ-18 (в розничную продажу не выпускаются), а также оловосодержащий препарат СУРМ-ВК (ООО «Пиотр», Санкт- Петербург).

В 2004 году фирма Shell Car Care Internaional Ltd (Ве­ликобритания) впервые представила на российском рын­ке собственный ионный реметаллизант для двигателя Remetallisant Moteur под торговой маркой Blue Coral.

Практически все фирмы-производители препаратов подкапотной автохимии выпускают добавки к трансмис­сионным маслам и пластичные смазки-восстановители. Характеристики наиболее известных реметаллизантов пред­ставлены в табл. 5.

Характеристики наиболее известных реметаллизантов

Таблица 5

Препарат	Производитель, страна, регион	Назначение	Состав, комментарий
Motor Healer	Fine Metall Powders, Россия	Уменьшение износа деталей, увеличение мощности, уве­личение ресур­са двигателя	Препарат на основе порош­ков пластичных металлов
Remteka	ООО НПК «ВМПАвто», Россия	Безразборное восстановление двигателя, снижение тре­ния и износа	Добавка к мо­торным маслам на основе по­рошков пластич­ных металлов
Renom Engine	НПФ «Лабора­тория трибо-технологии», Россия	Восстановление компрессии в двигателе без его разборки, повышение качества и со­кращение про­должительности приработки	Маслораство-римый комплекс пластичных ме­таллов. Не за­держивается фильтром и не выпадает в осадок

Продолжение табл. 5

Препарат	Производитель,	Назначение	Состав, комментарий
СУРМ-ВК	OOO «Пиотр», Россия	Восстановление компрессии и давления масла в двигателе, а также работо­способности деталей без их разборки	Олово- и медь­содержащие компоненты. Могут вводиться непосредствен­но в камеру сгорания
Motor Active Remetallizer	ActexS.A., Швейцария	Снижение и частичное вос­становление де­талей двигателя (гильз цилинд­ров, вкладышей коленчатого вала, подшипни­ков и т. д.)	Полностью мас-лорастворимый масляный реме-таллизант
Metalyz 8, Lubrifilm Motor Active	ActexS.A., Швейцария	Восстановление гильз цилиндров, вкладышей ко­ленчатого вала и других дета­лей двигателя созданием металлической композиционной пленки	Порошковая медно-свинцо-во-серебряная добавка для двигателей ра­бочим объемом от 3 до 6 л и про­бегом от 50 до 150 тыс.км
Remetallisant Moteur	Shell Car Care Internaional Ltd (торговая мар­ка BlueCoral), Великобрита­ния	Снижение интенсивности изнашивания и потерь на тре­ние в трущихся деталях двига­теля	Полностью мас-лорастворимый препарат, обра­зующий на по­верхностях тре­ния защитные пленки

При применении препаратов этой группы необходи­мо учитывать следующие особенности:

1. В отношении совместного применения хрома и ди­сульфида молибдена отметим, что в классическом трибо-техническом понятии эти компоненты антагонистичны. При высоких нагрузках хром проявляет свойства металло-плакирования, для чего необходимы ювенильные поверх ности (свободные от оксидных и других пленок), а дисуль­фид молибдена эти поверхности пассивирует (снижает поверхностную энергию), а также препятствует непосред­ственному контакту активного хрома и трущейся поверх­ности. То же можно отнести и к совместному применению цинка и дисульфида молибдена в многоцелевой металло-плакирующей смазке МС 1000.

2. При применении препаратов на основе ультрадис­ персных порошковых материалов необходимо учитывать, что частицы, введенные в смазочный материал в виде до­ бавок, взвесей (например, реметаллизантов РиМЕТ, «Ре­ сурс», Lubrifilm, «Супермет» и др.)» могут быть центрифу­ гированы как фильтрами тонкой очистки (центрифугами дизелей), так и коленчатым валом. Это может привести к забиванию основной масляной магистрали двигателя (каналов коленчатого вала). Поэтому наиболее прогрес­ сивно направление ионных металлоплакирующих препа­ ратов, поскольку они максимально безопасны и стабиль­ ны по своим свойствам даже при попадании в базовое масло топлива и воды (что как раз чрезвычайно актуаль­ но на изношенных автомобилях).

3. Существует критическая концентрация соединений, обладающих восстановительной способностью, выше ко­ торой из-за быстрого восстановления оксидных пленок в зоне трения вероятность «намазывания» возрастает. В этом случае при проведении износных испытаний от­ мечается повышенная интенсивность изнашивания. За­ вышенные концентрации могут приводить к восстанов­ лению ионов металлов и их выпадению в осадок, а также к повышению коррозионных свойств композиций базо­ вого смазочного материала и восстановителя.

Следует отметить, что образование устойчивых за­ щитных металлических пленок — достаточно продолжи­ тельный (постепенный) процесс, поэтому при испытаниях, а также при штатной работе техники может не наблюдать­ ся резкого (внезапного) улучшения эксплуатационных показателей, но обязательно отмечается их положитель ная динамика, существенно влияющая на повышение на­дежности и ресурса узлов и агрегатов техники.

Определенный интерес вызывают проведенные авто­ром исследования ряда отечественных и зарубежных мо­торных масел методом рентгеноспектрального флуорес­центного анализа (РСФА) на бездифракционном анали­заторе «БАРС-3» (табл. 6). Принцип действия анализатора основан на возбуждении и регистрации характеристиче­ского флуоресцентного излучения химических элемен­тов, входящих в состав анализируемых веществ.

Таблица 6

Относительное среднее содержание пластичных металлов в раде моторных масел, определенное методом РСФА (имп/с)

Марка масла	Фирма-производитель, страна	Железо	Медь	Цинк	Свинец
М-8-В	Россия	469	210	663	1732
М 6/312 Г,	Россия	455	200	639	1625
«Спектрол глобал Плюс» SAE 15W-30	«Спектр-Авто», Россия	481	223	1021	1733
Havoline Formula 3 SAE 15W-40	S.A. Texaco, Бельгия	604	300	1323	2291
Shell Helix SAE 10W-40	Shell, Велико­британия	483	205	959	1796
Mobil oils SAE 10W-40	ExxonMobil, США	498	213	1155	1793
Agip SINT 2000 SAE 10W-40	Agip, Италия	521	220	1298	1896
Superfleet SAE 15W-4	Transmarol, Ве­ликобритания	525	219	1047	1920

Эти исследования показали, что высокие триботехни-ческие свойства зарубежных моторных масел могут быть обусловлены наличием в их составе маслорастворимых комплексов пластичных металлов. В моторных маслах, выпускаемых ведущими зарубежными фирмами, при по­вышенном содержании свинца концентрация ионов цинка в 1,5—2,0 раза выше, чем в отечественных. В то же время следует отметить, что, за исключением моторного масла Havoline Formula 3 (S.A. Texaco, Бельгия), в них не зарегистрировано повышенного содержания соединений меди. Это указывает на отсутствие за рубежом однознач­ного мнения об эффективности влияния металлоплаки-рующих соединений меди, цинка и свинца на триботех-нические параметры трущихся соединений. Утверждается, что медь и ее соединения повышают кислотность смазоч­ных материалов, что приводит к повышению окислитель­ных процессов и снижению функциональных свойств ре­зинотехнических и полимерных деталей.

Полимерсодержащие добавки

Добавки так называемой подкапотной автохимии, со­держащие в своем составе политетрафторэтилен (ПТФЭ или тефлон), перфторполиэфир карбоновой кислоты (эпи-лам), фторопласт-4, перфторпропиленоксид, полисилоксан (силикон) и др., следует выделить в отдельную группу — полимерсодержащие препараты, или модификаторы.

В тридцатые годы прошлого века американский ин­женер норвежского происхождения Оле Бардаль разрабо­тал и внедрил революционный на тот момент принцип смазывания. Он был основан на феномене поляризации молекул смазочного материала, что позволяло слою смаз­ки притягиваться к любым металлическим поверхностям, создавая защитную пленку. Разработка оказалась столь эффективной, что американская армия наложила на нее гриф «Секретно» вплоть до конца Второй мировой войны. Эти исслддования можно считать первым прообразом но-

вого направления в производстве сма^очииу. и автохимии — поляризованных соединений. В настоя­щее время фирма Bardahl продолжает дело своего основа­теля, производя целый спектр продуктов автохимии.

В конце пятидесятых годов прошлого века британ­ские ученые X. Германе и Т. Иган обнаружили образова­ние органических отложений (загрязнений) на релейных контактах телефонной и телеграфной связи. На основа нии специальных высокоточных испытаний ими был< установлено, что отложения в зоне контакта образуются вследствие химических превращений паров органически; веществ, выделяемых некоторыми изоляционными ма териалами. Во всех экспериментах отложения снижал! коэффициент трения в контактной паре. Поэтому был< предложено называть их «полимерами трения» (frictiona polymers).

В конце прошлого столетия за рубежом получила из вестность и имела достаточно длительное и широко* применение специальная жидкость SLIK-50, разработан ная англичанином Нейлом Греттоном и производящаяся в Великобритании. Получив права на SLIK 50, фирма Shel продолжила выпуск на рынок автохимии серии препара­тов под данной торговой маркой. В настоящее время из­вестна современная разработка SLIDER 2000 PTFE. Как указано в рекламных проспектах фирмы-производителя, этот препарат позволяет существенно повысить надежность обработанных узлов и агрегатов и может применяться как добавка к моторным маслам, а также вводиться во впуск­ной коллектор двигателя в виде аэрозоли.

В настоящее время наиболее распространены препа­раты этой группы на основе ПТФЭ (химическая форму­ла — (C₂F₄)_W, где п — 1000... 10 000). Применение тефлона обусловлено тем, что он занесен в Книгу рекордов Гин­несса как самый скользкий материал в мире.

Обладатель зарегистрированной торговой марки Teflon и один из первых производителей тефлоновых препара­тов автохимии (DLX-600 и др.) — американская корпора­ция DuPont de Neumours & Company, которая в настоящее время прекратила выпуск препаратов этого класса. В офи­циальном заявлении представителя фирмы указывается: «Тефлон не пригоден как ингредиент для двигателей внут­реннего сгорания». Возможно, поэтому тефлоновые пре­параты уже почти 20 лет сняты с вооружения американ­ской армии Полимерсодержащие препараты используются для по­вышения надежности и экономичности двигателей и мо­гут быть применены посредством «специальной обработ­ки» (введением аэрозолей через впускные трубопроводы дизелей или карбюраторы бензиновых двигателей) или в качестве добавки к моторному маслу. Для этого необхо­димо:

1. Полностью слить отработанное масло и заменить масляный фильтр.

2. Тщательно взболтать содержимое емкости с препа­ ратом в течение 3—5 мин.

3. Ввести препарат в установленной пропорции в при­ готовленный к заправке объем моторного масла: 4% SLIDER 2000 PTFE в 96% масла или 17% NU-Power в 83% масла.

4. Тщательно перемешать полученный состав и залить в маслозаливную горловину двигателя.

5. Немедленно пустить двигатель и проехать не менее 10-15 км или оставить мотор работающим на 25—30 мин.

6. Не менять масло на протяжении пробега 5 тыс. км для лучшей обработки всех деталей двигателя.

По данным изготовителей, в процессе обработки ПТФЭ покрывает трущиеся поверхности деталей, что заменяет трение металла о металл трением полимера по полимеру. Приводимые в проспектах препаратов SLIDER 2000 PTFE treatment team (Великобритания), NU-POWER и Antifric­tion PTFE (США) и др. данные указывают на значитель­ное увеличение сроков службы обработанной полимерами техники, снижение расхода топлива и смазочных мате­риалов.

Делались попытки создания подобного соединения на основе ПТФЭ и у нас в стране. Широкую реклам­ную кампанию вели авторы «Аспект-модификатора» на основе перфторпропиленоксида (химическая формула — CF₃CF₂O[CF(CF3)CF₂O]_WCF(CF₃)COF, где п = 15...55), а также «Универсального модификатора», производимых российскими фирмами «Амтек» и «Автоконинвест». Пре-3 параты предлагалось вводить в моторные и трансмиссм онные масла. Как в свое время заявляли разработчик* данные препараты изначально были созданы для приме нения в армейской технике в условиях боевых действий когда вопрос сохранения межремонтного ресурса не ста вится. Возможность длительной эксплуатации автомоби лей на таких препаратах, как показала действительное^ детально не исследовалась. Видимо, этим можно объяс нить множество негативных «аспектов» их применения.

Новосибирская компания «Новофорум» выпускал группу специальных противоизносных препаратов марк «Форум», содержавших поверхностно-активированны фторопласт-4 (химическая формула — (C₂F₄)_WCOF, гд «=100—1000). Достоинством данных препаратов, раз работанных в Институте химии Дальневосточного отде ления РАН, можно считать их невысокую стоимость, 5—6 раз меньшую по сравнению с западными аналогами Кроме того, минимальный размер частиц ПТФЭ у рос сийского препарата составляет менее 1 мкм, что позволя ет беспрепятственно проходить через ячейки масляной фильтра (диаметром около 10 мкм) автомобиля и дли тельно удерживаться в смазочном материале во взвешен ном состоянии.

В настоящее время имеется возможность производств* волокон политетрафторэтилена диаметром всего 40-60 щ при длине несколько микрометров. На рис. 7 представле­ны нановолокна ПТФЭ. Изображение получено по элек­тронно-лучевой технологии.

Некоторые фирмы заявляют о применении в своих препаратах эпиламных полимерных соединений. Наи­более известные — «Универсальный модификатор-2» производства ЗАО «Автокон» (Россия) и серия препара­тов под торговой маркой Energie 3000 производства одно­именной фирмы (Франция).

Эпиламные препараты Energie 3000, как заявляют производители, изначально были разработаны по заказу заводской гоночной команды VX Racing группы Renault

для участия в международных ралли, где были достаточно успешно апробированы и только затем перешли в роз­ничную торговлю.

Особенность применения препаратов этой марки за­ключается в том, что они должны вводиться примерно за 1000 км до смены моторного масла. Затем масло с препа­ратом сливается, двигатель промывается промывочными маслами и заправляется новым маслом. Таким образом, не­обходимая обработка трущихся соединений, как утверж­дают разработчики, происходит до смены масла, и допол­нительного введения препарата не требуется.

Во-первых, за счет таких мероприятий достигается очистка систем двигателя от образовавшихся шламов, на­гара и лаков. Во-вторых, из системы удаляется неизрас­ходованный (не осевший) полимерный компонент, даль­нейшее нахождение которого в двигателе нежелательно из-за опасности коагуляции (слипания) и блокировки масляного фильтра и приемного грибка масляного насо­са. По данным руководителя направления «Трибология и надежность ДВС» Санкт-Петербургского государствен­ного политехнического университета А. Ю. Шабанова такое явление ранее наблюдалось и при использовании полимерсодержащего препарата «Аспект-Модификатор». В-третьих, применение нового моторного масла создает видимость высокой эффективности от использования уже слитого вместе с отработавшим маслом препарата, что, конечно, не совсем корректно относить только к резуль­татам обработки.

Из эпиламных составов, применяемых для промыш­ленной обработки поверхностей, наиболее известен эпи-лам марки 6-СФК-180, представляющий собой 0,5-про­центный раствор перфторполиэфира карбоновой кислоты общего вида R_FCOOH (где R_F — фторсодержащий радикал) в хладоне 113 (трифтортрихлорэтане). В процессе приме­нения эпиламных препаратов они могут образовывать так называемые структуры Ленгмюра в виде перпендикуляр­но ориентированных к поверхностям трения спиралей (рис. 8).

Эпиламные структуры, по данным разработчиков, способны надежно удерживать в зоне трения смазочный материал и в связи с этим значительно снизить интенсив­ность изнашивания и коэффициент трения обработан­ных подвижных соединений. Однако таким препаратам, основанным на фторорганике, присущи как положитель­ные, так и отрицательные свойства.

Рис. 8. Фрагменты структуры Ленгмюра на поверхностях трения:

1 — смазочный материал; 2 — спиралевидные молекулы эпилама; 3 — трущиеся поверхности

При тяжелых режимах работы соединений, приводя­щих к росту температуры и образованию очагов схваты­вания, фторорганические соединения вступают в реакцию с ювенильными поверхностями с образованием фто­рида железа, что обеспечивает высокие противозадирные свойства и снижение интенсивности изнашивания по­верхности трения.

Рассмотрим более подробно силиконовые препараты. Силиконы, или полисилоксаны — это полимерные крем-нийорганические соединения, каучуки и смолы, находя­щие все более широкое применение в качестве специаль­ных смазочных материалов, используемых для производ­ства синтетических моторных масел. Их основу составляет цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода. Углеводородные и другие органические радикалы раз­личного структурного строения занимают боковые связи атомов кремния. Наибольшее практическое применение в качестве смазочных материалов находят полимеры с метильными радикалами (метилполисилоксаны) и этиль-ными радикалами (этилполисилоксаны).

Кремнийорганические полимерные жидкости не име­ют запаха, сильно различаются по вязкости, температуре кипения и замерзания. Они очень термостойки, и если горят, то с большим трудом, мало подвержены воздей­ствию воды, большинства химических и физических фак­торов, разрушающих обычные органические материалы. Данные жидкости практически не влияют на большин­ство таких органических материалов, как пластмассы, каучуки, краски или живые ткани и организмы. Крем­нийорганические жидкости — это хороший электроизо­ляционный материал. Они прозрачны и обладают гидро­фобными свойствами.

Такое редкое сочетание физических свойств позво­ляет использовать их в присадках для моторных масел, для изготовления различных смазочных веществ, гидрав­лических и демпферных жидкостей, используемых в ши­роком диапазоне положительных и отрицательных тем­ператур, в кулинарии в составе варенья и джемов (для предупреждения вспенивания), в косметике, лакокрасоч­ных покрытиях, для пропитки одежды и обивочных тка ней, в пленках, покрывающих стенки сосудов для хране­ния некоторых жидких лекарств, чувствительных к кон­такту со стеклянной поверхностью, в составе мебельных и автомобильных полиролей, медицинском оборудовании, производстве асфальта и т. д. Тонкие пленки, оставляе­мые после обработки поверхности кремнийорганически-ми полиролями и пропитанными ими полировальными тканями, обладают исключительными пыле- и водооттал­кивающими свойствами. Поверхность после такой обра­ботки не смачивается водой и легко очищается от грязи.

Полисилоксаны (полиорганосилоксаны) отличаются низкой температурой застывания, имеют пологую вязко­стно-температурную кривую, термостабильны. Эти сма­зочные материалы и препараты на их основе химически инертны, не вызывают коррозии стали, чугуна, цветных сплавов даже при нагревании до температуры 150 °С.

Кремнийорганические полимерные жидкости исполь­зуются и в чистом виде. Точность чувствительных при­боров и устойчивость их к повреждениям часто повыша­ются, если в качестве амортизирующих жидкостей при­меняются кремнийорганические полимеры. Хорошо по­добранная жидкость устраняет нежелательные дрожание и скачки указательной стрелки, даже если прибор испыты­вает значительные вибрации. Кремнийорганические жид­кости позволяют снять вибрацию маховиков в двигателях различных типов: от автомобильных моторов до локомо­тивных дизелей. Данные полимеры обладают хорошей сжимаемостью, что дает возможность применять их в жид­костных амортизаторах.

Недостатки препаратов этой группы — низкая смазы­вающая способность и слабые противоизносные свойст­ва, которые должны повышаться введением в жидкость дополнительных присадок. Поэтому полисилоксаны более перспективны в качестве рабочих жидкостей в гидравличе­ских системах и гидроамортизаторах, а также при изготов­лении пластичных смазочных материалов и добавок к ним.

Назначение наиболее известных полимерсодержащих препаратов приведено в табл. 7

Таблица 7

Наиболее известные полимерсодержащие препараты

Препарат	фирма-производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
«Универсаль­ный модифи-катор-2»	ЗАО «Автокон», Россия	Снижение длительности обкатки, повышение износостойкости соединений, компрессии и мощности двигателя, снижение расхода топлива и смазочных материалов	Содержит жидкие эпиламы, по­крывающие трущиеся поверх­ности молекулярной пленкой спиралевидной формы
Forum	ООО «Новофо-рум», Россия	Увеличение ресурса техники, снижение расхода топлива и масла	Содержит поверхностно-акти­вированный фторопласт
SLIDER 2000 PTFE Complex Concentrate	Fuel Additive Supplies LTD ISLE of MAN, Великобритания	Увеличение срока службы новых и с пробегом двигателей за счет уменьшения износа тру­щихся поверхностей, потерь на трение и т. д.	Антифрикционный препарат на основе ПТФЭ, используется че­рез каждые 80-100 тыс, км про-. бега
SLIK-50	Shell Car Care International Ltd, Великобритания	Увеличение ресурса двигателя за счет уменьшения износа трущихся поверхностей двигателя, снижение вибрации	Антифрикционный препарат на основе ПТФЭ, используется че­рез 80-100 тыс. км пробега
Polyflon Motor Guard	StepUp Brends Inc., США	Восстановление компрессии, стабилизация давления масла, подвижности поршневых колец, облегчение запуска двигателя, увели­чение срока службы и мощности двигателя	Активированные частицы ПТФЭ, антиокислительные, противоиз-носные, антифрикционные и стабилизирующие присадки
Abro Lube	Abro Ind. Inc., США	Защита от износа для бензиновых и дизель­ных двигателей с пробегом до 80 тыс. км	Частицы тефлона
Antiusure Moteur Preventif	Energie 3000, Франция	Создает противоизносный слой, восстанав­ливает компрессию и свойства масла, позво­ляет увеличить остаточный ресурс двигателя	Эпиламные составляющие. Рас­считан на 15 тыс. км пробега. За­ливать за 1000 км до замены масла

Анализ полимерсодержащих препаратов показывает, что, несмотря на имеющие место положительные резуль­таты, существует целый комплекс серьезных проблем при их широком использовании.

1. Лабораторные исследования и длительные эксплуа­ тационные испытания тефлонового препарата SLIDER 200C PTFE, проведенные в Институте автомобилей и прицепов в Радоме (Польша), выявили ряд негативных последст­ вий использования данного восстановителя. Было уста­ новлено, что образовавшееся тефлоновое покрытие на поверхностях трения может постепенно насыщаться мел­ кодисперсными частицами износа и абразива. В резуль­ тате формируется подобие абразивного круга с пластич­ ной матрицей из полимера и режущего инструмента из застрявших сверхтвердых сплавов металлов, образовав­ шихся при схватывании трущихся поверхностей. Трение полимер по полимеру может перейти к трению в режиме абразивный круг — деталь.

2. Отмечается также, что применение, например, пре­ парата SLIDER 2000 PTFE способствует образованию смо­ листых отложений с белым налетом и нагара на днищах поршней и поршневых кольцах. Похожие отложения на неработающих и нежелательных поверхностях, в том чис­ ле на фильтрах и каналах коленчатого вала, отмечаются и при использовании некоторых других полимерсодержа­ щих препаратов.

3. Рекомендуемые концентрации многих полимерсодер­ жащих препаратов для введения в моторное масло необос­ нованно высоки (например, массовая доля SLIDER 2000 PTFE составляет 4%; NU-POWER — 25%), что может су­ щественно сказываться на общих химмотологических свойствах базового масла.

4. На новых автомобилях с жесткими допусками на изготовление- трущихся соединений (в первую очередь это касается японских машин) применение полимерсо­ держащих препаратов, особенно с тефлоном, может при­ вести к «забиванию» масляных каналов коленчатого вала и отказу двигателя. В связи с этим в инструкциях по при­менению ряда полимерсодержащих препаратов указыва­ется: «Не применять в период обкатки!» Учитывая близ­кий состав и механизм действия, целесообразно это пре­дупреждение распространить на все препараты этой группы.

5. Как отмечается разработчиками, примененный од­ нажды полимерсодержащий препарат может находиться на трущихся поверхностях до 80 тыс. км пробега и блоки­ ровать применение других ремонтно-восстановительных препаратов и технологий, так как они либо не окажут никакого влияния на состояние обработанного узла, либо могут осесть в уже суженных тефлоном каналах и фильтрах.

6. Следует отметить, что в настоящее время в странах Западной Европы и США применение в автохимии пре­ паратов, содержащих фторсодержащие материалы, крайне ограничено. Это вызвано тем, что при их горении воз­ можно образование в отработавших газах ядовитых хими­ ческих соединений, близких по составу к боевым отрав­ ляющим веществам.

Геомодификаторы (ревитализанты)

В настоящее время рядом научно-технических цент­ров разрабатывается новое направление в автохимии и трибологии, названное «геотрибология» (от греч. геос — земля). В геотрибологии рассматриваются трение, износ и смазывание в условиях применения различного рода минералов и других соединений геологического проис­хождения.

Цель работ в этом направлении — создание специаль­ных добавок в топливно-смазочные материалы на базе металлокерамических соединений, которые могли бы всту­пать во взаимодействие с контактируемыми (трущимися) участками деталей и формировать на них металлокера-мический слой (частично восстанавливающий дефекты поверхностей трения), а также обладать высокими анти­фрикционными и противоизносными свойствами. Такие материалы, имеющие в основе, главным образом, из­мельченный и модифицированный серпентит, а также другие минералы естественного и искусственного проис­хождения, получили наименование геомодификаторы.

Началом исследований в данном направлении стало необычное явление, обнаруженное в Советском Союзе при бурении сверхглубокой скважины на Кольском полу­острове. Было выявлено, что при прохождении буровым инструментом (долотом) горных пород, богатых минера­лом серпентином (змеевиком), ресурс режущих кромок инструмента резко увеличивался.

Серпентин — группа минералов одинакового состава, но разной симметрии. В природе встречаются гранатовые (пиропные), бронзовые, дунитовые (бедные железом, жел­тые, зеленые) и никелевые серпентиниты (богатые нике­лем). Они представляют собой силикаты магния, иногда железа. Все серпентины — зеленые минералы, имеющие слоистую структуру, отдаленно напоминающую графит, которая различима лишь под электронным микроскопом (рис. 9).

По минеральным видам серпентин подразделяется на антигорит, хризотил (клинохризотил, ортохризотил,

па-рахризотил) и лизардит.

Рис. 9. Минерал серпентина (а) и волокна хризотила под электронным микроскопом (б)

Химический состав серпентина: MgO — 43%, SiO₂ -44%, Н₂О — 12,1... 12,9%. В серпентине содержится консти­туционная вода, представленная ионами гидроксила (ОН) -и в единичных случаях ионами Н⁺, располагающимися в узлах кристаллической решетки. Эта вода прочно удер­живается минералом при комнатной температуре, но вы­деляется при нагревании минерала в температурном ин­тервале от 300 до 1300 °С. Выделение воды сопровождает­ся разрушением кристаллической решетки минерала.

Кристаллизационная (или кристаллогидратная) вода со­держится в минералах (например, гипсе — Ca(SO)₄ 2H₂O) в виде молекулы Н₂О, которая входит в их структуру. Серпентин, (независимо от вида) не содержит кристалли­зационной воды, и поэтому объяснения того, что проти-воизносный эффект от вводимого серпентина в смазоч­ную среду вызван наличием определенного количества кристаллизационной воды, являются несостоятельными.

Отличия между компонентами серпентина, скорее всего, заключаются в параметрах кристаллической решет­ки. Рентгенофазовый анализ геомодификаторов показы­вает, что эти составы бывают двух видов: один содержит 75—80% лизардита и 10—15% хризотила, другой — 10—15% лизардита и 75—80% хризотила.

Специфика строения слоистых силикатов (рис. 10) — в наличии пакетов, которые состоят из гексагональных сеток-слоев, связанных друг с другом очень слабыми свя­зями. Это и определяет свойства таких минералов: низ­кую твердость, весьма совершенную спайность и расщеп-ляемость на тонкие пластинки.

Рис. 10. Слоистая структура строения серпентина

Изучение резкого увеличения ресурса режущих кро­мок у буровых инструментов было организовано в конце 80-х годов прошлого столетия в ленинградском институте «МеханОбр» под руководством академика В. И. Ревнив-цева и при участии Т. Л. Маринич. Было установлено, что данный эффект — следствие разложения серпентина в зоне бурения с дополнительным выделением большого количе­ства тепловой энергии. В результате наблюдался разогрев материала шарошки бурового долота, диффузия в него разложившихся элементов минерала и образование ком­позиционной металлокерамической структуры, обладаю­щей высокой твердостью и износостойкостью.

Работы над созданием препаратов на базе серпен­тина продолжил коллектив ученых из научно-произ­водственной инновационной фирмы «Энион-Балтика» (Санкт-Петербург). В результате был разработан препа­рат, названный НИОД (направленная ионная диффузия). В январе 1993 года выпустили первый ремонтно-восста-новительный состав (РВС) на базе Кольских серпенти­нитов.

В настоящее время в этом направлении работает ряд отечественных и несколько зарубежных фирм — краткие характеристики производимых ими препаратов представ­лены в табл. 8

Наиболее известные марки геомодификаторов

Таблица

Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
NIOD-5	ООО «Энион-Балтика», Россия	Обработка поверхностей трения независи­мо от способа нагружения и типа пар трения	На основе сили-катно-керамиче-ской композиции. Процесс направ­ленной ионной диффузии

Продолжение табл. 8

Препарат	Производитель, страна	Назначение		Состав, комментарий
Practex	Компания Newmen, Россия	Получение на по­верхности трения металлокерами-ческого покрытия с высокой микро-твердостью, из­носостойкостью и коррозионно-стойкостью		Синтезатор ме­таллов. Силикат-но-керамическая композиция. Добавляется в носитель сма­зочных материа­лов и технологи­ческих сред
ОМКА	«И. С. Лабора­тория», Россия	Получение на поверхностях трения защитного органометалло-керамического покрытия, обла­дающего высо­кой микротвер­достью и износо­стойкостью		ОрганоМеталло-Керамика Актив­ная (ОМКА). Сва-рочно-смазочный ремонтно-защит-ный состав. Рас­считан на 75 тыс. км для двигателя или 150 тыс. км для трансмиссии
Supro	ООО «НИЛ Триботех», Россия	Восстановление изношенных поверхностей, увеличение ре­сурса, экономия топлива и смазоч­ных материалов, снижение затрат на ремонт и ТО		Содержит ред­кие природные минеральные компоненты, об­разующие на по­верхностях тре­ния металлокера­мику
RVS (ремонтно-восстано-вительный состав)	RVS Тес Оу, Финляндия (по лицензии НПО «Руспром-ремонт», Россия)	Получение на поверхностях трения и контакта деталей машин металлокерами-ческого защит­ного слоя (МКЗС) достаточной тол­щины для компен­сации износа		Мелкодисперс­ные (10-50 мкм) многокомпонент­ные сухие смеси, силикатные соединения в различных кристаллических и аморфных фазах
Гель-реви-тализант для двига­телей	Химический концерн «ХАДО», Украина		Формирование на поверхности трения металло-керамического покрытия с вос­становлением поверхностей, повышение характеристик двигателя	Эстеры, атоме ный синтетиче ский ревитали зант, образуюи металлокерам ческое покрыт
Ретол	ООО НПП «SintA», Украина		Создание на поверхностях трения высоко­прочной противо-износной пленки, так называемого «пленочного зеркала сколь­жения», с низкой шероховатостью и коэффициентом трения	Природные mw ралы, смешанн в строго опред« ленных, тщател^ но подобранны пропорциях

Рассмотрим более подробно химический состав ге модификаторов, а также механизм действия и основы] свойства получаемых защитных покрытий.

В основе метода лежит способность триботехнич ских составов при определенных условиях диффундир< вать в глубину приповерхностного слоя металла атоме углерода, вызывая упрочняющие его дислокации (воз никновение «булатного» эффекта). Основа этих соста вов — синтетические порошки оксидов металлов-катали заторов. В состав порошков входят следующие серпента-низирующие ультрабазиты: амфибол, биотит, ильнетит, магнантит, коротковолокнистый асбест, лизоргит, пир­ротин, петрандит, серпентин, тальк, альфа-, орто- и кли-нохризотил, халькопирит и т. д. Кроме того, в триботехническую смесь могут добавляться следующие минералы: каолинит, доломит, графит, шунгит. В дальнейшем ис­следования пошли по нескольким направлениям.

Точный компонентный и количественный состав сво­их разработок фирмы стараются держать в строжайшем секрете, поэтому мы можем привести только результаты независимых исследований препаратов сторонними фир­мами и литературно-патентные данные.

В соответствии с патентом России геомодификатор может иметь следующий состав:

• серпентиновый асбест — 10—60%;

• шпинель — 10—60%;

• дисульфид молибдена — 1—20%;

• вода — не более 5%;

• редкоземельные катализаторы — остальное.

Анализ фазового ремонтно-восстановительного соста­ва рентгенодифрактометрическим методом на дифракто-метре ДРОН-3 дает основание сделать вывод, что он со­держит фазы серпентинита, а также, возможно (в незна­чительных количествах), кремнезем и доломит.

В качестве основы (и в определенной степени раство­рителя) в геомодификаторах, например ГТМ-технологии, основанной на свойствах состава ГТМ (геокомпаунд тон­кодисперсный механохимический), используется 38,5% осветительного керосина и 60% полусинтетического мо­торного масла 10W-40.

Для повышения эффективности образования геомо­дификаторами керамических защитных покрытий в каче­стве дисперсионной среды некоторые авторы предлагают дополнительно к силикатам металлов (антигорит — есте­ственный силикат магния, ревдинскит — минерал, смесь силикатов магния и никеля и др.), измельченным до ве­личины зерна от 1 до 10 мкм, добавлять мономеры с не­предельными связями (диметиловый эфир малеиновой кислоты, пропиоловую кислоту и др.).

В геомодификатор на основе аморфной двуокиси крем­ния, магниевых силикатов, ферросиликатов и алюмоси ликатов (величиной зерна до 40 мкм) в качестве катал] затора также могут добавляться промышленно произв< димые графит и черный углерод.

Рассмотрим порядок применения некоторых MeTaj локерамических материалов и механизм их восстанавлр вающего действия.

Для машин с разной степенью износа и пробегом с 50 тыс. км и выше рекомендуется:

1. Слить старое масло, промыть двигатель.

2. Залить новое масло и прогреть двигатель до темпе ратуры охлаждающей жидкости 70—80 °С.

3. Исключить подачу топлива в карбюратор или сие тему впрыска и выработать весь бензин, оставшийся карбюраторе или системе впрыска.

4. Вывернуть свечи и через свечные отверстия ввест в каждый цилиндр по 5—10 мл ремонтно-восстановитель ного состава.

5. Не вворачивая свечи, стартером пять-шесть раз про вернуть коленчатый вал двигателя (по 10 с с интервалов между попытками в 30—40 с).

6. Ввернуть свечи, подать топливо в карбюратор шп систему впрыска и запустить двигатель.

7. Оставшийся состав влить в маслозаливную горло вину. Поднять обороты коленчатого вала двигателя дс 3000—3500 об/мин и поддерживать их в течение 10—15 мин По данным производителя, это очень важный момент об­ работки, так как снижение оборотов двигателя или его остановка могут существенно снизить результат.

8. Произвести замену масляного фильтра после про­ бега 1500-2000 км.

Некоторые фирмы рекомендуют применять геомоди­фикаторы и для новых автомобилей. В этом случае состав вводится непосредственно в моторное масло при соблюде­нии остальных требований по обработке, а смену масляно­го фильтра рекомендуется производить после 5000—6000 км пробега. Восстановление и упрочнение подвижных соединений металлокерамическими материалами осуществляется за счет формирования на поверхностях трения структур по­вышенной прочности, подавления процессов водородного изнашивания и охрупчивания металла, а также повыше­ния термодинамической устойчивости системы «поверх­ность трения — смазочный материал». Введенные в сис­темы двигателя поверхностно-активные вещества (ПАВ) металлокерамического восстановителя подготавливают поверхности трения химически (катализ) и физически (суперфиниш), очищая их от нагара, оксидов, отложений и т.д.

Для получения необходимого эффекта от применения геомодификатора, как отмечают разработчики, должно про­изойти его разрушение по формуле Mg₆{Si₄Oi₀}(OH)₈ => 3Mg₂{Si0₄} + SiO₂ + 4Н₂О. До этого времени серпентин работает, как простой абразив.

После разложения геомодификатора в очищенной зоне трения вместе с катализатором внедряются его керамиче­ские и металлокерамические частицы (фибриллы). Зона контакта обедняется свободным водородом, а поверхност­ные слои вследствие диффузии изменяют свою структуру и увеличивают прочность в несколько раз. В процессе дальнейшей работы на поверхностях трения формируется органно-металлокерамическое покрытие, частично вос­станавливающее дефекты поверхности трения и обла­дающее высокими антифрикционными и противоизнос-ными свойствами.

Металлокерамический защитный слой, сформировав­шийся на поверхностях трения, может обладать достаточ­но уникальными триботехническими характеристиками: микротвердостью 65—72 HRC; шероховатостью 0,1—0,3 мкм; коэффициентом трения 0,003—0,007; температурой раз­рушения 1700-2000 °С.

Установлено, что при применении геомодификаторов в ДВС наблюдается некая оптимальная точка (момент времени) в процессе обработки, когда регистрируемый эффект достигает своего оптимального значения. Про­должение процесса обработки, как указывают некоторые исследователи, может привести к ряду негативных послед­ствий:

1. Исследованиями, проведенными в триботехниче- ской лаборатории фирмы «ВМПАвто» по «методу энерге­ тических потоков», установлено, что геомодификаторы увеличивают износ хромированного кольца в паре трения хром—чугун в два раза по сравнению с базовым вариан­ том и еще в большей степени — в паре трения вкладыш- шейка коленчатого вала. Это является следствием вдавли­ вания (вкрапления) в более мягкий материал неразложив- шихся частиц геомодификатора и их функционирования как микрорезцов, закрепленных в пластичной матрице.

2. При обработке металлокерамическими материала­ ми наблюдается существенное выделение свободной воды. По данным, приведенным во втором томе «Справочни­ ка по триботехнике. Смазочные материалы, техника смаз­ ки, опоры скольжения и качения» («Машиностроение», 1990 год), повышение содержания воды в моторном мас­ ле всего на 5% приводит к росту интенсивности изнаши­ вания в 10 раз, а при содержании 10% интенсивность из­ нашивания повышается на 30%.

3. Отмечается нарушение температурной стабильности обработанного геомодификатором двигателя вследствие дополнительного теплового сопротивления металлокера- мического слоя отводу тепла от поршня через поршневые кольца. Все это может привести к перегреву двигателя и его отказу, особенно на режимах перегрузок.

4. По этой же причине, наряду со снижением концен­ траций в отработавших газах оксида углерода (СО) и угле­ водородов (СН), наблюдается почти двукратный рост вы­ хода оксидов азота (N0*).

При применении РВС-технологии в периоды при­ работки из-за возросших температур отмечаются случаи дополнительного сверхнормативного выгорания масла и отпуск (снижение прочностных свойств) термообработан- ных поршневых колец 6. Не следует забывать, что большинство геомоди­фикаторов — это взвесь порошковых материалов в со­ответствующем носителе (осветительном керосине, ми­неральном масле и т. д.), которая, как и порошковые реметаллизанты, может задерживаться фильтрами, цен­трифугироваться и выпадать в осадок. Например, при безразборном восстановлении тепловозных дизелей раз­работчиками вообще рекомендуется на период обработки исключать из системы смазки фильтры тонкой очистки (центрифуги) моторного масла.

Из всего этого следует сделать вывод, что наряду с высокой, на первый взгляд, эффективностью геомодифи­каторов и РВС-технологии, остается также множество нерешенных вопросов по их применению. Поэтому при­ведем несколько дополнительных рекомендаций.

1. Показанием к применению должны быть результа­ ты технического диагностирования двигателя, указываю­ щие на то, что степень износа систем, подлежащих обра­ ботке препаратом, составляет не менее 50%.

2. Если пробег после замены масла и масляного фильт­ ра составил более 5000 км, либо качество моторного масла не соответствует эксплуатационным требованиям, а так­ же при наличии отказов деталей в узлах и механизмах автомобиля, подлежащих обработке, восстановительная обработка не рекомендуется.

3. Качественная обработка геомодификатором требует строгого квалифицированного инструментального кон­ троля первого этапа восстановления, поэтому такую об­ работку целесообразнее и безопаснее проходить в авто­ сервисах с выдачей ими гарантий качества обработки.

4. На наш взгляд, геомодификаторы целесообразнее всего применять в элементах трансмиссии и ходовой час­ ти. Обладая высокими водо- и грязеотталкивающими свойствами, они могут существенно снизить износ и тем­ пературу в зоне трения, в том числе и в таких открытых узлах, как шарниры карданных валов, цепная передача мотоциклов и т. Д Кондиционеры поверхности

Отдельная группа РВП — это кондиционеры металла (поверхности). К этой группе вообще следует отнести це­лый спектр различных препаратов автохимии, созданных на базе поверхностно- и химически активных веществ, в том числе традиционно применяемых в смазочных мате­риалах, но официально не именуемых кондиционерами.

Впервые термин «кондиционер» (от англ. condition — условие, состояние) был употреблен еще в 1815 году. Именно тогда француз Жан Шабаннес получил британ­ский патент на метод «кондиционирования воздуха и ре­гулирования температуры в жилищах и других зданиях». Однако только в 1902 году американский инженер-изо­бретатель Уиллис Карриер собрал первую промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в Нью-Йорке. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался не для создания прохлады, а для борьбы с влажностью, ухудшавшей качество печати.

Слово «кондиционер» по отношению к устройству для поддержания нужной температуры и влажности в по­мещении вообще прижилось только у нас в стране. Фак­тически это фрагмент словосочетания air-condition, что в переводе с английского означает «состояние воздуха». В дальнейшем слово «кондиционер» стало применяться в других отраслях, например кондиционер волос, конди­ционер белья, кондиционер металла и т. д.

Собственно, смысл словосочетания кондиционер по­верхности применительно к автохимии можно интерпре­тировать как «препарат и механизм воздействия на про­цессы трения и изнашивания, позволяющие восстановить антифрикционные и противоизносные свойства, а также химический состав (состояние) поверхностей трения, по­средством доставки необходимых компонентов (среды или энергии) за счет введения химически активных веществ».

По имеющимся данным, один из главных компонен­тов автомобильных кондиционеров поверхности — гало-генированные производные углеводородов, соединения, полученные замещением в структурной формуле углево­дорода одного или более атомов галогена (хлора, фтора, брома, йода) равным числом атомов водорода. К актив­ным компонентам таких присадок следует также отнести ряд соединений серы и фосфора.

Наиболее часто в кондиционерах металла применя­ются хлоропарафины, отвечающие по составу предель­ным углеводородам или парафинам С„Н_(2/2+2), в которых один или несколько атомов водорода замещены хлором. Из химических свойств хлоропарафинов наиболее важ­ным и характерным является чрезвычайная подвижность атомов хлора, вследствие чего при действии соответст­вующих агентов хлоропарафины способны снова обме­нивать хлор на водород или другие атомы (группы). Спо­собность эта обусловливает широкое применение хлоро­парафинов для разнообразнейших синтезов, в том числе для препаратов автохимии.

Механизм противозадирного действия хлорсодержа-щих соединений заключается в образовании хлоридов на локальных контактных микроучастках поверхностей тре­ния в условиях высоких удельных нагрузок и скоростей скольжения, особенно в присутствии следов влаги.

Сера и сернистые соединения образуют сульфидную пленку на поверхности металла уже при температуре 200 °С. Эта пленка содержит карбиды и оксиды железа и сульфа­ты железа (вследствие окисления). Толщина образовав­шейся сульфидной пленки зависит от прочности связи серы в молекулах присадки и составляет 300—400 нм. С применением радиоизотопных методов исследований было установлено, что в процессе работы сульфидная пленка непрерывно истирается и восстанавливается, од­нако ее средняя толщина остается постоянной.

Одновременно применение серы и хлора в органиче­ских молекулах несколько снижает коррозионную агрес­сивность хлора. Улучшаются и противозадирные свойства по сравнению со свойствами индивидуальных соедине­ний серы и хлора, но оказывается более сильное корро­дирующее воздействие. Другой химически активный компонент РВП — со­единения фосфора. Металлические соли дитиофосфор-ных (ДТФ) кислот придают смазочным композициям высокие антиокислительные, антикоррозионные, проти-воизносные, а также незначительные противозадирные свойства за счет химических реакций присадок с метал­лом поверхности и образованием на поверхностях трения фосфатов металлов, имеющих высокое сопротивление к сдвигу.

Дитиофосфаты цинка применяют в качестве анти­окислительной и противоизносной присадки. Наиболее широко распространены российские присадки ДФ-11 (50%-ный раствор изобутилизооктилдитиофосфата цин­ка в веретенном масле), а также А-22 — присадка нового поколения (дитиофосфат цинка, модифицированный бро­мом) с содержанием активного вещества не менее 85%. Их применяют в моторных, трансмиссионных и индуст­риальных маслах в концентрации от 0,5 до 2,0% (массо­вая доля). А в моторных маслах дитиофосфаты цинка используются как компонент полифункциональных при­садок для обеспечения синергизма (от греч. «синергия» — содружество) триботехнического действия различных при­садок.

Противоизносное действие дитиофосфатов или ди-тиокарбонатов молибдена в основном реализуется вслед­ствие химического модифицирования этих соединений продуктами термического разложения на поверхностях пар трения и последующего образования на них поли­молекулярного граничного слоя. Продукты разложения вступают в реакцию с ювенильными поверхностями тре­ния и насыщают их серой, молибденом и (в некоторых случаях) фосфором. Далее при высоких температурах при дальнейшем разложении присадки образуются соедине­ния MoS₂ и МоО₄ или их модификации, формирующие полимолекулярный противоизносный и антифрикцион­ный граничный слой. Препаратами такого типа являются присадки ПАФ-4 («Экомин») производства Рязанского опытного завода ВНИИ НП и, по некоторым данным, MotorProtect немецкой фирмы Liqui Moly GmbH. Дитио-фосфат цинка также взаимодействует с продуктами окис­ления, образующимися в масле при эксплуатации, повы­шая его антикоррозионные свойства.

Все эти вещества в той или иной степени входят или могут входить в состав РВП группы кондиционеров ме­талла. На основании анализа компонентного состава кондиционеров металла следует сделать вывод, что меха­низм их действия заключается в физической адсорбции, хемосорбции и химическом взаимодействии ПАВ с по­верхностями трения.

Механизм физической адсорбции состоит в том, что полярные молекулы кондиционера удерживаются на тру­щихся поверхностях силами Ван-дер-Ваальса (межмоле­кулярного взаимодействия), образуя достаточно прочные перпендикулярно расположенные к трущимся поверхно­стям слои, способные выдерживать высокие нормальные нагрузки и имеющие низкое сопротивление к действию касательных напряжений.

Хемосорбция основана на удержании на поверхности металла молекул кондиционера химическими связями, при этом атомы металла не покидают свою кристалличе­скую решетку и не вступают в химические реакции, в результате чего на поверхностях трения образуются моле­кулярные пленки физического (адсорбция), химического (хемосорбция) строения, а также ряд химических соеди­нений.

Физическая адсорбция и хемосорбция протекают прак­тически одновременно. Например, адсорбция жирных кислот при нормальных температурах носит физический характер, а при высоких температурах — химический. Так, с одной стороны, кондиционеры поверхности за счет физической адсорбции способны образовывать на сма­зываемых поверхностях достаточно прочные слои ориен­тированных молекул смазочного материала, работающих при низких температурах. С другой стороны, в результате хемосорбции, за счет образования в смазочном материа­ле, например, активных ионов хлора (при применении хлоропарафинов), на поверхностях трения образуются, опережая процессы схватывания, устойчивые пленки, а в смазочном материале — маслорастворимые или твер­дые химические соединения, состоящие из хлоридов, фосфатов, иодидов, сульфидов и т. д.

Высокая скорость их образования приводит к быстро­му восстановлению таких пленок в местах разрушения граничного слоя базового смазочного материала, обеспе­чивая защитный режим трения во фрикционном контак­те вплоть до температуры плавления.

Образовавшиеся адсорбированные и хемосорбирован-ные структуры и химические соединения на поверхно­стях трения, обладающие относительно высокой проч­ностью и стойкостью, защищают поверхности от непосред­ственного механического и теплового контакта, а также препятствуют взаимной адгезии поверхностей.

Наиболее известный представитель этой группы РВП — антифрикционный кондиционер металла Energy Release («освобождающий энергию»), разработанный, по данным американской компанией Entech Corp., в рамках абсо­лютно закрытой программы по созданию самолета-неви­димки Stelth. Energy Release был создан специально для турбин реактивных двигателей и других узлов и механиз­мов, работающих в сверхтяжелых условиях, когда обыч­ные смазочные материалы не обеспечивают необходимы) свойств.

В последнее время на смену кондиционеру металле Energy release пришла новая американская разработка -синтетический кондиционер металла SMT-2, обладаю щий, по данным фирмы-производителя, более высоким* антифрикционными свойствами.

Научно-производственная компания «Лаборатория три ботехнологии» разработала и выпустила аналог данной препарата — рекондиционер металла Fenom, который i настоящее время интенсивно продвигается на автомо бильный рынок и входит в целую группу различных про­дуктов для автохимии. Название Fenom образовано от Fe (обозначение железа) и пот (от лат. потеп — основа ос­нов, имя).

Особенность кондиционирования металла при исполь­зовании препарата Fenom заключается в дополнительном пластифицировании поверхностей трения и формировании на них тончайшего слоя, по свойствам близкого к серво-витной пленке, характерной для эффекта безызносности. Это обусловлено избирательным растворением вещества­ми кондиционера легирующих элементов конструкцион­ного материала и образованием структуры, состоящей из чистого железа с включенными в него остаточными фаза­ми углерода. Контактируемые участки покрываются до­статочно устойчивыми полимерными и полиэфирными структурами, создавая эффект прочной «масляной шубы», способной исключить непосредственный контакт трущих­ся соединений между собой. Это позволяет существенно снизить потери на трение и интенсивность изнашивания в подвижных соединениях, в том числе при пуске, разго­не, режимах перегрузок и т. д.

Fenom обеспечивает реальный эффект при концен­трации всего 3% от объема моторного масла, в то время как многие другие препараты подобного назначения вво­дятся в пропорции до 25%, что может нарушить сбалан­сированный состав масла. Препарат можно заливать в двигатель, коробку передач, задний мост и т. д. в любой момент и при любом пробеге автомобиля. Количество препарата для каждого конкретного агрегата указано в инструкции.

Обработку двигателя гораздо лучше приурочить к сме­не моторного масла. При этом рекомендуется использо­вать пятиминутную промывку двигателя с Fenom. Препа­рат в составе промывки не только обеспечивает защиту двигателя, но и повышает энергетику очистителя, усили­вая его моющие свойства. По данным профессиональных аналитиков, комплекс ное применение Fenom на всех этапах производства и экс плуатации позволяет увеличить ресурс механизма в цело в 3—6 раз, на этапе эксплуатации — от 2 до 5 раз.

Следует иметь в виду, что применение в смазочны материалах галогенных соединений способствует обрг зованию кислот, которые повышают кислотное числ базового смазочного материала, а следовательно, и ег коррозионную активность. Все это требует строгого ее блюдения инструкций по применению, не допусках щих превышения рекомендуемых расчетных конце* траций, порядка и периодичности применения таки препаратов.

Немаловажная проблема — наличие в кондиционера металлов хлор- и фторсодержащих компонентов, приме нение которых в странах Западной Европы и США огр* ничено по экологическим требованиям.

Назначение и состав наиболее известных кондицис неров представлены в табл. 9

Характеристики наиболее известных кондиционеров поверхности

Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
Fenom	ООО НПФ «Лаборатория триботехно-логии», Россия	Улучшение мощностных, экономических и экологических показателей двигателей, повышение качества и ускорение приработки деталей, умень­шение уровня шумов и виб­раций	Многофункцио­нальный конди­ционер металла. Концентриро­ванный синтети­ческий продукт

Продолжение табл. 9

Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
Verylube Turbo	XK «ХАДО» (торговая мар­ка -Verylube), Украина	Защита от изно­са и перегру­зок, увеличение мощности и ре­сурса двигателя, снижение рас­хода топлива и вредных вы­бросов	Полностью синтетический многоатомный полимер, пакет концентриро­ванных приса­док
Energy Release	t Energy Release Products Corp., США	Повышение компрессии, продление срока службы двигателя и агрегатов трансмиссии, экономия топли­ва и смазочных материалов, снижение шума и т. д.	Желеобразное вещество, содержит ком­плекс органи­ческих и син­тетических компонентов на основе хлоро-парафинов
SMT-2	SMT Perfomence Products Corp., США	Повышение компрессии, продление срока службы двигателя и агрегатов трансмиссии, экономия топли­ва и смазочных материалов, снижение шума и т. д.	Желеобразное вещество, содержит ком­плекс органи­ческих и син­тетических ком­понентов на основе хлоро-парафинов
Oel additive № 2025	Концерн Lubrichim (торговая мар­ка Auto Plus), Швейцария, Бельгия, Испания	Снижение изно­са деталей, по­терь на трение, избыточного потребления то­плива, замедле­ние окисления масла и пре­дотвращение образования черных смолис­тых отложений	Антифрикцион­ная и противо-износная присадка к маслу — многоцелевой концентрат антифрикцион­ного кондицио­нера металла

Продолжение табл. 5

Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
Estocada Metall Conditioner	SCT —Vertribs GmbH (торговая марка — Mannol), Германия	Очистка двига­теля, снижение потерь на тре­ние, повышение износостойко­сти деталей, снижение рас­хода топлива и масла, облег­чение холодного пуска, оптими­зация показате­лей выхлопа	Добавка в мо­торное масло. Упрочняет ме­таллические поверхности поршневых колец и гидро­компенсаторов. Не создает кислотных отло­жений
MotorProtect	Liqui Moly GmbH, Германия	Средство для долговремен­ной защиты дви­гателя. Направ­лено на сниже­ние износа, расхода топли­ва и смазочных материалов, по­вышение мощ­ности двигателя и более легкий запуск	Синтетическая добавка в мо­торное масло. Образует на поверхностях трения пленку, содержащую соединения мо­либдена

Слоистые добавки

Следующую группу препаратов можно объединить по­нятием слоистые добавки. В состав препаратов, отнесен­ных к данной группе, входят элементы с низким усилием сдвига между слоями: дисульфиды молибдена (MoS₂). вольфрама (WS₂), тантала (TaS₂) и ниобия (NbS₂), диселе-ниты молибдена (MoSe₂), титана (TiSe₂) и ниобия (NbSe₂). трисульфид молибдена (MoS₃), графит (С), нитрид бора (BN — белый графит) и др.

Рассмотрим механизм восстановительного (в основ­ном, антифрикционного и противоизносного) действия слоистых добавок на примере химического строения гра­фита и дисульфида молибдена, которые аналогичны и для других материалов подобной структуры. Слово «графит» происходит от греческого корня «гра-фо» — пишу, так как этот материал издавна служил для изготовления грифелей карандашей и т.д. Примерно с XV века графит стал применяться для изготовления тиг­лей. В XVI веке началась добыча графита в Англии, где его использовали для карандашных грифелей. Интерес­но, что графит долгое время совсем не отличали от друго­го твердосмазочного материала — молибденита. Древние греки обычно путали молибденит с графитом, а иногда и со свинцом (от греч. «молибдос» — свинец).

Сегодня графит находит применение в самых разно­образных сферах человеческой деятельности: от изготов­ления все тех же карандашных грифелей до блоков за­медления нейтронов в ядерных реакторах.

Атомы углерода в кристаллической структуре графита связаны между собой прочными ковалентными связями и формируют шестиугольные кольца, образующие, в свою очередь, прочную и стабильную сетку, похожую на пчели­ные соты. Сетки располагаются друг над другом слоями. Расстояние между атомами в вершинах правильных шес­тиугольников равно 0,142 нм, между слоями — 0,335 нм. Слои слабо связаны между собой (рис. И). Такая струк­тура определяет специфические свойства графита: низкую твердость и способность легко расслаиваться на мельчай­шие чешуйки, что обусловило его применение в различ-

Рис. 11. Схема кристаллической решетки графита

ных смазочных материалах в качестве противозадирного и противоизносного элемента.

Приведенная модель не является полной, так как не­которые факты не позволяют описать весь механизм сма­зочного (защитного) действия графита только слоистой структурой. Например, сила трения при применении гра­фита на сухом воздухе выше, чем при высокой влажности; в атмосфере азота сила трения существенно выше, чем на воздухе, причем в сухом азоте выше, чем во влажном, а в восстановительной среде смеси газов графит вообще не обладает хорошей смазочной способностью. Таким образом, наличие пленки влаги или оксидных пленок ж поверхностях трения — необходимое условие для прояв­ления графитом своих максимальных смазочных свойств,

Одним из первых использовал графит в качестве твер дой смазки выдающийся российский механик-самоучк< Иван Петрович Кулибин (1735—1818) — изобретатель мно жества различных механизмов, автор «зеркального фонаря: (прототипа прожектора), семафорного телеграфа и т. л Находясь на службе российской императрицы Екатерины II он был обязан изготовить ее величеству плавный и бес шумный дворцовый лифт. Для этого лифта необходим! были особые смазочные материалы, так как распростра ненные в то время смазки из растительного масла, сал или дегтя не могли использоваться из-за неприятного отдающего «деревней и мужиками» запаха. Применены Кулибиным твердой смазки из графита позволило успеш но решить эту деликатную проблему.

В 1812 году Генри Томас Хардакр запатентовал в Анг лии смесь графита и свиного жира в пропорции 1:4 дл получения пластичного смазочного материала.

В настоящее время ультрадисперсный графит входи в состав практически всех смазочных материалов, вы пускаемых известной бельгийской компанией Marly по маркой Black Gold, технологического партнера гоно «Формулы-1», Ford, Renault и ряда российских автосоре! нований. Например, полностью синтетическое моторнс

Р ис. 12. Слоистая структура дисульфида молибдена

масло Black Gold Bio Carat специально разработано для использования в автоспорте. Оно содержит уникальную коллоидную смазку, основанную на графите, а также до 65% эстеров и, по данным производителя, резко снижает трение и износ трущихся соединений, увеличивает мощ­ность двигателя и снижает расход топлива.

Кристаллическая решетка дисульфида молибдена (рис. 12) подобна решетке графита: между атомами молибдена и серы имеются достаточно сильные связи, в то время как расстояние между слоями серы больше. Благодаря этому дисульфид молибдена может надежно работать при отри­цательных температурах, а также в вакууме. Однако при температуре 538 °С молибденит превращается в триоксид, являющийся абразивным материалом.

История известной немецкой фирмы Liqui Moly GmbH тесно связана с этим химическим соединением. Даже на­звание фирмы является производным от Liqui (сокращен­но — жидкость) и Moly (сокращенно — молибден).

Однажды немца Ханса Хенле в магазинчике на одной из военных баз армии США в послевоенной Германии заинтересовал жестяной бутылек, продававшийся под тор­говой маркой Liqui Moly. В нем содержалась специальная жидкая смесь для добавки в моторное масло, которая должна была защищать авиадвигатель от повреждений в случае внезапной потери масла. Основой этой смеси был дисперсионный порошок темно-серого цвета — ди­сульфид молибдена (MoS₂), который и придавал продукту эти удивительные защитно-смазывающие свойства. При попадании в масляный бак снаряда или пули противни­ка или при утечке масла дисульфид молибдена какое-тс время «смазывал» двигатель самолета, позволяя n^OTaiv благополучно приземлять поврежденные машины.

В 1955 году Хенле выкупил права на торговую марю Liqui Moly и патент на вещество «дисульфид молибдена» В марте 1957 года была основана компания Liqui Mol^ GmbH. Дисульфид молибдена стал составной частью раз личных продуктов фирмы: Kfz 1 (масляная присадка) Kfz 2 (присадка в трансмиссионное масло), Kfz 3 (уни версальная смазка), Kfz 4 (монтажная паста). Продукт! компании, содержащие различные соединения дисуль фида молибдена, и сейчас занимают одно из значитель ных мест в линейке продукции фирмы.

Наиболее известны специальные молибденсодержа щие смазки для высоких механических и термически нагрузок в шарнирах карданов и равных угловых скорс стей. Многоцелевая смазка Molybden эффективна при дер ствии ударных нагрузок, устойчива к окислению и, чт наиболее важно, способна защищать смазываемые детал от коррозии даже в случае попадания в смазку воды.

Достаточно известно моторное масло Mannol Molibde немецкой фирмы SCT GmbH, содержащее дисульфу молибдена и широко представленное в сети магазине России, реализующих смазочные материалы.

Еще одну слоистую добавку — нитрид бора (BN), ш белый графит, — получают, прокаливая технический бс или оксид бора в атмосфере аммиака. Это белый, пох< жий на тальк порошок, но его сходство с тальком — чи то внешнее. Намного больше и глубже сходство аморс ного нитрида бора с графитом: одинаковое построен] кристаллических решеток; оба вещества с успехом пр меняют в качестве твердой высокотемпературной смазк Известное сходство с углеродом проявляет и сам бор, а не только его соединения с азотом. Это не должно удивлять. Бор и углерод — соседи в периодической системе хими­ческих элементов Д. И. Менделеева, оба элемента — не­металлы, мало отличаются размеры их атомов и ионов. Главное следствие этого сходства — быстрое развитие хи­мии бороводородов, которая, по мнению многих ученых, со временем станет «новой органикой». Напомним, что просто «органика», органическая химия, — это, по суще­ству, химия углеводородов и их производных.

В автохимии в настоящее время к известным препа­ратам, содержащим нитрид бора, относятся керамиче­ская антифрикционная добавка Ceramic Engine Protector производства голландской фирмы Petromark Automotive Chemicals BV, добавка на эстеровой основе VX 500 бель­гийской фирмы SWF s.a./n.v., СегаТес немецкой фирмы Liqui moly GmbH и др.

В работах по трибологии указывается, что ряд йоди­стых комплексов также имеет слоистую структуру. В то же время йодистые соединения уменьшают количество и твердость нагаров на поршнях и головках цилиндров за счет перевода твердых оксидов металлов под действием йода в йодиды, имеющие слоистую структуру, меньшую твердость и кислотность.

Известен еще целый ряд так называемых светлых твердых добавок к смазочным материалам. Как правило, это соединения на основе цинка (сульфиды ZnS, фтори­ды CaF, фосфаты Zn₃(PO₄)2, оксиды ZnO и гидрооксиды Zn(OH)₂), кальция (гидрооксид Са(ОН) и ортофосфат Са₃(РО₄)2), а также железа (пирофосфат Fe₂P₂O₇ и др.).

При работе слоистый материал заполняет (сглаживает) микронеровности поверхностей трения, вследствие чего до 50% снижается коэффициент трения и износ обрабо­танных поверхностей. Данные присадки (модификаторы) необходимо вводить при каждой замене масла, так как при работе двигателя на чистом масле происходит интенсивное вымывание частиц графита (дисульфида молибдена и т. д.) из микронеровностей и вынос их из зоны трения. Диаметр частиц должен быть больше максимальной высоты микронеровностей, то есть параметра шерохова­тости поверхностей, чтобы разделять трущиеся поверхно­сти. Для этого в западных фирмах дисульфид молибдена и графит перемалываются в шаровых мельницах несколь­ко суток, а затем тщательно калибруются (просеиваются).

Для стабилизации дисперсий слоистых материалов (предотвращения их оседания в фильтрах маслосистем) приходится дополнительно вводить в смазочные мате­риалы сульфонаты, алкилфеноляты, эфиры, кетоны, со­полимеры этилена и пропилена, полимеризованное рас­тительное масло, фталиевый ангидрит, танин, церизин. Все это перегружает пакет присадок базового смазочного материала.

Характеристики наиболее известных слоистых доба­вок даны в табл. 10.

Применение слоистых препаратов в качестве добавок, а также готовых моторных масел, содержащих слоистые составляющие, имеет ряд особенностей:

1. Применение препаратов на основе дисульфида мо­ либдена не рекомендуется в маслах, содержащих цинк и кальций в базовом масляном пакете присадок, так как возможно их взаимодействие и выпадение в осадок.

2. Применение дисульфидмолибденовых присадок, а также многих ремонтно-восстановительных препаратов значительно увеличивает сульфатную зольность мотор­ ных масел, превышая допустимые нормы.

3. Как уже не раз отмечалось, необходимо учитывать, что частицы, введенные в смазочный материал в виде до­ бавок (взвесей), могут быть центрифугированы фильтра­ ми тонкой очистки и коленчатым валом. Это приводит к забиванию каналов коленчатого вала. То же самое, кста­ ти, может случиться при использовании реметаллизантов и геомодификаторов.

Добавки, масла и смазки этого класса (Black Gold, Mannol Molibden, Motor Protect, Getriebeoil Additiv, Molyb- den и др.) имеют черный или темно-серый цвет вследствие Таблица 10

Характеристики некоторых слоистых добавок

Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
Ceramic Engine Protector	Petromark Automotive Chemicals BV (торговая марка P.M.Xeramic), Голландия	Уменьшает шероховатость трущих­ся поверхностей, снижает износ деталей двигателя, работает при температуре до 1200 °С, увеличи­вает ресурс	Керамическая антифрикционная добавка к моторному маслу на основе нитрида бора, работающая более 50 тыс. км пробега
MoX-G	SWFs.a,/n.v. (торговая марка Xenum), Бельгия	Улучшает работу моторных масел. Устраняет контакт металл по ме­таллу и улучшает режим гидроди­намической смазки	Синтетическая присадка в масло с графитом и молибденом
ZENOX	NV. Marly SA., Бельгия	Рекомендуется для всех двигате­лей, в том числе оснащенных пря­мым впрыском, турбонаддувом, каталитическим нейтрализатором и т. д.	Микрокерамические частицы и поляризованное синтетическое масло. Образует стойкую защитную пленку. Не использовать в период обкатки
MX Synthetic Motor O\ Additive	NV. Marly SA., Бельгия	Снижает трение, износ, расход топлива и увеличивает мощность всех четырехтактных дизельных и бензиновых двигателей	Синтетическая добавка в масло. Содержит графит и высококачест­венные синтетические соединения
Oil Additiv	Liqui Moly GmbH, Германия	Уменьшает износ и потери на тре­ние в двигателе, снижает потреб­ление топлива и масла	Антифрикционная добавка с дисуль­фидом молибдена, образующим пленку на поверхностях трения
CeraTec	Liqui Moly GmbH, Германия	Сглаживает микронеровности и упрочняет поверхностные слои трущихся деталей, снижает износ, потребление топлива и масла	Присадка в моторное масло на осно­ве синтетического молибдено-орга-нического комплекса и микрочастиц гексагональных борнитридов

содержания в них графита или дисульфида молибдена — это вполне может являться их отличительной особен­ностью. В то же время использование таких масел ви­зуально «маскирует» (не позволяет правильно оценить) качество очистки систем двигателя перед сменой масла и интенсивность старения моторного масла.

5. Как уже отмечалось, применение дополнительных ремонтно-восстановительных препаратов наиболее целе­ сообразно для двигателей, имеющих большой пробег и сниженные технико-экономические показатели. Однако именно в этих случаях возможно попадание в моторное масло топлива и прорыв отработанных газов в картер через изношенную или закоксованную цилиндропорш- невую группу, что приводит к интенсивному окислению масла и резкому нарушению стабильности базового паке­ та присадок.

6. Как известно, при эксплуатации автомобиля в зим­ ний период или при длительном простое наблюдается скапливание водяного конденсата в топливном баке (особенно если оставить его на зимовку полупустым), а также в цилиндрах двигателя. Под воздействием кисло­ рода происходит распад дисульфида, а попадающая влага способствует образованию серной кислоты и возникно­ вению «стоп-эффекта», описанного в середине прошлого века проф. И. В. Крагельским.

7. При разрушении (разрыве) пыльника на шарнире равных угловых скоростей шарнир выходит из строя не только вследствие попадания абразива (грязи) внутрь узла трения, но и поскольку продукты окисления дисуль­ фида молибдена состоят из оксида молибдена, обладаю­ щего высокой абразивной способностью, и серы — кор- розионно-активного компонента.

Применение смазочных материалов на основе ди­ сульфида молибдена, графита и других слоистых моди­ фикаторов достаточно эффективно и наиболее целесооб­ разно в трансмиссионных маслах и консистентных смаз­ ках, где опасность деструкции (разложения), выпадения в осадок и засорения фильтров не столь актуальна.

Нанопрепяряты

(алмазы, фуллерены, рекондиционеры)

В отдельную специфическую группу следует вынести препараты, содержащие в своем составе наночастицы: алмазы, фуллерены и рекондиционеры.

Приставка «нано» («нанос» по-гречески — карлик) служит для обозначения одной миллиардной доли едини­цы (н). На расстоянии I нм (10~⁹ м) вплотную можно рас­положить примерно десять атомов.

Реально диапазон рассматриваемых объектов гораздо шире — от отдельных атомов (размером менее 0,1 нм) до их конгломератов и органических молекул, содержащих свыше 10⁹ атомов и имеющих размеры более 1 мкм в од­ном или двух измерениях. Принципиально важно, что нанопрепараты состоят из небольшого числа атомов, и, следовательно, в них уже в значительной степени прояв­ляется дискретная атомно-молекулярная структура веще­ства, квантовые эффекты, энергетика развитой поверх­ности наноструктур.

Наноструктуры обладают сочетанием ряда парамет­ров и физических явлений, несвойственных традицион­ным моно- и поликристаллическим состояниям материа­лов. Уменьшение размера кристаллов (в первую очередь, в металлах и сплавах) может приводить к существенному изменению свойств материалов. Установлено, что эти из­менения проявляются, когда средний размер кристалли­ческих зерен не превышает 100 нм, а наиболее ярко вы­ражены и эффективны при размере зерен менее 10 нм. При этом частицы могут иметь сферическую (равнораз-мерную) форму, быть вытянуты в виде нанопроволоки или нановолокна либо представлять собой наночешуйки (пластинки). Главное, чтобы одно из измерений (диаметр шариков или толщина чешуек) не превышало 100 нм.

В промышленность очень активно проникает новое направление в науке, основанное на так называемых на-нотехнологиях (процессах разделения, сборки и измене­ния свойств материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой вещества). Нанотехнология, возникшая на рубеже XX и XXI веков, стала символом третьей научно-технической революции. Результаты и перспективы работ в области нанотехноло-гий привели к тому, что в разных странах на уровне пра­вительств и крупнейших фирм созданы и активно ведутся работы в этом направлении. Изделия нанотехнологии, созданные на основе оптимальной сборки атомов и мо­лекул, в перспективе позволят реализовать их предельно возможные характеристики, по сравнению с которыми традиционные изделия не будут конкурентоспособны.

Правительства экономически развитых государств и частные фирмы все больше осознают нанонауку как ис­точник новых технологий и процветания. Поэтому сфера наноматериалов получает огромные фонды от частных предприятий и правительств. В Японии, например, про­грамма работ по нанотехнологии заработала высший го­сударственный приоритет «Огато». Данный проект спон­сирует не только государство, но и дополнительно около 60 частных фирм. Кроме данного проекта, в Японии фи­нансировалось около дюжины проектов, посвященных различным аспектам нанотехнологии. Внимание, уделяе­мое государством, выражалось, в частности, в том, что еще 10 лет назад в стране присуждались золотые медали за лучшие достижения в области нанотехнологии. Основ­ные разработки проводились в центре перспективных технологий «Цукуба».

Не случайно наибольшего прогресса в этом направле­нии достигли именно японские ученые, создавшие «мик­роскопический подшипник», в котором потери на трение близки к нулю. «Они настолько незначительны, что даже самые точные современные приборы не способны их за­регистрировать», — сообщили участвовавшие в экспери­ментах специалисты университетов Айти и Сэйкэй. Силу трения измеряли при помощи так называемого туннель­ного микроскопа, который дает возможность не только видеть составные части молекул, но и манипулировать ими, поскольку вместо оптики используется наноскопический зонд — игла толщиной в атом. Силу трения в результате зафиксировать не удалось, так как она была меньше триллионной доли Ньютона (единица измерения силы), а это пока науке недоступно. Материалом для «вечного» микроподшипника послужили синтетические молекулы-фуллерены.

В России в конце 2007 года для поддержки и развития практических работ в области нанотехнологий создана Государственная корпорация «Роснанотех».

Самым простым наноматериалом могут служить фрагменты вещества, измельченные до наноразмерного состояния или полученные другим физическим или хи­мическим способом. Хотя бы в одном измерении они имеют протяженность не более 100 нм и проявляют каче­ственно новые свойства (физико-химические, функцио­нальные, эксплуатационные и др.).

На рис. 13 показаны сферические наноразмерные струк­туры кремния. В них 84% частиц имеют диаметр 44 нм и 16% — 14 нм. Этот наноразмерный кремний получен

Рис. 13. Наноразмерные частицы кремния диаметром 14-50 нм (407 нм — ориентировочная шкала размеров)

при разложении газообразного моносилана (кремневодо-рода) SiH₄, из которого получают чистый полупроводни­ковый кремний в инертной среде при резонансном по­глощении лазерного излучения.

Одни из главных химических элементов, которыми интересуются ученые в области нанотехнологий, — угле­род и его аллотропные формы. До недавнего времени было известно, что углерод образует четыре аллотропные формы: алмаз, графит, карбин (получен искусственно) и лонсдейлит (впервые обнаружен в метеоритах, затем полу­чен искусственно). Установлены и другие формы углеро­да, например аморфный углерод, белый углерод (чароит) и др. Все они являются композитами, то есть смесью ма­лых фрагментов графита и алмаза.

Рассмотрим структуру еще двух аллотропных форм углерода: алмаза и фуллерена.

Рис. 14. Аллотропные формы углерода: а — решетка алмаза; б — молекула фуллерена

В

структуре алмаза (рис. 14а) каждый атом углерода расположен в центре тетраэдра, вершины которого — че­тыре ближайших атома. Соседние атомы связаны между собой ковалентными связями. Такая структура определя­ет свойства алмаза как минерала с самой высокой твердо­стью из всех известных в природе материалов, при этом самый крупный из найденных алмазов, «Звезда Африки», имел массу более 600 г.

В настоящее время стала известна еще одна аллотроп­ная форма углерода — так называемый фуллерен, пред­ставляющий собой многоатомные молекулы углерода С_п. Молекула фуллерена С₆₀ была обнаружена в 1985 году при исследовании масс-спектров паров графита после лазер­ного облучения твердого образца. Название дано в честь известного американского архитектора-авангардиста, фи­лософа, поэта и инженера Ричарда Бакминстера Фуллера, разработавшего дизайн строительных конструкций, фор­ма которых аналогична форме молекулы фуллерена С₆₀ (рис. 146).

Фуллерен — это новая форма углерода. Молекула С₆₀ содержит фрагменты с пятикратной симметрией, несвой­ственной неорганическим соединениям в природе. По­этому признано, что молекула фуллерена — органическая молекула, а кристалл, образованный такими молекулами (фуллерит), — это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганиче­ским веществом.

Из правильных шестиугольников легко выложить плос­кость, однако нельзя сформировать замкнутую поверх­ность. Для этого необходимо разрезать часть шестиуголь­ных колец и из разрезанных частей сформировать пяти­угольники. В фуллерене плоская сетка шестиугольников (графитовая сетка) свернута и сшита в замкнутую сферу. При этом часть шестиугольников трансформируются в пя­тиугольники. Образуется усеченный икосаэдр — структу­ра, имеющая десять осей симметрии третьего порядка и шесть осей симметрии пятого порядка. У каждой вершины этой фигуры три ближайших «соседа». Каждый шести­угольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а пятиугольник — только с шести­угольниками. Каждый атом углерода в молекуле С₆₀ нахо­дится в вершинах двух шестиугольников и одного пяти­угольника и принципиально неотличим от других атомов углерода. Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой сильной ковалентной связью. Толщина сферической оболочки составляет 0,1 нм, радиус молекулы С₆₀ — 0,357 нм. Длина связи С—С в пятиугольнике — 0,143 нм, в шестиугольнике — 0,139 нм.

Молекулы высших фуллеренов С₇о, С₇₄, С₇₆, С₈₄, С₁₆₄, С₁₉2 и C₂i6 также имеют форму замкнутой поверхности. Фуллерены с п < 60 оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим из воз­можных фуллеренов является правильный додекаэдр С₂₀.

Кристаллический фуллерен, который был назван фул-леритом, имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку пространственной группы с параметром кубиче­ской решетки 1,42 нм, расстоянием между ближайшими соседями 1 нм и числом ближайших соседей в ГЦК-ре-шетке фуллерита, равным 12.

В 1991 году японский ученый С. Иджима на поляр­ном ионном микроскопе впервые наблюдал различные структуры, составленные, как и у графита, из шестичлен-ных колец углерода: нанотрубки (рис. 15), конусы и дру­гие наночастицы.

В 1992 году в природном углеродном минерале шун-гите (от названия поселка Шуньга в Карелии) были обна­ружены природные фуллерены. Открытие углеродных «гороховых стручков» — фуллеренов С₆₀ внутри одно-стенных углеродных нанотрубок — расширило границы возможных применений нанотрубок. Фуллерены внутри трубок выстраиваются в упорядоченные одномерные це­почки, формируя новые наноматериалы. В данном случае

Рис. 15. Идеализированная модель однослойной нанотрубки

Рис. 16. Схема противоизносного механизма фуллеренов

они состоят из 60 атомов углерода, расположенных в виде правильных пяти- и шестиугольников, которые вместе составляют шар. Эти вращающиеся «шарики» после сложного технологического процесса составили в ряд между двумя удлиненными пластинками из графита. Та­ким образом, был реализован принцип безызносного подшипника — его простейшая схема работы представле­на на рис. 16.

Нынешнее достижение нанотехнологии, по словам уче­ных, планируется внедрить в производство миниатюрных роботов и микромеханизмов, детали которых практически не будут изнашиваться. Наиболее интенсивные исследо­вания направлены на создание нанотрубок, уникальных жесткостью и прочностью, а также экстраординарными электронными свойствами. Углеродные нанотрубки уже сейчас применяются как усиливающие частицы в нано-композитах, но могут иметь много других областей при­менения, в частности, послужить стартом новой эры электронных устройств, более компактных и производи­тельных, чем используемые в настоящее время.

В Европе более чем в сорока лабораториях проводят­ся нанотехнологические исследования и разработки, фи­нансируемые как по государственным, так и по междуна­родным программам. В частности, существует программа НАТО по нанотехнологии.

В последнее время нанотехнологии постепенно при­ходят в автомобилестроение и автохимию. На базе нано-порошков концерн BMW разработал самоочищающиеся автомобильные поверхности, а компания AUDI уже при­меняет такие порошки для создания прочных зеркал и отражателей, стойких к царапинам.

Установлено, что включением наноалмазов в метал­лическое покрытие в количестве не более 1% (масс.) обеспечивается эффект дисперсного упрочнения, кото­рый выражается в уменьшении размера зерна электроли­тического металла. Корпорация General Motors объявила о намерении использовать эти материалы для наружной отделки автомобилей.

Алмазные наночастицы, в зависимости от условий применения, могут выступать либо в виде тончайшего абразива, либо в качестве эффективного модификатора трения. Оказалось, что алмазная шихта (промежуточный продукт получения наноалмазов) чрезвычайно эффек­тивна в виде добавок к моторным и трансмиссионным маслам, консистентным смазкам и смазочно-охлаждаю-щим технологическим средам. Различный набор наноча-стиц алмазной шихты оказывает сильное структурирующее действие как на поверхности трения (внедряясь в поверх­ности деталей и армируя их), так и на смазочный матери­ал, изменяя его характеристики.

Как ни парадоксально, но алмазосодержащая смазоч­ная композиция обладает высокими антифрикционными, противоизносными и противозадирными свойствами, а также высокой коллоидной стабильностью. Содержание наночастиц в рабочей среде в ничтожных количествах (всего 0,01—0,003%) обеспечивает мягкую безабразивную приработку деталей в двигателях и трансмиссии.

На отечественном рынке автохимии наиболее извест­ны приработочные составы Lubrifilm Diamond Run (Швей­цария) и Fenom Nanodiamond Green Run (Россия) на базе наноалмазов, а также антифрикционные препараты для моторных масел «Формула АР» и «Формула АВ» (Украи­на) — их создатели заявляют о введении в состав масел фуллеренов (табл. 11)

Характеристики нанопрепаратов для моторных масел

Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
«Ретурн Металл»	Предприятие «Петров», Россия	Безразборное восстановле­ние соедине­ний двигателя, снижение тре­ния и износа	Маслораство-римый ком­плекс пластич­ных металлов
«Стрибойл»	НТЦ «Конверс-Ресурс», Россия	Улучшение технических характеристик, снижение вредных вы­бросов двига­теля	Нанодисперс-ный антифрик­ционный и про-тивоизносный состав
RemeTall	Fine Metall Powders, Россия	Восстановле­ние и защита от износа трущихся поверхностей, повышение ресурса дви­гателя	Нанодобавка на основе нанопорошков металлов
«Супротек-Атомиум»	ООО НПТК «Супротек», Россия	Безразборное восстановле­ние трущихся поверхностей, снижение вредных вы­бросов	Нанодобавка к смазочным материалам на основе различных наночастиц
«Формула АВ»	ООО НПП «SintA», Украи­на	Введение в смазочный материал защитно-восстанови­тельных доба­вок	Ультрадис­персные алма­зы в смазочных материалах
Препарат	Производитель, страна	Назначение	Состав, комментарий
Fenom Old Chap	OOO НПФ «Лаборатория триботехно-логии», Россия	Образование защитной плен­ки, восстанов­ление подвиж­ности поршне­вых колец, снижение интенсивности изнашивания, коэффициента трения, рас­хода топлива, масла и т. д.	Содержит синтетическую полимолеку­лярную основу, наноразмер-ные комплексы органосорбен-та, полученные по золь-гель технологии
Renom Engine NanoGuard	ООО НПФ «Лаборатория триботехно-логии», Россия	Повышение ресурса и улучшение энергоэконо­мических показателей двигателя, образование нанострукту-рированной защитной плен­ки (твердой смазки)	Добавка в мо­торное масло любого типа. Содержит нанокомпонент NanoJell-C® (дисперсия неабразивных наноалмазов и наночастиц политетра­фторэтилена в сложных полиэфирах), антиоксиданты

Рассмотрим данную группу препаратов на примере приработочного состава Fenom Nanodiamond Green Run производства отечественной фирмы «Лаборатория трибо-технологии».

Fenom Nanodiamond Green Run (Green Run в перево­де с англ. — «приработка») — состав на базе неабразив­ных наноалмазов (диаметром 4—6 нм) и кластерного уг­лерода, содержащий дополнительно смесь диэфиров и антиоксидантов в высококачественной синтетической основе. Препарат используется в составе масла и обеспе­чивает ускоренную и качественную приработку пар тре ния после ремонта агрегатов, при обкатке новых автомо­билей или при технологической обкатке агрегатов на ма­шиностроительных предприятиях.

Состав изменяет реологические свойства масла и реа­лизует безабразивную трибохимическую приработку не за счет скалывания и разрушения микрошероховатостей поверхностей трения, а посредством пластифицирования, деформирования (вдавливания) и наклепа микровыступов шероховатости поверхности. При этом в период обкатки обеспечивается экономия до 8% топлива и до 10% мотор­ного масла.

Научно-производственная фирма «Лаборатория три-ботехнологии» впервые в мире разработала препарат на основе наноразмерных комплексов органосорбента, по­лученных по золь-гель технологии из бентонитовых глин.

Препараты получили наименование рекондиционеры (от англ. reconditioner — реставратор), объединив понятия кондиционирования (нормализации состояния) и латин­ской приставки «ре» — возврат, что в комплексе обозна­чает препарат, способствующий возвращению условий трения и изнашивания к нормальному состоянию.

Бентонитовые глины называются по наименованию форта Бентон, расположенного в штате Вайоминг (США), где в конце прошлого века начали первую промышлен­ную добычу таких глин. В дальнейшем практический ин­терес к бентонитовым глинам значительно возрос, и их месторождения были разведаны почти на всех континен­тах. Так, монтмориллонит — главнейший минерал бенто­нитовых глин — получил название от города Монтморил-лон (Франция), вблизи которого был впервые обнаружен.

Бентонитами следует называть тонкодисперсные гли­ны, не менее чем на 60—70% состоящие из минералов группы монтмориллонита. Они обладают высокой свя­зующей способностью, адсорбционной и каталитической активностью.

Более точную качественную характеристику природ­ных бентонитов по одним только результатам их химиче- ского анализа дать весьма затруднительно. Для сравни тельно чистых бентонитов содержание отдельных компо нентов, в частности, оксидов кремния и алюминия, и ш молекулярное соотношение являются характеризующие признаком.

Общие свойства бентонитовых глин — дисперсность, хорошая адсорбционная способность, набухаемость, свя­зующая способность и другие характеристики. Дисперс­ность характеризует размер частиц в дисперсных системах, которые состоят из множества мелких частиц (дисперсной фазы), распределенных в однородной (дисперсной) среде. По размерам частиц различают грубодисперсные и высо­кодисперсные системы.

Бентониты являются важным видом минерального сырья, широко применяющимся в промышленности, ме­дицине, сельском хозяйстве и многих других отраслях. Бентониты используются в практике глубокого бурения (для изготовления высококачественных глинистых буро­вых растворов), в литейном производстве и при окомкова-нии железорудных концентратов (в качестве превосход­ного связующего материала), в нефтеперерабатывающей, энергетической, химической и пищевой промышленно­сти (в качестве адсорбентов и катализаторов), в строи­тельной и керамической промышленности, в сельском хозяйстве (при изготовлении комбикорма и других це­лей), медицине и автохимии.

Органобентонит стал универсальным структурообра-зователем различнейших масляных сред. Он одновремен­но является загустителем масел, повышая их вязкость, термостойкость и термостабильность различных систем, при этом органобентонит может работать в агрессивных средах, в том числе и средах с любой минерализацией, а также значительно повышает устойчивость различных масел. С помощью органобентонита можно создавать системы из компонентов, которые в обычных условиях несовместимы, например удержать в воде или масле спе­циальные вещества или химические элементы — носите­ли определенных заданных свойств Для получения органобентонита используют бенто­нитовые глины. Предлагаемые к использованию глины обогащаются, перерабатываются и выпускаются в виде бен­тонитовых порошков с дисперсностью частиц 10—500 нм.

При получении рекондиционеров проводится моди­фикация бентонитовой глины фторуглеродным ПАВ, то есть получаются наночастички глины с поверхностью, аналогичной тефлоновой (рис. 17).

Группа препаратов на основе бентонитового нанораз-мерного органосорбента разработки НПФ «Лаборатория триботехнология» Old Chap (в переводе с англ. — старый друг), выпускается для применения в двигателях, меха­нических коробках передач и гидроусилителях руля авто­мобилей с пробегом более 100 тыс. км. Препараты обес­печивают повышение несущей способности (прочности) смазочного слоя в зоне контакта трущихся поверхностей, особенно с повышенными зазорами вследствие износа.

В

Рис. 17. Наноразмерные слоистые частицы монтмориллонита, модифицированного фторуглеродными соединениями

последнее время этой же фирмой выпущен новый рекондиционер марки Fenom Tensei, который разработан специально для японских автомобилей (с учетом особен­ностей их эксплуатации и старения) с пробегом более 100 тыс. км — для снижения темпа износа двигателя улучшения эксплуатационных и ресурсных характеристик. Препарат компенсирует недостатки в диагностике и тех­ническом обслуживании автомобилей. Fenom Tensei изго­товлен с применением химических материалов компании Ciba Specially Chemicals Inc. (Швейцария) — мирового лидера в производстве компонентов пакетов присадок для масел. Препарат включает беззольные противоизнос-ные компоненты Irgalube, антиоксиданты Irganox, дезакти-ваторы металлов Irgamet, реологические добавки Arglube, моющие компоненты и синтетическую основу. Компонен­ты созданы с помощью молекулярной инженерии и пред­ставляют собой беззольные соединения, предназначенные для эффективной защиты двигателя и моторного масла в широком диапазоне нагрузок, скоростей и температур. Порядок применения рекондиционеров:

1. Прогреть двигатель.

2. Залить препарат (флакон объемом 250 мл) в систе­ му смазки двигателя.

3. Оставить двигатель работать на холостом ходу в те­ чение 10—20 мин.

После этого автомобиль можно эксплуатировать в штат­ном режиме. Рекондиционер добавляется в моторное масло любого типа из расчета одна упаковка на 3,5—5,0 л масла. Рекомендуется заливать препарат в новое моторное мас­ло, через две смены масла.

Самые последние разработки «Лаборатории триботех-нологии» в области ремонтно-восстановительных нано-препаратов — Renom Engine NanoGuard, присадка к мотор­ному маслу, и Renom Gear Nano Guard, присадка к транс­миссионному маслу.

Renom Engine Nano Guard повышает ресурс и улучша­ет энергоэкономические показатели бензинового двига­теля и дизеля. Содержит современные нанокомпоненты Nano Jell-(У, формирующие защитную пленку (наност-руктурированную твердую смазку), которая эффективно снижает износ деталей и трение. Смесь неабразивных на-ноалмазов и наночастиц политетрафторэтилена с повы­шенной поверхностной энергией {Hi-Energy PTFE) нахо- дится в масле в виде нанокапсул. В работающем двигате­ле при температурах до 500 °С нанокапсулы образуют на металлических поверхностях устойчивую к истиранию «сверхскользкую» фторопластовую пленку, армирован­ную наноалмазами. Эта пленка равномерно заполняет все неровности металла, снижает трение, обладая свойствами твердой смазки и надежно защищая трущийся узел от из­носа. Для применения присадки необходимо прогреть двигатель, энергично встряхнуть флакон, залить присад­ку в двигатель и дать поработать двигателю на холостом ходу в течение 10 мин. Добавляется присадка в моторное масло любого типа из расчета одна упаковка на 4—6 л масла.

В Московском государственном агроинженерном уни­верситете имени В. П. Горячкина разработан ряд металло-плакирующих нанопрепаратов, среди которых металлопла-кирующая присадка-восстановитель «Ретурн Металл» — современная разработка в области самоорганизующихся наноструктур и «эффекта безызносности». Присадка пред­ставляет собой полностью маслорастворимые (металло-органические) нанокомплексы размером менее 100 нм на углеводородной основе.

Механизм действия данных препаратов заключается в активации входящих в их состав нанокомплексов кине­тической и потенциальной энергией трения. При этом из активных компонентов препаратов и частиц износа на трущихся поверхностях формируется нанокристалли-ческая самовосстанавливающаяся защитная пленка с ми­нимальным коэффициентом трения и интенсивностью изнашивания. Препараты обеспечивают устранение на-но- и микродефектов поверхностей трения и восстанов­ление их работоспособности. Разработки наиболее эф­фективны в условиях граничного трения, при высоких нагрузках и скоростях скольжения, повышенной темпе­ратуре трения и «масляном голодании», характерных для изношенных трущихся соединений техники с боль­шим сроком службы, в режимах приработки и при пере­грузках Эти нанопрепараты позволяют:

• значительно повысить износостойкость деталей;

• сократить продолжительность и улучшить качество приработки поверхностей трения;

• эффективно повысить задиростойкость и снизить питтинг контактирующих поверхностей в тяжело нагру­ женных парах трения;

• понизить температуру работающих узлов, уровень шума и вибрации.

Присадка «Ретурн Металл» также может применяться в качестве добавки к смазочно-охлаждающим техниче­ским средам для повышения качества металлообработки и значительного увеличения срока службы металлорежу­щего инструмента.

Замечания к данной группе:

1. Для препаратов этой группы актуальны вопросы, связанные с центрифугированием их фильтрами тонкой очистки (центрифугами) и коленчатыми валами; ста­ бильностью в смазочных материалах, особенно на изно­ шенных двигателях; возможностью внедрения твердых наночастиц в менее твердые поверхности и последующе­ го микрорезания дорогостоящего контротела, например коленчатого вала и т. д.

Нанотехнологии несут в себе ряд реальных и потен­ циальных опасностей. Так, в 2002 году американские орга­ низации — Агентство по защите окружающей среды (ЕРА) и Национальное управление по аэронавтике и исследова­ нию космического пространства (NASA), а также Между­ народная неправительственная группа по защите прав че­ ловека в технологическую эру (ETC Group) — заявили, что вдыхание нанотрубок (на сегодня — базового строительно­ го наноматериала), которому случайно подверглась группа астронавтов, привело к заболеванию легких. Такие угле­ родные трубки весьма схожи по негативному воздействию с обычной сажей. Кроме того, частицы наноустройств лег­ ко могут проникать в организм (в клетки через поры их стенок) и накапливаться в органах. Последствия такого воздействия пока недостаточно изучены, но следует ожи­ дать, что вряд ли они окажутся позитивными Рекомендации по безразборному восстановлению двигателя

Выявленные неисправные или вызывающие опасение свечи (выгорание или эрозия электродов, трещины или разрушение изолятора), естественно, необходимо заменить. После этого пустить двигатель. Если низкая компрессия была обусловлена плохим уплотнением в поршневых коль­цах, то компрессия сразу увеличится: у дизельного двига­теля до 2,5—3,0 МПа (28—30 кгс/см²), у бензинового — до 0,9—1,0 МПа (9—10 кгс/см²). При этом дизельный двига­тель, если его температура около 0 °С и выше, запустится даже со всеми неработающими свечами накаливания.

Состояние цилиндропоршневой группы можно опре­делять пневмотестером К-272М по расходу воздуха через диагностируемый цилиндр. Падение давления на дроссе­ле характеризует техническое состояние цилиндра.

Для общего диагностирования автомобилей, тракторов и других транспортных средств можно применять перенос­ной комплект КИ-13901Ф, размещаемый в чемоданчике.

Способы введения ремонтно-восстановительных пре­паратов (РВП) могут быть различны и зависят как от ме­ханизмов действия препаратов, так и от их агрегатного состояния. Например, такие маслорастворимые препара­ты, как металлоплакирующие присадки и кондиционеры, вводятся в приготовленные к заправке или уже заправ­ленные в автомобиль топливо и смазочные материалы. Порошковые препараты (реметаллизанты, геомодифика­торы) могут вводиться непосредственно в зону трения (например, через свечные отверстия или в подшипники качения и т. д.). Полимерсодержащие препараты иногда вводятся методом «специальной обработки» — введением аэрозолей в топливно-воздушные смеси.

С другой стороны, в настоящее время можно выделить две основные системы применения РВП (как и проведе­ния всего технического сервиса и ремонта транспортных средств):

• планово-предупредительную;

в зависимости от технического состояния. Планово-предупредительная система заключается в про­ведении работ безразборного сервиса в зависимости от наработки (пробега автомобиля). Такая система техниче­ского обслуживания и ремонта долгое время существова­ла в Советском Союзе, а в настоящее время используется санкт-петербургской фирмой «ИКС» при применении РВП. Система направлена, главным образом, на профилактику и предупреждение высокой интенсивности изнашивания и возникновение отказов, но ее применение не всегда достаточно экономически обосновано.

Наиболее прогрессивна методика (система) безраз­борного сервиса в зависимости от технического состоя­ния автомобиля, при которой необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов технической диагностики. В этом случае можно выбрать либо профилактические препараты более «мягкого» дей­ствия, либо препараты, обеспечивающие более интенсив­ное воздействие на трущиеся соединения и агрегаты ав­томобиля.

Следует отметить, что иногда необходимость приме­нения РВП обусловлена и рядом других — принудитель­ных — причин, например участием в соревнованиях, пробегах или иных нештатных испытаниях (автохимиче­ский тюнинг).

Также РВП могут применяться в качестве вспомога­тельных безразборных средств при сезонном техниче­ском обслуживании и в ряде других случаях, которые мы рассмотрим подробнее.

Весь процесс (цикл) изнашивания детали, как и вооб­ще функционирования соединения или машины в целом между капитальными ремонтами, можно разделить во времени на три этапа (периода) развития процессов или эксплуатации объекта (рис. 18):

• период приработки изделия;

• период нормативной работы (установившегося про­ цесса изнашивания);

зону аварийной эксплуатации (катастрофического изнашивания).

Рис. 18. Межремонтный цикл эксплуатации техники в условиях применения ремонтно-восстановительных технологий:

Wotk — показатели наступления неработоспособного состояния (отказа)

объекта; W_B — показатели объекта после безразборного восстановления;

7в — точка безразборного восстановления; Т_р — межремонтный ресурс

объекта в обычных условиях эксплуатации; Г_рв — межремонтный ресурс

объекта после применения РВП

В настоящее время для каждого из этих периодов, в зависимости от решаемой задачи (технического состоя­ния автомобиля, условий эксплуатации и ожидаемых ре­зультатов), современные наука и техника предлагают ряд эксклюзивных технологий применения РВП при безраз­борном сервисе, в том числе в процессе непрекращаю­щейся эксплуатации, что не менее важно. К основным технологиям относятся:

1. Приработка (обкатка) агрегатов нового или капи­ тально отремонтированного автомобиля.

2. Профилактика износа и поддержание работоспо­ собности узлов автомобиля.

3. Автохимический тюнинг двигателя.

4. Технологии безразборного восстановления.

Известно, что вследствие особенностей функциони­рования определенные группы восстановителей могут проявлять свои максимальные качества в одних условиях и быть менее эффективны в других. Иногда они вообще

бесполезны и даже вредны, особенно если нарушаются рекомендации по их применению или если они использу­ются не по назначению.

На основании имеющихся теоретических положений в области трибологии и химмотологии, а также накоп­ленных знаний по исследованию и внедрению различных технологий безразборного сервиса рассмотрим подроб­нее целесообразность и эффективность применения ре-монтно-восстановительных технологий при эксплуата­ции автомобильной техники.

Рис. 19. Экспресс-диагностика цилиндропоршневой группы (замер максимального давления на такте сжатия-компрессии)

Шаг 1. Один из важнейших элементов безразборного сервиса — диагностирование (рис. 19), включая определе­ние технического состояния машины, выявление скрытых неисправностей в ее агрегатах и системах без их разборки. На основании полученных результатов обосновывается тот или иной способ воздействия или применения ре-монтно-восстановительных технологий.

Для этих целей могут применяться стационарные, пере­движные, переносные и встроенные бортовые средства диагностирования. Стационарные средства диагностиро­вания предназначены для контроля большого числа па­раметров (до 150 и более) на станциях технического об­служивания (СТО), ремонтных предприятиях и мастер­ских хозяйств.

Наиболее простой способ определения технического состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ) двигате­ля—с помощью компрессометра по давлению, развивае­мому в цилиндре в конце такта сжатия.

Чтобы определить значение компрессии в автомобиле, необходимо приобрести компрессометр марки МТП-1МБ, 179 УХЛ4, МТ-1 модели 88801 (для бензиновых двигате­лей) или КИ-5973 (для дизелей). Пределы измерений ком­прессии (максимального давления в цилиндре на такте сжа­тия) для бензиновых двигателей составляют К = 0—1,6 МПа, для дизельных —- К = 0—4,0 МПа.

Шаг 2. Перед введением восстановителей в смазоч­ные материалы необходимо проверить состояние уплот­нений ремонтируемого агрегата. Исправное состояние уплотнительных устройств и различных защитных кожу­хов — одно из главных условий длительной и надежной работы машины. Потери масел из-за течи могут привести к выносу части компонентов восстановителя и снижению ожидаемых результатов воздействия. Попадание влаги в большинство металлоплакирующих и молибденсодержа-щих материалов приводит не только к значительному сни­жению их смазочных свойств, но и к повышению корро­зионных процессов в трущихся соединениях, что наибо­лее нежелательно в различных подшипниковых узлах ходовой части автомобиля. В связи с этим неисправные уплотнения, защитные кожухи и чехлы следует обязатель­но заменить исправными или (лучше) новыми.

Шаг 3. Необходимо провести очистку (промывку) сис­темы смазки двигателя, картера коробки передач и рас­пределительных коробок, мостов и т. дПри подготовке к введению консистентных смазок-восстановителей требуется тщательно очистить заправоч­ные полости от остатков старой смазки, которая может содержать абразивный материал, частицы износа и влагу.

Шаг 4. После замены воздушного, топливного и мас­ляного фильтров (рис. 20) заправить свежее моторное масло до нижнего уровня (по щупу-указателю), оставив часть на приготовление композиции с восстановителем и последующий долив.

Если после контрольного пробега 500—1000 км мас­ло стало черным (за исключением случаев применения слоистых материалов), желательно повторить очистку систем двигателя, тем более что промывочные жидкости после фильтрации, отстаивания в течение 7—10 дней и удаления осадка могут применяться повторно три-четыре раза.

Шаг 5. Препараты перед введением должны иметь плюсовую температуру (не менее +20 °С) для полного их удаления из упаковки и легкости введения.

Рис. 20. Замена масляного фильтра

Рис. 21. Композиция смазочного материала и препарата вводится в двигатель после тщательного перемешивания

Категорически запрещается подогрев препаратов на открытом огне, электроплитке и т. д. В этих целях исполь­зуйте выдержку в теплом месте или поставьте флакон (тубу, пузырек, канистру) с препаратом под струю горя­чей воды или воздуха.

Шаг 6. Непосредственно перед введением препарата в канистру с остатком нового масла флакон необходимо тщательно встряхивать в течение 2—3 мин.

Шаг 7. Полученную композицию смазочного мате­риала и препарата необходимо тщательно перемешать (3-4 мин) и только затем ввести в двигатель (рис. 21). Препарат может быть введен непосредственно в двигатель без предварительного смешивания с маслом (рис. 22). Операции по введению тефлоновых препаратов целесо­образней производить на холодном двигателе, чтобы максимально уменьшить возможность преждевременной полимеризации ПТФЭ во время заливки.

Шаг 8. После введения препарата пустить двигатель и осуществить контрольный пробег на расстояние 10—15 км или оставить его поработать минимум 30 мин.

При применении различных восстановителей в меха­нических коробках передач для более равномерного на

Рис. 22. Введение ремонтно-восстановительного препарата (безразборное восстановление двигателя)

несения покрытия на контактные поверхности зубчатых колес необходимо в период обработки проехать на авто­мобиле задним ходом на расстояние 250—300 м.

Шаг 9. «Обработанный» препаратом автомобиль дол­жен эксплуатироваться какое-то время до получения бо­лее высоких технико-экономических показателей (табл. 12). При длительном хранении компоненты восстановителей могут расслоиться, отложиться не в том месте, а получен­ные покрытия — подвергнуться коррозии и т. д. Напри­мер, если интенсивная эксплуатация автомобиля зимой не планируется, отложите безразборное восстановление работоспособности автомобиля на весну.

Шаг 10. Не следует увеличивать рекомендуемую изго­товителем дозировку вводимых препаратов, что может привести к прямо противоположным результатам. Следу­ет руководствоваться прилагаемыми инструкциями.

Операции безразборного восстановления двигателей внутреннего сгорания наиболее целесообразно проводить на станциях технического обслуживания, где специали­сты контролируют процесс обработки с полным диагно­стированием двигателя и выдают гарантию правильного применения препарата. Однако ввиду достаточной про­стоты применения препарата процесс обработки может быть осуществлен как на СТО, так и в обыкновенном га­раже или на автостоянке.

Таблица 12

Результаты безразборного восстановления работоспособности отечественной автомобильной техники

Марка автомобиля	Пробег, тыс. км	Средняя компрессия в цилиндрах, МПа		Эффект, (<Кд-Кп)/Кд) 100, %
		ДО препарата, Кд	после применения препарата, Кп
ВАЗ-2102	216	0,59	0,64	8,5
ВАЗ-2104	162	0,83	0,91	9,6
ВАЗ-21063	110	109	1,29	18,4
ВАЗ-21063	120	0,76	0,99	30,3
ВАЗ-21051	87	1,00	1,16	16,0
ВАЗ-21073	126	0,96	1,10	14,6
ВАЗ-21081	117	0,87	0,95	9,2
ВАЗ-21093	100	0,96	1,10	11,5
ВАЗ-2110	40	1,08	1,16	7,4
ВАЗ-2123	52	0,97	1,09	12,1
СеАЗ-1111	48	1,25	1,49	19,2
СеАЗ-1111	123	1,10	1,50	36,4
ГАЗ-31029	190	0,65	0,81	15,8
ЗиЛ-130	93	0,78	0,85	8,9
ЗиЛ-131	153	0,50	0,75	50,0

Чаще всего непосредственно после обработки скоро­стные характеристики автомобиля (выбег, разгон и др.) начинают улучшаться на 10—25%. При дальнейшей экс­плуатации продолжается восстановление изношенных поверхностей трения и других технико-экономических

Рис. 23. Изменение компрессии К двигателя

автомобиля СеАЗ-1111 в зависимости от пробега S

после безразборного восстановления

характеристик агрегата. Достигнутые показатели увели­чиваются до 1,5—5,0 тыс. км пробега и остаются более-менее стабильными до пробега около 15 тыс. км, а затем начинают постепенно снижаться, частично сохраняясь до 30—50 тыс. км, по некоторым данным — до 80 тыс. км пробега (рис. 23).