Впервые термин «кондиционер» (от английского «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». Почти через сто лет, 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 работникам, а для борьбы с влажностью, ухудшавшей качество печати.
Слово «кондиционер» по отношению к устройству для поддержания нужной температуры и влажности в помещении прижилось только у нас в стране. Фактически это фрагмент словосочетания a ir — condition, что в переводе с английского означает «состояние воздуха». В дальнейшем слово кондиционер стало применяться в других отраслях, например «кондиционер металла», «кондиционер волос», «кондиционер белья» и т. д.
Собственно, смысл словосочетания кондиционер поверхности применительно к автохимии можно интерпретировать как препарат и механизм воздействия на процессы трения и изнашивания, позволяющие восстанавливать антифрикционные и противоизносные свойства, а также химический состав (состояние) поверхностей трения посредством доставки необходимых компонентов (среды или энергии) за счет введения химически активных веществ.
Одним из главных компонентов автомобильных кондиционеров поверхности являются галогенированные производные углеводородов. Эти химически активные углеводороды являются соединениями, полученными замещением в структурной формуле углеводорода одного или более атомов галогена (хлора, фтора, брома, йода) равным числом атомов водорода. К активным компонентам таких присадок следует отнести также ряд соединений серы и фосфора.
Наиболее часто в кондиционерах металла применяются хлоропарафины, отвечающие по составу предельным углеводородам или парафинам СnН(2n+2), в которых один или несколько атомов водорода замещены хлором. Из химических свойств хлоропарафинов наиболее важным и характерным для них является чрезвычайная подвижность атомов хлора, вследствие чего при действии соответствующих агентов они способны обменивать хлор снова на водород или на другие атомы или группы. Эта способность обусловливает широкое применение хлоропарафинов для разнообразнейших синтезов, в том числе для препаратов автохимии.
Механизм противозадирного действия хлорсодержащих соединений заключается в образовании хлоридов на локальных микроучастках контакта 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 начиная с температуры 200 °C. Эта пленка содержит карбиды и оксиды железа, а также сульфаты железа (вследствие окисления). Толщина образовавшейся сульфатной пленки зависит от прочности связи серы в молекулах присадки и составляет 300…400 нм. С применением рентгеноспектральных методов было установлено, что в процессе работы сульфатная пленка непрерывно истирается и восстанавливается, однако средняя толщина пленки остается постоянной.
Другим химически активным компонентом РВП являются препараты на основе соединений фосфора. Так, металлические соли дитиофосфорных (ДТФ) кислот придают смазочным композициям высокие антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные, а также незначительные противозадирные свойства за счет химических реакций присадок с металлом поверхности с образованием на поверхностях трения фосфатов металлов, имеющих высокое сопротивление сдвигу.
Дитиофосфаты цинка применяют в качестве антиокислительной и противоизносной присадки. Наиболее широко распространены российские присадки ДФ-11 (50 %-ный раствор изобутилизооктилдитиофосфата цинка в веретённом 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 % (мас.).
В моторных маслах они используются как компонент полифункциональных присадок для обеспечения синергизма (содружества) триботехнического действия различных присадок.
Противоизносное действие дитиофосфатов или дитиокарбонатов молибдена в основном реализуется вследствие химического модифицирования продуктами термического разложения этих соединений на поверхностях пар трения и последующего образования на них полимолекулярного граничного слоя. Продукты их разложения вступают в реакцию с ювенальными поверхностями трения и насыщают их серой, молибденом и в некоторых случаем фосфором. Затем при высоких температурах происходит дальнейшее разложение присадки, образуются соединения MoS2 и МоО4 или их модификации, создающие полимолекулярный противоизносный антифрикционный граничный слой. Присадками такого типа являются ПАФ-4 («Экомин»), производства Рязанского опытного завода ВНИИ НП (Россия) и, по некоторым данным, «MotorProtect» немецкой фирмы L iqui Moly GmBh . Дитиофосфат цинка также взаимодействует с продуктами окисления, образующимися в масле при эксплуатации, повышая его антикоррозионные свойства.
Все эти вещества в той или иной концентрации входят или могут входить в состав РВП группы кондиционеров металла. Механизм их действия основан на физической адсорбции, хемосорбции и химическом взаимодействии ПАВ с поверхностями трения.
Механизм физической адсорбции заключается в том, что полярные молекулы кондиционера удерживаются на трущихся поверхностях силами Ван — дер — Ваальса, 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 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 в основном физический характер, а при высоких температурах — химический. Так, кондиционеры поверхности, с одной стороны, за счет физической адсорбции образуют на смазываемых поверхностях достаточно прочные слои ориентированных молекул смазочного материала, работающие при низких температурах. С другой стороны, в результате хемосорбции за счет образования в смазочном материале, например, активных ионов хлора (при применении хлоропарафинов), опережая процессы схватывания, на поверхностях трения образуются устойчивые пленки, а в смазочном материале маслорастворимые или твердые химические соединения, состоящие из хлоридов, фосфатов, йодидов, сульфидов и др.:
FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O;
Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O.
Высокая скорость их образования позволяет быстро восстанавливать такие пленки в местах разрушения граничного слоя базового смазочного материала, обеспечивая защитный режим трения во фрикционном контакте вплоть до температуры плавления.
Образовавшиеся адсорбированные, хемосорбированные структуры и химические соединения на поверхностях трения, обладающие относительно высокой прочностью и стойкостью, защищают их от непосредственного механического и теплового контакта, препятствуют взаимной адгезии поверхностей.
Наиболее известным препаратом этого класса является антифрикционный кондиционер металла «Energy release» («освобождающий энергию»), разработанный американской компанией Entech Corp . в рамках абсолютно закрытой программы по созданию самолета — невидимки «Stelth». Он был создан специально для турбин реактивных двигателей и других узлов и механизмов, работающих в сверхтяжелых условиях, когда обычные СМ не обеспечивали необходимых свойств.
Физико — химические исследования «Energy release», проведенные с участием Центра лазерной технологии при Институте общей физики РАН, указывают на образование на трущихся поверхностях сервовитной пленки из чистейшего железа. Методом оже — спектроскопии установлено, что толщина этой пленки составляет всего 250 Å (25 нм), что в 2000 раз меньше толщины человеческого волоса. В условиях применения «Energy release» наблюдается значительное снижение шероховатости поверхностей — с 1 до 0,01 мкм, т. е. до уровня зеркальной поверхности, что позволяет в 5…12 раз снизить износ деталей и механизмов двигателя. Результаты расчетов показали, что использование «Energy release» на серийном моторе без всяких конструктивных доработок позволяет получить прирост мощности на 5 л. с. (3,73 кВт).
В последнее время получила распространение новая американская разработка — полностью биоразлагаемый синтетический кондиционер металла второго поколения «SMT 2», обладающая, к тому же, по данным фирмы — производителя, более высокими антифрикционными свойствами.
Научно-производственная компания «Автохимпроект» выпускает отечественный кондиционер металла Fenom (Феном), который в настоящее время широко известен на автомобильном рынке и входит в целую группу различных продуктов для автохимии. Название Fenom образовано от Fe — обозначение железа в таблице Д. И. Менделеева и Nom — от латинского Nomen — основа основ (имя).
Особенностью кондиционирования металла при использовании препарата Fenom заключается в дополнительном пластифицировании поверхностей трения и формировании на них тончайших слоев, по свойствам близких к сервовитной пленке, характерной для эффекта безызносности. Это обусловлено избирательным растворением веществами кондиционера легирующих элементов конструкционного материала детали и образованием структуры, состоящей из чистого железа с включенными в него остаточными фазами углерода.