По результатам стендовых испытаний двигателей СМД-62 (мощностью 180 КВт) с гильзами цилиндров и шейками коленчатого вала, обработанными методом ФАБО, получены следующие результаты:
• эффективная мощность возрастает на 8-12 кВт за счет снижения механических потерь на трение и улучшения качества приработки деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма;
• давление масла в главной магистрали двигателя при номинальной частоте коленчатого вала повышается на 25–30 %, что указывает на более качественную приработку вкладышей коленчатого вала;
• износ деталей соединения снижается, в среднем, в два раза.
В ходе эксплуатационных испытаний двигателей, детали которых (гильзы цилиндров, коренные и шатунные шейки коленчатых валов) были обработаны с помощью ФАБО, получены следующие результаты:
• снижение средней интенсивности падения давления масла в главной магистрали дизелей на номинальной частоте вращения коленчатого вала в зависимости от наработки на 12,5 %;
• уменьшение содержания продуктов износа (железа) в пробах масла из картеров двигателей на 34,7 %;
• снижение расхода топлива на 5-10 %, что обеспечивает экономию 0,85-2,6 т топлива в год на один двигатель;
• уменьшение расхода моторного масла в 1,7 раза;
• увеличение межремонтного ресурса в 1,23 раза.
В перспективе возможность нанесения нанопокрытий методом ФАБО на стальные и чугунные детали позволит осуществить полную замену деталей из цветных сплавов.
В последние годы успешно развивается технология осаждения композиционных гальванических нанопокрытий (КГП). КГП получают из суспензий, представляющих собой электролит с добавкой ультрадисперсного порошка. При наложении электрического тока на поверхности покрываемого образца осаждается металл (первая фаза, или матрица) и частицы порошка (вторая фаза, или упрочнитель), которые заращиваются матрицей, образуя структуру покрытия. Вместе с металлом из гальванической ванны на детали осаждаются дисперсные частицы, волокна и усы различных карбидов, боридов, оксидов, сульфидов, порошков полимеров и т. д. Включение дисперсных материалов в металлическую матрицу значительно изменяет свойства покрытий. Гальванические покрытия с дисперсной фазой обладают уникальными свойствами и могут быть использованы для решения разнообразных задач.
В таблице 12 представлены обобщенные данные дисперсных материалов, обеспечивающих улучшение характеристик покрытий.
Таблица 12. Ультрадисперсные порошковые материалы для модифицирования свойств покрытия
Применение композиционных материалов позволило произвести на ряде машин и механизмов замену подшипников качения опорами скольжения и добиться значительно более высокого межремонтного ресурса по сравнению с серийными образцами. Более высокое качество восстановленных деталей объясняется большей площадью поверхности трения скольжения, а также меньшей толщиной вкладыша. В данной главе были рассмотрены только некоторые вопросы, в той или иной степени затрагивающие нанотехнологическую сущность трибологии. На самом деле спектр решаемых нанотрибологией проблем современности, несомненно, гораздо шире — это и космическая трибология, и функционирование подвижных соединений биологических существ, и т. д. и т. п. Более подробное рассмотрение всех этих исследований и практических разработок потребовало бы написания отдельной книги.
Нанотехнологическая автохимия
Около 4 % рынка будут занимать продукты, связанные с автопромом.
Тим Харпер, Консалтинговая компания в области нанотехнологий CMP Cientifica, Великобритания
Наноматериалы находят все большее применение в различных препаратах автохимии: ремонтно-эксплуатационных добавках к топливу и смазочным материалам, шампунях и полиролях. По имеющимся данным, в США затраты на производство присадок, используемых в топливно-смазочных материалах, с 60-х годов XX века возросли с 250 млн до более чем 1 млрд долларов.
Результатом многолетних исследований отечественных ученых и практиков стал тот факт, что трение теперь представляется не только как разрушительное явление природы.
Совместное использование теоретических положений и практических достижений трибологии и нанотехнологии позволяет использовать трение не как разрушительное явление природы, а как самоорганизующийся созидательный процесс, в том числе для безразборного восстановления агрегатов и узлов техники в процессе их непрерывной эксплуатации.
Впервые термин «безразборное восстановление» был официально применен и введен в 1993 году одним из авторов данной книги в связи с изобретением (а затем — патентованием) им и Г. К. Потаповым «способа безразборного восстановления трущихся соединений». В дальнейшем, на основании теоретических предпосылок и проведенных исследований было сформулировано и в настоящее время интенсивно развивается самостоятельное научно-техническое направление — безразборный технический сервис машин и механизмов.
Безразборный сервис может включать операции обкатки, диагностики, профилактики, химмотологического тюнинга, очистки и восстановления как отдельных трущихся соединений и агрегатов, так машин и механизмов в целом. Под ним подразумевается комплекс технических и технологических мероприятий, направленных на проведение операций технического обслуживания и ремонта узлов и механизмов без проведения разборочно-сборочных операций с применением передовых разработок автохимической промышленности.
Теоретическими предпосылками безразборного сервиса (восстановления) явились исследования в теории самоорганизации, предсказанной бельгийским физиком и физико-химиком русского происхождения Ильей Романовичем Пригожиным (лауреатом Нобелевской премии по химии 1977 года «За работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур»).
В прикладном плане безразборный сервис базируется на научных открытиях российских ученых. К ним, в частности, относится явление избирательного переноса при трении (эффекта безызносности), открытое и исследованное Д. Н. Гаркуновым и И. В. Крагельским.
Безразборный сервис транспортных средств — это результат дальнейшего развития исследований в этих областях. Термин стал широко применяться в многочисленных публикациях и нескольких монографиях по данному новому научнопрактическому направлению.
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.
Особое место, и это признали даже производители смазочных материалов, начав производство специальных моторных масел для автотранспорта с пробегом более 100 000 км, занимают методы и средства, предназначенные для частичного восстановления изношенных поверхностей трения узлов и агрегатов автомобиля в процессе непрекращающейся эксплуатации.
В классическом понимании процесс восстановления детали, соединения или машины в целом подразумевает проведение технических и технологических мероприятий, направленных на изменение геометрических размеров образца до номинальных (ремонтных) или на восстановление его работоспособности до нормативных показателей. Однако проводить ремонтные работы имеет смысл даже в том случае, когда наблюдается только частичное (неполное) выполнение этих требований.
В условиях недостатка финансовых средств у большинства населения, определенного дефицита доступных качественных топливно-смазочных материалов проблема поддержания в работоспособном состоянии отечественной и импортной техники может быть во многом решена за счет применения специальных ремонтно-эксплуатационных препаратов, в том числе разработанных на основе наноматериалов и нанотехнологий.
Известные автохимические препараты для безразборного сервиса автотракторной техники можно отнести к нанотехнологическим разработкам по трем основным критериям.
1. Применение в их составе наноразмерных частиц (ультра-дисперсные алмазы, металлические порошки, политетрафторэтилен (PTFE), модифицированный графит и т. д.).
2. Использование компонентов, полученных (произведенных) с помощью нанотехнологий, например золь-гель технологии (рекондиционеры).
3. Формирование на поверхностях трения вследствие взаимодействия с активными компонентами этих препаратов защитных наноразмерных (наноструктурированных) покрытий и структур (ионные металлоплакирующие присадки, кондиционеры, геомодификаторы) — рис. 67.
Несомненно, что все вышеперечисленные свойства в той или иной мере присущи практически всем ремонтно-восстановительным препаратам автохимии, применяемым для безразборного сервиса (восстановления) автотракторной техники. В одних случаях они являются определяющими, а в других могут быть отнесены к вспомогательным (дополнительным) эффектам. Например, во всех препаратах наряду с макрочастицами могут находиться и наноразмерные частицы.
Рис. 67. Механизм защитного (восстановительного действия) ремонтно-восстановительных нанопрепаратов автохимии: 1 — конструкционный материал детали; 2 — защитные наноструктурированные пленки (покрытия); 3 — смазочный материал с нанокомплексами
Известные в настоящее время ремонтно-восстановительные 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: реметаллизанты (металлоплакирующие соединения), полимерсодержащие препараты и геомодификаторы.
К восстановителям, в основном, по критерию повышения технико-экономических показателей обработанной техники, следует условно отнести кондиционеры поверхности и слоистые добавки-модификаторы.
В некоторых случаях РВП называют еще ремонтно-эксплуатационными препарами (РЭП), что, на мой взгляд, точнее отражает их предназначение и функциональные свойства.