Геомодификаторы трения

Эта статья предлагается к удалению. Пояснение причин и соответствующее обсуждение вы можете найти на странице Википедия:К удалению/28 ноября 2012. Пока процесс обсуждения не завершён, статью можно попытаться улучшить, однако следует воздерживаться от переименований или удаления содержания, подробнее см. руководство к дальнейшему действию. Не снимайте пометку о выставлении на удаление до окончания обсуждения. Администраторам: ссылки сюда, история (последнее изменение), журналы, удалить.

Геомодификатор трения (ГМТ) — специальный комплекс тонкодисперсных минералов (амфиболы: биотит, хлорит и серпентин), позволяющий (способствующий) в процессе штатной работы формировать на поверхностях трения узлов и механизмов новую структуру трения, отличающуюся наиболее оптимальными с триботехнической точки зрения свойствами.

Геомодификаторы трения – общее название особого ряда триботехнических составов, используемых в узлах трения механизмов, устройств, агрегатов и двигателей любых типов и размеров. Гео – земля, потому, что имеют обязательный минеральный компонент. Модификаторы трения потому, что принципиально изменяют (модифицируют) поверхность трения. Наиболее известные геомодификаторы трения: НИОД, РВС, Супротек (Suprotec), ФОРСАН, ХАДО, ЗВК "РЕАГЕНТ-3000", ОМКА и др. Геомодификаторы также называют составы, формирующие сервовитной пленки, ревитализанты, РВС-составы, органометал-локерамическое покрытие, металлокерамический защитный слой, нанокерамика и др.

Принципиальным отличием геомодификаторов трения от остальных антифрикцион-ных, противоизносных препаратов является способность создавать (способствовать строительству) новые структуры поверхности трения на основе металлических кристаллических решеток непосредственно в процессе штатной эксплуатации узлов трения.

Уникальность процесса созидания новых слоев на первый взгляд кажется неправдоподобной. Кто строит новую структуру, почему и из чего? Еще академик Вернадский сделал выводы об общности процессов живой и неживой природы. Когда у человека в процессе жизнедеятельности регенерируются ткани или восстанавливается поверхность трения суставов, вопросов не возникает. Очень близкие процессы самоорганизации протекают и в узлах трения механизмов. Обусловлено это стремлением любой системы, в том числе и «не живой» к минимальному потенциалу энергии, стремлением к равновесному состоянию. Наиболее понятный пример: расплавление вкла-дышей подшипника скольжения. При неблагоприятных условиях (чрезмерные нагрузки, конструктивные недостатки, качество поверхностей трения или смазки) несущая способность подшипника не обеспечивает гидродинамический режим, происходит контакт поверхностей трения при высоких удельных нагрузках и температуре в локальных точках. В результате расплавления слоя вкладыша площадь непосредственного контакта поверхностей трения резко увеличивается и удельные нагрузки снижаются. С точки зрения работоспособности узла – это выход из строя полный или частичный, а с точки зрения конкрет-ного участка трения – это переход в более равновесное состояние, когда снижается уровень когезионного изнашивания, и, даже, возможно создание условий гидродинамическо-го режима трения.

Таким образом, на вопрос: Кто строит и почему? Можно ответить: Строит природа для своего собственного равновесного состояния. То есть, геомодификаторы в этом процессе играют роль катализатора или инициатора процессов. Грубо говоря, геомодификаторы подталкивают систему в целом к переходу в новое, более энергетически выгодное равновесное состояние.

Анизотропия этих минералов (атомы одной плоскости имеют сильные ковалентные связи, а между параллельными слоями слабые связи) обеспечивает «мягкую» абразивную очистку поверхности трения частицами триботехнического состава. В то же время повышенная твердость слоистых силикатов вдоль чешуек обеспечивает выделение необходимой энергии связи атомов при «домалывании» тонких частиц, необходимой для построения новой кристаллической решетки.

Принцип действия на узлах трения

Обработка узлов, агрегатов и механизмов с использованием ГМТ может проводится путем введения их в штатную масляную систему, либо консистентную смазку, либо наносятся непосредственно на обрабатываемые детали перед сборкой. ГМТ в смазочных материалах не растворяются, в химические реакции с ними не вступают, реологию смазочных материалов не меняют, являются экологически чистым продуктом.

Попадая на поверхности трения работающих механизмов, частицы ГМТ измельчаются сами и модифицируют поверхности пар трения.

Теперь уместен вопрос: Из какого материала выстраивается новая структура, и, главное, каким образом? Механизм строительства кристаллических решеток известен давно. Не углубляясь в дебри строения атома, вспомним только то, что у металлов есть свободные электроны, которые могут вращаться вокруг различных ядер (быть общими), под воздействием поля могут перемещаться, обеспечивая тепло- и электропроводность. Собственно, из-за этих свойств металлические решетки называют мономолекулой. Кроме того, имеют место поверхностные электроны, которые с большой долей вероятности при-соединили бы еще и другие атомы, группы атомов, конгломераты родственного металла к себе, если бы не свойства краевого эффекта поверхности. Этот эффект выражается в значительной степени искажения кристаллической решетки поверхности при изготовлении детали (резка и шлифование), и затем в результате эксплуатационного воздействия (наклепы, окислы, коррозия, «грязь», лаки и т.д.). Грубо говоря, свободные поверхностные электроны находятся далеко от поверхности. За исключением случаев когезионного резания (слома) шероховатостей, или адгезионного отрыва участков поверхности трения.

Геомодификаторы трения представляют собой комплекс тонкодисперсных минералов серпентиновой, хлоритовой и других групп, максимально оптимизированый по распределению крупности и анизотропных свойств. Необходимый набор свойств обеспечивается конкретным набором минералов, способом их измельчения классификации и соотношением составов для конкретного типа узлов трения. Это так называемый активный компонент. Носителем активного компонента может быть любая штатная смазка или универсальные смазочные материалы без присадок, что обеспечивает химическую нейтраль-ность геомодификаторов трения и, следовательно, совместимость с любыми типами смазочных материалов. Вариантов перебора свойств по фазовому и химическому составу, по способам измельчения и классификации, соотношения компонентов и способов предвари-тельной активации десятки миллионов. Поэтому кажущаяся на первый взгляд простота приготовления и применения состава не оправдывается и желаемый результат - управление трением на атомном уровне – требует кропотливой научно-исследовательской дея-тельности.

Причем в связи с «плаванием» составов исходных минералов, свойства конечного продукта могут изменяться на диаметрально противоположные. Например, вместо формирования новой структуры может начаться абразивный износ или в лучшем случае – отсутствие всякого эффекта. Поэтому производство такого уникального продукта требует постоянного контроля качества и коррекции составов.

В результате формирования новой структуры на поверхности трения появляется слой металла (железа). Этот слой резко отличается от основы и от того пограничного слоя, который был до обработки узла трения. Несмотря на то, что адгезионные свойства слоя (прочность сцепления с основой) практически равны прочности основы, структура слоя совершенно другая. Понятно, что это связано с разными процессами производства фактуры.

В одном случае это металлургические процессы, а в другом - диффузионно-атомные.

Наиболее характерный пример диффузионно-атомных процессов это схватывание (прилипание) двух идеально ровных плоских брусков стали за короткий промежуток времени. Если их оставить на несколько дней – месяцев, бруски станут единым целым. Приблизительно такой же механизм присоединения конгломератов металла и в технологии геомодификации поверхности трения. Разница только в скорости и условиях протекания процессов. Материалом для строительства нового слоя является ранее изношенные час-тички металла и частично материал геомодификатора.

Главным условием начала диффузионных процессов является очистка поверхностного слоя от «грязи» и слоя с искаженной кристаллической решеткой. Функцию очистки выполняет определенная группа минера-лов, обеспечивающая мгновенную очистку поверхности и, при этом сами частички минералов разрушаются. Слой сначала растет тонкими чешуйками, и затем, объединяясь в пластины и сплошную поверхность. При этом закрываются следы задиров, царапин и сколов. Весьма вероятно, что основным элементом процессов созидания новой структуры является углерод, который способен присоединять окружающие элементы в соответствии с едиными природными кодами.

По внешнему виду слой представляет собой идеальную серо-зеркальную поверхность. На самом деле – это сверхмикропористая структура повышенной прочности и, самое главное, повышенной маслоудерживающей способностью, которая, собственно, и обеспечивает целый комплекс уникальных свойств узла, механизма, агрегата и двигателя внутреннего сгорания. Этот слой содержит практически все компоненты среды (смазки). Это углерод, кремний, различные металлы и соединения. Включения могут значительно отличаться от свойств слоя, но в виду своего микроскопического количества, на общие свойства слоя не влияют.

В связи с тем, что триботехническая система является открытой системой с обратной связью, а геомодификаторы создают условия перехода системы на новый более высокий триботехнический уровень, самоорганизующиеся процессы позволяют формировать слой такой толщины, какая наиболее оптимально подходит для данного узла, материалов поверхностей трения, свойств смазки и режимов работы. То есть при условиях необходимо-го и достаточного количества геомодификатора в смазочной среде, толщина слоя будет саморегулироваться или колебаться возле какого-то значения в зависимости от темпера-туры и нагрузки в зоне контакта.

Снизилась температура и нагрузка – слой прекращает рост, увеличилась – продолжается строительство слоя. Причем слой формируется не на всей поверхности трения, а только там, где реально надо системе, то есть в местах повышенных нагрузок. На деталях узлов трения цилиндропоршневой группы толщина слоя обычно не превышает 15 мкм, на плунжерных парах ТНВД толщина слоя исчисляется десятыми микрометра, на зубьях передач толщина слоя достигает десятых миллиметра.

Формирование слоя на изношенных поверхностях трения – процесс управляемый самой системой трения и, следовательно, свойства слоя, в том числе и его толщина определяются исключительно текущими условиями зоны трения: нагрузкой, скоростью, температурой. По мере перехода локального участка в равновесное состояние интенсивность формирования слоя снижается. А это связано с переходом в наиболее оптимальные условия работы узла трения. В этом смысле совсем не обязательно восстанавливать номинальные размеры, например, таких деталей трения как, цилиндропоршневая группа.

Известны случаи когда износ гильзы цилиндра превышал 0,15 мм. После обработки геомодификато-ром компрессия по цилиндрам восстанавливалась до номинальных значений, но толщина слоя на поверхностях трения гильзы цилиндра и поршневых кольцах не превышала 10 мкм. То есть 20 мкм на сторону или всего 40 мкм не могут компенсировать износ 150 мкм. Парадокс объясняется значительной маслоудерживающей способностью сформированно-го слоя, который держит не только более толстый слой смазочного масла, но и тонкодис-персные твердые частицы. В целом новый слой и плотный толстый слой масла полностью восстанавливают газоплотность цилиндропоршневой группы.

Восстановление и поддержание компрессии обеспечивают благоприятные условия сгорания топлива, что приводит к восстановлению паспортных значений расхода топлива, снижению нагарообразования и токсичности выхлопных газов, восстановлению мощности и приемистости двигателя. Восстановление газоплотности цилиндропоршневой группы так же снижает прорыв газов в картер, что обеспечивает необходимый ресурс смазочного масла за счет уменьшения его окисления, термодеструкции и попадания частичек нагара. Более толстый слой масла смещает режим трения ближе к зоне гидродинамического трения, что позволяет снижать потери на трения. Таким образом, обработка даже новых двигателей позволяет снижать потери на трение и увеличивать мощность.

Автокомпенсация параметров сформированной структуры обеспечивается незначительным наличием геомодификатора в смазочном масле, что позволяет практически сохранять характеристики деталей двигателя в исходном состоянии многократно увеличивая его ресурс. Это относится ко всем деталям трения, которые в основном и определяют ресурс двигателя. Исключение составляют детали двигателя, подверженные усталостному циклическому разрушению. В этом случае новая структура только частично снижает пики нагрузки за счет демпфирования ударов более толстым слоем смазочного масла. Это же свойство позволяет снизить шум и вибрацию двигателя.

Геомодификатор обеспечивает формирование новой структуры на поверхностях трения всех нагруженных узлов и деталей. В двигателе это детали ЦПГ, КШМ, ГРМ, плунжерные пары ТНВД, шестерни масляных насосов, толкатели, направляющие, подшипники качения и скольжения. В коробках передач и дифференциалах это зубчатые зацепления, подшипники качения, золотники. В ГУР это гидронасосы и исполнительные механизмы.

Формирование нового слоя на узлах трения

Формирование новой структуры (слоя) после добавления ГМТ в узел трения можно разделить на 3 этапа:

1 этап — подготовка поверхности — тонкая очистка мягким абразивом, входящим в ГМТ деформированного в процессе эксплуатации поверхностного (или исходного) слоя пар трения;

2 этап — формирование защитной структуры (слоя) — образование на подготовленной поверхности металла (стали, чугуна) новых слоев кристаллической структуры, которая является продолжением металлической подложки трущейся детали. Происходит рост защитной структуры в режиме «слой за слоем». Материалом для строительства защитного слоя является железо, находящееся в смазочном масле (смазке) в виде продуктов износа, а также вещества, входящие в состав ГМТ. На формирование защитного слоя оказывает влияние углерод из углеводородов смазки.

3 этап — динамическая регуляция защитного слоя — поддержание защитного слоя с такими параметрами, которые необходимы системе трения для оптимального состояния в конкретном режиме работы. К таким параметрам относятся: толщина слоя, пористость, волнистость, шероховатость и т. д. Причем, при наличии в смазочном материале даже незначительного количества состава ГМТ происходит динамическая (адаптивная) регуляция параметров защитного слоя. В этот период процессы изнашивания контактирующих поверхностей трения практически отсутствуют, так как защитный слой обладает повышенной маслоудерживающей способностью, и граничный режим трения смещается в зону гидродинамического режима трения, при котором износ минимален.

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Исправить статью согласно стилистическим правилам Википедии. Проставить интервики в рамках проекта Интервики.

Ссылки