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 п олимерсодержащие п репараты

 

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.

 

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