Последние десятилетия во всех промышленно развитых странах повышен интерес к тенденциям развития исследований в области трения, изнашивания и смазки деталей и механизмов. С развитием техники становится ясно, что стали и чугуны не идеальны как материалы для массового производства машин и механизмов, особенно для изготовления трущихся деталей.
Машины и механизмы, изготовленные из сплавов на основе железа, имеют значительный вес, подвержены коррозии, недостаточной износостойкости. Они при эксплуатации нуждаются в охлаждении и смазке. Сегодня на отечественном рынке появились многочисленные присадки, улучшающие свойства применяемых масел, выравнивающие дефекты микрорельефа трущихся поверхностей. Применение таких присадок при классическом способе борьбы с трением, использованием «масляного клина» в зоне трения, приводит к существенному уменьшению износа.
Основным недостатком технологии с использованием присадок является постоянное их присутствие в местах трения, причем в достаточной концентрации. Постоянное поддержание концентрации присадок в системе подачи масла приводит к тому, что в процессе эксплуатации продукты износа трущихся поверхностей и присадок постепенно уменьшают проходное сечение маслопроводов, что приводит к тому, что в процессе эксплуатации продукты износа трущихся поверхностей и присадок постепенно уменьшают проходное сечение маслопроводов, что приводит к снижению подаваемых в зону трения объемов масла и увеличению износа.
Практика показала, что масла, присадки, модификаторы и кондиционеры металла не предотвращают кантакта «металл-металл». Все масла и добавки быстро деструктируются и загрязняются, теряя при этом свои пленкообразующие свойства. В процессе деструкции масел и добавок образуются химические соединения, вредные для конструкционных материалов, поэтому в инструкциях по эксплуатации машин и механизмов определен срок замены масел.
Невыдерживание регламентов по замене масел приводит к преждевременному выходу из строя машины или узла. Таким образом, добавление присадок в масла лишь притормаживает процесс износа пар трения, по существу не восстанавливая технических характеристик агрегата. До настоящего времени проблема преждевременного износа машин осталась не решенной. Изготовитель техники предписывает небольшой срок моторесурса, и то при выполнении довольно сложных инструкций по эксплуатации и ремонту. Но уже сейчас стали и чугуны пытаются заменить на новые конструкционные материалы: пластмассы, сплавы на основе алюминия, керамики, металлокерамики и др. Многие компании разработали своего рода компромиссную технологию.
Для ее осуществления требуется, чтобы детали машин были изготовлены из черных металлов, и тогда на поверхностях трения и контакта стальных и чугунных деталей машин путем добавления в масло специального порошка образуется металлокерамика в виде слоя толщиной до 0,5 – 0,7 мм, который образуется в результате реакции замещения атомов Мg в узлах кристаллической решетки частиц ремонтно-восстановительного состава атомами Fе поверхностного слоя стали и чугуна.
Способ образования металлокерамики реакцией замещения объясняет следующие дополнительные свойства: одинаковый со сталью коэффициент термического расширения; способность противостоять пластическим деформациям и ударным нагрузкам; способность обеспечивать «сухое» трение, так как имеет стекловидную структуру, в отличие от пористой структуры традиционной металлокерамики; способность увеличиваться в объеме в зависимости от энергии контакта, т.е. не только компенсировать износ, но и оптимизировать зазоры в сопряжениях деталей механизмов.
Все эти свойства делают данную технологию возможной к применению в любых машинах и механизмах, где детали изготовлены из черного металла. Новейшие разработки специалистов Сибирского государственного университета путей сообщения – универсальные ремонтно-восстановительные составы (УРС) ССРС «АG» на основе поверхностно-активных веществ и диспергаторов – дают при добавлении в масла совершенно уникальные результаты. Техническое использование УРС заключается в следующем.
В смазочные материалы устройств и механизмов добавляется необходимое количество порошка «АG» и обеспечивается определенное время работы этих механизмов при штатной нагрузке, после чего смазка с добавлением УРС либо удаляется, либо остается при дальнейшей работе в зависимости от назначения и конструкции механизмов. Под действием механических нагрузок происходит создание металло-органокерамического слоя толщиной 0,05 – 0,07 мм с коэффициентом трения 0,003 – 0,007.
Если условно разделить протекающие процессы на этапы, то можно представить картину следующим образом. За счет высоких абразивных свойств УРС в местах контакта происходит суперфинишная обработка поверхностей трения – очистка нагаров, окислов, деструктурированного масла. В местах локального контакта в микрообъемах возникают высокие температуры (более 1000ºС), что приводит к инициированию микрометаллургических процессов – микросваривания, микросхватывания, шаржирования. В результате происходит «приплавление» частиц УРС к кристаллической решетке поверхностного слоя металла.
Практически одновременно происходит нагартовка несработанных частиц УРС, частиц металла и других продуктов трения в углубления микрорельефа. Поскольку элементы УРС работают как катализаторы, в местах нагартовки создаются условия для активного протекания окислительно-восстановительных процессов. В результате этих реакций происходит диффузия частиц УРС в поверхности трения. Одновременно происходит образование новых кристаллов и наращивание их на кристаллической решетке металла. В дальнейшем эти кристаллы ориентируются вдоль поля трения и срастаются, образуя на всей поверхности пятна контакта непрерывный ряд твердых микрокристаллов.
Все процессы протекают практически одновременно и имеют место до тех пор, пока в носителе не иссякнет «строительный материал» УРС или пока в системе не наступит равновесие (все зазоры будут заполнены или выбраны до оптимальной величины). В конечном счете, оптимизация зазоров в местах контакта определяется конструктивными особенностями самой системы и всего агрегата в целом. Важным является то, что на поверхности металла наращивается ме-талло-органокерамический слой. Этот слой обладает следующими характеристиками: высокой твердостью, превосходящей по твердости закаленную сталь; низким коэффициентом трения, в 15 – 30 раз меньше, чем сталь по стали; термостойкостью, практически не чувствительной к абразивам и влаге.
Основное качество выращенного слоя в том, что он компенсирует выработку трущихся деталей, т.е. детали восстанавливаются в первоначальных конструктивных размерах и в дальнейшем износ трущихся деталей прекращается. При определенной периодичности обработок составами «АG» можно добиться эксплуатации деталей без износа.Ярким примером преимущества новых технологий служит процесс «холодного» запуска двигателя внутреннего сгорания, когда пары трения уже работают, а масла и присадки к ним еще не поступают. По некоторым оценкам на трение при «холодном» запуске происходит от 50 до 80 % износа двигателя.
Кроме того, после обработки агрегатов универсальными ремонтно-восстановительными составами существенно меняется роль масла. Оно уже не выполняет роль эффективного третьего тела в паре трения, а лишь выполняет функцию теплоотвода, поэтому в ряде случаев, когда не слишком нарушаются температурные режимы, агрегаты могут работать без масла. Систематическое применение УРС позволяет эксплуатировать устройства и механизмы практически без износа и позволяет: уменьшить потери на трение и повысить КПД; восстановить компрессию и увеличить мощность двигателей внутреннего сгорания, компрессоров; снизить расход топлива и электроэнергии на 10-20 %; увеличить срок замены масла в 2-3 раза; уменьшить уровень вибрации и шума; снизить токсичность выхлопных газов в ДВС.
