Виктор Балабанов - Нанотехнологии. Правда и вымысел

Для фрикционно-механического нанесения медьсодержащих покрытий на поверхности трения гильз цилиндров и других деталей втулочного типа разработаны специальные приспособления (рис. 66), полуавтоматы, автоматы и станки.

Рис. 66. Нанесение покрытия методом фрикционного латунирования на токарном станке

Рассмотрим режим фрикционной обработки детали прутковым инструментом: окружная скорость поверхности детали – 0,15-0,3 м/с; давление прижатия прутка – 10–50 МПа; продольная подача прутка – 0,1–0,2 мм/об; число рабочих ходов – 1–2.

Нанесение антифрикционных противоизносных покрытий позволяет существенно (более чем в 3 раза) снизить интенсивность изнашивания конструкционных материалов соединения «шейка коленчатого вала – вкладыш» в период приработки.

При приработке поверхностей с нанесенными антифрикционными покрытиями в первый момент идет интенсивная приработка с формированием оптимальной структуры поверхностных слоев.

Температура в зоне трения при наличии антифрикционного покрытия снижается почти в пять раз. Это связано с лучшей теплопроводностью нанесенных покрытий и отсутствием очагов схватывания, так называемых мгновенных температурных вспышек на микроконтактах.

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.

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.

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.