Виктор Балабанов - Нанотехнологии. Правда и вымысел

Механизм физической адсорбции заключается в том, что полярные молекулы кондиционера удерживаются на трущихся поверхностях силами Ван-дер-Ваальса, 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 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. Поэтому, с одной стороны, за счет физической адсорбции кондиционеры поверхности способны образовывать 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 устойчивые пленки, а в смазочном материале – маслорастворимые или твердые химические соединения, состоящие из хлоридов, фосфатов, иодидов, сульфидов и т. д.

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O;

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O.

Большая скорость их образования обеспечивает быстрое восстановление таких пленок в местах разрушения граничного слоя базового смазочного материала, обеспечивая защитный режим трения во фрикционном контакте вплоть до температуры плавления.

В результате трибохимических реакций (образования, распада и восстановления в зоне трения соединений металла с активными молекулами продукта) эти кондиционеры образуют защитный граничный слой (20–40 нм). Защитный слой приобретает пластичные и упругие свойства, антифрикционные качества и стойкость к высоким нагрузкам.

Образовавшиеся хемосорбированные структуры и химические соединения на поверхностях трения, обладающие относительно высокой прочностью и стойкостью, защищают поверхности от непосредственного механического и теплового контакта и препятствуют взаимной адгезии.

Наиболее известным представителем этой группы РВП является антифрикционный кондиционер металла Energy release, разработанный американской компанией Entech Corp. в рамках абсолютно закрытой программы по созданию самолета-невидимки Stealth. Он был создан специально для турбин реактивных двигателей и других узлов и механизмов, работающих в сверхтяжелых условиях, когда обычные СМ не обеспечивали необходимых свойств.

В последнее время на смену кондиционеру металла Energy release пришла новая американская разработка – синтетический кондиционер металла SMT-2, обладающий, по данным фирмы-производителя, более высокими антифрикционными свойствами.

Научно-производственная компания «Лаборатория трибо-технологии» разработала и выпустила аналог данного препарата, рекондиционер металла Fenom, который в настоящее время входит в целую группу различных продуктов для автохимии (рис. 68).

Рис. 68. Нанотехнологическая автохимия российско-американской компании «Лаборатория триботехнологии»

Особенность кондиционирования металла при использовании препарата Fenom заключается в дополнительном пластифицировании поверхностей трения и формировании на них тончайшего слоя, близкого по свойствам к «сервовитной пленке», характерной для «эффекта безызносности». Это обусловлено избирательным растворением веществами кондиционера легирующих элементов конструкционного материала детали и образованием структуры, состоящей из чистого железа с включенными в него остаточными фазами углерода.

При этом 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 в подвижных соединениях и интенсивность их изнашивания, в том числе при пуске, разгоне, режимах перегрузок и т. д.

Fenom обеспечивает реальный эффект при концентрации всего 3 % 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.

Научно-производственная фирма «Лаборатория триботехнологии» впервые в мире разработала препараты (Old Chap, Ten-sai) на основе наноразмерных комплексов органосорбента, полученных по золь-гель технологии из бентонитовых глин.

Бентонитовые глины получили название от форта Бентон, расположенного в штате Вайоминг (США), где в конце прошлого века была начата их первая промышленная добыча. В дальнейшем практический интерес к бентонитовым глинам значительно возрос, и их месторождения были разведаны почти на всех континентах нашей планеты. Так, монтмориллонит – главнейший минерал бентонитовых глин – получил название от города Монтмориллон (Франция), вблизи которого был впервые обнаружен.

В качестве бентонита используют монтмориллонит, а для получения органобентонита – бентонитовые глины Саригюхского месторождения (Армения) и ряда других месторождений в различных регионах мира. Затем их обогащают, перерабатывают и выпускают в виде бентонитовых порошков.

С помощью органобентонита можно создавать системы из компонентов, которые в обычных условиях несовместимы. Они способны, например, удерживать в воде или в масле специальные вещества или химические элементы – носители определенных заданных свойств. Данные добавки представляют собой тонкодисперсную структуру частиц бентонитовых глин, предпочтительно монтмориллонитов, полученных в результате модификации этих глин различными соединениями поверхностноактивных веществ.

Препараты получили наименование рекондиционеров – составов, способствующих возвращению условий трения и изнашивания к нормальному состоянию. Наряду с образованием на поверхностях трения защитных слоев они дополнительно способствуют повышению несущей способности (прочности) масляной пленки. Полимолекулярная система препарата, включающая в себя наноразмерные комплексы (кластеры) органических веществ, структурирует граничную масляную пленку и увеличивает адгезию масла к металлу.