Виктор Балабанов - Нанотехнологии. Правда и вымысел

Входящие в состав приработочных присадок (Lubrifilm Diamond Run In, Fenon Nanodiamond Green Run и др.) наноалмазы (диаметром 4–6 нм) и кластерный углерод структурируют масляную пленку, увеличивают ее динамическую прочность, упрочняют кристаллическую решетку поверхности металла, формируют новые поверхности трения, уменьшая граничное трение и износ (особенно при больших нагрузках и дефиците смазочного материала). В результате сокращается время обкатки и оптимизируется качество трущихся соединений, улучшается работа двигателя, экономится топливо и масло, а также снижаются вредные выбросы, и упрощается запуск двигателя.

Алмазные наночастицы в зависимости от условий применения могут выступать либо в виде тончайшего абразива, либо в виде эффективного модификатора трения. Оказалось, что алмазная шихта (промежуточный продукт получения наноалмазов) чрезвычайно эффективна в виде добавок к моторным и трансмиссионным маслам, консистентным смазкам и смазочноохлаждающим технологическим средам. Различный набор наночастиц алмазной шихты оказывает сильное структурирующее действие как на поверхности трения, внедряясь в поверхности деталей и армируя ее, так и на смазочный материал, изменяя его характеристики.

Как ни парадоксально, но алмазосодержащая смазочная композиция обладает высокими антифрикционными, противоизносными и противозадирными свойствами, наряду с высокой коллоидной стабильностью. Содержание ничтожного количества наночастиц в рабочей среде (всего 0,01-0,003 %) обеспечивает мягкую безабразивную приработку деталей двигателей и трансмиссий.

Препараты на основе наноалмазов изменяют реологические свойства масла и реализуют безабразивную трибохимическую приработку не за счет скалывания и разрушения микрошероховатостей поверхностей трения, а посредством пластифицирования, деформирования (вдавливания) и наклепа микровыступов шероховатости поверхности. При этом в период обкатки обеспечивается экономия топлива до 8 %, а моторного масла – до 10 %.

• значительно (в 1,5–2 раза) повысить износостойкость и задиростойкость деталей двигателей, трансмиссии и рулевого управления;

• сократить продолжительность и улучшить качество приработки поверхностей трения; повысить их межремонтный ресурс до двух раз;

• поднять мощность двигателя до 5 % (за счет повышения компрессии (табл. 13) и снижения потерь на трение), снизить расход топлива и смазочных материалов на 5-10 %;

• уменьшить вредные выбросы в атмосферу до двух раз;

• понизить температуру работающих узлов, уровень шума и вибрации;

• снизить затраты на эксплуатацию, техническое обслуживание и ремонт автомобильной техники.

Немаловажным фактором, несомненно, может являться косвенная экономическая эффективность от внедрения ремонтно-восстановительных технологий, получаемая при снижении времени простоя техники, а также ряд субъективных факторов, связанных с более безотказными и комфортными условиями эксплуатации автомобиля.

Некоторые из известных нанотехнологических препаратов для применения в смазочных материалах представлены в табл. 14.

Таблица 13. Результаты безразборного восстановления работоспособности отечественной автомобильной техники

Примечание. Кд – средняя компрессия в цилиндрах до применения препарата; Кп – средняя компрессия в цилиндрах после применения препарата.

Таблица 14. Характеристика нанопрепаратов для моторного масла

«Расходы на топливо для машин, считающихся у нас в России десятками миллионов, заслуживают самого серьезного внимания. Причиной увеличения расхода топлива на 5-10 % могут стать неудовлетворительные условия смазывания, а это выразится в народном хозяйстве потерями миллионов рублей. Таковы теперь причины, заставляющие наших техников обратить свое внимание на правильный выбор смазочных материалов», – писал Н. П. Петров в своей ставшей классической работе, вышедшей еще в 1883 году и удостоенной Ломоносовской премии Российской академии наук.

Ремонтно-восстановительные препараты для моторного топлива на основе нанотехнологий в основном применяются для повышения эксплуатационных и экологических качеств бензина и дизельного топлива, а также для профилактической очистки систем подачи топлива (карбюраторов, инжекторов, форсунок, топливопроводов), впускных клапанов двигателей, систем выпуска отработавших газов (каталитических нейтрализаторов). Мероприятия, направленные на повышение этих свойств, объединены в понятия «химмотология» и «автохимический тюнинг» топлива или двигателя.

Один из основных показателей качества топлива – его удельная теплота сгорания, которая у любого углеводородного топлива не превышает 44 МДж/кг (10,5 тыс. ккал/кг). Для повышения других показателей качества топлива применяются различные добавки, которые направлены на повышение октанового (октан-корректоры) и цетанового (цетан-корректоры) числа, снижение токсичности и дымности выхлопных газов, а также (частично) на ослабление коррозионных процессов.

Повышение эксплуатационных свойств различных видов топлива может быть достигнуто путем введения различных металлсодержащих добавок. При этом большое значение имеет дисперсность частиц металла: чем они меньше, тем эффективнее их применение. Это открывает серьезные перспективы в использовании металлических наноматериалов в качестве добавок к различным видам топлива. Полезный эффект достигается также при применении в составе добавок современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива. Чаще используют многокомпонентные композиции, при этом каждый компонент выполняет свою функцию. Для повышения эффективности сгорания дизельного топлива можно использовать многокомпонентную композицию, в состав которой в качестве одного из компонентов входят соли магния, кальция, марганца, меди или алюминия, в качестве другого – различные поверхностно-активные вещества, а в качестве третьего – стабилизирующие и солюбилизирующие (растворяющие) компоненты, которые способствуют хорошей растворимости композиции в дизельном топливе.

Среди различных присадок к дизельным видам топлива определяющее значение имеют присадки, которые способствуют окислению топлива и его самовоспламеняемости при оптимальном цетановом числе, что оказывает существенное влияние на пусковые свойства дизеля.

Таким образом, наиболее распространенный и эффективный способ снижения содержания твердых частиц в выхлопных газах, образующихся при работе дизельных двигателей, – использование композиционных антидымных присадок, содержащих ионы марганца и меди с карболовыми и дикарбоновыми кислотами.