Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

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.

Нанотехнологическая автохимия

Около 4 % рынка будут занимать продукты, связанные с автопромом.

Тим Харпер, Консалтинговая компания в области нанотехнологий CMP Cientifica, Великобритания

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.

Теоретическими предпосылками безразборного сервиса (восстановления) явились исследования в теории самоорганизации, предсказанной бельгийским физиком и физико-химиком русского происхождения Ильей Романовичем Пригожиным (лауреатом Нобелевской премии по химии 1977 года «За работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур»).

В прикладном плане безразборный сервис базируется на научных открытиях российских ученых. К ним, в частности, относится явление избирательного переноса при трении (эффекта безызносности), открытое и исследованное Д. Н. Гаркуновым и И. В. Крагельским.

Безразборный сервис транспортных средств – это результат дальнейшего развития исследований в этих областях. Термин стал широко применяться в многочисленных публикациях и нескольких монографиях по данному новому научнопрактическому направлению.

Следует признать, что аналогичные работы проводились и другими исследователями, но именовались по-разному: то металлоплакированием, то ФАБО-2, то способом обработки трущихся поверхностей и т. п.

Особое место, и это признали даже производители смазочных материалов, начав производство специальных моторных масел для автотранспорта с пробегом более 100 000 км, занимают методы и средства, предназначенные для частичного восстановления изношенных поверхностей трения узлов и агрегатов автомобиля в процессе непрекращающейся эксплуатации.

В классическом понимании процесс восстановления детали, соединения или машины в целом подразумевает проведение технических и технологических мероприятий, направленных на изменение геометрических размеров образца до номинальных (ремонтных) или на восстановление его работоспособности до нормативных показателей. Однако проводить ремонтные работы имеет смысл даже в том случае, когда наблюдается только частичное (неполное) выполнение этих требований.

В условиях недостатка финансовых средств у большинства населения, определенного дефицита доступных качественных топливно-смазочных материалов проблема поддержания в работоспособном состоянии отечественной и импортной техники может быть во многом решена за счет применения специальных ремонтно-эксплуатационных препаратов, в том числе разработанных на основе наноматериалов и нанотехнологий.

Известные автохимические препараты для безразборного сервиса автотракторной техники можно отнести к нанотехнологическим разработкам по трем основным критериям.

1. Применение в их составе наноразмерных частиц (ультра-дисперсные алмазы, металлические порошки, политетрафторэтилен (PTFE), модифицированный графит и т. д.).

2. Использование компонентов, полученных (произведенных) с помощью нанотехнологий, например золь-гель технологии (рекондиционеры).

3. Формирование на поверхностях трения вследствие взаимодействия с активными компонентами этих препаратов защитных наноразмерных (наноструктурированных) покрытий и структур (ионные металлоплакирующие присадки, кондиционеры, геомодификаторы) – рис. 67.

Несомненно, что все вышеперечисленные свойства в той или иной мере присущи практически всем ремонтно-восстановительным препаратам автохимии, применяемым для безразборного сервиса (восстановления) автотракторной техники. В одних случаях они являются определяющими, а в других могут быть отнесены к вспомогательным (дополнительным) эффектам. Например, во всех препаратах наряду с макрочастицами могут находиться и наноразмерные частицы.

Рис. 67. Механизм защитного (восстановительного действия) ремонтно-восстановительных нанопрепаратов автохимии: 1 – конструкционный материал детали; 2 – защитные наноструктурированные пленки (покрытия); 3 – смазочный материал с нанокомплексами

Известные в настоящее время ремонтно-восстановительные препараты (РВП) по компонентному составу, физико-химическим процессам взаимодействия с трущимися поверхностями, свойствам получаемых покрытий (защитных пленок), а также механизму функционирования в процессе дальнейшей эксплуатации автомобиля можно разделить на три основные группы: реметаллизанты (металлоплакирующие соединения), полимерсодержащие препараты и геомодификаторы.

К восстановителям, в основном, по критерию повышения технико-экономических показателей обработанной техники, следует условно отнести кондиционеры поверхности и слоистые добавки-модификаторы.

В некоторых случаях РВП называют еще ремонтно-эксплуатационными препарами (РЭП), что, на мой взгляд, точнее отражает их предназначение и функциональные свойства.

Практически все производители препаратов подкапотной автохимии выпускают также добавки к трансмиссионным маслам и пластичные смазки-восстановители.

Достаточно часто выпускаются РВП комплексного действия, например реметаллизант и кондиционер металла, полимерсодержащий препарат и слоистая добавка в одном флаконе. Встречаются препараты, разработчики которых заявляют о содержании в них практически всех ремонтно-восстановительных компонентов: тефлона, керамики, молибдена, а также еще каких-то полимерных и поверхностно-активных веществ.

Применение ремонтно-восстановительных препаратов определяется техническим состоянием автомобиля. При этом необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов технической диагностики. По результатам диагностирования назначаются либо профилактические препараты, более «мягкого» действия, либо препараты, обеспечивающие более интенсивное воздействие на трущиеся соединения и агрегаты автомобиля.

Все препараты различаются по способам применения (введения в трущиеся соединения). Большинство составов вводят в моторные и трансмиссионные масла, топливо или пластичные смазки. Некоторые из них подают через систему питания (впускной трубопровод) в виде аэрозолей и добавок к топливновоздушным смесям – так называемая «специальная обработка». Ряд препаратов подается непосредственно в зону трения, например в цилиндропоршневую группу, и т. д.