Нанотехнологии. Правда и вымысел - Виктор Балабанов

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.

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 %.

Рассмотренные нанотехнологические препараты автохимии обеспечивают комплекс самых различных положительных характеристик. Они позволяют:

• 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

Топливные нанопрепараты

«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.