Classification of tribo-compositions and demands to them

Abstract

Materials concerning the most frequently used tribo-compositions are discussed.

Full Text

УДК 621.43.068 ТСМ № 9-2014 Классификация трибосоставов и требования к ним Канд. техн. наук А.В. Дунаев (ГОСНИТИ, dunaev135@mail.ru) Аннотация. Изложены материалы о наиболее употребительных трибосоставах. Ключевые слова: добавки к маслам, минеральные добавки, металлоплакирующие добавки, органические добавки, профилактические добавки, ремонтно-восстановительные добавки, механизм действия. Применение добавок к смазочным маслам и их исследования ведутся с 1987 г. Их специфика - нетрадиционное повышение работоспособности трибосопряжений модификацией поверхностей трения без воздействия на свойства масел [1]. Впервые добавки в масла для дефектных узлов введены в 1942 г. в США. С 1970-х гг. это направление развивалось в военно-промышленных комплексах США, Европы, СССР. Затем оно перешло в гражданские отрасли, где наиболее востребованными оказались естественные минералы, которые в перспективе, скорее всего, будут заменены искусственными - наноалмазными и некоторыми другими. Толчком к развитию нетрадиционной триботехники послужил так называемый «избирательный перенос», открытый Д.Н. Гаркуновым и И.В. Крагельским. Этот эффект реализован металлоплакирующими составами - масляными суспензиями порошков мягких металлов, их сплавов, масляными растворами их органических солей. Для развития нетрадиционной триботехники вышло постановление Совета министров СССР №359 от 26.03.1987 «О мерах по широкому использованию в народном хозяйстве эффекта безызносности». В РФ по состоянию на 01.01.2010 было 156 патентов, связанных с трибосоставами. Они распределялись следующим образом: - составы, где главными компонентами служат минералы группы серпентина - 45; - способы применения этих составов - 8; - органические соли, порошки меди, бронзы, железа, их смеси для реализации «избирательного переноса» - 36; - специфика приемов обработки трибосопряжений - 10; - фторсодержащие трибосоставы - 9; - масла с трибодобавками - 9; - составы с наноалмазами - 7; - комплексные составы (металлы, минералы, графит и др.) - 6; - картриджи для щелочной и другой обработки масел - 6; - устройства для электромагнитной обработки масел - 4; - специфические приемы обработки деталей - 3; - препараты с простым и модифицированным графитом - 3; - препараты с дисульфидом молибдена - 2. Десятки патентов США, Европы защищают составы из химических реагентов, наноалмазов, металлоплакирующих препаратов, различных полимеров. В целом известны минеральные, металлоплакирующие, органические и трибохимические трибосоставы. Гидросиликаты магния защищены наибольшим количеством патентов в РФ. Их исследования начал в Ленинграде в 1976-1978 гг. президент НТО «Конверсионные инициативы» Т.Л. Маринич. Там же Д.М. Телух в 1982-1984 гг. открыл эффект низкого трения гидратов металлов по стали. Все эти начинания были расширены директором института «Механобр», д-ром техн. наук В.И. Ревнивцевым. В 1990-1999 гг. в РФ получено более 60 патентов [1] на слоистые гидросиликаты. Созданы новые составы: «НИОД», «РВС», «АРТ», «Живой металл», а позднее «Форсан», «Трибо», «Хадо», Rutec reanimator, «ТСК-М», «Супротек», «Мегафорс», Edial, «РВД», Motor doctor. НПО «Руспромремонт» создало серию составов в РФ, а также их зарубежных аналогов: финских, японских, китайских, германских, шведских. Проводились их испытания во Франции, Италии, Испании, Австрии, Швейцарии, Бельгии, Греции, Чехии, Сан-Марино, Аргентине и Новой Зеландии. Немного позднее созданы комплексные составы «АРВК», «Стрибойл», «Мотор-вита» и др. (см. рисунок, табл. 1). Таблица 1 Присадки и добавки, их триботехнические признаки и отличия Функции Присадки Добавки Обеспечение рабочих свойств смазочных масел Весь стандартный комплекс Только антизадирные, антиизносные, антифрикционные свойства Обеспечение конституционных свойств смазочных масел Весь стандартный комплекс Не обеспечивают, их показатели: - дисперсность, - фракционный состав, - материальный состав Объект воздействия Базовое масло - углеводородная жидкость Сопряжения трения Используемая концентрация До 20 % 0,01-0,4 % Взаимодействие со смазочным маслом Растворяются в маслах и смазках, расходуются на поддержание их рабочих и конституционных свойств Расходуются на модифицирование поверхностей трения из растворов или масляных суспензий Механизм работы в трибосопряжениях Адсорбция, хемосорбция Адсорбция, хемосорбция, электроосаждение, катализ в трибосреде Толщина антифрикционного слоя на деталях До 40 Ǻ До 650 мкм у наноалмазных Температурный предел действия До 150 °С у поверхностно-активных веществ, 150-350 °С у хемосорбционных 150-1200 °С Длительность действия До смены масла 3-5 сроков смены масла, 30-50 тыс. км пробега автомобиля, 1-2 года работы агрегатов МТП АПК Обеспечение работы без масла Запрещается Обеспечивается пробег без масла до 200 км Одни добавки образуют на деталях недолговечные полимерные, металлические пленки или пленки сложного состава, в основном без участия процессов трения, посредством адгезии, электроосаждения, хемосорбции. Другие добавки - гидросиликаты, или геомодификаторы, - образуют более долговечные пленки, но только в процессе трения, частично компенсируя износ. Механизм действия геомодификаторов как последовательность механических и физико-химических процессов изучен мало. По составу, действию и свойствам покрытий добавки можно классифицировать следующим образом. 1) Порошки из природных минералов (графита, талька, каолина, сернистых соединений и окислов некоторых металлов переменной валентности, некоторых других минералов), а также пудры резины, полимеров и даже опилок твердых пород дерева. Они не создают пленок на деталях, в основном только разделяют их как «третье тело» или твердофазная смазка, как притирочные. Эти временные трибокомпоненты, удерживаемые на деталях физической адсорбцией, т.е. молекулярными силами, на два порядка меньшими сил атомарных связей (хемосорбции), удаляются при смене трибосреды и требуют возобновления. 2) Масляные суспензии высокодисперсных порошков мягких металлов и их сплавов: «Кластер», «РиМЕТ», «Ресурс-Дизель» и их импортные аналоги. Это пленкообразующие добавки, которые без участия процессов трения, посредством осаждения мягких металлов и их диффузии в глубь поверхности деталей (по данным ООО «ВМП» до 80 мкм) образуют мягкие, выдавливаемые высоким давлением пленки на стальных деталях. Из-за разности электропотенциалов Fe и Cu до 0,963 В они быстро отслаиваются и действуют коррозионно, из-за чего триботехника сопряжений трения заметно ухудшается. 3) Масляные растворы органических солей мягких металлов (мыл жирных и нафтеновых кислот, жирных амидов, эфиров жирных кислот и спиртов, глицерина): серия составов «МКФ», «Валена», составы с лигандами металлов Д.Т. Гаевика, составы Renom, «СУРМ», «Ника», «Урал», «Сомет», «ВелАП», «Стимул-1», «МПП ИГСХА-ТС», импортные Remetallisant Moteur, Lubrifilm и их аналоги. Действуют, как и препараты второй группы, электролитическим осаждением на железе чистых поверхностей. 4) Фторорганические растворы из политетрафторэтилена (тефлона) и его аналогов, образующие физической адсорбцией без процессов трения временные полимерные пленки: «Форум», «Аспект-модификатор», «Универсальный модификатор», PMF-200, Slider-2000, Slick 50 и др. Эти препараты формируют пленки и в масляных каналах, сужая или закупоривая их, что в 1990-х гг. вызвало целую серию аварий двигателей внутреннего сгорания. За рубежом применение тефлона ограничено из-за образования при его сгорании вредных веществ, аналогичных боевым отравляющим. Пионер производства тефлона фирма DuPont к 2000 г. все-таки прекратила его производство. 5) Химически активные препараты - галогенированные (по фтору, хлору, йоду) производные углеводородов: хлорпарафиновые ER, SMT, SМТ-2, Dura Lube, отечественный Fenom и их разновидности, соединения на основе серы, фосфора и другие, состав которых не раскрывается. Хемосорбция этих препаратов модифицирует на небольшую глубину поверхности деталей, временно придавая им высокие антифрикционные свойства. 6) Соли щелочных металлов фторсульфокислот от ГНЦ «ГосНИИОХТ», которые действуют в концентрации 0,005% (особенно литиевые и борнил-сульфид трифтор). 7) Фторкарбонатные смолы с необычайно высокой адгезией к поверхностям: состав Micro Х3, мгновенно повышающий нагрузку до задира более чем в 5 раз и снижающий износ на два порядка; серия эпиламоподобных составов без фтора «Энергия 3000» для всего разнообразия узлов трения. К этой же группе, по-видимому, можно отнести и состав Eco-Universal Oil Package фирмы Wagner. 8) Масляные суспензии или гели высокодисперсных порошков геомодификаторов. 9) Составы из масляных суспензий ультрадисперсных алмазов: украинские и белорусские аналоги («Формула В», «Формула АВ», «Формула АР», «Энергия алмазов»), красноярский «Карат-5», дзержинский «Карат-М», зеленоградские Nanodiamond Green Run и их британские предшественники 1960-1970-х гг. 10) Трибополимеробразующие добавки к маслам и смазкам, например «ЭФ-357» д-ров техн. наук Ю.С. Заславского и Р.Н. Заславского. В данном случае антифрикционная пленка образуется полимеризацией непредельных мономеров каталитическим влиянием обнажаемых трением ювенильных поверхностей деталей. Пленка удерживается физической адсорбцией полимера, и ее антифрикционные свойства, по данным ИМАШ РАН, эффективны. 11) Комплексные составы: серпентины и органические добавки - «АРВК», разработанная ИМАШ РАН, с трибополимеробразующим препаратом «ЭФ-357»; составы из солей меди жирных кислот с добавкой серпентина - «Стрибойл» от НПЦ «Конверс-Ресурс», «Мотор-вита» ИХТИ и аналоги. 12) Комплексные, состав и механизм действия которых не раскрывается. Например, Universal Micro-Ceramic Oil от фирмы Wagner, предположительно содержащий гексагональный нитрид бора. По форме использования составы можно разделить на: - приработочные, редко используемые; - профилактические, используемые в гарантийный период машин и после него; - ремонтно-восстановительные. Последние представляют наибольший интерес для безразборного ремонта агрегатов вместо текущего или капитального. Они предназначены для улучшения функционирования изношенных агрегатов: уменьшения изнашивания, расхода топливо-смазочных материалов, выброса вредных веществ, утечек рабочей жидкости в гидроприводах, стуков и перегрева агрегатов; повышения КПД, давления, подачи смазки и рабочей жидкости, мощности до номинальной. Такая результативность обеспечивается образованием надповерхностных алмазоподобных углеродных пленок с маслофильностью и уплотняющим действием, износостойкостью, антифрикционностью, компенсацей износа. Однако существует и немало трибосоставов частного по техническим условиям (ТУ), нестабильного и порой неэффективного действия. Поэтому целесообразно провести стандартизацию трибосоставов и упорядочить требования к ним, что предлагалось еще 15.01.2009 на круглом столе в ОАО «РОСНАНО». Предлагается разработать ГОСТ Р по классификации трибосоставов для инженерных служб АПК и задать определенные требования к ним, например: - составы должны иметь ТУ и сертификаты соответствия; - в сертификатах должны быть указаны характеристики, подтвержденные триботехническими испытаниями, например на четырехшариковой машине трения по ГОСТ 9490 по критической нагрузке, диаметру пятна износа или на других промышленных средствах испытаний по коэффициенту трения в паре «ролик-колодка» или «палец-диск» при давлениях 50, 100, 150, 200, 250 МПа; - трибосоставы должны быть совместимы с общепромышленными отечественными смазочными материалами. Основное содержание предлагаемого к разработке стандарта отображено в табл. 2.