ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
№ 4,2009
УДК 621.891:656:53
© 2009 г. Кузьмин В.Н., Погодаев Л.И., Усачев В.В.
СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ДОБАВКАМИ. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Рассмотрено одно из многих возможных направлений дальнейшего усовершенствования состава смазочных композиций с добавками. Оно заключается в совместном использовании добавок к маслу в виде порошкообразных реметаллизантов и минеральных модификаторов трения. Это позволяет реализовать в структуре защитных металлокерамических покрытий синергетический эффект от двойной добавки, существенно повышающей работоспособность трибосопряжений.
По функциональному назначению смазочные материалы (масла) подразделяются на несколько групп, среди которых основными являются моторные, индустриальные, трансмиссионные, турбинные, компрессорные и приборные масла. В настоящее время наиболее востребованной по объемам производства и наиболее разнообразной по ассортименту является группа моторных масел для бензиновых и дизельных двигателей, а также для моторов, работающих на газовом топливе. К группе моторных масел относятся и универсальные масла, используемые в двигателях различной конструкции. В группу индустриальных масел входят масла для гидравлических систем, для различного рода направляющих скольжения, шпинделей металлорежущих станков, зубчаты передач и пр. Трансмиссионные масла используются в механических, гидромеханических и гидростатических передачах [1—9 и др.].
Товарные масла обычно состоят из нефтяной или синтетической основы и специальных присадок, улучшающих определенные свойства основы. Кроме пакета специальных присадок, в масла вводят различного рода добавки, которые позволяют рассматривать смазочный материал как смазочную композицию. Чаще всего добавки используют для восстановления изношенных локальных участков на поверхности деталей до номинальных (исходных) размеров (ремонтно-восстановительные составы (РВС) или кондиционеры металла), для снижения потерь энергии на трение и температуру, а также для повышения долговечности деталей и увеличения работоспособности трибосопряжений в целом [10—13]. В связи с этим в последнее время разрабатываются новые демпфирующие, противопиттинговые, антикоррозионные, противоза-дирные и другие добавки [7, 14]. В моторных маслах может присутствовать: 3—15 мас. % моющих присадок; 1—2% диспергирующих; до 2% антиокислительных и противоиз-носных; до 1% антикоррозионных, а также определенное количество вязкостных, де-прессорных, антипенных и защитных присадок. Антифрикционные присадки (модификаторы трения) добавляют обычно в энергосберегающие моторные масла с целью достижения гарантированной экономии топлива за счет снижения затрат энергии на преодоление трения в трибосопряжениях и повышения КПД двигателя.
Возрастающие требования к качеству масел обусловили создание многофункциональных присадок, которые заметно повышают эксплуатационные свойства масел. Для облегчения смешивания базовых масел с присадками выпускаются пакеты присадок, которые могут содержать до 15 компонентов, составляющих до 12 мас. % в смазочной композиции. Сейчас осваивается производство пакетов присадок К-471,
К-483, К-484 и др. [13]. Большое практическое значение имеет совместимость присадок, приводящая к их антагонизму или синергизму — взаимному усилению влияния на свойства смазочных композиций.
Широко известны следующие группы добавок к смазочной композиции: 1 — полимерные антифрикционные (Аспект — Модификатор, Роял — Премьер и др.); 2 — реме-таллизанты (Lubrifilm, РиМЕТ, Ресурс, Motor — Healer, Реном, Remteka, СУРМ, Motor Active, Metalyz 8, BlueCoral и др.); 3 — препараты на основе хлорпарафиновых соединений (ER, Motor up, Dure Luba и др.); 4 — тефлоносодержащие (Форум, XER2, Slick50 и др.) [10-18 и др.].
В связи с повышенной изношенностью машин отечественного производства стала актуальной технология безразборного обслуживания и ремонта технических средств. При безразборной ремонтно-восстановительной обработке деталей (РВО) выполняется комплекс технических и технологических мероприятий с целью технического обслуживания и ремонта узлов и механизмов с применением современных разработок в автохимической промышленности без проведения разборочно-сборочных операций. После РВО во многих случаях происходит частичное восстановление поверхностей трения при непрекращающейся эксплуатации технических средств: для автотранспорта после 100 тыс. км пробега.
Наиболее многочисленные группы представляют ремонтно-восстановительные препараты (РВП), названные реметаллизантами (металлоплакирующие соединения), и природные геомодификаторы трения. Реже применяются препараты, созданные на полимерной основе. К восстановителям (по увеличению технико-экономических показателей) можно отнести кондиционеры поверхности, слоистые добавки - модификаторы и нанопрепараты [17].
Большинство составов вводят в моторные и трансмиссионные масла, в топливо и в пластичные смазки. Применение РВП определяется техническим состоянием механизмов. Порошковые металлоплакирующие препараты содержат ультрадисперсные порошки [19-21], а ионные — маслорастворимые соли пластичных металлов [15].
Применение реметаллизантов снижает потери энергии на трение. При этом залечиваются микродефекты и повышается износостойкость плакированных поверхностей. Используются Cu, Sn, Zn, Fe, Al, Pb, Ag, Cr, Mo, Ni; ПАВ (жирные кислоты и др.) пластифицируют поверхности трения и формируют оптимальную шероховатость. При T = 423—477 К образуется сервовитная пленка толщиной около 100 нм. На ее поверхности под действием активных COOH групп и компонентов смазочной композиции формируется полимерная "серфинг-пленка" [13]. Известны маслорастворимые ионные присадки МКФ-18К, МКФ18Е, Ника, Урал и др. [13].
В настоящее время компания Actex S.A. (Швейцария) выпускает металлоплакирую-щие порошкообразные препараты Lubrifilm metal, Metalyz 6 и Metalyz 8, которые добавляются в моторные масла "Уфалюб" фирмы "Уфанефтехим" [13]. В России аналогами препарата Lubrifilm metal являются реметаллизанты РиМЕТ, РиМЕТ-Т, Motor Healer УрО РАН и Ресурс (компания ВМПАВТО С.-Петербург), а также металлопла-кирующий кондиционер — препарат Remetall. Последний препарат фирма ВМПАВТО выпустила под названием Remteka [16, 18, 19, 21 и др.]. Фирма "Пиотр" разработала олово- и медьсодержащий препарат СУРМ-ВК. Из-за возможности засорения масляных магистралей двигателей металлическими частицами, содержащимися в порошковых препаратах РиМЕТ, Ресурс, Lubrifilm, Супермет и др., более безопасными являются ионные металлоплакирующие препараты, которые содержат маслорастворимые комплексы пластичных металлов. Зарубежные препараты содержат min % меди, так как считают, что Cu увеличивает скорость окисления масла.
Природные геомодификаторы трения (ГМТ) имеют слоистую структуру со слабой связью между слоями, облегчающей относительный сдвиг между ними. Например в структуре серпентина чередуются магниевые [Mg(OH)2] с кремниевыми (Si2O5) слоями. Защитные металлокерамические слои, образующиеся на поверхностях трения в присутствии смазочной композиции с добавкой в виде порошкообразного гидросили-
ката магния, могут иметь твердость (65—72) HRC, шероховатость Ra от 0,04 до 0,3 мкм при коэффициенте трения 0,003—0,007 и температуру разрушения Tp = 1700—2000°C [13]. В большинстве случаев ГМТ применяют с целью формирования на поверхностях трения защитного слоя из металлокерамических соединений. Этот слой обладает высокой твердостью, износостойкостью, низким ftp и способен залечивать дефекты на поверхностях трения. Основной минерал в ГМТ — серпентин (антигорит, хризотил и ли-зардит). В переводе на окислы и воду серпентин содержит 43 мас. % MgO, 44 мас. % SiO2 и 12,1—12,9 мас. % H2O. Состав ингредиентов в серпентинитах может изменяться в широких пределах.
Анализ результатов использования смазочных композиций с перечисленными добавками при стендовых испытаниях и в условиях эксплуатации машин и механизмов не дал однозначного ответа о безусловной пользе той или иной добавки. Большинство добавок повышают износостойкость трибосопряжений, снижают потери энергии на преодоление трения, расход топлива и смазочных материалов, но в то же время дают неудовлетворительный состав выхлопных газов в двигателях внутреннего сгорания [1, 3, 5, 22], вызывают коррозию деталей [22], обладают высокой стоимостью [3, 15, 22, 23] или требуют частой возобновляемости, а также забивают масляные каналы [1, 4]. В ряде случаев их защитные пленки плохо отводят теплоту из зоны трения [1, 3, 4].
Различное влияние смазочных композиций с добавками на работоспособность три-босопряжений связано не только с огромным разнообразием условий эксплуатации узлов трения в машинах и механизмах, но и с отсутствием достоверных физических моделей, адекватно описывающих основные механизмы взаимодействия композиций с поверхностями трения [16, 18, 19, 21].
В связи с имеющимся в России значительным парком машин с достаточно изношенными деталями (по технико-экономическим показателям) представляет научный и практический интерес разработка новых, более эффективных РВП, в которых бы одновременно проявлялись положительные свойства нескольких добавок к смазочным композициям, например ионных и порошковых реметаллизантов и слоистых гидросиликатов типа серпентина. При использовании композиций с этими добавками есть основания ожидать достаточно быстрого формирования на поверхности трения деталей защитных металлокерамических слоев с гетерогенной структурой, обеспечивающей образование оптимальной шероховатости на площадках фактического контакта сопряженных деталей при оптимальном сочетании твердости и хрупкости слоя, при низком коэффициенте трения, высокой износостойкости и теплопроводности.
При оценке работоспособности трибосопряжений в присутствии смазочных композиций с различными добавками основное внимание уделяется твердости защитных слоев, формирующихся на поверхностях трения. Это связано с доступностью ее измерения на поверхностях сопряженных деталей. Пластичность и упругие свойства защитных слоев измеряли очень редко, а коэффициенты ин
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.