ПРОБЛЕМЫ МАШИНОСТРОЕНИЯ И НАДЕЖНОСТИ МАШИН
< 1, 2004
© 2004 г. Погодаев Л.И., Кузьмин В.Н.
ВЛИЯНИЕ СМАЗОЧНЫХ КОМПОЗИЦИЙ С ДОБАВКАМИ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ ТРИБОСОПРЯЖЕНИЙ
Приведены результаты сравнительной оценки эффективности использования смазочных композиций, состоящих из базовых моторных и трансмиссионных масел с добавлением ультрадисперсных порошков металлов и сплавов. Дана характеристика наиболее известных препаратов (реметаллизантов), способных в процессе трения восстанавливать изношенные участки на поверхности деталей до исходных размеров. Рассмотрены вопросы совместимости реметаллизантов и модификаторов трения в композициях. Приведены результаты испытаний трибо-сопряжений, смазываемых маслами, установлены кинетические особенности образования продуктов изнашивания. Даны рекомендации по улучшению химического состава ультрадисперсных порошков антифрикционного сплава. Приведены результаты сравнительных испытаний смазочных композиций, содержащих присадки различного состава и назначения.
1. Впервые смазочные композиции, содержащие ультрадисперсные порошки (УДП) свинца, меди и серебра, были созданы и опробованы на практике специалистами Европейского атомного центра в Женеве в 1979 году. Реметаллизант был назван Lubrifilm-metall и предназначался для введения в моторное масло в качестве антифрикционной и восстанавливающей (металлизирующей) добавки. При выбранном соотношении содержания свинца к меди 35/65 препарат представлял собой один из вариантов свинцовистой бронзы (бронзу Бр С35). Добавка серебра в количестве < 0,02% в качестве антиокислительного компонента вряд ли заметно выполняла свое предназначение. Антифрикционные свойства препарату придавала мягкая матрица из свинца.
УДП препарата был неоднородным и содержал частицы от долей мкм до 5 мкм. По мнению разработчиков такой порошок заполнял крупные и мелкие дефекты на поверхностях трения. Частицы порошка были покрыты специальной пассивирующей пленкой. Перед введением в моторные масла порошок разводили в базовом масле высокого качества с добавлением стабилизирующего вещества, препятствующего образованию осадка (загустителя). Препарат (масло с порошком) добавляли в количестве до 5% от общего объема масла. Для предотвращения окисления масла в процессе образования на деталях "натира" (антифрикционной пленки из свинцовистой бронзы) усиливали антиокислительные и антипенные свойства смазочных композиций (СК). Последнее на практике достигалось соответствующей корректировкой концентрации ряда штатных присадок, изначально присутствующих в базовом масле.
К положительным сторонам такой технологии следует отнести пассивацию поверхности порошка и предотвращение расслоения препарата; к негативным - использование порошков различной крупности и необходимость изменения состава базового масла.
Примерно через 10 лет после появления препарата Lubrifilm-metall группой специалистов в Екатеринбурге на основе УДП меди был разработан реметаллизант первого поколения "Ресурс". По ряду причин использование отечественного препарата не обеспечивало стабильных результатов: из-за весьма мелкого и неоднородного по химическому составу порошка, а также вследствие использования в слишком боль-
шой по относительному объему (в сравнении с объемом порошка) жидкой основе препарата кислоты, снижающих при его увеличенных дозах вязкость и антиокислительные свойства базового масла.
Ряд недостатков "Ресурса" был устранен при разработке нового реметаллизанта под названием РиМЕТ. В качестве жидкой основы препарата было использовано масло И-12, была изменена крупность порошка 0,1, ... , 1,0 мкм - 94% и в известной степени оптимизирован его химический состав (в %: Cu - 92, ... , 96; Sn - 4, ... , 8; Ag < 0,02 и Sb < 0,01). Различия в составе и свойствах препаратов (в частности, элементный состав РиМЕТ) указывали на кардинальное изменение научных концепций разработчиков реметаллизантов из фирмы ВМП (г. Екатеринбург). На смену призрачным идеям о "сервовитности" субстанций и "безызносности" трибосопряжений за счет реализации избирательного переноса ("Ресурс") пришла вполне здравая идея реализации не только процессов восстановления изношенных деталей при трении, но также идея использования совокупности благоприятных трибологических характеристик известных антифрикционных материалов (РиМЕТ). В последнем случае УДП представлял собой отожженный порошок а-раствора олова в меди с небольшим количеством интерме-таллидов типа CunSnm в виде изолированных включений, т.е. оловянистую бронзу.
На основании анализа результатов 10-летнего опыта использования СК с РиМЕТом фирма ВМП в последнее время предложила две улучшенные модификации реметаллизанта: РиМЕТ-100 и Motor Healer (MH) с обновленным составом и более качественными ингредиентами; для MH на импортном масле и с германскими органическими компонентами.
Несколько лет назад фирмой ВМП был разработан препарат РиМЕТ-Т, предназначенный для использования в трансмиссиях при удельных давлениях в трибосопря-жениях, достигающих 4000 МПа (на порядок превышающих давления в обычных зубчатых зацеплениях), скоростях скольжения 5, ... , 10 м/с и температурах масла 350, ... , 400°. Разработчики характеризуют препарат РиМЕТ-Т как суспензию тонкодисперсного порошка в органической жидкости. Каждая частица покрыта пассивирующим слоем, предотвращающим окисление масла. Последнее, видимо, относится к металлическим частицам, не побывавшим в зоне трения, так как ювениль-ные поверхности деформированных частиц неизбежно окисляют масло.
Известны результаты эксплуатации автомобилей ВАЗ 2101-2107, в редукторах заднего моста которых к маслу ТАД-17И, отработавшему 30 тыс. ч и подлежащему замене на свежее, был добавлен препарат РиМЕТ-Т. После такой процедуры редукторы с тяжелонагруженной гипоидной передачей благополучно отработали еще 35 тыс. ч.
Для эффективной работы СК с присадками (реметаллизантами) на сопряженных поверхностях трения должны присутствовать участки с повышенными локальными давлениями и температурами. Ясно, что таких участков в хорошо приработанных и неизношенных трибосопряжениях значительно меньше, чем на поверхностях трения достаточно изношенных деталей. В связи с этим целесообразность использования препаратов (реметаллизантов) ниже для новых и значительно выше для старых (изношенных) узлов трения. Опыт эксплуатации автомобилей показывает, что преимущество СК с РиМЕТом перед другими присадками (ER, Форум и т.п.) начинает проявляться только после пробега свыше 45 000 км.
В связи с этим появляется кажущаяся целесообразность разработки препарата, содержащего кроме УДП сплава, призванного выполнять функции реметаллизанта, еще и модифицирующую присадку для снижения коэффициента трения в новых и в изношенных трибосопряжениях. Новый комбинированный препарат (КП) и новая смазочная композиция (СК*) будут иметь формулы
КП = РМ + МТ (1) и СК* = М + КП = М + РМ + МТ, (2)
где РМ - препарат-реметаллизант; МТ - модификатор трения; М - базовое моторное масло.
В состав РМ могут входить УДП различных металлов и сплавов. В случае использования УДП сплава системы ^^п в формуле (2) в качестве РМ могут фигурировать известные препараты (РиМЕТ, РиМЕТ-100, СуперМЕТ (СМ) и т.п.).
При использовании РиМЕТа формула (2) примет вид
СК* = М + РиМЕТ + МТ = М + РМ* = М + "Ресурс". (3)
Из формулы (3) следует, что комбинированный препарат РМ*, названный "Ресурсом", содержит УДП оловянистой бронзы и модификатор трения.
Представляет практический и научный интерес сопоставление СК по эффективности их влияния на работоспособность трибосопряжений
М(моторное) + РиМЕТ М(моторное) + "Ресурс" (4)
М(для трансмиссий) + РиМЕТ
+ СуперМЕТ
М(для трансмиссий) +' РесурС'
(5)
(6)
Варианты (4) - (6) можно представить более лаконично:
СКмот ^^ СК*от, (40 (СКтр)рм-т СК*р (5) и (СКтр) см СК*Р . (6)
Сопоставление эффективности СК на масле SneП X100 по варианту (4') для пары трения СЧ - гальваническое хромовое покрытие было выполнено в [1]. Сравнительные испытания на машине трения ИИ-5018 по схеме вращающийся ролик из СЧ - неподвижный сегмент, вырезанный из хромированного поршневого кольца, выявили более высокую эффективность СК*от по влиянию на весь комплекс противоизносных и триботехнических характеристик пары трения в жестких условиях нагружения [1].
Приведем некоторые сведения о препарате СуперМЕТ. Препарат СМ разработан в Государственном научном центре РФ "Уральский институт металлов" (патент РФ № 2139319). В отличие от РиМЕТа препарат СМ содержит более мелкий и химически более чистый порошок ^^п сплава. Улучшенный дисперсный состав порошка в несколько раз уменьшает скорость его оседания в маслах. Для использования в жестких условиях трения (в дизельных двигателях, когда оболочка из поверхностно-активных веществ на УДП теряет свои защитные (антиокислительные) свойства) на основе СМ разработан целый ряд новых препаратов, в которых защитная пленка не разрушается: СуперМЕТ-Экстра - для дизелей без турбонаддува; СуперМЕТ-Турбо -для дизелей с турбонаддувом и СуперМЕТ-Т - для трансмиссий.
Измельчение УДП в препаратах серии СуперМЕТ до долей мкм вряд ли стоит считать основным достижением. Это уже было в РиМЕТе первого поколения и не обеспечило стабильного положительного эффекта. Очевидно, что существует оптимальная крупность частиц порошка (с учетом их прохождения через масляные фильтры), позволяющая наиболее полно реализовать эффект реметаллизации изношенных участков на поверхностях трения. Доброкачественный "натир" на этих участках не может образоваться из слишком мелкого порошка. В то же время материал для реметаллизации требует при своем образовании частичного оплавления (типа микросварки трением). Это требует для достаточно производительного восстановления изношенных мест УДП оптимальной крупности.
Возвращаясь к формуле (2), следует отметить, что исходя из необходимости обеспечения совместимости различных добавок, одновременно вводимых в базовое масло, сумму РМ + МТ предпочтительнее заменить одним более однородным препаратом, как это было сделано в препарате Lubrifflm-metaП, где роль модификатора трения в
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.