Масштабное тестирование моторных масел и модификатора трения. Антифрикционные присадки в масло двигателя Модификатор идеал трения

На рынке автохимии появилось несколько десятков присадок в масляную систему, призванных обеспечить снижение потерь на трение и скоростей износа деталей двигателя. При этом классификация подобных препаратов достаточно условна.

Зачастую производители близких по составу и способу действия материалов придумывают им новые «родовые» названия. Так, например, обстоит дело с различными «кондиционерами металлов», «модификаторами трения» и т.п. При этом никто не объяснит, в чем состоит «кондиционирование металла» или «модификация трения». По крайней мере, современной науке такие понятия неизвестны.

Логически оправдано разделение препаратов по структуре и свойствам основных активных компонентов, воздействующих на двигатель. Следует выделить такие группы:

Реметаллизаторы поверхностей трения;

Полимерные антифрикционные препараты;

Ремонтно-восстановительные составы на базе минеральных порошков;

Эпиламные (эпиламоподобные) и металлоорганические антифрикционные восстанавливающие составы.

Реметаллизаторы -- составы, в которых в нейтральном носителе, полностью растворимом в масле, содержатся соединения или ионы мягких металлов. Эти соединения, попадая в зону трения, заполняют микронеровности и создают плакирующий слой, восстанавливающий поверхность. Его соединение с основным металлом происходит на механическом уровне. Поверхностная твердость и износостойкость слоя существенно ниже соответствующих параметров стали или чугуна, из которых изготовлены основные детали двигателя, поэтому для существования слоя необходимо постоянное присутствие реметаллизатора в масле.

Замена масла в данном случае быстро сводит к нулю эффект от начальной обработки. Более того, даже кратковременное отсутствие препарата в масляной системе приводит к «состругиванию» защитного слоя с поверхности цилиндров поршневыми кольцами, особенно в пусковых режимах. Поэтому нередко наблюдаются случаи заклинивания двигателя после обработки такими препаратами.

Выходит, реметаллизаторы для мотора подобны сильным наркотикам для человека -- даже однократное их применение вызывает быстрое «привыкание», и любая попытка отказа от использования этих препаратов весьма болезненна. Приходится принимать радикальные меры, вплоть до капитального ремонта.

Ситуация с тефлонсодержащими препаратами аналогична. Тефлон -- хороший антифрикционный и антипригарный материал, эффективно работающий практически сразу после попадания в зону трения. Однако хорошо известна и нестойкость тефлоновых покрытий. Потому, в частности, сомнительны утверждения некоторых фирм, будто однократная обработка двигателя препаратом этой группы обеспечивает длительность действия антифрикционного слоя порядка 1 млн миль (!) пробега.

Как и в предыдущем случае, для эффективной работы присадки необходимо ее постоянное присутствие в масле. Кроме того, тефлон -- теплоизолятор, и наличие тефлонового слоя на стенках камеры сгорания ведет к существенному росту температур газа в цилиндре. С одной стороны, это хорошо, поскольку увеличивается эффективность работы двигателя и снижается выброс СО и СН, с другой -- наблюдается практически двукратный рост выхода окислов азота в отработавших газах. Вдобавок наличие фторсодержащих частиц тефлона в зоне горения приводит к образованию в отработавших газах следов ядовитого фосгена. Именно поэтому применение таких препаратов резко ограничено в США и Западной Европе.

Отмечены также случаи, когда длительное использование тефлоновых препаратов приводило к закоксованию поршневых колец и, как следствие, перегреву поршней и выходу силового агрегата из строя.

Полимерные антифрикционные препараты появились раньше остальных. Эти препараты создавались специалистами оборонной промышленностью и изначально имели узкое назначение -- обеспечить кратковременное сохранение подвижности боевой техники в случае серьезного повреждения масляной системы.

Долгая работа препарата в масляной системе двигателя обычного автомобиля была исследована слабо. Видимый эффект от использования полимерных антифрикционных препаратов сводился к росту мощности мотора и снижению расхода топлива.

У изношенного двигателя на малых оборотах гасла контрольная лампа давления масла, из чего делался вывод о восстанавливающем действии препарата. Однако эффект снижения расхода топлива быстро пропадал, а причина увеличения давления масла со всей очевидностью вскрывалась при разборке двигателя: приемный грибок масляного насоса и масляные каналы «зарастали» полимером, сечения каналов уменьшались, что и приводило к росту давления.

Уменьшение расхода масла, естественно, отрицательно сказывалось на работе подшипников двигателя. Пока действовала полимерная защита поверхностей трения, это было не очень заметно, но, как только она пропадала, износ двигателя и расход топлива резко возрастали, а мощность падала.

Действие ремонтно-восстановительных составов (РВС), содержащих минеральные присадки, базируется на уникальных свойствах порошка серпантивита (змеевика), открытых в СССР при бурении сверхглубоких скважин на Кольском полуострове. Тогда неожиданно обнаружилось, что при прохождении слоев горных пород, насыщенных минералом серпантивитом, ресурс режущих кромок бурового инструмента резко увеличивается.

Дальнейшие исследования показали, что серпантивит в зоне контакта бура с горной породой разлагается с выделением большого количества тепловой энергии, под воздействием которой происходит разогрев металла, внедрение в его структуру микрочастиц минерала и образование композитной металлокерамической структуры (металл--минерал), обладающей очень высокой твердостью и износостойкостью.

Позже предпринимались многочисленные попытки применить порошки серпантивита для обработки двигателя. Обработка поверхностей трения в моторе действительно наблюдается -- происходит микрошлифовка поверхностей цилиндров, растет компрессия, падает скорость износа. Однако применение РВС в двигателях неожиданно столкнулось с серьезной проблемой: агрегат, обработанный минералами, теряет температурную стабильность. Температура охлаждающей жидкости в контуре охлаждения перестает реагировать на режим -- обороты коленчатого вала и нагрузку.

Объяснение этому простое. На пути основного теплоотвода от поршня через поршневые кольца встало дополнительное мощное тепловое сопротивление -- металлокерамический слой. Сначала это старались выдать за дополнительное достоинство РВС, но вскоре стали наблюдаться многочисленные случаи выхода двигателей из строя по причине перегрева деталей ЦПГ. Чаще всего такой эффект отмечается в предельных режимах работы мотора, но кто может дать гарантию, что двигатель не заклинит, когда вы захотите резко стартовать после долгого стояния в уличной пробке жарким летним днем?

Помимо прочего выявилось, что в процессе приработки двигателя с РВС из-за резко возросших температур цилиндра значительно увеличивается расход масла и достаточно часто отпускаются термофиксированные поршневые кольца. Разработчики РВС не учли также, что в моторе работают пары трения с различными механическими свойствами. И если в цилиндре поверхности поршневых колец и гильзы цилиндра (блока) имеют примерно одинаковую твердость, то при работе пар «тронк поршня -- гильза цилиндра» и «шейка коленчатого вала -- вкладыш подшипника» поверхностная твердость различается, как минимум, на порядок. В этих парах происходит не микрошлифовка поверхности с образованием защитного слоя, а простой абразивный износ, при котором твердые частицы минералов внедряются в мягкие поверхности, нарушая их структуру и ухудшая условия формирования смазочных слоев.

Действие эпиламных (эпиламоподобных) антифрикционных препаратов построено на базе формирования т.н. эпиламных слоев на всех поверхностях трения двигателя. В зоне трения под воздействием высоких контактных давлений и температур реализуется механизм локальных поверхностных реакций, при котором «съедаются» выступы шероховатостей. Продуктами реакции -- соединениями металлов -- заполняются впадины шероховатостей и дефекты поверхности, образовавшиеся в процессе эксплуатации силового агрегата.

Испытания показали, что чистота поверхности после формирования упрочненного слоя на 60 -- 80% выше, чем до обработки, при этом резко возрастают поверхностная твердость и износостойкость покрытия. Кроме того, формируется специальная микроячеистая «сотовая» структура, способствующая удержанию масла.

Действие эпиламов давно известно в металлообработке, где эпиламообразующие присадки используются для увеличения ресурса металлорежущего инструмента и скорости обработки деталей. Таким образом, эпиламный износостойкий антифрикционный слой формируется на атомарном уровне и является, по сути, структурой кристаллической решетки металла, что определяет высокую прочность слоя. Он формируется один раз, при начальной обработке, и в дальнейшем не требует присутствия препарата в масле.

Аналогичный эффект может быть достигнут за счет ввода в состав присадок поверхностно-активных веществ различной природы -- галогенов (классическое эпиламообразующее вещество -- фтор) или органических соединений. В последнем случае защитный слой образуется металлоорганическими соединениями, близкими по свойствам к классическим эпиламам.

Препараты этой группы достаточно редки на нашем рынке (автору известны только два). Они существенно дороже материалов других групп, однако, как показали исследования, за исключением некоторой нестабильности результатов обработки, никаких отрицательных последствий для двигателя применение этих препаратов за собой не влечет.

Нередко в магазинах появляются присадки, состав и описание действия которых либо держатся в секрете, либо страдают несуразицами, выдающими отсутствие профессионализма «авторов» (например, вещество, которое непонятно как, но «где надо -- ускоряет, а где надо -- замедляет процесс сгорания, восстанавливает начальный размер детали путем разрыхления кристаллической решетки, легирующее структуру металла в зоне трения»).

Суть проблемы:

В современном двигателе содержится целый ряд узлов с контактным трением (в основном - скольжения) типа "металл-металл", не всегда и не полностью разделямых смазочным материалом. Следствием этого является не только физический износ, но и ощутимые потери мощности в неэффективных режимах работы (низкие обороты, холостой ход) и, что особенно важно, высокие потери в .

Простыми словами: металлы в контактных группах изнашиваются, режим разгона-торможения двигателем (включая эластичность) становится менее эффективным. За прошедшее время, ГРМ двигателей значительно усложнились, усилие на пружинах увеличилось в некоторых случаях (сплошь и рядом сейчас нормой становятся сверхфорсированные турбомоторы) до сотни(!) килограмм:

Конструктивно с этим (увеличившейся нагрузкой и потерями) пытаются бороться (за "экологию и расход топлива"), например, введением комбинированых пар трения типа скольжение-качение:

Но это, очевидно, лишь полумеры: невозможно столь стремительно адаптироваться металловедением и трибологией под чистую физику: сравним моторы прошлого и настоящего с одинаковым литражом блока. Классический M20B20 и современный B48B20: 120 л.с. против 255! 170 Нм против 350... Как видно, рост форсировки более чем в два раза.
Кроме того, эти суперфорсированные моторы сегодня вынуждены таскать кузова существенно большей тяжести.

Хотя даже без этого, в ставших уже привычными 16-клапанных ГРМ умеренно, по сегодняшним меркам, форсированных двигателей, усилие преднатяга пружины составляет весьма серьезные 50-60 кг:

Все эти значения усилий почти точно соответствуют реальной нагрузке в паре кулачок-толкатель для типичной приведенной поверхности:

Как видно, в пиках имеем все те же десятки кгс на мм квадратный . Учтем, что смазанное трение вида сталь-сталь(чугун) имеет коэффициент около 0,1-0,05 (зависит от нагрузки и исходной шероховатости).

При стандартном современном ГРМ, с четверкой единовременно открытых клапанов, разговор пойдет о величинах эквивалентных 10-30 кгс/мм квадратный потерях на трение. Чтобы почувствовать их (потери), попробуйте провернуть двигатель "от руки" с ГРМ (свечи вывернуты) и без ГРМ.

Подобный натурный эксперимент с моментом страгивания двигателя можно осуществить и, например, запуская мотор газонокосилки. Но такие моторы, как известно, имеют низкие рабочие обороты, компрессию и, следовательно, сравнительно низкое усилие на старте.

Наглядный эквивалент переходного процесса нагружения - токовая характеристика стартера. Мощность страгивания может достигать нескольких кВт:

Формально перед нами 2 кВт в пике, 1,5 кВт среднего, на 0-300 об/мин. Самое интересное здесь - 0-200А за 0,2 с, с превышением уровня потребления установившегося режима вращенияв два раза.

Что делать со всем этим?

1.Модификация поверхности трения - " ".

Минеральное плакирование выглядит так:

Принцип действия: это своего рода "полироль" или "мастика" для поверхности. Первая фактически изолирует пары трения металл-металл, вторая - меняет характер их взаимодействия (изнашивания), внедряясь в поверхность.
Ресурс: в зависимости от нагрузки, десятки тысяч км.
Аналогия: натереть паркет и бегать.
Сравнительная эффективность: средняя и высокая, зависит от типа сырья и дозировки.
: низкие и средние обороты.

2.Слоистые модификаторы трения:

Формально - сухая маслонерастворимая смазка.

Принцип действия: физически присутствующая в паре контакта скользкая микропудра графита, дисульфида вольфрама, молибдена, нитрида бора, фторопласта и подобной органики. Для максимальной эффективности применения требует завешиваемости в объеме масла при помощи ПАВ, поэтому часто продается в виде готовых продуктов (концентратов).
Ресурс: эффективность сильно снижается после очередной замены масла, так как значительная часть препарата выливается вместе с маслом.
Аналогия: просыпать на пол муку и бегать.
Сравнительная эффективность: от низкой до высокой, в зависимости от типа и дозировки препарата.
Наибольшая заметность при использовании : низкие и средние обороты.

3.Модификация масла как жидкости (трения в слоях жидкости).

Сюда можно отнести некоторые полярные и неполярные фракции: эфиры (эстеры), ПАО, PAG, кроме того, различные модификаторы с иными принципами действия, .

Принцип действия: влияние внутреннего трения в слоях жидкости возрастает по мере увеличения давления в системе смазки и пропорционально оборотам, в то время, как доля контактного трения пропорционально снижается.
Ресурс: эффективность при замене масла полностью утрачивается, так как препарат выливается вместе с маслом/составляет основу масла.
Аналогия: пролить на пол воду и заморозить.
Сравнительная эффективность: от низкой до высокой.
Наибольшая заметность при использовании : средние и высокие обороты.

1."Что ж все производители масел/присадок/моторов вокруг такие глупые..."
Уже в конце 20-х годов прошлого века, крупные и передовые маслокомпании США, типа Quaker State , стали использовать в маслах присадочные пакеты соединений фосфора и цинка. Они досуществовали до сегодняшнего дня и в своем современном виде известны под аббревиатурой типа ZDDP . Это типично плакирующая присадка с низкой, по сегодняшним меркам, эффективностью. Но без нее было значительно хуже, несмотря на то, что масла "вообще без присадок", API SA по современной классификации, они же автолы, просуществовали в мире аж до конца 70-х годов. Так что в любом современном моторном масле есть примитивная, допотопная, но все же противоизносная плакирующая присадка.

2.С ZDDP общеизвестно, а остальные-то...
Соединения молибдена и графита в качестве модификаторов трения используют, например, Motul и LiquiMoly. Как правило, у масел этих сортов нет и не может быть специфических "допусков", присваеваемых производителями стандартных присадочных пакетов, зарабатывающих на "допусках" деньги. Поэтому данные продукты просто не могут получить общерекомендательный пропуск на массовый рынок. Парадоксально, но они чаще всего еще и самые дорогие/сложные в линейке, а производитель бравирует заявлениями типа "превосходит все известные допуски". Даже не "соответствует", а именно "превосходит":

Да, кстати, вот вам и отличный пример общедоступного масла с тремя технологиями разом: ZDDP как плакирующая, эфиры (полярная фракция - модификатор масляной основы) и молибден (слоистый модификатор трения).

Кроме того, например, более сложную модификацию "химии" масляной основы предлагает, например, такой известный премиум-бренд как Castrol:

3.Постоянно слышу про раскоксовывание плакирующими присадками... а при чем тут это?!
Плакирующая присадка, почти не важно на какой основе, должна неизбежно добраться до металла - трением. Если на пути ее поверхностно активного материала в паре трения будет зола, его часть пойдет на ее оттирание:

Твердость зерен ГМТ, например, может достигать 3 единиц по Моосу. Медь, свинец, олово, сурьма - это все те же 2-3 единицы по шкале...

4.Не "испортит" ли это хон?
Твердости несопоставимы. Пряжку можно начистить мелом и даже песком, но полировкой содрать звезду с нее невозможно.

5.Если технологий как минимум три, какую выбрать?!
Никто не мешает, буквально, натереть паркет полиролью и дополнительно присыпать результат мукой. Так как принципы действия различны, обе указанных технологии работают совершенно независимо. Модификация свойств жидкости - тем более работает независимо, так как преимущественно эффективна выше по оборотам.

6.У меня общеизвестный в узких кругах двигатель с проблемным выкрашиванием распредвала, поможет ли?!
Забавно, что конструктивные просчеты в ГРМ, связанные с рабочим профилем кулачков, преследуют автолюбителей буквально с самого начала появления массовых форсированных конструкций европейской школы. Умные люди на этом целые предприятия основывают . На дворе XXI век, а ваша суперсовременная Honda, на маслах "со всеми допусками и присадками", как известно :

Скажем так: шансы на значительное снижение нагрузки и увеличение ресурса есть безусловно, но слой сравнительно тонкий, а изнашиваемость его в случае практически аварийной ситуации будет аномальной. Чтобы постоянно возобновлять слой, потребуется в скором времени потратить столько средств, что проще было бы в очередной раз заменить распредвал на (вероятно) наконец-таки модифицированную производителем версию...

7.Постоянно стою в пробках, преимущественно городская эксплуатация типа "старт-стоп" - у меня нет каких-то таких нагрузок, чтобы что-то такое использовать - нет смысла.
Парадоксально, но именно данные режимы делают использование чего-то подобного - делом первой важности. Режимы низкой частотности, разгона-торможения в условиях низкого давления масла - самые для металла неприятные. Вы, например, когда холодильник по кухне двигаете, все норовите под него воды подлить, чтобы стронуть было легко. Двигатель в этом смысле ничуть не сложнее устроен, а нагрузка на квадратный мм поверхности трения у него многократно выше. Там на 1 квадратный мм поверхности пары кулачок-толкатель установлено как раз по холодильнику...

8.Ну и где же результаты по улучшению износа?! В анализах многократно показывали, что результата-то нет!
ICP, как , исследовательской методикой не является и никогда не являлось. Разве что в воображении читателей форумов. Но справедливости ради, что называется, скажу, что на тех пробегах, пока масло не загрязнено(!), а это не более 100-200 моточасов (2500-5000 км по городу), содержание взвешенных продуктов износа в масле такой методикой вообще не регистрируется (находится в пределах методологической погрешности) практически для любого исправного масла/двигателя. Ближе к 10000 км, грязное масло начинает "натирать" металлы углеродной сажей и металлическая пудра начинает угрожающе расти по экспоненте. Чтобы сопоставить эффективность защиты в таком, прямо скажем, аварийном режиме, потребуется взять два полностью одинаковых автомобиля и сделать очень много анализов (а может все это и по нескольку раз), но я сделаю проще и нагляднее:

8.Меньше трения - значит больше мощности! Где графики?!
В понимании большинства читателей форумов, бо льшая часть которых никогда не видела диностенда, мощностной стенд показывает некое "виртуальное все" о характеристиках двигателя. , стенд строит лишь ВСХ двигателя в квазистационарном режиме (измерение проходит в течение десятка-полутора секунд), не измеряя переходные режимы - временные производные. Можно заработать 10000 рублей за час, а можно - за неделю. Но это формально будет все та же сумма. Можно отнести мешок массой 50 кг на 10 этаж за минуту и за час, а формально это останется все тот же "мешок 50 кг". ВСХ - паллиативная методика фиксации значения мощности для оборотов, достигнутая при полном открытии дросселя, обходящая вопросы режимов частичной и знакопеременной нагрузки. Если вы сейчас не осознали разницу, то у вас вообще нет проблем в материальном мире. Связь примерно такая же, как между мощностью двигателя и требуемой ее конверсией - временем разгона до 100 км/ч. Автомобили примерно равной мощности могут сильно отличаться в динамике. Более того - автомобиль сравнительно меньшей мощности, может иметь даже преимущество в динамике. Первое условие (мощность) - необходимо, но не достаточно. И тем не менее, практически все действующие модификаторы трения обеспечивают четко фиксируемую разницу в мощности на ВСХ от 1,5 до 3% даже в квазистационарном режиме , о чем свидетельствует, например, Motul и десятки моих личных экспериментов, но куда правильнее было бы измерять хотя бы(!) разгон:

Дополнение следует...

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве добавки к смазочным материалам, преимущественно в приводах стационарных устройств и двигателях транспортных средств, в узлах трансмиссий и ходовых частей машин. Сущность: модификатор трения содержит в качестве минеральных компонентов используют серпентин в виде антигорита и каолин с дисперсностью частиц 1-5 мкм. Состав содержит, мас.%: серпентин в виде антигорита 0,5-2; каолин 0,5-3; масло моторное авиационное 89-97; касторовое масло 1-3; борная кислота 1-3. Технический результат - повышение антифрикционных и противоизносных характеристик, восстановление изношенной поверхности трения в процессе безразборной эксплуатации узлов трения за счет создания на трущихся поверхностях защитного двухслойного покрытия. 6 табл., 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2420562

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве добавки к смазочным материалам, преимущественно в приводах стационарных устройств и двигателях транспортных средств, в узлах трансмиссий и ходовых частей машин.

Известен состав для формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях [А.с. № 1601426], содержащий в качестве абразивоподобного порошка 0,1-5 мас.% природного истертого кварца и остальное органическое связующее, в качестве которого применяют синтетический солидол. Кварц используется с дисперсностью 0,1-5 мкм.

Недостатком указанного изобретения является ухудшение антифрикционных характеристик трущихся тел, обусловленное выпадением механоактивированного абразивоподобного порошка (истертого кварца) в осадок, в результате процесса коагуляции, и интенсификацией абразивного изнашивания поверхностей трущихся тел в период приработки более крупными частицами состава.

Известно твердосмазочное покрытие [Патент РФ № 20433 93], содержащее порошкообразный наполнитель и связующее, включающее, мас.%: Ni 0,2-0,3; Ti 0,66-0,70; Cu 0,10-0,15; Со 0,01-0,05; FeO 10,50-14,50; S 1,20-1,60; Si 36,0-43,0; CaO 3,0-5,0; MgO 21,0-27,0; Al 2 O 3 3,8-4,4,

при следующем соотношении компонентов твердосмазочного покрытия, мас.%:

Природная минеральная смесь указанного состава 0,5-2,0;

Связующее 98,0-99,5.

Недостатками указанного изобретения являются ухудшение антифрикционных характеристик трущихся тел при длительной эксплуатации твердосмазочного покрытия, обусловленное повышением адгезионной составляющей силы трения за счет увеличения площади фактического контакта трущихся поверхностей в результате формирования зеркал скольжения, а также опасность абразивного изнашивания узлов трения в результате применения твердосмазочного покрытия, связанная с наличием в его составе значительного количества твердых абразивных частиц.

Известен ремонтно-восстановительный состав, используемый в способе образования защитного покрытия, избирательно компенсирующего износ поверхностей трения и контакта деталей машин [Патент РФ № 2135638], содержащий мас.%: офит 50-80; нефрит 10-40; шунгит 1-10; катализатор до 10, с размером частиц 5-10 мкм.

Недостатком заявляемого состава является низкая износостойкость покрытия, обусловленная тем, что образующееся покрытие имеет тип металлокерамического, обладающего высокой твердостью и хрупкостью, легко разрушающегося в условиях динамического фрикционного контакта.

Известен состав для безразборного улучшения триботехнических характеристик узлов трения «геомодификатор трения» [Патент РФ № 2169172], принятый за прототип, содержащий мас.%: 87,4-88,0 серпентин (лизардит, хризотил) Mg 6 {Si 4 O 10 }(OH) 8 ; 8,2-8,6 железо в изоморфной примеси Fe; 2,2-2,7 алюминий в изоморфной примеси Al; 0,6-1,0 кремнезем SiO 2 ; 0,6-1,0 доломит CaMg(CO 3) 2 , дисперсностью 0,01-5 мкм.

Недостатком прототипа является недостаточно высокие антифрикционные и противоизносные характеристики трущихся тел, обусловленные абразивным разрушением поверхностей трения двигателей внутреннего сгорания, механизмов и устройств вследствие использования в составе «геомодификатора трения» твердых по отношению к серпентину и абразивно-агрессивных по отношению к поверхностям трения двигателей внутреннего сгорания, механизмов и устройств частиц доломита и кремнезема.

Задачей изобретения является разработка состава добавки к смазочным материалам, повышающей долговечность работы узлов трения машин и механизмов.

При этом достигается технический результат, заключающийся в частичной компенсации износа, повышении антифрикционных и противоизносных характеристик работы узлов трения в процессе их безразборной эксплуатации за счет создания на трущихся поверхностях защитного двухслойного покрытия.

Указанный технический результат достигается тем, что состав модификатора трения (далее по тексту модификатор), включает минеральные компоненты, в качестве которых используют серпентин в виде антигорита и каолин с дисперсностью частиц 1÷5 мкм, кроме того, состав содержит масло моторное авиационное, касторовое масло, борную кислоту, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

серпентин в виде антигорита 0,5÷2;

каолин 0,5÷3;

масло моторное авиационное 89÷97;

касторовое масло 1÷3;

борная кислота 1÷3.

Указанное качественное и количественное соотношение компонентов модификатора является оптимальным, выход за заявляемые диапазоны соотношений экономически не обоснован, поскольку декларируемый выше технический результат не достигается.

Указанный размер частиц минеральных компонентов обеспечивает оптимальные антифрикционные режимы на этапе приработки заявляемого модификатора, а в последующем улучшает его противоизносные свойства за счет того, что частицы такого размера:

Уменьшают электростатическое изнашивание в результате повышения электропроводности и поверхностного натяжения масляных пленок;

Улучшают теплопередачу между поверхностями трения;

Нивелируют шероховатости поверхностей трения, уменьшая давление в сопряжениях, а следовательно, возможность микросхватывания.

Превышение размера частиц минеральных компонентов свыше 5 мкм приводит к ухудшению триботехнических характеристик модификатора как на этапе приработки, так и установившегося изнашивания; уменьшение размера частиц менее 1 мкм не приводит к каким-либо заметным улучшениям триботехнических характеристик модификатора и экономически не обоснованно.

Изготовление предлагаемого к правовой охране модификатора производится при следующей последовательности выполнения пунктов технологических операций.

1. Раздельный размол минеральных компонентов до указанной дисперсности. Размол производится с использованием известных шаровых мельниц малой загрузки (не более 250 мг) в водной среде для предотвращения сгорания измельченных частиц минеральных компонентов на стенках загрузочного стакана.

2. Гомогенизация (смешивание) минеральных компонентов с помощью тех же шаровых мельниц малой загрузки.

3. Термообработка гомогенизированной смеси минеральных компонентов, предназначенная для удаления сорбированной воды, заключающаяся в выдержке полученной гомогенизированной смеси минеральных компонентов в сушильном шкафу при температуре 45°С в течение 5 часов.

4. Введение гомогенизированной и термообработанной смеси минеральных компонентов в масло моторное авиационное, например МС-20 ГОСТ 21743-76.

5. Введение в масло моторное авиационное МС-20 касторового масла, предотвращающего выпадение минеральных компонентов модификатора в осадок, в процессе длительного хранения.

6. Добавление в масло моторное авиационное МС-20 борной кислоты в заданном процентном отношении и ее смешивание с помощью любого известного перемешивающего устройства, например магнитной мешалки или ультразвукового смесителя.

Использование касторового масла обеспечивает длительное (до 24 месяцев со дня изготовления) нахождение минеральных компонентов во взвешенном состоянии в составе модификатора, что повышает эффективность его использования в условиях широкого потребления.

Введение модификатора в качестве добавки к смазочным материалам осуществляется в процессе эксплуатации узла трения машины или механизма без необходимости их разбора. Количество вводимого модификатора определяется условиями работы, конструкцией, геометрическими характеристиками (величиной износа) и материалом сопряженных поверхностей трущихся тел, оцениваемыми визуальным осмотром, изучением технической документации на данную машину или механизм, а также диагностикой с использованием любых известных методов и средств трибомониторинга.

Введение модификатора осуществляется в один или три приема до восстановления оптимальных для данного узла трения машины или механизма эксплуатационных характеристик, определяемых по показаниям технического паспорта, приборов или косвенным признакам (уменьшению вибрационно-аккустической активности узла трения).

Введение модификатора в узел трения приводит к образованию на трущихся поверхностях двухслойного покрытия, состоящего из стойкого к истиранию микроячеистого минералокерамического слоя и слоя трибополимера, повышающего антифрикционные характеристики узлов трения машин и механизмов. Механизм формирования первого слоя двухслойного покрытия происходит по следующей схеме:

1) серпентин в виде антигорита, предпочтительной разновидности серпентина, наиболее стабильной к механическим воздействиям и высоким температурам как приработочный минеральный компонент (3÷3,5 единицы по шкале Мооса) заявляемого состава модификатора воздействует подобно микроабразивному материалу на поверхностные пленки, присутствующие на трущихся поверхностях, очищая последние от загрязнений, формируя открытые адгезионно активные участки ювенильных поверхностей.

2) каолин, как наиболее мягкий минеральный компонент модификатора (1 единица по шкале Мооса), плакирует поверхность трения, образуя на возникающих адгезионно активных участках сложные пространственные структуры - полиэдры, составляющие структурный каркас микроячеистого минералокерамического слоя, стойкого к истиранию, обладающего высокой абсорбционной активностью, эффективно удерживающего слой трибополимера. Толщина микроячеистого минералокерамического слоя достигает значений около 5935 нм.

Второй слой двухслойного покрытия представляет собой слой трибополимера (толщиной около 5065 нм), возникающего в процессе трибодеструкции молекул масла моторного авиационного МС-20 и их последующей радикальной трибополимеризации. Трибополимер присутствует на поверхности микроячеистого минералокерамического слоя в виде тонкого прозрачного слоя, прочно с ним связанного за счет процесса абсорбции, обеспечивая его защиту от ударных нагрузок, сохраняя принцип положительного градиента механических свойств. Слой трибополимера является гидрофобным и обладает способностью к самовосстановлению, интенсивность которого определяется количеством вводимой борной кислоты.

Борная кислота, входящая в состав модификатора, катализирует образование двухслойного покрытия.

Микроячеистый минералокерамический слой определяет высокие противоизносные свойства заявляемого к патентной защите модификатора, а слой трибополимера обуславливает повышение антифрикционных характеристик и расширение нагрузочного диапазона эксплуатации поверхностей трения при использовании модификатора.

Изложенная сущность заявляемого технического решения дает нам возможность утверждать о соответствии предлагаемого решения критерию патентоспособности изобретения «новизна». Сравнение предлагаемого состава «модификатор трения» не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не выявило в них признаки, аналогичные заявляемым, что дает возможность сделать вывод о соответствии условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».

Изобретение может быть проиллюстрировано следующими примерами.

Испытания предлагаемого к патентной защите модификатора проводились на четырехшариковой машине трения при температуре (20±5)°С по методу, регламентированному ГОСТ 9490-75: «Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине».

Предлагаемый к патентной защите модификатор является добавкой к смазочным материалам, в качестве которых используются, например, моторные масла, трансмиссионные масла, смазочно-охлаждающие технологические среды, пластичные смазки.

Предлагаемый состав модификатора трения введен в качестве 5 мас.% добавки в моторное масло, в качестве которого используется, например М-14В 2 . Испытания проиллюстрированы Таблицей 1.

Предлагаемый состав модификатора трения введен в качестве 5 мас.% добавки в трансмиссионное масло, в качестве которого используется, например, ТАД-17и. Испытания проиллюстрированы Таблицей 2.

Предлагаемый состав модификатора трения введен в качестве 3 мас.% добавки в смазочно-охлаждающее технологическое средство, в качестве которого используется, например, АЗМОЛ ШС-2. Испытания проиллюстрированы Таблицей 3.

Предлагаемый состав модификатора трения введен в качестве 3 мас.% добавки в литиевую пластичную смазку, в качестве которой используется, например, Литол-24. Испытания проиллюстрированы Таблицей 4.

Предлагаемый состав модификатора трения введен в качестве 3 мас.% добавки в комплексную кальциевую пластичную смазку, в качестве которой используется, например, Униол-2М/1. Испытания проиллюстрированы Таблицей 5.

Для проведения сравнительных испытаний триботехнических характеристик составов приготовлены два образца проб материалов:

1) образец пробы - предлагаемый состав модификатора трения введен в качестве 3 мас.% добавки в пластичную смазку Литол-24.

2) образец пробы - «геомодификатор трения» состава отраженного в патенте РФ № 2169172, дисперсностью 0,01÷5 мкм, введен в качестве 3 мас.% добавки в пластичную смазку Литол-24.

Испытания проиллюстрированы Таблицей 6.

Частичное восстановление поверхности может быть проиллюстрировано фотографиями (фиг.1 и фиг.2), выполненными на атомно-силовом микроскопе (АСМ) Nanoeducator в результате проведения микроскопических исследований поверхностей трения после испытания последних на четырехшариковой машине трения, осуществленных по методу предварительных отпечатков [Смазочные материалы: Антифрикционные и противоизносные свойства. Методы испытаний: Справочник / P.M.Матвеевский, В.Л.Лашхи, И.А.Буяновский, И.Г. Фукс и др. - М.: Машиностроение, 1989, 27 с.] на штатном смазочном материале, в качестве которого использовано, например, масло моторное М-14В 2 .

На фиг.1 представлена фотография изношенной поверхности трения после часовых испытаний. Причем на фиг.1а представлен вид сверху изношенной поверхности. На фиг.1б представлен вид толщины изношенной поверхности.

На фиг.2 представлена фотография двухслойного покрытия, образованного при использовании модификатора на предварительно изношенной поверхности трения. Причем на фиг.2а представлен вид сверху двухслойного покрытия, состоящего из микроячеистого минералокерамического слоя и слоя трибополимера. На фиг.2б представлен вид распределения указанных слоев по толщине двухслойного покрытия.

Темный цвет (фиг.1а, 1б) соответствует поверхностным оксидным пленкам, имеющим толщину около 700 нм и присутствующим на изношенных поверхностях трения. Светлый цвет соответствует слою штатного смазочного материала толщиной около 76 нм.

Темный цвет (фиг.2а, 2б) соответствует микроячеистому минералокерамическому слою, имеющему толщину 5935 нм. Светлый цвет соответствует слою трибополимера, имеющему толщину 5065 нм.