Безразборный сервис машин и механизмов — одно из эффективных направлений практического применения наноматериа-лов.
Асланбек АСЛАХАНОВ, советник Президента Российской Федерации

Наноматериалы находят все большее применение в различных препаратах автохимии: ремонтно-эксплуатацион-ных добавках к топливу и смазочным материалам, шампунях и полиролях. По имеющимся данным, в США затраты на производство присадок, используемых в топливно-смазоч-ных материалах, с 60-х годов XX века возросли с 250 млн до более чем 1 млрд долларов.

Результатом многолетних исследований отечественных ученых и практиков стал тот факт, что трение теперь представляется не только как разрушительное явление природы. Оно в определенных условиях может быть реализовано как самоорганизующийся созидательный процесс, что позволило разработать новые, ранее неизвестные методы технического сервиса машин, в том числе безразборного восстановления агрегатов и узлов техники в процессе их непрекращающейся эксплуатации.

Впервые термин «безразборное восстановление» был официально применен и введен в 1993 году автором данной книги в связи с изобретением им и Г. К. Потаповым (а затем патентованием) «способа безразборного восстановления трущихся соединений». В дальнейшем, на основании теоретических предпосылок и проведенных исследований автором

данной книги с учениками сформулировано и в настоящее время интенсивно развивается самостоятельное научно-техническое направление — безразборный технический сервис машин и механизмов.

Безразборный сервис (англ. service ~ производить осмотр и текущий ремонт) может включать операции обкатки, диагностики, профилактики, химмотологического тюнинга, очистки и восстановления как отдельных трущихся соединений и агрегатов, так машин и механизмов в целом. Под ним подразумевается комплекс технических и технологических мероприятий, направленных на проведение операций технического обслуживания и ремонта узлов и механизмов без проведения разборочно-сборочных операций с применением передовых разработок автохимической промышленности.

К разработкам в области безразборного сервиса относятся не только присадки и добавки к различным автомобильным технологическим средам, но и самостоятельные препараты и технологии по их применению.

Во вступительном слове на открытии научно-практической конференции «Нанотехнологии и информационные технологии — технологии XXI века» (24 мая 2006 года) советник Президента России Асламбек Ахмедович Аслаханов высоко оценил результаты исследований в этой области, заявив, что безразборный сервис машин и механизмов является одним из эффективных направлений практического применения наноматериалов.

Следует признать, что аналогичные работы проводились и другими исследователями, но именовались по-разному: то металлоплакированием, то ФАБО-2, то способом обработки трущихся поверхностей и т.п.

Теоретическими предпосылками безразборного сервиса (восстановления) явились исследования в теории самоорганизации, предсказанной бельгийским физиком и физикохимиком русского происхождения Ильей Романовичем Пригожиным (лауреатом Нобелевской премии по химии 1977 года за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур]. В раннем детстве И. Р. Пригожина в Бельгию из России привезли родители. В 1982 году он был избран иностранным членом Академии наук СССР, ас 1991 года является иностранным членом Российской академии наук — РАН.

В прикладном плане безразборный сервис базируется на научных открытиях российских ученых. К ним в первую очередь относится явление избирательного переноса при трении (эффекта безызносности), открытое и исследованное Д. Н. Гаркуновым и И. В. Крагельским.

Другое немаловажное открытие в этой области — эффект пластифицирования поверхностей трения в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), сделанное Петром Александровичем Ребиндером и его учениками. В тридцатых годах XX века П. А. Ребиндер открыл адсорбционный эффект понижения прочности твердых тел благодаря адсорбции поверхностно-активных веществ, что приводит к облегчению выхода дислокаций.

Теоретическую возможность создания условий безызнос-ного трения подтверждает факт открытия эффекта аномально низкого трения (АНТ) твердых тел, обнаруженного группой ученых Аскольдом Александровичем Силиным, Евгением Анатольевичем Духовским, Виктором Львовичем Тальрозе и др. в 1969 году.

Ими установлено, что при бомбардировке полиэтилена и пропилена в вакууме потоком атомов гелия (или некоторых других химических элементов) коэффициент трения уменьшается на два порядка до значения ниже 0,001 (предела чувствительности измерительной установки) — можно считать, исчезает совсем. Интенсивность изнашивания при этом, естественно, резко снижается.

На основании дальнейших исследований, в том числе во ВНИИ оптико-физических измерений, было выявлено, что при облучении тончайшего поверхностного слоя вещества Ускоренными атомами происходит его переход в упорядоченное состояние.

Позднее А. А. Силин в своей книге «Трение и мы» (1987 год) Утверждал: «Экспериментально подтверждалось, что фундаментальной причиной трения служит отнюдь не механическое деформирование дорожки, а адгезионный эффект, сконцентрированный в тончайшем поверхностном слое. Реализация такого эффекта, основанного на непрерывном обмене адгезионных связей, требует толщины слоя всего 10~7 см (10 нм — прим. автора), то есть порядка удвоенной толщины атома. Таким образом, опыты с эффектом АНТ в данном случае однозначно подтверждали адгезионную теорию сухого трения... Не исключено, что при этом важную роль играет явление самоорганизации».

Безразборный сервис транспортных средств является дальнейшим развитием исследований в этих областях и, как видно из приведенных выше данных, в основном базируется на положениях нанонауки. Термин стал широко применяться в публикациях и монографиях по данному новому научно-практическому направлению.

В связи с последними достижениями науки и практики в данной области настало время внести изменение и в само определение понятия «трибология». Наиболее полно современный уровень изучения и развития данного вопроса отражало бы следующее определение: трибология — наука о контактном взаимодействии подвижных соединений, охватывающая комплекс вопросов их трения, изнашивания, смазывания и самоорганизации (восстановления).

Особое место (и это признали даже производители смазочных материалов, начав производство специальных моторных масел для автотранспорта с пробегом более 100 тыс. км) занимают методы и средства, предназначенные для частичного восстановления изношенных поверхностей трения узлов и агрегатов автомобиля в процессе непрекращающейся эксплуатации.

В классическом понимании процесс восстановления детали, соединения или машины в целом подразумевает проведение технических и технологических мероприятий, направленных на изменение их геометрических размеров до номинальных (или ремонтных), а также на восстановление работоспособности до нормативных показателей. Однако проводить ремонтные работы имеет смысл, даже если наблюдается только частичное (неполное) выполнение этих требований.

Известные в настоящее время ремонтно-восстановитель-ные препараты (РВП) по компонентному составу, физико-химическим процессам взаимодействия с трущимися поверхностями, свойствам получаемых покрытий (защитных пленок), а также механизму функционирования в процессе дальнейшей эксплуатации автомобиля можно разделить на три основные группы: реметаллизанты (металлоплакирую-щие соединения), полимерсодержащие препараты и геомодификаторы.

К восстановителям в основном по критерию повышения технико-экономических показателей обработанной техники, следует условно отнести кондиционеры поверхности и слоистые добавки-модификаторы.

В некоторых случаях РВП называют еще ремонтно-экс-плуатационными препарами (РЭП), что, на мой взгляд, точнее отражает их предназначение и функциональные свойства.

Практически все производители препаратов подкапотной автохимии выпускают также добавки к трансмиссионным маслам и пластичные смазки-восстановители.

Подобные препараты различаются по способам применения (введения в трущиеся соединения). Большинство составов вводят в моторные и трансмиссионные масла, топливо или пластичные смазки, а некоторые подают через систему питания (впускной трубопровод) в виде аэрозолей и добавок к топливно-воздушным смесям — так называемая специальная обработка.

Применение ремонтно-восстановительных препаратов определяется техническим состоянием автомобиля. При этом необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов технической диагностики. По результатам диагностирования назначаются либо профилактические препараты более «мягкого» действия, либо препараты, обеспечивающие интенсивное воздействие на трущиеся соединения и агрегаты автомобиля.

Следует отметить, что иногда необходимость применения РВП обусловлена и рядом других причин (принудительных), например участием в соревнованиях, пробегах или иных испытаниях (автохимический тюнинг).

Все препараты различаются по способам применения (введения в трущиеся соединения). Большинство составов вводят в моторные и трансмиссионные масла, топливо или пластичные смазки. Некоторые из них подают через систему питания (впускной трубопровод) в виде аэрозолей и добавок к топливно-воздушным смесям — так называемая «специальная обработка». Ряд препаратов подается непосредственно в зону трения, например в цилиндропоршневую группу, и т.д. Достаточно часто выпускаются РВП комплексного действия, например реметаллизант и кондиционер металла, поли-мерсодержащий препарат и слоистая добавка. Встречаются препараты, разработчики которых заявляют о содержании в них практически всех ремонтно-восстановительных компонентов: тефлона, керамики, молибдена, а также других полимерных и поверхностно-активных веществ.

Ремонтно-восстановительные препараты для моторного топлива на основе нанотехнологий 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.

Как показывают результаты лабораторных исследований и эксплуатационных испытаний, применение РВП позволяет получить результат, сравнимый по величине с эффектом от использования специальных методов спортивной доводки двигателя — доработки каналов в головке блока цилиндров, изменения фаз газораспределения, уменьшения сопротивления фильтров и т.д. Например, на серийном автомобильном двигателе без каких-либо конструкторских доработок можно получить прирост мощности на 5—7 л.с. (3—5 кВт), экономию расхода топлива и смазочных материалов на 5—10% и ряд других положительных характеристик.

Нанокомплексы на основе порошковых материалов входят во многие РВП, однако наиболее распространены и эффективны реметаллизанты и геомодификаторы на их основе. Реметаллизанты (металлизанты) — особый класс препаратов автохимии, базирующийся на аспектах теории самоорганизации, предсказанной И. Р. Пригожиным, и открытии российских ученых Д. Н. Гаркунова и И. В. Крагельского явления избирательного переноса при трении (эффекта безыз-носности). Латинская приставка «ре-» в данном случае подразумевает возврат металла на поверхности трения.

Механизм действия реметаллизантов заключается в ме-таллоплакировании трущихся поверхностей в результате осаждения металлических компонентов, входящих в состав реметаллизантов во взвешенном или ионном виде. При этом частично восстанавливаются микродефекты, снижается коэффициент трения, значительно повышается износостойкость плакированных поверхностей (в некоторых случаях — в сотни раз).

Термин «металлоплакирующий» (от франц. plaquer— покрывать) введен Д. Н. Гаркуновым с соавторами в связи с изобретением ими в 1962 году смазочного материала, реализующего эффект избирательного переноса при трении.

В настоящее время металлоплакирующие композиции (реметаллизанты) разделяются на порошковые и ионные. Порошковые препараты в качестве основного компонента содержат ультрадисперсные (наноразмерные) порошки, а ионные — полностью маслорастворимые соли пластичных металлов, органические кислоты, мыла жирных и нафтеновых кислот, жирные амиды, эфиры жирных кислот и спиртов, а также глицерин.

В качестве плакирующих металлов используются медь, олово, цинк, железо, алюминий, свинец, серебро, хром, никель и молибден.

Металлсодержащие смазочные композиции, кроме порошкообразных металлов, обычно содержат активные химические компоненты, способные образовывать с ними структуры, необходимые для реализации эффекта безызносности. Активные компоненты смазочной среды получаются в процессе трения или добавляются при приготовлении. Подтверждением этому служат смазочные композиции, содержащие альдегиды, которые способны при трении образовывать вещества, необходимые для формирования металлсодержащих соединений, например комплексов двухвалентной меди.

Все жирные кислоты (предельные и непредельные) являются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Под действием ПАВ поверхности трения пластифицируются, что способствует быстрому созданию оптимальных шероховатостей трущихся поверхностей. При относительно высоких температурах порядка Т = 423—477 К на них образуются тончайшие медные структуры (толщиной около 100 нм) — «сер-вовитная» пленка. Под действием содержащихся в присадке активных групп СООН и компонентов смазочного материала на поверхности «сервовитной» пленки формируется полимерная пленка — «серфинг-пленка».

Впервые присадку, образующую медную пленку на трущихся поверхностях, в 60-х годах прошлого века разработали в Московском технологическом институте. Она состояла из продуктов взаимодействия 50% олеиновой кислоты и 50% олеатамеди.

В 1979 году швейцарская компания Actex S. A. начала серийное производство металлоплакирующих порошковых препаратов марки Lubrifilm metal, основанных на практической реализации «эффекта безызносности». Почти через 13 лет, в 1992 году, Lubrifilm, metal одним из первых препаратов автохимии этого класса был официально сертифицирован НАМИ (Научный автомоторный институт, Москва) и одобрен АвтоВАЗом.

В МГАУ им. В. П. Горячкина под руководством автора :оздана металлоплакирующая присадка-восстановитель «Ре-р Металл», плакирующая смазка NRW и ряд других препа-атов этого класса, которые являются современными научно-техническими разработками в области самоорганизующихся наноструктур и «эффекта безызносности».

Механизм действия препаратов заключается в формировании на трущихся поверхностях нанокристаллической самовосстанавливающейся защитной пленки с минимальным коэффициентом трения и интенсивностью изнашивания из активных компонентов препаратов и частиц износа. При этом обеспечивается восстановление нано - и микродефектов поверхностей трения и их работоспособности.

Наибольший эффект достигается в условиях граничного трения, при высоких нагрузках и скоростях скольжения, повышении температуры трения (что характерно для изношенных трущихся соединений техники с большим сроком службы), режимах приработки и перегрузках.

Разработанные нанопрепараты позволяют значительно повысить износостойкость деталей; сократить продолжительность и улучшить качество приработки поверхностей трения; эффективно повысить задиростойкость и снизить питтинг контактирующих поверхностей в тяжело нагруженных парах трения; понизить температуру работающих узлов, уровень шума и вибрации.

Металлоплакирующая пластичная смазка NRW обеспечивает частичное безразборное восстановление микроизносов подшипников качения, скольжения и других смазываемых поверхностей.

Присадка «Ретурн Металл» также может применяться в качестве добавки к смазочно-охлаждающим техническим средам (СОТС) для улучшения качества поверхностей и повышения стойкости металлорежущего инструмента.

Механизм действия этих препаратов заключается в активации входящими в его состав нанокомплексами кинетической и потенциальной энергии трения.

При этом из активных компонентов препаратов и частиц износа на трущихся поверхностях формируется нанокристаллическая самовосстанавливающаяся защитная (сервовитная) пленка с минимальным коэффициентом трения и интенсивностью изнашивания. Препараты обеспечивают восстановление нано - и микродефектов поверхностей трения и их работоспособности.

В настоящее время рядом научно-технических центров разрабатывается новое направление в автохимии и трибологии в целом. Это направление получило наименование «геотрибология» (от греч. геос -земля) — то есть трение, износ и смазывание в условиях применения различного рода минералов и других соединений геологического происхождения, имеющих микро - и наноразмеры.

Цель работ в этом направлении — создание специальных добавок в топливно-смазочные материалы на базе металло-керамических соединений, которые смогли бы вступать во взаимодействие с контактируемыми (трущимися) участками деталей и формировать на них металлокерамический слой, частично восстанавливающий дефекты поверхностей трения. Подобные добавки должны также обладать высокими антифрикционными и противоизносными свойствами. Такие материалы, в основном на основе измельченного и модифицированного серпентинита, а также других минералов естественного и искусственного происхождения, получили наименование геомодификаторов, или геоактиваторов.

Началом исследований в данном направлении стало необычное явление, обнаруженное при бурении сверхглубокой скважины на Кольском полуострове. Было выявлено, что при прохождении буровым инструментом (долотом) горных пород, богатых серпентинитом (змеевиком), ресурс режущих кромок инструмента резко увеличивался.

Серпентины — группа природных минералов. Встречаются они в нескольких видах (рис. 49, а). Все серпентины — зеленые минералы, слагающие жирные на ощупь массивные агрегаты со слоистой структурой, отдаленно напоминающей графит, которые различимы лишь под электронным микроскопом (49, б).

Серпентинитовые минералы подразделяются на:

1) гранатовые (пиропные) серпентины;

2) бронзовые серпентины;

3) бедные железом (желтые, зеленые) — дунитовые серпентины;

4) богатые никелем — никелевые серпентины. Серпентин — группа минералов одинакового состава, но разной симметрии. Основные — силикаты магния, иногда железа.

Формула серпентина - Mg6[ Si4010] ( OH)8, 3 MgO2 SiO22 H20 или ( MgOH)6 Si40 n H2 O.

Серпентин включает три минеральных вида:

·  антигорит ( Mg, Fe2+)3[ Si2 O5]( OH)4;

·  хризотил (клинохризотил, ортохризотил, парахризо - виде молекулы Н2О, которая входит в структуру минерала.

Серпентин (хризотил, лизардит или антигорит) не содержит кристаллизационной воды, поэтому объяснение, согласно которому противоизносный эффект от вводимого серпентина в смазочную среду возникает в зависимости от количества кристаллизационной воды, является несостоятельным.

Отличие между компонентами серпентина, скорее всего, заключается в параметрах кристаллической решетки. Рент-генофазовый анализ геомодификаторов показывает, что эти составы бывают двух видов: один содержит 75—80% лизарди-та и 10—15% хризотила, другой содержит 10—15% лизардита и 75—80% хризотила.

Все слоистые силикаты состоят из двух сеток [ Si205]2 , соединенных катионами в компактные пакеты состава [ Si4 O10]4. Особенность каждой сетки [ Si2 O5]2 — наличие не-скомпенсированного электростатического заряда. Данная особенность обусловлена тем, что сетки из кремнекислород-ных тетраэдров имеют с одной стороны одну свободную валентность. Это определяет появление тетраэдров отрицательного заряда только на одной стороне сетки. В сдвоенных пакетах [ Si4 O10] 4 отрицательные заряды обеих сеток направлены внутрь пакета и скомпенсированы катионами Mg. Фактически в слоистых пакетах [ Si4 O10]4 между двумя сетками состава [ Si2 O5]2 располагается бруситовый слой Mg( OH)2.

Специфическое строение слоистых силикатов — наличие пакетов, состоящих из гексагональных сеток-слоев, которые очень слабо связаны друг с другом, — определяет и свойства этих минералов: низкую твердость, весьма совершенную спайность и расщепляемость на тонкие пластинки.

Изучение данного явления было организовано в конце 80-х годов прошлого столетия в институте «МеханОбр» (Ленинград) под руководством академика Владимира Ивановича Ревнивцева. Учеными было установлено, что данный эффект является следствием разложения серпентина в зоне бурения с дополнительным выделением большого количества тепловой энергии. Вследствие этого наблюдается разогрев материала шарошки бурового долота, диффузия в него разложившихся элементов минерала и образование композиционной металлокерамической структуры, обладающей высокой твердостью и износостойкостью.

В 1987 году на выставке «Изобретательство — техническому прогрессу» (ВДНХ, Москва) экспозиция «Геотрибоэнер-гетика — народному хозяйству» Ленинградского института авиаприборостроения (ЛИАП) была удостоена Диплома I степени, а ее автор, Т. Л. Маринич, награждена золотой медалью.

В настоящее время геомодификаторы используют для проведения ремонтно-восстановительных работ техники с большим пробегом в процессе непрерывной эксплуатации, но иногда — в целях интенсификации процесса, повышения качества приработки и износостойкости деталей — их применяют и на новых двигателях.

Восстановление и упрочнение подвижных соединений геомодификаторами осуществляется за счет формирования на поверхностях трения структур повышенной прочности, подавления процессов водородного изнашивания и охрупчи-вания металла, повышения термодинамической устойчивости системы «поверхность трения — смазочный материал». Поверхностно-активные вещества (ПАВ) металлокерамиче-ского восстановителя после введения их в системы двигателя подготавливают поверхности трения химически (катализ) и физически (суперфиниш), очищая от нагара, оксидов, отложений и т.д. Попадая на поверхности трения вместе с маслом или в составе пластичной смазки, ПАВ инициируют процесс формирования металлокерамического покрытия с высокой износостойкостью и малым коэффициентом трения.

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 на-ноалмазов) чрезвычайно эффективна в виде добавок к моторным и трансмиссионным маслам, консистентным смазкам и смазочно-охлаждающим 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, про-тивоизносными и противозадирными свойствами, наряду с высокой коллоидной стабильностью. Содержание наночастиц в рабочей среде в ничтожных количествах (всего 0,01—0,003%) обеспечивает мягкую безабразивную приработку деталей двигателей и трансмиссий.

Препараты на основе наноалмазов изменяют реологические свойства масла и реализуют безабразивную трибохими-ческую 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% и моторного масла до 10%.

Научно-производственная фирма «Лаборатория трибо-технологии» впервые в мире разработала препарат на основе наноразмерных комплексов органосорбента, полученных по золь-гель-технологии из бентонитовых глин.

Бентонитовые глины получили название от форта Бен-тон, 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 Саригюх-ского 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 поверхностно-активных веществ.

Препараты получили наименование рекондиционеров ( reconditioner — реставратор), объединив понятия кондиционирования (нормализации состояния) и известной латинской приставки «ре», обозначающей возврат ( return), что можно в комплексе обозначить как препарат, способствующий возвращению условий трения и изнашивания к нормальному состоянию.

Группы ремонтно-эксплуатационных препаратов для смазочных материалов, разработанных на основе нанотехнологий, известные в настоящее время, перечислены в табл. 5.

>Таблица 5. Характеристика нанопрепаратов для моторного масла

Приработочные препараты на основе наноалмазов. Входящие в состав присадок наноалмазы (диаметром 4—6 нм) и кластерный углерод структурируют масляную пленку, увеличивают ее динамическую прочность, действуют на кристаллическую решетку поверхности металла, упрочняя ее, 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 облегчается запуск двигателя.

Нанокондиционеры металла. В результате трибохимиче-ских реакций (образования, распада и восстановления соединений металла с активными молекулами продукта в зоне трения) эти кондиционеры образуют защитный граничный слой (20—40 нм). Защитный слой приобретает пластичные и упругие свойства, антифрикционные качества и стойкость к высоким нагрузкам.

Рекондиционеры. Наряду с образованием подобных защитных слоев дополнительно способствуют повышению несущей способности (прочности) масляной пленки. Полимолекулярная система препарата, включающая наноразмерные комплексы (кластеры) органических веществ, структурирует граничную масляную пленку и увеличивает адгезию масла к металлу.

Защитные наноприсадки. Реализуют нанотехнологию защиты двигателя и трансмиссии, повышают ресурс и улучшают эксплуатационные показатели двигателей и агрегатов трансмиссий автомобилей. Присадки содержат современные нанокомпоненты (наночастицы), формирующие защитную пленку (твердую наноструктурную смазку), эффективно снижающую износ деталей и трение.

Восстановительные присадки, или реметаллизанты. Mac-лорастворимые или порошковые металлорганические соединения. Реализуют трибохимический («ионный») механизм металлоплакирования поверхностей трения за счет образования (восстановления) на поверхности металлосодержащей наноструктурированной защитной пленки. Присадки способствуют «лечению» микродефектов поверхностей трения и восстановлению их работоспособности.

Геомодификаторы. Препараты автохимии на основе минералов естественного и искусственного происхождения (нано - и микроуровня) получили наименование «геомодификаторы», «геоактиваторы», «ремонтно-восстановительные составы» (РВС-технология) или «ревитализанты». Попадая на поверхности трения вместе с маслом или в составе пластичной смазки, они на трущихся поверхностях инициируют процесс формирования металлокерамического покрытия с высокой износостойкостью и малым коэффициентом трения.

В качестве средств для безразборного восстановления работоспособности двигателя или автомобиля в целом могут быть в той или иной мере использованы любые из рассмотренных выше ремонтно-восстановительных препаратов.

Разработки наиболее эффективны в условиях граничного трения, при высоких нагрузках и скоростях скольжения, повышенной температуре трения и «масляном голодании», характерных для изношенных трущихся соединений техники с большим сроком службы, а также в режимах приработки и перегрузках.

Разработанные нанопрепараты позволяют:

·  значительно повысить износостойкость деталей;

·  сократить продолжительность и улучшить качество приработки поверхностей трения;

·  эффективно повысить задиростойкость и снизить питтинг контактирующих поверхностей в тяжело нагруженных парах трения;

·  понизить температуру работающих узлов, уровень шума и вибрации.

Для получения наилучшего эффекта при применении РЭП при безразборном сервисе необходимо строго соблюдать требования производителей препаратов во избежание негативных последствий. При этом необходимость того или иного воздействия оценивается на основании результатов технической диагностики обрабатываемых узлов и агрегатов машин и механизмов.

На основании полученных результатов диагностировался выбирают способ воздействия, то есть применяют ту или иную ремонтно-восстановительную технологию. Применение ремонтно-восстановительных препаратов определяется техническим состоянием автомобиля. По результатам диагностирования назначаются либо профилактические препараты более «мягкого» действия, либо препараты, обеспечивающие интенсивное воздействие на трущиеся соединения и агрегаты автомобиля.

Образование устойчивых защитных металлических пленок — достаточно продолжительный (постепенный) процесс, поэтому во время испытаний, а также при штатной работе техники может не наблюдаться резкого (внезапного) улучшения эксплуатационных показателей, но обязательно отмечается их положительная динамика, существенно влияющая на повышение надежности и ресурса узлов и агрегатов техники.

Один из основных показателей качества топлива — его удельная теплота сгорания, которая у любого углеводородного топлива не превышает 44 МДж/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.

Повышение эксплуатационных свойств различных видов топлива может быть достигнуто путем введения различных металлсодержащих добавок. При этом большое значение имеет дисперсность частиц металла: чем они меньше, тем эффективнее их применение, что открывает большие перспективы в использовании металлических наноматериалов в качестве добавок к различным видам топлива. Полезный эффект достигается также при применении в составе добавок современных моющих компонентов, химических наноката-лизаторов и регуляторов горения топлива. Чаще используют многокомпонентные композиции, при этом каждый компонент выполняет свою функцию. Так, для повышения эффективности сгорания дизельного топлива можно использовать многокомпонентную композицию, в состав которой в качестве одного из компонентов входят соли магния, кальция, марганца, меди или алюминия, в качестве другого — различные поверхностно-активные вещества, а в качестве третьего — стабилизирующие и солюбилизирующие (растворяющие) компоненты, которые способствуют хорошей растворимости композиции в дизельном топливе.

Среди различных присадок к дизельным видам топлива определяющее значение имеют присадки, которые способствуют окислению топлива и его самовоспламеняемости при оптимальном цетановом числе, что оказывает существенное влияние на пусковые свойства дизеля.

Таким образом, наиболее распространенным и эффективным способом снижения содержания твердых частиц в выхлопных газах, образующихся при работе дизельных двигателей, является использование композиционных антидымных присадок, содержащих ионы марганца и меди с карболовыми и дикарбоновыми кислотами.

Один из путей уменьшения вредных выбросов в отработавших газах автомобиля — введение в моторное топливо на-норазмерных частиц оксида церия. Соответствующая технология Fuel Borne Nanocatalyst разработана английской фирмой Oxonica при Оксфордском университете. Специалисты фирмы создали добавку в топливо Envirox, представляющую собой наноразмерные частицы оксида церия в органической основе. Находясь в составе топлива, эти частицы обеспечивают более полное сгорание углеводородов и уменьшение вредных выбросов. Рабочая концентрация оксида церия в топливе — пять миллионных долей на литр, то есть на железнодорожную цистерну топлива достаточно 150—200 г нано-порошка. Эффект от применения добавки Envirox — экономия топлива до 10—15% и резкое снижение содержания оксидов азота. Филиппинская топливная компания Independent Philippine Petroleum Co. с марта 2005 года производит и реализует экологически чистое топливо Diesel Premium Plus.

Аналогичные работы по изучению каталитических свойств наночастиц оксидов церия и циркония ведутся в Брукхейвенской национальной лаборатории Управления энергетических исследований и разработок США. В марте 2006 года на очередном Национальном семинаре Американского химического общества было показано, что наночасти-цы оксидов, попадая на поверхность каталитического конвертера, действуют как буфер, поддерживающий каталитическую эффективность на одном и том же уровне независимо от режимов работы двигателя.

Многие европейские производители (в том числе Daimler Chrysler AG, BASF AG, Iveco S. p. A., Total SA, Renault Trucks, Volvo Trucks) выступили с совместным заявлением об участии в проекте SCR (разработке селективной каталитической очистки выхлопных газов — Selective Catalytic Reduction). В катализатор добавляется аммиак, превращающий оксиды азота в азот (основу воздуха) и водяной пар. Вероятно, для соответствия строгим нормам стандарта Euro-4 будет использована именно технология SCR, хотя для этого потребуется модернизация всей автозаправочной инфраструктуры мира.

Технология SCRc реагентом AdBlue (рис. 50) идеально сочетает экологические требования и экономичность. Она уже используется в пределах всей Европы, поскольку:

·  применима с дизельными топливами разного качества;

·  не требует специального обслуживания и рассчитана на весь срок службы автомобиля;

·  никак не сказывается на интервалах между техобслуживанием и заменой масла;

·  обеспечивает снижение расхода топлива на 2-5% по сравнению с аналогичными автомобилями, соответствующими стандарту Euro-3;

·  увеличивает дальность пробега автомобиля при условии, что он оборудован баком для AdBlue соответствующей вместимости.

Реагент AdBlue — это жидкость, необходимая для использования технологии SCR. Он представляет собой высококачественный стандартизованный раствор мочевины на водной основе, который заправляется в специальный бак и не доставляет никаких дополнительных проблем водителю.

Сама технология проста: AdBlue автоматически подмешивается к горячему потоку отработавших газов, в котором содержатся ядовитые окислы азота, а катализатор SCR преобразует эту смесь в безвредный азот и водяной пар.

Реагент AdBlue уже производится в шести странах Европы. Его выпускают ведущие европейские производители карбамида, которые совместно с партнерами по реализации организуют широкую сеть заправочных станций в Европе.

Специалисты российско-американской компании «Лаборатория триботехнологии» предложили новый оригинальный путь снижения эмиссии вредных примесей в отработавших газах. По их предложению, полезный эффект достигается за счет использования растворимых в моторном топливе производных мочевины вместе с наноразмерными частицами диоксида церия. Новая технология, которая получила название Urea & NanoCatalyst in Fuel, не предусматривает внесения изменений в конструкцию топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания и в способ заправки ла автозаправочных станциях.

фирмой разработан специальный препарат FaberOx, представляющий собой дисперсию нанокапсулированного диоксида церия в органическом растворе производных мочевины, который добавляется непосредственно в топливо любого типа. На основе этих разработок получены и поставлены на рынок автохимии специальные препараты. Среди них нанотюнинговая добавка Fenom Street Racing к бензину, которая способствует увеличению мощности, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, очищает топливную систему, стабилизирует работу двигателя. Эффект достигается за счет действия органических и неорганических нано-компонентов добавки, повышающих эффективность горения топлива и его моющие качества.

Препараты компании «Лаборатория триботехнологии», разработанные на базе нанотехнологий, например Fenom NanoTuning, Fenom Street Racing и Fenom Cetane - Number Booster, к бензину и дизельному топливу (для «тюнинга топлива») содержат химические нанокатализаторы и регуляторы горения топлива, что способствуют улучшению эксплуатационных свойств топлив.

Эффективность мероприятий автохимического тюнинга также зависит от начального технического состояния автомобиля, применяемого препарата и технологии введения добавок, качества проведения ремонтно-восстановительных работ и ряда других причин.

Среди разработок фирмы «Лаборатория триботехнологии» в области нанотехнологий следует назвать наноочисти-тели. Наноочиститель инжекторов бензинового двигателя Fenom Injector Nanocleaner предназначен для очистки инжекторной системы подачи топлива от нагара и отложений, удаления губчатых образований с впускных клапанов, нагара со стенок камеры сгорания и очистки свечей зажигания. Он способствует легкому запуску и хорошей приемистости двигателя, снижению износа и защите от коррозии деталей; более полному и «чистому» горению бензина — снижению его расхода и уменьшению токсичности выхлопа.

Наноочиститель форсунок дизеля Fenom Diesel Injector Nanocleaner служит для очистки распылителей форсунок, камеры сгорания, топливной аппаратуры. Он также способствует легкому запуску, восстановлению распыла топлива, повышению мощности и динамики дизеля, снижению износа и защите от коррозии деталей топливного насоса высокого давления и форсунок дизельного двигателя; более полному и «чистому» горению топлива, снижению его расхода и уменьшению токсичности и дымности выхлопных газов.

Оба препарата совместимы с нейтрализаторами отработавших газов. Эффект от их введения достигается за счет действия высокоэффективных моющих компонентов, модификатора трения и нанокатализатора горения.

Наноочиститель каталитического нейтрализатора выхлопных газов Fenom Catalytic Converter Nanocleaner создан для очистки и восстановления каталитической активности нейтрализаторов выхлопных газов бензиновых двигателей, а также электродов кислородного датчика (лямбда-зонда). Он способствует повышению приемистости двигателя, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, увеличению срока службы нейтрализатора.

Нейтрализаторам противопоказано некачественное топливо, попавшее в камеру сгорания масло или антифриз, не-сгоревшая топливная смесь, засорение. Эффект от использования наноочистителя достигается за счет действия химических регуляторов горения, уменьшающих засорение каналов нейтрализатора, и нанокомпонентов (наночастиц металлов), восполняющих каталитическую активность нейтрализатора.

В целом все нанокаталитические добавки (присадки) к бензину и дизельному топливу очищают детали, каналы топливных систем, нейтрализаторы выхлопных газов, повышают энерго-экономические показатели двигателей за счет применения современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива.

Один из секторов практических достижений нанотехнологий в автомобильной промышленности — получение прочных и стойких материалов, обладающих самоочищающимися свойствами, для лакокрасочных покрытий автомобилей и другой транспортной техники, зеркал, керамики, текстиля и ряда других целей.

Для обеспечения эффекта самоочистки поверхностей при уходе за автомобилем наряду с лакокрасочными покрытиями применяются специальные полироли. Так, проект компании «Лаборатория триботехнологии» Lucky Bee по разработке косметики для автомобиля на основе нанотехнологий (в том числе с использованием лотос-эффекта) является выражением новых социальных, экологических и технических тенденций. В свете этих тенденций уход за автомобилем становится чем-то большим, нежели просто процессом удаления загрязнений и полировки автомобиля. Он превращается в процесс создания нового ощущения чистоты, прозрачности и внутренней свободы.

«Лабораторией триботехнологии» разработана универсальная автополироль Lucky Bee Nanocrystal Wax. Она представляет собой уникальную комбинацию бразильского карнауб-ского воска, синтетических восков, силиконов и неабразивных наноалмазов, обеспечивающую эффективную защиту, восстановление цвета и блеска лакокрасочных покрытий. Наноразмерные алмазы способствуют получению совершенной сотовой структуры пленки полироли с повышенной прочностью, износостойкостью, адгезией к поверхности, фотохимической и химической стойкостью, а также эффектом самоочищения поверхности при эксплуатации.

Полироль применяется для любых типов лакокрасочных покрытий (ЛКП) — новых, старых, восстановленных, реставрированных полностью или частично, обычных и металлизированных. Она эффективна при эксплуатации автомобиля в сложных погодных и климатических условиях, напри-Мер в сырую и дождливую погоду, при езде по грязной Дороге (грязь и влага содержат агрессивные включения, действующие на ЛКП), а также в жаркую солнечную погоду (ддя защиты от теплового и ультрафиолетового излучения).

Защитная пленка останавливает коррозию поверхности и маскирует микронеровности ЛКП. Полироль создает эффект усиления тона, цвета и блеска любой ЛКП, а фуллере-ноалмазы буквально наполняют пленку светом (эффект Skintight®),

Всесезонная автополироль Lucky Bee Carnauba & Nanowax также разработана с использованием принципов нанотехнологий и содержит уникальный нанокомпонент Bentowax®.

Высокоэффективная комбинация синтетических и натуральных восков, поверхностно-активных веществ и нано-компонента Bentowax® обеспечивает эффективную защиту, восстановление цвета и блеска ЛКП в широком диапазоне климатических условий и температур. Наночастицы Bentowax® повышают прочность защитной пленки и облегчают полировку при минимальном расходе полироли. Автополироль содержит специальную присадку, придающую ей морозостойкость, что позволяет применять ее (в отличие от других полиролей) для обработки ЛКП при О °С. Защитная пленка полироли долговечна и одинаково эффективна при любых погодных условиях.

Наночастицы Bentowax® структурируют защитную пленку, что придает восковому покрытию повышенную термостойкость, соле - и влагоустойчивость. Полироль эффективно защищает ЛКП от воздействия ультрафиолетового излучения, дорожной грязи и пыли, кислотных дождей, а поверхность автомобиля — от коррозии. Она может применяться для любых автомобильных ЛКП.

Исходным сырьем для производства перечисленных выше полиролей является уже упоминавшийся ранее органобен-тонит, полученный при модификации бентонита поверхностно-активным веществом. Для решения поставленных задач предложен модификатор трения в виде дисперсных частиц органобентонита размерами 10—500 нм.

Благодаря эффекту упрочнения защитная пленка полиролей не смывается автошампунями и выдерживает многократные мойки (до шести, а при бесконтактной мойке — до 8-10 моек). К достоинству этих полиролей следует также отнести их полную биоутилизацию.

В настоящее время ведущими автохимическими концернами мира разрабатываются и уже выпускаются новые нано-препараты автокосметики с использованием явления лотос-эффекта, например «антидождь — нанозащита стекла» и «антигрязь — нанозащита шин».

На рис. 51 представлен механизм «самоочищения» стекла 4 автомобиля, обработанного специальными нанополиро-лями 1. Поверхность модифицирована таким образом, что капля воды 2 катится по ней, собирая грязь 3, тогда как на гладкой поверхности, наоборот, капля воды, сползая, оставляет грязь на месте.

В табл. 6 представлены некоторые препараты безразборного сервиса автомобиля на основе наноматериалов, имеющиеся в настоящее время в открытой продаже.

>Таблица 6. Препараты безразборного сервиса автомобиля На основе наноматериалов