ФОНОН

Нанотехнологии - Супротек - SUPROTEC - Технология

Описание действия состава «Супротек»

I Мировая практика защиты трущихся поверхностей ингибированием процессов изнашивания, протекающих при фрикционном взаимодействии последних, включает обширнейшую номенклатуру присадок, призванных охватить весь спектр эксплуатационных режимов защищаемых узлов трения. Однако, действие используемых «составов», в большинстве случаев сводится к процессам металлоплакирования, в основе которых лежат электрохимические механизмы (разработки 70-80-х гг.). Их протекание отрицательно сказывается на эволюционировании трибосистем.

Современные требования, предъявляемые к узлам трения, заключаются в переходе к практическому внедрению новейших знаний, полученных в области теории избирательного переноса, координационной трибохимии, химмотологии – методах, основанных на синергетических эффектах (взаимного влияния) используемых активных агентов и защищаемых материалов; процессах, протекающих в открытых термодинамических системах; рассмотрении последних, как самостоятельно развивающихся эволюционных систем.

Следствием подобного комплексного подхода к проблеме защиты элементов машин и механизмов от износа – стала разработка состава, обладающего уникальными свойствами, выделяющими его из омута функционально близкого класса «современных» присадок.

Действие состава заключается в способности его активных компонентов, в следствии трибохимических реакций, образовывать на поверхностях трения особые ячеистые структуры (удерживающие смазочный материал); которые под действием тепла трения, нагрузочно – скоростного фактора – образуют совершенно особую модификацию, обеспечивающую анизотропию механических свойств формирующейся поверхности (слоя третьего тела), с сохранением основного принципа антифрикционности – положительного градиента механических свойств.

II. Рассмотрим механизм «рождения» новой защитной поверхности.

1. Трибосистема – открытая термодинамическая система. Для нее наиболее важен баланс между притоком энергии и ее отдачей в окружающую среду. Если он нарушается, то система реагирует: она либо разрушает старые связи, либо образует новые – то есть структурно усложняется – самоорганизуется.

2. Процесс трения представляет собой совокупность большого числа актов механического взаимодействия микронеровностей сопряженных поверхностей. Выступы двух скользящих тел получают удар – упругий, или пластический. В результате чего нарушается равновесное состояние, соответствующее минимуму потенциальной энергии деформированной зоны. Поверхностные и подповерхностые слои накапливают энергию упругих деформаций, что приводит к изменению механических свойств поверхностей контактирующих тел, изменяются их теплофизические характеристики. Ввиду малости объемов таких слоев, значения накопленной энергии оказываются критическими для данного агрегатного состояния вещества – оно переходит в особое, сверхвозбужденное состояние, называемое трибоплазмой. Трибоплазма является неустойчивым образованием и быстро релаксирует, переходя к исходным состояниям вещества. Такой переход осуществляется постадийно, и проходит через фазу образования крайне реакционоспособных соединений, имеющих радикальную, ион-радикальную или ионную структуру.

3. Такие процессы сопровождаются эмиссией электронов с поверхности трения в раствор смазочного композита (СК) (СК=смазочный материал (СМ) + «СУПРОТЕК»). Электроны, соударяясь с атомами, образующими смазочный материал и атомами веществ, вводимых в качестве присадки – возбуждают их. Это приводит к ионному распаду структуры активного агента. Данный акт является спусковым механизмом, конечным результатом которого станет формирование на сопряженных поверхностях, приведенных во фрикционное взаимодействие, защитных пленок, состоящих их продуктов трибохимических реакций рекомбинированных ионов исходных веществ. Следствием выше описанных процессов является избирательная адсорбция ионов противоположного знака (в данном случае это очень сильные анионы), достраивающих кристаллическую решетку твердой фазы, на металлическую поверхность под действием когезионных сил. В силу особенностей запускаемых механизмов состав «Супротек» одинаково эффективен как для защиты поверхностей из черных, так и из цветных металлов.

III Действие состава имеет стадийный характер и заключается в следующем:

1. При попадании «Супротек» со смазочным материалом в зону трения под действием высоких давлений и температур, сопутствующих трению, на поверхностях деталей в небольшом количестве образуется ультрамикродисперсный порошок карбида железа (результат наличия в исходном составе ПАВ, включающих особые углеродные образования), который как шлифовальная шкурка устраняет с поверхностей прежние загрязнения. Именно поэтому внесение состава первый раз происходит в старое масло за 500 – 1000 км до его смены. В результате замены масла абразивный порошок и снятая с поверхности трения с его помощью грязь удаляется.

2.Очищенный от загрязнений поверхностный слой обладает высочайшей химической активностью (вследствие наличия большого числа нескомпенсированных связей), и практически беззащитны к действию многочисленных негативных факторов сопутствующих фрикционным процессам. В частности они легко окисляются растворенным в СМ кислородом, образуя оксиды. Твердые оксидные пленки хрупки, не способны многократно деформироваться и легко разрушаются в зоне динамического контакта сопряженных поверхностей, приводя к абразивному и коррозионному изнашиванию последних.

Запускаемые механизмы избирательной адсорбции, благодаря высокому значению заряда аниона активного компонента, повторно очищают металлическую поверхность от оксидных и иных пленок, «застраивая» ее сложнейшей ячеистой структурой кубооктаэдрической формы (кремнийкислородные и алюмокислородные тетраэдры, соединенные кислородными мостиками). Процесс «застройки» протекает тем интенсивнее, чем менее защищена металлическая поверхность, поскольку именно эти места имеют высокую плотность нескомпенсированных связей; (то есть состав сам находит «слабые» места на защищаемой поверхности – «думает», оберегает ее).

Пустоты, возникающие между полиэдрами, являются областями аномально высокой абсорбционной активности, эффективно удерживающими смазочный материал.

Подобные структуры химически стабильны, обладают высокими ионо-обменными свойствами (катиониты) и достаточно инертны по отношению к химически агрессивным средам, что очень важно, поскольку при работе СМ «стареет»; повышается его кислотное число. Однако в щелочной среде структура третьего тела (защитной пленки) подрастворяется, снижая сопротивляемость сдвиговым деформациям.

3. Катионы щелочных и щелочноземельных металлов, попадая в раствор СК, связывают гидроксильные группы и кислород, образуя основные соединения – подщелачивая раствор (повышая его моющие свойства); что приводит к подрастворению поверхности образующейся защитной пленки, реализуя, тем самым, принцип положительного градиента механических свойств защитной поверхности.

4. Под защитной структурой формируется перенасыщенный дислокациями слой металла, возникающий вследствие воздействия на него групп молекул, составляющих квазиПАВы. Это приводит, за счет действия эффекта Ребиндера, к формированию слоя, обладающего сверхнизким сопротивлением деформации сдвига. Последний, в коллективном взаимодействии со структурой, имеющей аномально высокие абсорбционные способности создает на поверхности трения уникальные условия для развития предельно низких уровней коэффициента трения и интенсивности изнашивания.

IV Специфические защитные свойства состава «Супротек»:

1. Сформировавшаяся антифрикционная пленка имеет диэлектрические свойства, оберегающие поверхность от электроэрозионного разрушения.

Дело в том, что при фрикционном взаимодействии между сопряженными поверхностями проявляются электрические явления.

а) В большинстве случаев электризация тел при трении обусловлена так называемой контактной электризацией, а сам процесс трения приводит к увеличению контактирующих областей.

б) Кроме контактной электризации следует иметь в виду возможность локального накопления зарядов за счет их механического разделения и образования ДЭС.

в) Электрокинетические явления обуславливают возникновение разности потенциалов при движении частиц в узких щелях (подшипники скольжения) и оседании их на поверхности трения (потенциал оседания).

Две трущиеся металлические поверхности рассматриваются как проводники, электрически изолированные друг от друга прослойкой диэлектрика (СМ). Такое суждение позволяет представить их как конденсатор, емкость которого зависит от толщины смазочного слоя.

При движении друг относительно друга вследствие наличия шероховатости поверхности, высоких давлений, малого объема СМ в зазоре, или в силу других дефектов, на поверхности трибосопряжения возникает точечный контакт. В процессе расхождения точечных контактов проявляются гидродинамические эффекты выдавливания из зоны трения СМ и, как следствие, образования токопроводящих мостиков из продуктов эрозии. Это сродни электрическому пробою между обкладками конденсатора, и даже при небольших токах, приводит, ввиду малой фактической площади контакта (на уровне единичной микронеровности), к тому, что его плотность достигает очень больших значений.

Это проводит к подплавлению (процессы микросварки) и схватываюнию материалов контактирующих тел; вследствии чего происходит электроэрозионное разрушение последних - вырывы, задиры – высокие уровни изнашивания.

Материал защитного тела – диэлектрик, поэтому не допускает развития событий по вышеописанной схеме. Все электрические процессы «замыкаются» на уровнях, соответствующих приповерхностным слоям данного материала, и если явление пробоя все же наблюдается, то изменения, порождаемые им, охватывают только означенный объем защитной структуры. Электроэрозионное разрушение которой, если таковое имеет место – усиливает экзоэлектронную эмиссию, что приводит к дополнительному притоку электронов «высокой энергии» в приповерхностный слой СК, обеспечивая дополнительное разложение его структуры на ионы (дополнительный массоперенос) – создавая благоприятные условия для образования новой защитной поверхности (см. п II/3).

2. Взаимное влияние компонентов состава, входящих в структуру металлоплакирующей пленки на защищаемую поверхность обуславливает образование на участке ее адгезии – гальванической пары. Поляризационные эффекты, протекающие в зоне контакта означенных элементов (необходимо отметить, что основной компонент металлоплакирующей пленки таков, что оказывает одинаковое поляризующее действие как на стальные, так и на большинство поверхностей из цветных металлов) создают на поверхности трения барьер для проникновения внутрь металла водорода и ингибируют, тем самым, водородное изнашивание рабочих элементов двигателей, которое является одной из основных причин их разрушения.

V. Подводя итог можно отметить, что состав «Супротек» содержит таким образом подобранные компоненты, что они взаимно усиливая действие друг друга (синергический эффект), не оказывают каталитического влияния на изменение реологических, термоокислительных свойств СМ, поскольку целиком и полностью задействованы в поддержании существования цикла сложных химических превращений, протекающих в зоне фрикционного контакта сопряженных деталей узлов трения.