Нанотехнологии и работа двигателей внутреннего сгорания (постановка эксперимента)

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ ФЛОТА

С. О. Барышников,

канд. техн. наук, доц., СПГУВК

НАНОТЕХНОЛОГИИ И РАБОТА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

NANOTECHNOLOGIES AND WORK OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Данная статья является продолжением материалов, опубликованных ранее и посвящена формированию модели ограничений и постановочных задач, исходя из определенных условий, а именно масла и смазки являются такими же конструкционным материалами, как и металлы, из которых изготовлены машины. Поставленные задачи актуальны для водного транспорта, особенно в условиях северных регионов при эксплуатации машин и механизмов на значительном удалении от ремонтных баз, где отказы и нарушения работоспособности машины могут привести к длительным простоям.

На основании имеющихся данных, используя методы системного подхода к анализу инженерной проблемы, сформулирован основной ряд параметрических требований, которыми должен обладать однотипный (иными словами — универсальный) для рассматриваемых силовых агрегатов модификатор трения в дополнение и в соответствии с задачами эксперимента.

This article presents continuation of the materials published before and is devoted to making a model of restrictions and tasks based on certain conditions — oil and lubricants are structural materials as well as metals of which machines are made. These problems are actual for waterway transport especially in northern regions when machines and mechanisms are used in significant distance from service station when breakdown of machines may cause long dead time.

On the base of data, using methods of systematical approach of analysis of engineering problem main parametric requirements which every universal modifier of friction in addition and according to the tasks of the experiment must have are formulated.

Ключевые слова: безотказность, долговечность, узлы трения, смазка, модификатор.

Key words: reliability, operating life, friction, lubricant, modifier.

СТАТЬЕ [1] проведен сравнительный анализ процессов, происходящих в двигателях внутреннего сгорания.

конструкционным материалами, как и металлы, из которых изготовлены машины (рис. 1). Трение и изнашивание — характеристики инженерной системы, в пределах которой они регулируемы в той или иной степени.

Проанализирован процесс изнашивания и состав получаемых при этом продуктов. Показано, что перспективным направлением снижения износов и вредного влияния, образуемых при этом частиц, является применение специальных присадок, имеющих состав, сопоставимый по структуре с наночастицами. Далее постараемся экспериментально подтвердить правильность теоретических предпосылок.

В качестве пояснения к представленной модели следует отметить, что в механике все регламентное ремонтное обслуживание в основном посвящено настройке и регулировке пар трения в сопряженных узлах различных агрегатов машины.

Поставленные задачи актуальны для водного транспорта, особенно в условиях северных регионов при эксплуатации машин и механизмов на значительном удалении от ремонтных баз, где отказы и нарушения работоспособности машины могут привести к длительным простоям.

Очевидно, что при постановке эксперимента следует обозначить его цели.

Для этого сформируем модель ограни-

чений и постановочных задач в графическом виде, исходя из ранее определенных условий, а именно масла и смазки являются такими же

Выпуск 3

Выпуск 3

университета

водных

коммуникаций

Рис. 1. Графическая модель целей и задач эксперимента

Поскольку автомобильный двигатель гораздо более доступен в массовом использовании, чем судовой, весь представленный материал в основном базируется на экспериментальных данных, полученных с использованием силовых агрегатов легкового автомобиля, а именно: двигатель карбюраторного типа модели 402-1, работающий на автомобильном бензине марки А-92 с использованием в системе смазки минерального моторного масла «ЛУКОЙЛ Стандарт»; механическая четырехступенчатая коробка передач и задний мост с заполнением смазочными трансмиссионными маслами ТАД-17. Все агрегаты установлены на автомобиле ГАЗ-3110 «Волга», используемом на 80 % пробега на дорогах с усовершенствованным покрытием в Северо-Западном регионе Ленинградской области и прилегающим к ней местностям.

Характеристика корпусных деталей двигателя и кривошипно-шатунного механизма следующая. Блок цилиндров отлит из алюминиевого сплава, гильзы блока цилиндров — чугунные, крышки коренных подшипников изготовлены из ковкого чугуна, картер сцепления отлит из алюминиевого сплава, головка цилиндров отлита из алюминиевого сплава и подвергнута термообработке (закалке и старению), седла клапанов изготовлены из жаропрочного чугуна высокой твердости, направляющие втулки клапанов — металлокерамические, поршни кривошипно-шатунного механизма отлиты из высококремнистого алюминиевого сплава и термически обработаны. Компрессионные поршневые кольца отлиты из чугуна, при этом верхнее изготовлено из высокопрочного чугуна с высокой степенью упругости с дополнительным покрытием слоем хрома наружной цилиндрической поверхности кольца, а нижнее компрессионное кольцо изготовлено из серого чугуна и подвергнуто фосфатированию. Маслосъемное поршневое кольцо выполнено из двух стальных кольцевых дисков, а также стальных осевого и радиального расширителей. Поршневые пальцы плавающего типа изготовлены из низколегированной стали методом холодной высадки и подвергнуты термообработке. Кованые шатуны изготовлены из стали и в поршневой головке шатуна имеют запрессованную

тонкостенную втулку из оловянистой бронзы. Коленчатый вал отлит из высокопрочного чугуна. Упорные ограничительные шайбы для исключения осевого перемещения коленчатого вала выполнены сталеалюминевыми. Маховик отлит из серого чугуна, коренные и шатунные подшипники коленчатого вала состоят из тонкостенных вкладышей, изготовленных из малоуглеродистой стальной ленты, залитой тонким слоем антифрикционного вы-сокооловянистого алюминиевого сплава.

Характеристика деталей газораспределительного механизма следующая.

Газопровод состоит из алюминиевой впускной трубы и двух чугунных выпускных коллекторов. Распределительный вал выполнен литым из чугуна и снабжен стальной шестерней привода масляного насоса и датчика-распределителя зажигания. Толкате -ли — стальные с наплавлением отбеленного чугуна на торец толкателя. Штанги толкателя изготовлены из алюминиевого прутка, коромысла клапанов — стальные, литые с втулкой из листовой оловянистой бронзы, запрессованной в отверстие ступицы коромысла. Впускные клапаны изготовлены из хромокремнистой жаропрочной стали. Выпускные клапаны изготовлены из жаропрочной хро-моникельмарганцовистой стали с присадкой азота, с дополнительным наплавлением более жаропрочного и жаростойкого хромоникелевого сплава на рабочую фаску выпускного клапана. Маслоотражательные колпачки изготовлены из маслостойкой резины.

Несмотря на несколько меньшую номенклатуру используемых материалов в конструкции других силовых агрегатов автомобиля — КПП и заднего моста, следует все же отметить, как их значительное разнообразие по сортаменту, так и значительное разнообразие применяемых при их изготовлении операций термической и механической обработки и т. д.

В соответствии с гидродинамической теорией смазки, разработанной Н. П. Петровым, коэффициент жидкостного трения в подшипнике скольжения зависит от частоты вращения, вязкости и удельного давления. Такая графическая зависимость (диаграмма Герси-Штрибека) является зависимостью коэффициента жидкостного трения от характеристики режима.

Выпуск 3

Выпуск 3

Рис. 2. Механизм образования масляной пленки в подшипнике:

а — схема подшипника гидродинамической смазки; б — диаграмма видов трения и смазки пар скользящих поверхностей — диаграмма Герси-Штрибека; I — полужидкая смазка; II — переходный участок;

III — гидродинамическая смазка

Область Ъа режима гидродинамической смазки соответствует закону Н. П. Петрова. Начиная от точки Ъ при уменьшении скорости скольжения местами возникает контакт трущихся поверхностей, не разделенных смазочным слоем. В точке с коэффициент жидкостного трения минимален, но эта точка — весьма неустойчива и существует высокая вероятность заедания вдоль линии йв. Короткий участок сй характеризует увеличение доли поверхностей, трущихся без разделения масляным слоем, и подтверждает неустойчивость режима работы на этом участке кривой.

В области жидкостной смазки Ъа подшипники скольжения устойчиво работают в широком диапазоне эксплуатационных режимов.

Советские ученые Д. Н. Гаркунов и И. В. Крагельский в 1956 г. сделали открытие, которое ими было названо «Эффектом бе-зизносности при трении» — избирательным переносом. За прошедшее время это открытие стало одним из основных направлений в трибонике — науке о трении, изнашивании, смазке и взаимодействии контактирующих поверхностей при их взаимном перемещении.

При одних и тех же параметрах (нагрузке и скорости) в левой части диаграммы Герси-Штрибека (рис. 2, область Ъсй) могут происходить и граничная смазка, и полужид-

кая смазка, и избирательный перенос. Но при избирательном переносе коэффициент трения на порядок, а износ — на два порядка меньше. Эффект избирательного переноса обеспечивают многие металлы: медь, цинк, олово, свинец, кадмий, хром, никель, кобальт, ванадий, железо, марганец, вольфрам, висмут, талий, титан, серебро, золото.

На основе открытия избирательного переноса созданы смазочные материалы на кремнийорганической основе, работоспособные при 350 °С и удельных нагрузках 2000 МПа. Такие смазочные материалы получили название металлоплакирующих.

Избирательный перенос можно охарактеризовать как вид трения с новым смазочным материалом, при котором самопроизвольно в процессе работы на поверхностях трения образуется тонкая пластичная пленка металла, в которой происходят сдвиговые деформации. По Д. Н. Гаркунову, эту пленку называют сер-вовитной (от лат. «сервус» — обеспечивающий и «вита» — жизнь). В триаде трения при избирательном переносе, условная схема которого приведена на рис. 2, существуют следующие устойчивые соединения: трибо — ПАВ, коллоиды и полимерные образования.

Открытие эффекта избирательного переноса поистине можно охарактеризовать как «революционный переворот» в практике ис-

пользования смазочных материалов. При подборе модификатора трения, однотипного для рассматриваемых нами силовых агрегатов машин, необходимо учитывать рабочие режимы этих агрегатов. Очевидно, что наиболее нагруженным агрегатом из рассматриваемого ряда будет собственно ДВС. Так, например, работа цилиндропоршневой группы характеризуется следующими данными:

— в конце такта впуска в камере сгорания температура горячей смеси 80-120 °С с частичным испарением топлива, давление горячей смеси составляет 0,08-0,09 МПа;

— в конце такта сжатия температура смеси 300-400 °С, давление — 1-1,2 МПа;

— конце вспышки и начале расширения температура 2000-2200 °С, давление 3-4 МПа;

— в конце расширения температура 1200-1500 °С, давление 0,3-0,45 МПа;

— в конце выпуска температура 700900 °С, давление 0,105-0,12 МПа;

— скорость распространения горения 35 м/с.

На основании имеющихся достаточно обширных данных, используя методы системного подхода к анализу инженерной проблемы, сформулируем основной ряд параметрических требований, которыми должен обладать однотипный (иными словами — универсальный) для рассматриваемых силовых

Рис. 3. Механизм избирательного переноса:

а — адсорбционные слои на сервовитной пленке; б — подшипник со смазывающими вставками;

1 — медный сплав; 2 — сервовитная пленка;

3 — серфинг-пленка; 4 — коллоидный слой смазочного материала и полимерные образования; 5 — сталь; 6 — металлическая втулка; 7 — вставка

агрегатов модификатор трения в дополнение и в соответствии с ранее обозначенными задачами эксперимента:

По группе А

А1. С целью сохранения полезных свойств масел модификатор трения, кроме прочих, должен обладать свойством синергизма, то есть свойством усиливать взаимную эффективность маслонаполненных соединений и композиций.

По группе Б

Б1. Для исключения образования смолистых отложений, лаков и нагаров вследствие воздействия высокой температуры модификатор сам по себе должен иметь жаростойкость выше 2200 °С.

Б2. Для исключения граничного и сухого трения с недопущением прямого контакта трущихся поверхностей модификатор должен иметь высокую адсорбционную способность образования прочных пленок на поверхности контактирующих тел либо обладать эффектом избирательного переноса.

Б3. Твердость частиц модификатора должна быть выше твердых нагаров, состоящих из углерода. Такое же требование можно сформулировать и по отношению к механическим примесям, во избежание разрушения частиц самого модификатора с целью обеспечения долговечности его существования в смазочной композиции.

Б4. Обладать особыми физико-механическими свойствами, существенно снижающими износ сопряженных пар трения.

По группе В В1. Увеличить твердость деталей силовых агрегатов, выполненных с использованием широкой номенклатуры металлов (бронзы, алюминия, легированных и спецсталей, серого и ковкого чугуна и т. д.) непосредственно в процессе эксплуатации машины, не нарушая несущей способности упрочняемых элементов.

С]

Выпуск 3

Выпуск 3

В2. Содействовать увеличению чистоты обработки поверхностей тел трения с целью сглаживания микрорельефа трущихся поверхностей до зеркального блеска, исключая при этом возможность образования сил молекулярного взаимодействия между контактирующими поверхностями.

По группе Г

Г1. Обеспечить герметизацию узлов трения, особенно выполненных из разнородных материалов — металлов и неметаллов (сальники, манжеты и т. д.), то есть обладать высокой «замирающей» способностью в местах возможного проникновения смазочного материала.

Г2. То же относится и к требованиям снижения угара масла для обеспечения минимально допустимых зазоров между компрессионными кольцами поршней и гильзами цилиндра двигателя.

Г3. Размеры частиц модификатора трения должны быть настолько малы, чтобы не задерживаться в маслофильтрующем элементе при поглощении и выносе частиц примесей (в том числе и механических частиц) из очага трения.

Механические свойства твердых тел — прочность, пластичность, износостойкость и т. д. — могут существенно изменяться под влиянием газов и жидкостей, соприкасающихся с поверхностью тела.

Долговечность многих конструкционных материалов, в особенности некоторых высокопрочных сплавов, часто определяется влиянием среды. Поэтому, чтобы не допустить преждевременного разрушения и выхода из строя ответственных деталей и агрегатов, необходим всесторонний учет закономерностей взаимодействия различных веществ с материалами, находящимися под действием механических напряжений.

Эффекты, протекающие на поверхности твердого тела, обусловлены влиянием среды на механические свойства твердых тел, широко распространены в природе и технике и характеризуются большим разнообразием форм их проявления (физические, химические, физико-химические процессы).

В зависимости от того, какой процесс играет основную роль, можно выделить две

группы эффектов, наблюдаемых при взаимодействии твердых тел с окружающей средой. Первая представлена эффектами необратимого воздействия, куда входят разные формы коррозии, связанные с протеканием химических и электрохимических процессов и реакций. При этом коррозия часто не меняет механических свойств материала, а приводит к постепенному уменьшению размеров нагруженной детали с образованием в отдельных случаях трещин на поверхности детали, являющейся концентратором напряжения и приводящей к разрушению. Вторая представлена эффектами, вызываемыми обратимыми физическими и физико-химическими процессами, приводящими к понижению свободной поверхностной энергии твердого тела, то есть вызываемые эффектом П. А. Ребиндера, открывшего в 1928 г. явление понижения прочности и пластичности твердых тел в результате физико-химического влияния окружающей среды и соответствующего снижения свободной поверхностной энергии тела. Пример — понижение прочности стекла или гипса вследствие адсорбции водных паров; утрата высокой пластичности меди, покрытой тонкой пленкой расплавленного висмута, сопровождаемая хрупким разрушением при малейшей нагрузке.

Для рассматриваемой проблематики — исследованию поведения наноматериалов в рабочих средах силовых агрегатов машин — наибольшей угрозой появления эффекта Ребиндера можно считать: контакт с жидкой средой, близкой по своей молекулярной природе; адсорбция так называемых поверхностноактивных веществ (ПАВ) из окружающей среды или из объема самого твердого тела.

Иными словами, нахождение в масляной среде частиц износа основного металла (механических примесей) и поверхностноактивных веществ (противоизносные, противозадирные и моющие присадки) активно влияет на проявление эффекта Ребиндера и соответственно на снижение прочности и пластичности (для нашего случая и упругости компрессионных поршневых колец). Между тем необходимо помнить, что влияние ПАВ обратимо, то есть после их удаления с поверхности твердого тела его механические свойства полностью восстанавливаются.

В связи с тем, что ПАВ вызывают значительное уменьшение усталостной прочности конструкционных сталей, необходимо тщательно следить за составом смазки в механизмах, работающих в тяжелых условиях. Совсем отказаться от применения в смазках различного рода присадок нельзя — именно они обеспечивают прочное сцепление масляной пленки с металлом.

Кроме того, активные добавки очень полезны в период обкатки механизмов, так как ускоряют приработку трущихся поверхностей.

Круг прикладных задач рассматриваемой инженерной проблематики, таким образом, состоит в определении оптимальных количеств активных присадок к смазочным маслам на различных этапах и режимах эксплуатации механизмов, а также в устранении в период нормальной их работы наиболее активных понизителей прочности — следов воды и частиц механических примесей.

Особенно сложна и вместе с тем важна борьба с разрушающим действием активных веществ в случаях, когда эти вещества вызывают сильное снижение поверхностной энергии твердого тела. В отдельных случаях поверхностная обработка металла (покрытие прочным слоем окисла, карбида, нитрида и т. д.) препятствует адсорбционному понижению прочности.

Большой эффект дает также внедрение в твердый металл некоторых добавок, которые в свою очередь адсорбируются на поверхности металла и препятствуют проникновению и адсорбции нежелательных веществ.

Советские ученые Д. Н. Гаркунов и А. А. Поляков в 1967 г. установили новое явление в физике трения — «самоорганизацию разрушения при трении», или водородный износ. Суть последнего открытия заключается в выделении водорода из триады трения в зоне контакта трущих-

ся поверхностей. При этом водород не распространяется по всему объему детали, а сосредоточивается в зоне нагрева, создавая гидрофильную зону (водопоглощающую зону). Она в десятки раз интенсивнее поглощает кислород, вызывая охрупчивание поверхности трения, и способствует появлению микротрещин в гидрофильной зоне. Ион водорода — протон — имеет повышенную активность. В зародышах трещин к нему присоединяется электрон и возникает атом водорода, а затем и молекулы, которые распирают поверхность в месте дефекта, разрушая поверхностный слой.

Одним из разнообразных способов борьбы с водородным износом является применение материалов, заряжающих при трении сопрягаемую с ними поверхность положительным электрическим зарядом, отталкивающим положительно заряженные протоны.

Анализ эксплуатационной практики работы ДВС показывает, что наиболее нагруженным является сопряжение следующих элементов: гильза — компрессионное поршневое кольцо — поршень, работающее как при высоких температурах — до 2200 °С в условиях многократно меняющейся циклической нагрузки. На долговечность этих сопряженных элементов влияют и чистота их поверхностной обработки, и прочность поверхностных слоев металла. И если наружная поверхность чугунных компрессионных колец подвержена дополнительной обработке — верхнее покрыто слоем хрома, а нижнее фосфатировано, то чугунные гильзы не имеют поверхностного упрочнения.

Рис. 4. Микрорельеф поверхности опытного образца:

а — вид в плане; б — вид в разрезе; в — вид после многократной притирки алмазным инструментом

б

в

Выпуск 3

Выпуск 3

»>

При многократном увеличении на опытном образце (рис. 4, а) видны следы формирования микрорельефа при механической обработке металла.

При этом микрорельеф не работавшего образца имеет выступы, чередующиеся со впадинами (рис. 4, б). После многократной притирки микрорельеф соответствует изображенному на рис. 4, в.

В качестве притирочных паст применялись промышленно выпускаемые синтетические алмазы марок АСО, АСП, АСВ (обыкновенные, прочные, высокопрочные) получаемые из графита в условиях высоких температур и давления, предназначенные для доводочных и притирочных работ со средними линейными размерами кристаллов в несколько десятых долей мм.

Алмаз, как одна из кристаллических модификаций самородного углерода, имеет твердость по минералогической шкале Мооса, равную 10. По своей природе алмаз — диэлектрик.

Как уже отмечалось ранее, в отечественных ДВС основная причина выхода из строя триады трения «гильза — компрессионное поршневое кольцо — поршень» состоит в образовании нагаров, отложений лаков и смол на поверхностях триады трения. При этом, как мы установили ранее, твердые и хрупкие формы нагаров в основном представлены в виде углеродов.

Углерод содержится во всех нефтепродуктах. В виде диоксида углерода СО 2 входит в состав атмосферы с объемной долей 0,03 %. Диоксид углерода — продукт полного сгорания углерода, его объемная доля в газообразных продуктах достигает 10-16 %.

Обычная форма существования углерода — алмаз и графит, последний из которых является наиболее устойчивой кристаллической модификацией самородного углерода. Твердость графита по минералогической шкале Мооса равна 1. Графит является хорошим проводником электрического тока, реакционноспособен в свободном состоянии.

На рисунках 4, б, в достаточно отчетлива видна граница микрорельефа, насыщенная частицами алмазной пасты при многократном притирании металлических поверхностей.

Таким образом, на поверхности образца была сформирована зона повышенной прочности, сродни получаемой при операции упрочнения от наклепа. Упрочнение от наклепа может достигать значительной величины.

Экспериментально доказано, что у аус-тенитных сталей, многих бронз и других металлов, подверженных сильному наклепу, суженное сечение остается более прочным, чем соседние сечения большей величины. Так, например, у монокристаллов алюминия повышение твердости при механическом полировании по сравнению с электрохимическим составляет около 40 %.

По мнению автора, аналогичные явления упрочнения от наклепа будут происходить и при работе триады трения «гильза — компрессионное поршневое кольцо — поршень», вследствие высоких температур и циклических детонационных нагрузок при внесении в зону контакта соответствующей смазочной композиции, имеющей в своем составе алмазосодержащие копоненты. В качестве алмазосодержащего компонента как твердого модификатора трения однотипного (универсального) применения в триаде трения «ДВС — КПП — задний мост» был выбран порошок из ультрадисперсных алмазов, далее — УА, синтезированных в детонационной волне.

Данный выбор был обоснован следующими обстоятельствами.

Ультрадисперсные алмазы представляют собой нанодисперсию алмазографита с размерами частиц 4-8 нанометров (менее

0,01 мкм), то есть в 1000 раз меньше неоднородностей микрорельефа трущихся поверхностей, что исключает абразивные свойства алмазов в смазочных композициях. Для сравнения: размер молекулы оливкового масла равен 1,7 нанометров, то есть можно говорить о молекулярной сопоставимости УА и моторного, а также трансмиссионного масел.

Как уже отмечалось, алмаз по своей природе — диэлектрик, графит — хороший проводник тока. Непосредственного действия электромагнитных сил между телами не обнаруживается, так как тела в обычном состоянии электрически нейтральны. Макроскопическое тело заряжено электрически в том случае, если оно содержит избыточное коли-

чество элементарных частиц с каким-либо одним знаком заряда. Для того чтобы получить такое заряженное макроскопическое тело, то есть наэлектризовать его, нужно отделить часть отрицательного заряда от связанного с ним положительного. И это можно сделать с помощью трения. Поскольку металл гильзы — чугун является хорошим проводником (а, как известно, заряды в проводниках располагаются только по его поверхности), то, значит, молекулоподобные частицы УА при трении будут электризоваться с образованием диполя и под действием сил молекулярного сцепления рассеиваться по поверхности гильзы.

Под действием высоких температур и циклически меняющихся детонационных нагрузок при этом дополнительно произойдет диффузионное насыщение поверхностного слоя, рассматриваемой триады трения ультра-дисперсными алмазами. Независимо от полярной ориентации диполя, протон водорода будет отсечен от непосредственного контакта с металлическими поверхностями триады трения. Это значит, что в первом приближении решена задача по нейтрализации «водородного износа». Его вредное и разрушительное действие, открыто Д. Н. Гаркуновым и А. А. Поляковым и носит название «Самоорганизация разрушения при трении», что дало толчок научно-техническим разработкам по внесению во впускной трубопровод мини-доз водяных паров с целью экономии топлива.

Рассмотрим следующее, отрицательно влияющее на долговечность пар трения открытие — так называемый «эффект Ребиндера» (явление понижения свободной поверхностной энергии твердого тела). Как отмечалось выше, наибольшей угрозой появления эффекта Ребиндера можно считать адсорбцию поверхностно-активных частиц (ПАВ) из окружающей среды или самого твердого тела. Однако в триадах трения создается высокопрочная «диффузионно-наклепанная»

прослойка из керамометаллидов, исключая возможность адсорбции ПАВ на работающих поверхностях вследствие малой реакционной способности ультрадисперсных алмазов.

Это значит, что с определенной долей вероятности решена задача по нейтрализации вредного воздействия эффекта Ребиндера в

совокупности с проблемой увеличения срока службы сопряженных пар трения и повышения экономичности использования машин за счет большей долговечности.

Третье открытие в физико-химических процессах трибоники, имеющее название «избирательный перенос», сделанное Д. Н. Гар-куновым и И. В. Крагельским.

В сервовитных смазках пар трения при избирательном переносе существуют следующие устойчивые соединения: трибо-ПАВ, коллоиды и полимерные образования.

Сервовитные

смазки характеризуются тем, что на поверхностях трения образуется тонкая пластичная пленка металла, в которой происходят сдвиговые деформации (рис. 2). При этом в паре трения наличествует как сервовитная пленка

2, так и серфинг-пленка 3, которые собственно и обеспечивают суть открытия, а именно эффект безызносности при трении.

Рассмотрим еще раз механизм поведения УА в сопряженных узлах трения. В предыдущем материале теоретически обосновано проникновение алмазных частиц в кристаллическую решетку поверхностей тел трения, с упрочнением и обеспечением идеальной подгонки трущихся поверхностей. Частицы ультрадисперсных алмазов, имея малые размеры, насыщают поверхность трения, заполняя неоднородности на них. Таким образом, создаются новые поверхности с уменьшенным граничным трением и износом, что особенно важно при работе с большими нагрузками и дефиците смазочного материала в зоне трения. При этом сами УА не разрушаются, препятствуя слому микрорельефа, и исключают схватывание и образование задиров на поверхности трения. Алмазные частицы работают как микроподшипники качения, а их предельно малые размеры позволяют беспрепятственно проходить через бумажные и прочие фильтры масляных систем. Мелкодисперсные алмазные частицы собирают вокруг себя масляные глобулы размером до 6 мкм и обусловливают повышение вязкости смазочных композиций в тонких пленках на поверхностях трения. При этом возрастает динамическая прочность пленки, исключается ее разрушение при высоких скоростях движения.

Выпуск 3

Выпуск 3

При детальном рассмотрении графического материала, приведенного на рис. 2, можно предположить, что «диффузно-наклепанный» слой, для рассматриваемого нами случая, будет выполнять роль серво-витной пленки 2, а алмазно-масляные глобулы будут исполнять роль серфинг-пленки 3, обеспечивая при этом необходимость приложения гораздо меньших сил для обес-

печения сдвиговой деформации, чем в примере с металлом.

Таким образом, выше теоретически обосновано положение о том, что использование ультрадисперсных алмазов в смазочной композиции не вступает в противоречие ни с одним из рассмотренных открытий и эффектов, определяющих надежность и долговечность работы поверхностей трения.

Список литературы

1. Барышников С. О. Нанотехнология: эксперимент и реальность // Вестник Инжекона. — СПб., 2009.

2. Лахтин Ю. М. Металловедение и механические свойства металлов. — М.: Металлургия, 1983. — 359 с.

3. Фридман Я. Б. Механические свойства металлов. — М.: Машиностроение. — Ч. II. —

368 с.