Главная Новости О проекте Архив Бренды Форум Реклама Подписка Контакты
Главная » Защита от износа » Перспективы нанотехнологии: НаноАвтоХимия — Сервис — Ресурсосбережение

Защита от износа

19.02.07

Перспективы нанотехнологии: НаноАвтоХимия — Сервис — Ресурсосбережение

Нанотехнология — ключевая технология XXI века. С позиций сегодняшнего дня, целью нанотехнологии является создание наноматериалов, наносистем, наноустройств, способных оказать революционное воздействие на развитие цивилизаций.

НАНО (NANO)?

Смысловое значение приставки НАНО — произошло от греческого NANNOΣ — карлик. НАНОтехнологии оперируют отдельными атомами, молекулами, наночастицами для создания материалов, систем, устройств с новыми свойствами наноматериалов, наносистем, наноустройств! К наноструктурным (наноразмерным, нанокристаллическим, нанофазным и др.) материалам относят объекты с характерным структурным размером менее 100 нанометров (т.е., менее 0,1 микрометра). Малый размер частиц, их развитые поверхностные и энергетические качества приводят к появлению уникальных физико-химических, энергетических, механических и других свойств. Эти природные наномеханизмы используются в перспективных технологиях и материалах, в том числе (как будет понятно далее…..) при разработке новых компонентов к смазкам, маслам и топливам, новых препаратов автомобильной химии и косметики, средств для защиты кузова автомобиля.

Первым из ученых, использовавшим эту единицу измерения, принято считать Альберта Эйнштейна, который в 1905 году теоретически доказал, что размер молекулы сахара равен одному нанометру.

Перспективы нанотехнологии: НаноАвтоХимия — Сервис — РесурсосбережениеПожалуй, самым ярким примером наноматериала является простой мыльный раствор, обладающий моющим и дезинфицирующим действием. В мыльном растворе образуются наночастицы — мицеллы, представляющие собой ассоциаты молекул поверхностно-активных веществ. Декоративная глазурь с глянцем, характерная для средневековой гончарной посуды, содержит сферические металлические наночастицы, обеспечивающие специфические оптические свойства. Прекрасный рубиновый цвет стекла обязан наличию наночастиц золота в стеклянной матрице.

Работавший в Токийском университете японский физик Нории Танигучи, 1974 году впервые предложил термин «нанотехнология» — (процесс разделения, сборки и изменения материалов путем воздействия на них одним атомом или одной молекулой), получившим популярность в научных, а затем и технических кругах.

Нанотехнология обещает большие возможности для применения в разработке новых материалов, связи, биотехнологии, микроэлектроники, энергетики и вооружений. Среди наиболее вероятных научных прорывов эксперты называют увеличение производительности компьютеров, восстановление человеческих органов с использованием вновь воссозданной ткани, получение новых материалов, созданных напрямую из заданных атомов и молекул и появление новых открытий в химии и физике.

Рынок нанотехнологий и наноматериалов

К 2005 году рынок наноматериалов превысил 900 млн. долл., а рынок нанотехнологий достиг 225 млрд. долл. (данные Nanobusiness Alliance и Business Communications Co.). Объем принятых к настоящему времени национальных программ в мире оценивается примерно в 10 млрд. долларов. Исследования в области нанотехнологий сейчас активно развиваются более чем в 50 странах.

В настоящее время Россия прилагает значительные усилия для развития и интенсификации научно-исследовательских работ в области наноматериалов и нанотехнологий. Однако, пока, в рейтинге стран по публикациям Россия занимает 8-е место и уступает многим странам в области патентов. В нашей стране наноразмерные материалы начали разрабатываться и были успешно использованы еще в 50-е гг. ХХ в., при решении проблем «уранового проекта». В открытом (гражданском) варианте направление — «Ультрадисперсные системы» оформились в нашей стране в 1979 г. созданием специальной секции координационного совета при АН СССР и успешно развивалось до 1992 г.

Конечно, «лучше поздно, чем никогда». Правительство РФ в конце 2004 г. одобрило Концепцию развития в России работ в области нанотехнологий до 2010 г. В ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники» создан специальный раздел с объемом финансирования НИОКР в сфере нанотехнологий 2,1 млрд. руб. в 2005 г. и 2,8 млрд. руб. в 2006 г. 

На 2007 г., по данным Министра образования и науки А.Фурсенко, запланировано по формируемой новой ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям НТК России на 2007 -2012 годы» около 5 млрд. руб., а с 2008 г. ежегодный прирост составит 25-30 процентов. По словам А. Фурсенко, стратегия разработана «с учетом мнения всех федеральных ведомств и Российской академии наук», проводится тесная координация деятельности с Росатомом и Министерством обороны.

Если учесть, что одновременно в Минпромэнерго России формируется новая ФЦП «Национальная технологическая база», где предусмотрено направление «Технология наноматериалов и наносистем», то можно считать, что государственная поддержка развитию нанотехнологий в России теперь будет оказываться в значительной степени (хотя и в меньшей, чем во многих «нано-странах»).

О «нано» выставках и конференциях в России

В Москве в 2005-2006 годах прошли Специализированные выставки нанотехнологий и материалов «NTMEX — 2005» и «NTMEX — 2006», организованные Департаментом науки и промышленной политики г. Москвы и Московским комитетом по науке и технологиям. Выставки демонстрировали достижения в области нанотехнологий и материалов, расширение выпуска конкурентоспособной продукции и принципиально новых функциональных материалов с уникальными потребительскими свойствами. В работе приняли участие академические НИИ, ВУЗы и известные всему миру предприятия: РОСАТОМ, Физтех РАН, Институт проблем технологии микроэлектроники РАН, Институт общей и неорганической химии РАН, Институт физической химии РАН, ФГУП НИИ Физпроблем, ЗАО «Нанотехнология МДТ», МГУ им. М.В. Ломоносова, Институт металлургии и материаловедения РАН, компания Лаборатория Триботехнологии и др.

В 2006 году в Москве состоялась Международная конференция «Нанотехнологии и информационные технологии — технологии XXI века», организованная Министерством образования и науки РФ, Российской академией наук и др. Важно отметить, что выступивший на конференции Советник Президента РФ, профессор — Аслаханов А.А., в числе эффективных направлений практического применения наноматериалов, назвал — безразборный сервис техники, машин и механизмов.

Также, в 2006 году в наукограде Фрязино Московской области состоялась Научно-практическая конференция «Нанотехнологии — производству 2006». На конференции, в числе других, были рассмотрены вопросы инженерии и применения наночастиц, наноматериалов в ресурсосберегающих технологиях.

В 2007 году в МИФИ (Государственном университете) прошла юбилейная научная сессия под председательством академика, вице-президента РНЦ «Курчатовский институт» — Пономарева-Степного Н.Н. На сессии, также, обсуждались пути решения задач в области нанотехнологий, вопросы производства нанопорошков и наноматериалов.

О требованиях к автомобильным маслам и топливам

Выполнение постоянно возрастающих экологических требований к автомобилю (Евро-3, Евро-4 и Евро-5) требует применения моторных масел и топлив нового состава. Перед производителями моторных топлив, масел и присадок поставлены сложные задачи.

Содержание стандартных (традиционных) присадок в маслах должно быть резко снижено, а их смазывающие (противоизносные), антиокислительные, моющие свойства, сроки бессменной работы — улучшены или сохранены на достигнутом уровне. Сульфатная зольность новых масел, характеризующая содержание моющих присадок, не должна превышать 1 %; содержание серы и фосфора (активных элементов противоизносных и антиокислительных присадок) должно быть менее 0,25 и 0,07 %, соответственно.

Новые масла неизбежно должны содержать нетрадиционные, более эффективные присадки. Согласно современным исследованиям, нефтепродукты не являются молекулярными растворами, а представляют собой многокомпонентную смесь, проявляющую собой свойства дисперсных сред. Процессы, протекающие в смазочных маслах, хорошо описываются коллоидной и нанохимией, что позволяет разрабатывать механизмы улчшения эксплуатационных свойства автомобильных моторных и трансмиссионных масел.

Проблема уменьшения выбросов вредных веществ с отработавшими газами автомобилей в России приобрела первостепенное значение. Так, например, в целях улучшения сложной экологической ситуации в Москве, московское Правительство осуществляет программу сокращения вредных выбросов, внедряя моторные топлива с улучшенными экологическими свойствами.

Экологические требования к качеству моторного топлива (согласно постановлению Правительства Москвы от 28.03.2006г. №222-ПП) включают:

- для автомобильных бензинов: снижение содержания бензола с 5 до 3%, далее до 1%; уменьшение содержания серы с 500 до 150 мг/кг; нормирование содержания ароматических углеводородов; введение эффективной моющей присадки

- для дизельных топлив: уменьшение содержания серы с 500 до 350 мг/кг; нормирование содержания полициклических ароматических углеводородов; нормирование содержания общих загрязнений; определение смазывающей способности; введение присадки, уменьшающей содержание вредных веществ в отработавших газах

Одним из путей создания нетрадиционных присадок к маслам и топливам является использование принципов и материалов нанотехнологии, а именно: создание устойчивых дисперсий функциональных наноразмерных материалов (частиц) в маслах; создание нанокатализаторов горения, моющих и др. компонентов к топливам, улучшающих процессы подачи и горения топлив.

Эффективность работы автотехники

Эффективность работы двигателей внутреннего сгорания, трансмиссий и механизмов автомобильной техники в значительной мере определяется трибологическими характеристиками (износостойкостью, антифрикционными качествами, несущей способностью, термостабильностью) систем «узел трения — смазочный материал». Безотказность и ресурс техники снижается вследствие физического изнашивания, загрязнения рабочих поверхностей двигателей, силовых агрегатов, смазочных и топливных систем, несоответствия эксплуатационных свойств смазочных масел и топлива современным химмотологическим требованиям.

Отечественная автотехника и ряд импортной эксплуатируется в условиях с недостаточным качеством проведения ТО и ремонта, невысокой развитостью и оснащенностью сервисных служб, при экстремальным действии сезонных (климатических), дорожно-транспортных, производственных факторов. В связи с этим для автомобилистов и транспортных предприятий, экономически выгодно использование ресурсосберегающих технологий, в т.ч. препаратов химии и нанотехнологии для безразборного сервиса автотехники.

Справка
Под «безразборным техническим сервисом машин и механизмов» понимают комплекс технических и технологических мероприятий, направленных на проведение технического обслуживания и ремонта узлов и механизмов без проведения разборочно-сборочных операций. Безразборный сервис может включать операции диагностики, профилактики, обкатки, химмотологического тюнинга, очистки и восстановления, как отдельных соединений, так машин и механизмов в целом.

Препараты химии и нанотехнологии

В условиях повышения требований к экологическим качествам автомобилей, масел и топлив, задача поддержания в работоспособном состоянии отечественной и подержанной импортной техники в определенной степени решается за счет применения специальных ремонтно-эксплуатационных препаратов и технологий безразборного сервиса, в том числе на основе нанотехнологий, наноматериалов.

Ресурсные, противоизносные нанопрепараты для моторных и трансмиссионных масел содержат в своем составе активные функциональные наноматериалы, наночастицы, формирующие на поверхностях трения защитные граничные (наноструктурные) слои, твердые наносмазки, препятствующие износу деталей.

Нанокаталитические добавки (присадки) к бензину и дизтопливу способствуют очищению деталей, каналов топливных систем, нейтрализаторов выхлопных газов, повышают энерго-экономические показатели двигателей за счет применения современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов, регуляторов горения топлива.

Наноочистители системы смазки двигателя (используемые в процессе смены работавших моторных масел) эффективны благодаря применению поверхностно-активных веществ, растворяющих органические и неорганические отложения и преобразующие их в нанокомплексы. Нанокомплексы не осаждаются на внутренних поверхностях двигателя и выводятся при смене масла.

По аналитическим данным научно-производственной компании «Лаборатория Триботехнологии» (www.labtribo.ru) и Московского Государственного Агроинженерного Университета им. В.П. Горячкина (www.msau.ru, направление–безразборный сервис и ремонт автотехники) к современным препаратам, разработанным на стыке химии и нанотехнологии можно отнести:

Кондиционеры металла (поверхности) — противоизносные и противозадирные
аддитивы (добавки) к моторным, трансмиссионным, индустриальным маслам типа AW&EP;

Рекондиционеры поверхности — аддитивы-реставраторы (добавки) к моторным
и трансмиссионным маслам для двигателей и трансмиссий с признаками износа и старения;

Приработочные (обкаточные) составы — присадки к моторным, трансмиссионным,
индустриальным маслам, улучшающие качество приработки поверхностей трения;

Ремонтно-восстановительные составы — присадки на основе металлоорганических и
минеральных соединений к моторным, трансмиссионным, индустриальным маслам;

Нанопрепараты (разработанные с применением нанотехнологии, наночастиц) — аддитивы (добавки) к маслам и топливам, улучшающие их эксплуатационные свойства и защищающие агрегаты автотехники от износа и загрязнений; а также — защитные нано-автополироли и антикоррозионные составы.

Препараты в настоящее время применяются в составе смазочных масел и топлив автотехники и способны в определенной степени реализовывать механизм селективного воздействия (принцип «интеллектуальной присадки») на отклонения состояния узлов трения двигателей и трансмиссий, других систем от нормативных характеристик. В зависимости от режимов работы узлов трения (скоростей, нагрузок, температур) и состояния поверхностей активные комплексы препаратов способны избирательно и эффективно реализовывать их трибохимические, каталитические, моющие и другие сервисные функции.

Кондиционеры металла — синтезированные углеводородные соединения — в результате трибохимических процессов образуют на поверхностях трения защитные наноструктурные граничные слои (20-50 нанометров). Защитные слои могут включать фазы чистого железа (пластичная структура с низким усилием сдвига) и фазы «алмазоподобной» структуры (кристаллическая, упрочненная структура). В результате защитный слой приобретает пластичные и упругие свойства, антифрикционные качества и одновременно стойкость к высоким нагрузкам.

Рекондиционеры для автотехники с большим пробегом — наряду с образованием подобных защитных слоев способствуют повышению несущей способности (прочности) масляной пленки и образованию масляного клина в увеличенных (вследствие износа) зазорах пар трения двигателей и трансмиссий. Полимолекулярная система препарата (изготовлена по золь-гель технологии), включающая наноразмерные комплексы (кластеры) органических и неорганических веществ, структурирует граничную масляную пленку и увеличивает адгезию масла к металлу.

Приработочные присадки реализуют трибохимический, безабразивный механизм приработки поверхностей трения новой или отремонтированной автотехники. Препараты способствуют снятию в приповерхностном слое металла механических напряжений и структурных нарушений, снижают приработочные износы, ускоряют приработку, реализуют равновесную шероховатость поверхностей. В результате повышается износостойкость, снижаются механические потери в двигателях и трансмиссиях автотехники при штатной эксплуатации.

Ремонтно-восстановительные составы — маслорастворимые, металлоорганические и минеральные соединения. Реализуют трибохимический механизм плакирования поверхностей трения за счет образования (восстановления) и перераспределения по поверхности защитной пленки (до 50..250 нанометров), содержащей нанокластеры металлов и их соединений. В период приработки и нормальной эксплуатации техники присадки (обладая также определенными очищающими свойствами) повышают антифрикционные и противоизносные свойства поверхностей трения. Составы (присадки) способствуют «лечению» износов и микродефектов поверхностей трения, частичному восстановлению их работоспособности.

Нанопрепараты (НаноАвтоХимия) — нанокондиционеры металла (Metal NanoConditioner) и защитные присадки (NanoGuard) к моторным и трансмиссионным маслам, наноочистители систем смазки двигателей (NanoFlush), наноочистители топливных систем (NanoCleaner) и наноприсадки (NanoTuning), улучшающие свойства топлив, нано-автополироли. Эффективность препаратов реализуется: за счет создания на поверхностях трения и износа наноструктурированных защитных пленок (20-100 нанометров), повышения смазывающих, моющих и других рабочих свойств моторных масел; за счет эффективного действия в бензинах и дизтопливах нанокатализаторов горения, модификаторов трения, моющих компонентов.       

Некоторые результаты испытаний
Эффективность действия указанных препаратов химии исследовалась различными методами. Для исследования структуры и микрорельефа поверхностей трения применялись методы оже-спектроскопии, электронной и атомно-силовой микроскопии, профилометрии. Антифрикционные, противоизносные и противозадирные свойства препаратов, несущая способность смазки оценивались на машинах трения с построением классических кривых Герси–Штрибека (зависимостей коэффициента трения от параметра нагруженности — числа Герси). Влияние препаратов на энерго-экономические и ресурсные показатели двигателей, трансмиссий, редукторов оценивалось на моторных стендах и в условиях штатной эксплуатации техники.

Эффективность применения препаратов в различных агрегатах техники:
Перспективы нанотехнологии: НаноАвтоХимия — Сервис — Ресурсосбережение

1. По результатам эксплуатационных испытаний автотехники применение кондиционеров металла (типа Fenom, ER, SMT2) в составе моторных и трансмиссионных масел позволило снизить износ деталей двигателей (до 35%), коробок и главных передач (в 2 — 4 раза), повысить компрессию и давление в системах смазки.

2. Кондиционер для механических трансмиссий (Transmission Conditioner) применяется при производстве гусеничных ходовых механизмов промышленных тракторов. В составе трансмиссионного масла ТСп-10 препарат позволил снизить износ узлов трения (Бр010С010 — Ст65Г) в 1,5… 3 раза, повысить безотказность техники.

Кондиционер для механических трансмиссий использовался в составе масла ТАД- 17и в червячном редукторе транспортного механизма. После 550 часов работы были проведены сравнительные исследования проб работавших масел (с препаратом и без него) на содержание продуктов износа — металлов (железо, никель, хром, медь, цинк) методом масс-спектрометрии. Содержание продуктов износа в масле с препаратом оказалось значительно меньше: железа — в 40 раз, никеля — в 190 раз, хрома — в 16 раз, меди — в 200 раз, цинка — в 1,7 раза, что существенно повысило работоспособность и ресурс редуктора.

3. Приработочная присадка (типа Green Run) прошла испытания в Институте нефтепереработки («ЭлИНП») по методу МКО-4-89 (Метод оценки приработочных свойств обкаточных масел на двигателе Д-21А). Препарат рекомендован в качестве обкаточного средства на начальном этапе работы нового или прошедшего капитальный ремонт двигателя. Применение препарата позволяет сократить время обкатки и улучшить противоизносные свойства приработанных узлов трения.

4. Моторные испытания ремонтно-восстановительной, металлоорганической присадки к моторному маслу (типа Renom) показали снижение механических потерь (в режиме прокрутки) на 7,5…18 % и повышение эффективной мощности дизеля СМД-62 на 3…6 %; снижение удельного расхода топлива дизеля Д-240 на 2…4 % (при нагрузках 20…35 % Ne).

5. По результатам трибологических испытаний на специализированной машине трения (методика ASTM D-3233) моторного масла класса SAE 10W40 API SG/CD и трансмиссионного масла класса ТМ4 с защитными наноприсадками (типа Renom NanoGuard) установлено, что присадки обеспечивают значимое повышение антифрикционных и противоизносных свойств масел. Анализ диаграмм Герси-Штрибека показал, что коэффициенты трения в смешанном режиме трения снижаются на 13,6 — 15,8 %, а в гидродинамическом режиме — на 12,9 — 16 %.

Поведение диаграмм Герси-Штрибека и существенное снижение коэффициента трения в граничном режиме трения характеризуют наличие у присадок достаточного запаса антифрикционных и противоизносных свойств.

6. Испытания в Главной трибологической лаборатории (Пекин, Китай) рекондиционера для двигателя (типа Old Chap) в композиции со стандартным моторным маслом (SAЕ 15W40) показали улучшение противоизносных, антифрикционных и температурных характеристики трибосистемы «смазка — пара трения» трибометра типа FALEX.

Величина износа (в мг) пар трения при испытании масла с рекондиционером была значительно ниже (от 4 до 25 раз), чем при испытании стандартного (чистого) масла. Рабочая температура масла с рекондиционером была более стабильной и существенно ниже (примерно, на 10 …25 0С), чем при испытании стандартного (чистого) масла. Микрорельеф поверхности износа нижнего образца значительно более однородный и «гладкий»; шероховатость поверхности значительно меньше (глубина микрорельефа износа — до 1,5 мкм), чем со стандартным (чистым) маслом (глубина микрорельефа износа — до 35 мкм). При использовании рекондиционера произошло увеличение твердости (примерно, на 20%) поверхности износа образца, что объясняется эффектом упрочнения и восстановления трущихся поверхностей вследствие формирования защитной пленки.

По материалам компании «Лаборатория Триботехнологии» и 
Московского Государственного Агроинженерного Университета им. В.П. Горячкина


Вернуться в раздел >>> Защита от износа

Другие новости и статьи:

Популярные статьи
Dorus.ru
  Главная Реклама Карта сайта Контакты

© Copyright 2006-2015 — «Масла и Автохимия.Ру»
Проект Леонова Алексея (Санкт-Петербург)
Телефон +7(921)741-27-63
Электропочта: webstaratel@yandex.ru