|
Защита от износа19.02.07
Перспективы нанотехнологии: НаноАвтоХимия — Сервис — РесурсосбережениеНанотехнология 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. Пожалуй, 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 наноматериаловК 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 РоссииВ 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 топливамВыполнение 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 автотехникиЭффективность 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 Препараты химии и нанотехнологииВ 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
Рекондиционеры поверхности аддитивы-реставраторы (добавки) к моторным
Приработочные (обкаточные) составы присадки к моторным, трансмиссионным,
Ремонтно-восстановительные составы присадки на основе металлоорганических и
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 применения препаратов в различных агрегатах техники:
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 Вернуться в раздел >>> Защита от износа Другие новости и статьи: |
Текущий выпуск
Популярные статьи
|
|