Контакты
8 (812) 703-36-36
Горячая линия по РФ:
8 (800) 200-06-61 (бесплатно)
Россия, г. Санкт-Петербург, Финляндский проспект, д. 4а, офис 115, (бизнес-центр "Петровский Форт", 1 этаж, правые лифты после главного входа)
Ассамблея автомобилистов
Круглосуточная горячая линия (бесплатно по России)
8 (800) 200-06-61
Получить дисконтную карту Стать дилером

Автомобильные статьи

Триботехнология «СУПРОТЕК». Восстановление и защита

Триботехнология «СУПРОТЕК». Восстановление и защита

Изучением процессов взаимодействия тел при их относительном перемещении занимается раздел физики, который называется «трибология», от греческого слова «трибо», означающего трение. На микроуровне трение является сложнейшим сочетанием физико-химических процессов, протекание каждого из которых зависит от множества факторов и не может быть представлено с помощью простых моделей классической механики.

В большинстве узлов и агрегатов автомобиля трение деталей друг о друга играет отрицательную роль, снижая КПД узла. В двигателях, коробках передач, редукторах, подшипниках трение приводит к потере энергии и является основной причиной износа деталей. Для уменьшения негативных эффектов трения в большинстве узлов машин и механизмов используется смазка. При этом подразумевается, что и детали и смазка работают в диапазоне неких приемлемых условий по нагрузкам, температуре, качеству изначальной обработки поверхностей и других параметров.

Однако, даже при соблюдении диапазона эксплуатационных параметров происходит износ деталей трения, что приводит к снижению рабочих характеристик агрегата. При выходе же за границы нормального режима трения, например, при холодном пуске двигателя, перегрузках или спортивном режиме езды, возникает перегрев, защитные функции смазки резко снижаются, в результате, значительно увеличивается скорость изнашивания, что может привести к задиру – механическому повреждению поверхности трения.

Триботехнология «Супротек» - это комплекс знаний, методов и инструментов, позволяющих изменять процессы трения в автомобильных агрегатах в режиме их штатного использования. Эти изменения способствуют снижению энергопотерь при работе агрегата и продлению срока его службы с поддержанием номинальных рабочих характеристик. На рисунке 1 показан принцип продления ресурса двигателя легкового автомобиля.

Принцип продления ресурса двигателя легкового автомобиля с помощью трибосоставов. Верхний график показывает скорость изнашивания поверхности. Белая линия – стандартная схема. Изнашивание происходит активно на этапе приработки поверхностей, а затем изнашивается с постоянной скоростью, пока износ не достигнет критического значения. При обработке трибосоставом скорость изнашивания можно понизить (красная линия).
На нижнем графике показана величина износа. В стандартном случае (белая линия) износ увеличивается равномерно и постоянно. При обработке трибосоставом (красная линия) износ увеличивается медленнее, что видно по изменению угла наклона линии графика к осям. Это позволяет увеличить общий ресурс детали.

Существует целый спектр решений, позволяющих в той или иной степени защитить узлы трения. Это различные добавки, которые вносятся в смазочную среду, например, вязкостные, противоизносные или противозадирные присадки в масло, добавки порошка графита в смазку для тяжелонагруженных узлов, составы на основе мягких металлов, как в виде мелкодисперсных частиц сплавов, так и в виде маслорастворимых соединений.

Среди применяемых средств отдельной группой выделяются те, которые обладают свойствами последействия, их эффект сохраняется после смены основного смазочного материала. Основная часть этой группы - составы на основе мелкодисперсных природных минералов, получивших в среде трибологов название «геомодификаторы трения». Этот принцип используют и триботехнические составы «Супротек».

Установка по производству триботехнических составов «Супротек»

Первые триботехнические составы на основе ГМТ использовали хорошо известные свойства минерала из семейства серпентинов и представляли собой просто его порошки в масле. Подобные составы и до сих пор появляются на рынке, правда, в весьма ограниченных количествах. Триботехнология «Супротек» так же начиналась с исследования серпентина. Однако, за 15 лет существования компании были проведены значительные исследования свойств ГМТ и механизмов их работы. Разработаны физические и математические модели работы ГМТ, зависимости их эффективности от гранулометрического и фазового состава порошка, исследованы свойства различных природных минералов. В результате этих исследований было разработано новое поколение трибосоставов, использующее 7 видов наиболее активных минералов: тальк, доломит, клинохлор, лизардит, антигорит, хлорит, тремолит. Из миллионов возможных композиций этих минералов было отобрано несколько десятков, имеющих наибольшую эффективность, разработаны технологии их применения в узлах трения разного типа, работающих в широком спектре возможных скоростей и нагрузок.

Образцы различных композиций активных минералов в лаборатории «Супротек»

Исследование принципов работы ГМТ требует высокой научной компетенции и больших ресурсов для проведения огромного числа лабораторных, стендовых и натурных испытаний. На сегодняшний день в компании сформирована концепция геомодификации трения, включающая три условно последовательных этапа воздействия на поверхности трения:

1. Удаление загрязнений и дефектного слоя с поверхности металла. На этом этапе происходит и разрушение отложений, нагаров, лаков и других загрязнений, с которыми сталкиваются частицы геомодификатора. Эти частицы так же создают условия для возникновения высоких локальных давлений в зоне контакта поверхностей трения что приводит к разрушению металлических микровыступов поверхности. Таким образом в узле трения происходит суперфинишная обработка поверхности, которая корректирует погрешности и негативную наследственность финишной обработки детали, неточности сборки узла, а иногда и несовершенство его конструкции. Такие погрешности в результате процессов трения в эксплуатационном режиме агрегата приводят к не оптимальной равновесной шероховатости.

Данное свойство позволяет использовать ТТС для «моточистки» ЦПГ сильно загрязненных ДВС (обычно дизельных), а также для ускоренной и улучшенной приработки новых и отремонтированных агрегатов всех типов (ДВС, КПП, АКПП, ГУР, редукторов и пр.)

Результаты многочисленных экспериментов показывают существенное снижение среднестатистической величины пиков обрабатываемой поверхности, что приводит к увеличению опорной площади профиля поверхности и, соответственно, снижению удельного давления. Формируется плосковершинный микрорельеф, при сохранении в то же время маслоудерживающего объема поверхности (естественных и искусственных углублений).

Такая триботехническая оптимизация микрорельефа повышает несущую способность трибоузла и расширяет зону его работы в режиме гидродинамического трения, где изнашивание и потери на трение – малы. Это особенно важно для всех агрегатов автомобиля, работающих в режимах повышенных нагрузок, при холодном пуске ДВС, в условиях масляного голодания.

Фрагменты профиля микрорельефа поверхности цилиндра в зоне верхней мертвой точки в плоскости перекладки поршня.

2. Второй этап заключается в изменении параметров и свойств поверхности трения. Эти изменения происходят в результате целого комплекса различных по своей природе процессов. Некоторые из них влияют на структуру и фазовый состав подповерхностных слоев металла. Частицы модификатора, находящиеся в зонах высоких локальных температур, достигающих сотен градусов, способствуют возникновению в подповерхностном слое детали значительного градиента температуры и давления.

Экспериментально установлено, что при таких воздействиях модификатора трения в подповерхностных слоях пары трения происходит вытягивание зерен сплава в направлении движения деталей, создание блоков (доменов) новых фаз сплава.

Снимок поперечного шлифа ролика, приработанного на машине трения с применением триботехнических составов, под микроскопом. В приповерхностной области наблюдаются протяженные домены размером 50-200 нм, ориентация которых приближается к горизонтальной вблизи поверхности. Такого изменения ориентации доменов не наблюдалось в образцах трения без трибосоставов. На нижнем снимке протяженные структуры подчеркнуты красными линиями. Изначальная структура доменов отмечена белым.

Снижается количество дефектов структуры металла, таких как межзеренные полости, которые являются концентраторами напряжения, а, значит, снижается вероятность отслаивания и выкрашивания частиц металла с поверхности в процессе усталостного изнашивания.

Снимок поперечного шлифа ролика машины трения, приработанного на чистом масле (слева) и с применением трибосоставов «Супротек» (справа). В последнем случае количество межзеренных дефектов на порядок меньше.

Новая структура, состоящая из твердых включений в окружении мягкой матрицы, обладает устойчивостью к высокой локальной нагрузке, и за счет присутствия мягкой фазы – пониженной хрупкостью.

Упрочнение подповерхностных структур обеспечивает снижение скорости изнашивания узлов во всех режимах трения, что приводит к значительному увеличению ресурса работы всего агрегата (триботехнический состав «Active»). А все же имеющийся небольшой износ может быть скомпенсирован периодическим восстановлением подповерхностных структур (состав «Регуляр»).

Другие процессы способствуют формированию особых структур на поверхности трения, состоящих из частиц износа металлических деталей и продуктов трибополимеризации, проходящей на границе сред. В этом случае химико-структурные особенности активных минералов ГМТ, позволяют им в условиях локальной температуры, давления и определенного соотношение химических элементов оказывать каталитическое воздействие, вызывающее формирование нового поверхностного слоя.

Это формирование происходит настолько интенсивно, насколько позволяют условия в каждой конкретной зоне поверхности трения, каждого конкретного узла. Общий принцип состоит в том, что чем больше энергии выделяется в локальной зоне контакта в процессе трения, тем активнее формируется там новый слой, и наоборот. Многочисленные замеры деталей до и после применения геомодификаторов «Супротек» показывают, что изменения линейных размеров деталей трения за счет новообразованного слоя может достигать нескольких десятков микрометров.

Сформированный слой в совокупности с оптимальным микрорельефом поверхности обеспечивают восстановление гидроплотности (газоплотности) трибосопряжений ЦПГ ДВС (триботехнический состав «Active»), плунженрых пар топливных насосов высокого давления (состав «ТНВД»), АКПП, насосов и других гидросистем.

3. На третьем этапе геомодификаторы способствуют активизации трибохимических реакций на границе раздела масло-металл. Благодаря этому на металлической поверхности формируется смазочная пленка из 3-5 молекулярных слоев плотно расположенных полярных молекул масла и химических присадок. Эта пленка обладает огромной прочностью к вертикальной нагрузке и препятствует контакту металл-металл в зонах физического контакта даже при экстремальных и импульсных нагрузках.

Этот слой остается на поверхностях трения и после ночной стоянки, когда основное масло из зоны трения утекло (холодный пуск), и в условиях перегрева зоны трения, когда масло в объеме уже потеряло необходимую вязкость и не обеспечивает разделение поверхностей и несущую силу гидродинамического клина (работа без масла, перегрузки).

В реальном процессе приработки узла трения в присутствии ГМТ все три этапа происходят одновременно, с различной интенсивностью в разных местах зоны трения. Соотношение интенсивности процессов зависит от типа узла трения и его материалов, режимов его эксплуатации, индивидуальной истории, а, значит, состояния поверхностей и других микро-, мезо-, и макропараметрамов системы одновременно. Протекают эти процессы одновременно на всех масштабных уровнях – от атомного до макроуровня, протекают разветвленно и постепенно, в определенные моменты времени доминируют разные механизмы, и практически не поддаются непосредственному наблюдению. При такой сложности изучаемой системы невозможно создать точные модели взаимодействия всех ее компонентов, а, значит, и точно предсказывать результаты. В процессе восстановления с применением ГМТ можно лишь определить наиболее вероятный интервал характеристик трибосистемы после приработки.

С другой стороны, огромный массив эмпирических данных, накопленных компанией «Супротек» в области исследования ГМТ показывает, что модификация поверхностей трения с их помощью происходит с выполнением принципа Ле Шателье–Брауна о стремлении системы к устойчивому равновесию. Результатом становится оптимальный для трибосистемы микрорельеф с точки зрения, как потерь при трении в штатном режиме работы, так и устойчивости системы к резким изменениям условий трения: локальным или кратковременным перегрузкам.

В общем виде микрорельеф поверхности описывается кривой Аббота, по характеру которой можно уверенно судить о нагрузочной способности узла трения, его стойкости к износу и задирам, его антифрикционным свойствам. В современном машиностроении для практических инженерных целей (проектирование узла, контроль качества изготовления) используется 12 основных параметров, которые, по сути, задают диапазон возможных изменений кривой Аббота. Значения этих параметров специфицированы в международном стандарте ISO 13565-2: 1998.

Характер изменения кривой Аббота-Файерстоуна, описывающей микрорельеф поверхности трения до (белая линия) и после (красная линия) обработки триботехническими составами. Выравнивается поверхность опорной зоны, уменьшается высота пиков. Светлым обозначена зона допустимых параметров по ISO 13565-2.

Отслеживание изменений этих 12 параметров микрорельефа в ряде экспериментов показало, что даже современные изделия, изготовленные согласно требованиям стандарта ISO 13565-2, улучшают свою микрогеометрию в сторону повышения триботехнических свойств в процессе приработки узлов с ГМТ. Поверхность трения теряет провоцирующие прямой контакт пики, происходит «выглаживание» и увеличение площади опорного плато, что приводит к снижению удельного давления и смещению режима трения от граничного к гидродинамическому. Этим же режимам, которые характеризуются низкими скоростями изнашивания и малыми потерями на трение, способствует и приобретаемая поверхностью способность удерживать плотный слой смазки. Противостоять износу помогают и подповерхностные изменения, возникающие при использовании ГМТ, которые увеличивают микротвердость поверхности на 15-20% с одновременным повышением микроупругости. Все это приводит к существенному увеличению срока службы деталей трения и всего агрегата в целом.

Испытания показали:

Ресурс двигателя 740.30-260 КАМАЗ 65115 обработанного триботехническим составом «МАХ ДВС» увеличился в 1,9-2 раза по группе деталей определяющей ресурс всего двигателя – гильзам блоков цилиндров подробнее...

При добавление трибосостава «МАКС МКПП» в смазку главного редуктора в 2-2,5 раза снижается износ подшипников, а зубьев шестерен – в 6 раз (изменение бокового зазора) подробнее...

Оптимизация зазоров и смещение режима трения в сторону гидродинамического дает и целый спектр других, более ощутимых положительных эффектов в работе механизмов при применении триботехнических составов «Супротек». Зависят эти макроэффекты от конкретного типа узла, его характеристик и условий работы. Например, в цилиндро-поршневой группе двигателя восстанавливается газо- и гидроплотность сопряжений рабочей зоны, что приводит к восстановлению и выравниванию значений компрессии цилиндров (составы «Active», «МАКС», «Off-road»). В зубчатых передачах увеличиваются пятна контакта зубьев и качество поверхности, оптимизируется траектория контакта. С уменьшением зазоров уменьшаются ударные явления, передачи работают плавно, без воя, с низкими потерями (составы «МКПП», «Редуктор»).

В общем случае происходит возвращение рабочих характеристик агрегата, заложенных при его проектировании и изготовлении, снижаются потери на трение, что в конечном итоге приводит к уменьшению удельного расхода топлива при эксплуатации автомобиля.

По результатам экспертизы журнала «За рулем» (№5 2009) удельный расход топлива на испытуемом двигателе снизился на 7,9%, а мощность увеличилась на 6,2% (статья 1 и статья 2)

Из приведенного выше описания принципа работы трибосоставов «Супротек» понятно, что достигнутые изменения в свойствах поверхностей трения не требуют постоянного присутствия ГМТ в смазке. По окончании процедуры обработки поверхность способна сохранять новоприобретенные свойства в течение длительного периода времени. Другим важным аспектом является то, что эффективность ГМТ не зависит от типа или качества применяемой в агрегате смазки. Трибосоставы одинаково успешно модифицируют поверхности трения двигателя, находясь в любом типе моторного масла, допустимого к использованию с конкретной маркой двигателя.

Проведенные в компании исследования и разработанные физические модели работы триботехнических составов на основе ГМТ соответствуют современным научным представлением о процессе трения и изнашивания узлов машин и механизмов. Они позволили создать серию высокоэффективных трибосоставов, получивших признание потребителя.

Сейчас в R&D центре компании ведутся исследования физики трения следующего более глубокого уровня, дающие новое более точное понимание того, что происходит в узлах трения. Одновременно с этим ведутся прикладные исследовательские проекты по разработке новых составов и технологий их применения в обслуживании промышленного и энергетического оборудования, судового и ж/д транспорта. Для автомобилей ведутся исследования синергии применения триботехнических составов и различных продуктов автохимии, в том числе присадок и добавок к маслу различного происхождения. Разрабатываются методики комплексного обслуживания автомобиля всеми продуктами компании. Эти усилия необходимы для производства эффективных и безопасных продуктов.

Вернуться к списку статей