Импульсом к интенсивному практическому внедрению серпентинов в гражданской триботехнике в 80-е гг. послужили наблюдения геологов о высокой износостойкости колесных пар шахтных вагонеток в горных выработках ГМК «Печенганикель», а также выявленное к.т.н. Маринич Т.Л. упрочнение бурового инструмента при проходке слоев серпентина на Кольском полуострове. Поэтому для изучения и освоения геоэнергетики сложилась общность 10-15 крупных НИИ, а в Постановлении СМ СССР № 359 по использованию эффекта безызносности уже было отражено и минеральное направление. В наше время утверждены повторные директивы об использовании технологии минеральных покрытий в оборонном комплексе, как технологии двойного назначения.
Теоретические гипотезы геомодификации поверхностей трения
Данные гипотезы выдвинуты авторами Маринич Т.Л и Телух Д.М. и заключаются в следующем.
1. Обработка поверхности трения: «Согласно ФАФЗ - технологии (футеровка антифрикционными зеркалами), предполагается, что в процессе приработки поверхности узлов трения футеруются зеркалами скольжения, аналогами которых являются природные зеркала скольжения, встречающиеся на месторождениях полезных ископаемых».
2. Снижение коррозионного изнашивания: «Теоретически предполагается, что поливалентные металлы природных гидроксидов поддерживают в зоне трения автоволновой процесс, соответствующий колебательным трибовозбужденным окислительно-восстановительным реакциям».
3. Предотвращение водородного изнашивания: «Нескомпенсированные связи Si-O - или Si-O 0, образующиеся при разрыве силоксановых связей Si- O -Si в результате измельчения минералов, являются акцепторами атомарного водорода, и, следовательно, предотвращают водородный износ».
4. Безызносность элементов трибосистемы на основе самоорганизации: «Негэнтропия, выраженная в логарифмах статистического веса, записанного в двоичной системе, - есть информация. Негэнтропийность связана с индивидуальностью формирующихся трибоструктур, способных быть носителями и трансформаторами информации, определенных сведений, то есть способных к динамической реализации, записанной на них информации. Для реализации информации требуется гидродинамическое поле. В результате фазовых превращений: кристаллогидрат - вода - кристаллогидрат в поверхностях подвижных сочленений и в зоне трения генерируется гидрофаза. Устойчивость генерирования гидрофазы обеспечена закономерными пьезогидроэлектрическими эффектами точечного носителя - гидрата: десятые доли процентов гидратов являются эффективными добавками, снижающими трение и износ».
Такое теоретическое обоснование модификации поверхностей трения может быть достаточно близко к истине, однако экспериментальных данных, подтверждающих эту позицию, недостаточно. А некоторые предположения (пункт 4) просто, на сегодняшний день, подтвердить или опровергнуть невозможно. Поэтому, более целесообразным представляется теоретическое обоснование геомодификации, которое теснее связано с конкретными данными эксперимента.
Факты воздействия геомодификатора трения
Наиболее характерными фактами воздействия геомодификатора трения являются:
• достижение в определенных условиях аномально низкого сопротивления трения (снижение потерь на трение до 10 раз при переходе в гидродинамическое трение);
• ускоренная приработка деталей трибоузла (в 2 – 3 раза);
• увеличение поверхностной микротвердости (на 15 – 30 %);
• существование оптимальных значений концентрации геомодификатора в смазочном материале и гранулометрического состава;
• влияние основного материала деталей, химического состава модификатора и степени его распределения в смазочном материале на эффективность воздействия;
• защитная структура (слой) отличается по морфологии от основы, часть его имеет пористую поверхность (размер пор до 0,1 мкм);
• повышенная микротвердость слоя.
Теоретические гипотезы процесса геомодификации, выдвинутые профессором Половинкиным В.Н, представляются более объективными. Так, накопление пластической деформации и упрочнение поверхностей трения в присутствии геомодификатора за значительно меньший период приработки, является совершенно естественным, как и с любым тонкодисперсным абразивом. Наличие жидкокристаллической фазы, или, скорее «квазисжиженного» слоя в пространственной структуре поверхности трения в присутствии геомодификатора просто необходимо, иначе невозможно объяснить аномалии сопротивления трения. Что касается самоорганизации трения, то здесь также не вызывает сомнения соответствие трибопроцессов с геомодификатором трения условиям возникновения диссипативных структур. Однако основной механизм реализации самоорганизации представляется несколько сомнительным. Например, «В месте выхода дислокаций возникают атомы со свободными связями, легко вступающие в химическую связь с лигандами смазочного масла и ионами модифицирующего материала, образующие комплексные соединения. Последние, распадаясь, освобождают атомы элементов модификатора, которые электрофоретическими силами уносятся в зону контакта поверхностей и там могут коагулировать с металлом». В этом случае были бы обнаружены химические соединения с элементами геомодификатора на поверхностях трения или в смазочном масле.
Итоги
Эффект модификации поверхностей трения тонкодисперсным порошком геологического происхождения явно связан с природной тенденцией к самоорганизации. Переход в целом системы на более высокий уровень организации может произойти по двум причинам: 1) эволюционное развитие в благоприятных условиях достигает уровня качественного скачка; 2) внесение в систему элементов возбуждающих процессы в направлении качественных преобразований в целом всей системы.
Восстанавливает компрессию, снижает расход топлива и угар масла, уменьшает скорость износа и продлевает срок службы ДВС любого типа. Облегчает холодный пуск, защищает от перегрева в пробках.
Именно такой механизм модификации поверхности трения более всего подходит воздействию геомодификатора. Попадая в зону трения, частицы геомодификатора с оптимальной крупностью, разрушаются между микровыступами контртел в зоне фактического контакта. В результате этого воздействия происходит частичное микроцарапание поверхности (до разрушения частицы геомодификатора) как абразивным материалом и выделение энергии связи с последующей термообработкой. Процесс приработки ведет к увеличению фактической площади контакта, формированию равновесной шероховатости с условием мгновенной оптимальной крупности частиц и увеличению микротвердости поверхности. Дальнейшая работа трибоузла повторяет циклы разрушения частиц модификатора все меньших и меньших размеров, и, следовательно, с выделением большей энергии связи. Получается, что уникальность геомодификатора заключатся в конкретной энергии связи, то есть он способен и обработать поверхность как абразив, и разрушиться в условиях нормальных нагрузок в сопряжении.
Итак, в результате геомодификации на поверхности образуется слой, который отличается от обычного деформированного слоя с искаженной решеткой кристаллов, тем что в результате «щадящей обработки» кристаллическая структура не нарушена и, в то же время, поверхность получена с высоким классом чистоты. Такая поверхность в несколько раз превосходит обычную по числу не скомпенсированных связей, которые способны прочно удерживать не только слой углеводоров, но и ультратонкие частицы геомодификатора и продуктов износа. Это и есть квазисжиженный слой, предотвращающий контакт контртел, снижающий сопротивление трения и износ.
Понятно, что источником образования такого слоя является сама поверхность детали, следовательно, ресурс геомодифицированной поверхности может быть значительно больше ресурса смазочного материала, и тем более выше, чем ресурс разделительной пленки из мягких металлов.
Что касается самоорганизации трибоструктур с геомодификатором, то она реализуется до тех пор, пока в смазочном материале присутствует даже незначительное количество модификатора, то есть не носит долговременный циклический характер.
