Geum.ru

Федеральное агентство по образованию

Вид материалаДокументы

Содержание


О ТРЕНИИ, ГРАФИТЕ И НАНОТЕХНОЛОГИЯХ В.Н. Исмаилова, А.Ф. Галимский
Подобный материал:
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   15
^

О ТРЕНИИ, ГРАФИТЕ И НАНОТЕХНОЛОГИЯХ

В.Н. Исмаилова, А.Ф. Галимский


В последнее время много разговоров ведётся о нанотехнологиях. Государство выделяет на исследования в этой области огромные деньги.

Из школьного курса физики известно, что коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания есть отношение мощности «на выходе», то есть мощности, которую можно реально с двигателя снять и полезным образом использовать, к теоретически возможной его мощности. К сожалению, это отношение очень далеко от единицы – самые лучшие судовые, автомобильные и даже авиационные моторы тратят более половины вырабатываемой ими энергии на банальный нагрев атмосферы и преодоление всевозможных потерь. Весьма значительная доля этих обидных затрат приходится на преодоление трения в механизмах двигателя.

Итак, что такое трение и есть ли от него польза? Инженеры издавна старались по возможности силу трения снизить. Самый распространённый, а зачастую и наиболее простой способ снижения трения – использование смазки. Неразрывный слой смазки обеспечивает отсутствие непосредственного контакта трущихся поверхностей. В этом случае сила трения покоя практически равна нулю. Однако в реальных механизмах такая ситуация – редкость. Современные масла призваны не только снизить потери на трение, но и решить ещё несколько задач. Прежде всего, их обязанность – защищать механизм от износа. Следовательно, масло должно иметь возможность попадать в зазор трущейся пары при низкой температуре и не вытекать из него при высокой. То есть оно должно обладать не слишком высокой вязкостью на холоде и не слишком низкой при 150-200о С. Вязкость масла должна быть такой, чтобы при больших усилиях сжатия в трущейся паре оно не выдавливалось из зазора и сохраняло плёнку между деталями. Масло должно защищать детали механизма от коррозии, обладать моющими свойствами, удерживать во взвешенном состоянии нерастворимые частицы нагара, продуктов износа трущихся пар, продуктов неполного сгорания топлива и т.д. Масло не должно окисляться само и должно защищать от окисления детали механизма.

Главные свойства современных масел определяются как основой, из которой они приготовлены, так и целым набором специальных присадок. В большинстве случаев современные смазочные материалы работают весьма эффективно и не требуют использования добавок. И всё же любое масло рассчитано на некие усреднённые условия использования. В каждом же конкретном случае, в зависимости от условий эксплуатации, от её продолжительности, от аккуратности персонала и многих других причин, механизмы пребывают в разном состоянии. Среднестатистических качеств масел может оказаться недостаточно для полноценной экономичной эксплуатации. По этой причине в некоторых случаях в масло рекомендуют добавлять дополнительные присадки. Впрочем, это не единственный путь. Оказывается, можно менять не свойства масла, а свойства поверхностей трущихся пар.

Одним из необходимых свойств масла должна быть его способность противостоять износу деталей. Остановить износ помогает новый класс нанотехнологических материалов, которые при добавлении в масло не изменяют его свойства, зато кардинальным образом сводят дальнейший износ к минимуму. Подобный материал разработан не так давно в Промышленной группе «Инновационная энергия». Разработчики исходили из того, что одним из наиболее низких коэффициентов трения обладает пара графит – графит. Если в этой паре присутствует небольшое количество масла, то трения вообще можно снизить на два, а иногда и на три порядка.

Создать такую композицию, которая не изменяла бы свойства масла, не задерживалась бы масляным фильтром, оседала бы на трущихся поверхностях, но не где попало, а в наиболее нагруженных местах, и одновременно заполняла бы увеличенные сверх меры зазоры. И создать такой состав удалось. Попутно пришлось решить еще одну задачу: очистка трущихся поверхностей от оседающих на них нагара и других загрязнений. В состав препарата входят нанопорошки диоксида кремния, триоксида алюминия и плазменно-расширенного графита. Все компоненты диспергированы в нейтральном масле, совместимом с любыми минеральными или синтетическими маслами.

Попадая в двигатель, новый состав первым делом растворяет и отмывает нагар, грязь и лак. Смытая грязь задерживается масляным фильтром. Далее нанотехнологический порошок формирует на трущихся поверхностях эластичный антифрикционный слой. Он заполняет неровности металла, сводя трение к минимуму. Основу защитного слоя составляют молекулы масла, связанные в пространственную структуру частицами оксида кремния. Подложкой служат частицы триоксида алюминия, а внешнюю поверхность защищает тончайшая плёнка плазменно - расширенного графита. Активнее всего образование защитного слоя происходит в зонах повышенного давления и температуры, то есть на наиболее нагруженных участках. По мере образования защитного слоя трение на этих участках снижается, и скорость нарастания слоя также падает, зато начинается нарастание защиты в других местах, куда перераспределяется нагрузка.

Новый препарат прошёл испытания в нескольких крупных автохозяйствах и показал отличные результаты. Снижение потерь на трение в двигателях внутреннего сгорания, особенно на низких оборотах, привело к заметному увеличению крутящего момента при одновременном снижении удельного расхода топлива. Снижение потерь на трение приводит и к улучшению мощностных характеристик двигателя. Прирост мощности достигает 5 – 7 %. Не менее важно и то, что с применением подобного рода материалов увеличивается ресурс механизмов (и двигателей и трансмиссий), что убедительно показали проведённые испытания.

Источник: Журнал «Наука и жизнь».