XXI ВЕК – пришло время умных смазочных материалов

XXI век это век новых технологий. Никого не удивляет заумная электроника и материалы с невиданными до сих пор свойствами. К этому же ряду можно отнести продукт,  разработанный российскими учёными из ИМАШ РАН им. Благонравова А.А., Электрогорского института нефтепереработки и Университета нефти и газа им. Губкина И.М.  Речь идёт о смазочных материалах с восстановительным эффектом. 

История их создания ведёт своё начало со времён ещё СССР. В частности в 1984 году при бурении Кольской сверхглубокой скважины было обнаружено, что, проходя через некоторые породы, бур не только не изнашивался, но даже упрочнялся. Дальнейшие исследования в Ленинграде прояснили ситуацию – «виноват» был серпентинит.

Открытие восстановительной способности серпентинитов создало предпосылки  для создания «умных» смазочных материалов.  Вкратце механизм эффекта таков. В места наибольшего износа приходятся наиболее сильные удары, что приводит к локальным экстремальным условиям. А это, то что нужно для того чтобы серпентинит начал внедрятся в  структуру металла, залечивая изношенные детали.  Этот процесс приводит к тому, что поверхности выглаживаются и условия для «работы» серпентинита заканчиваются. В СССР восстановительные свойства серпентинита были установлены как в лабораторных условиях, так при производственных испытаниях и дело оставалось за «малым» - создать на его основе технологичный продукт.

Однако от открытия полезных свойств серпентинитов до массового применения путь неблизкий. Помимо «доводки» продукта необходимо преодолеть инерцию потребителя. Традиционный подход минимизации износа подразумевает создание масляной плёнки на поверхности трущихся деталей и нахождение «золотой середины» между способностью смазки держать нагрузку (это определяется вязкостью) и способностью протекать в зазоры между деталями.

Решением этих двух задач занимается вся современная промышленность смазочных материалов. Тут было решено много интересных задач и, безусловно, есть достижения. Но необходимость согласования противоречивых свойств и разнообразие условий работы механизмов привели к росту цен и тому, что стоимость пакета присадок составляет до 50 % стоимости масла,  а номенклатура смазочных материалов разрослась, обеспечивая работой армию маркетологов. Значительные усилия затрачиваются на микроскопические улучшения, что говорит об исчерпании метода. К тому же даже самые лучшие смазочные материалы не способны отменить того факта, что с ростом износа усиливаются нагрузка на изношенные участки и это приводит к пробою слоя смазки.

Создание умных смазочных материалов при всей фантастичности, при ближайшем рассмотрении сводится к весьма тривиальной идее - введению обратных связей в систему смазка – поверхность. Примеры обратных связей можно часто наблюдать в природе и технике. Поэтому вопрос сводится к тому,  что может быть такой связью в интересующем нас случае.

Но т.к. дело было в позднем СССР,  перспективная, но сырая разработка стала предметом банального «купи-продай», а не дальнейшего исследования. И тут серпентинит начал преподносить неприятные сюрпризы. Оказалось, что он может содержать фракции, которые оказывают жёсткое абразивное действие, выводя механизмы из строя. Помимо этого,  даже если удавалось сбалансировать состав, его нельзя было применять в паре,  где есть цветной металл. И самое главное серпентинит не справлялся с режимами старт-стопа, который и отвечает за 80% износа.  Какие-то из этих проблем решались путём усложнения процесса обработки и созданием линейки продуктов содержащих серпентинит. Но всё равно сложность применения, ошибки при изготовлении составов, а иногда и прямое мошенничество тормозили путь  восстановительных смазочных материалов на пути к массовому потребителю, и создали им неоднозначную репутацию.

Серьёзным участникам рынка стало ясно, что создание полноценного продукта, возможно только в сотрудничестве с учёными в области граничной смазки, т.к. именно этот режим отвечает за износ. Ввиду сложности явлений и закрытости тематики в советское время специалистов в этой области науки в России и мире не так уж много.

И это  притом,  что, советская школа науки о трении и износе всегда была на ведущих ролях в мире. Впрочем,  другого положения она и не могла занимать – без соответствующего уровня было бы невозможно создание ракетно-ядерного щита СССР и космических аппаратов.  Значительная роль в этих работах принадлежит Институту Машиноведения РАН им. Благонравова А.А.. Для простого обывателя это название мало, что может сказать, но в среде профессионалов авторитет и статус ИМАШ как  ведущего научного центра мирового уровня не подвергается сомнению.  

Важно то что, в  ИМАШ работают учёные с мировым именем в области граничной смазки. В  ИМАШ подошли к  задаче создания умных смазочных материалов на основе геомодификаторов как к научной проблеме. Имея всю базу знаний по работе узлов трения  и граничной смазки, в институте определили методики испытаний приближенных к реальным условиям эксплуатации оборудования. Был проведён тщательный анализ различных месторождений геомодификаторов.  Для создания конечного продукта был выбран метод составления композиций серпентинита с другими материалами.

Широкие научные связи позволили вовлечь в работу специалистов из «Губки» и Электрогорска. В результате для серпентинита был найден сильный «помощник» – трибополимеробразующая присадка (ТПО), разработанная в Электрогорске.  Именно она подстраховывает серпентинит, моментально подавляя, задиры в моменты старт-стопа. В получившейся композиции ТПО и серпентинит взаимно усиливают друг друга. Это связано с тем,  что ТПО, будучи нейтральным пока «всё спокойно», моментально активизируется, как только на поверхности металла образуется задир. Этим он  страхует серпентинит, которому для «начала работы» необходимо примерно 10 минут.  Причём ТПО одинаково эффективно лечит и цветные металлы и стали. Эта способность и грамотный подбор серпентинита сняли ограничения присущие прежним восстановительным продуктам, и создать технологичный продукт.

Его противоизносные возможности могут показаться фантастическими, но они установлены как научный факт. Так, например, простое  минеральное масло 10W30 после добавления в него «умной добавки» приобрело  противоизносные свойства лучшие чем у MOBIL-1. В частности  «минералка» в отличие от «конкурента» полностью останавливала износ.

Выйдя из лаборатории ИМАШ, новый материал прошёл испытания на аккредитованных Госстандартом Машиноиспытательных станциях Минсельхоза. По их результатам было установлено существенное (в разы) улучшение профилограмм поверхностей, экономия топлива и масла.  Массовые испытания на автотранспорте показали, что его применение приводит к устойчивому,  на протяжении 60 000 км, повышению компрессии, что говорит об очищении двигателя и восстановлению размерностей узлов ЦПГ двигателя. Восстановительные  свойства были подтверждены в промышленности и энергетике. Так, например, в Навои (Узбекистан) применение продукта позволило привести в норму работу турбодеданторного агрегата, увеличив число оборотов в минуту с 58 000 до 100 000. На предприятиях Евроцемента и энергетики улучшения работы оборудования было зафиксировано по снижению вибрационной активности обработанных узлов, снижению температуры саморазогрева подшипников. Уже  в процессе производственной эксплуатации выяснилась способность ИМАШевской разработки восстанавливать поверхности с нарушением геометрии до 1000 мкм.

Сфера применения новых материалов практически не знает ограничений. Их применение уместно везде, где в механическом оборудовании трение проявляет себя как деструктивная сила. Вот некоторые из преимуществ которые даёт их применение: во многом снижаются потери на трение, а это порядка 10 % экономии, уменьшается стоимость обслуживания и ремонтов и  время простоев, что позволяет увеличить выпуск продукции, можно продлить нормальную работу оборудования в несколько раз. Немаловажно и  существенное снижение риска аварийных ситуаций.

Массовое  использование «умных» смазочных материалов приведёт к резкому уменьшению номенклатуры смазочных материалов и окончанию эры дисульфида молибдена и других присадок. Понятно, что эти изменения имеют революционный характер в промышленности и у России есть шанс не только продемонстрировать свою способность производить «прорывные» продукты, но и заработать на них.