Геотрибомодификация
Геотрибомодификация (ГТМ, геомодификация) — вид обработки трущихся поверхностей деталей машин и механизмов, связанный с введением слоистых гидросиликатов в пятно контакта. В результате геотрибомодификации происходит очистка трущихся поверхностей, формирование на них металлокерамического покрытия, характеризующегося высокой износостойкостью и значительно пониженным коэффициентом трения.
История возникновения
[править | править код]Начало разработке технологии геотрибомодификации положило необычное явление, обнаруженное ещё в 1970-х годах советскими бурильщиками при бурении скважины на Кольском полуострове. Было выявлено, что при прохождении буровым инструментом определенных горных пород, ресурс бурового инструмента резко увеличивался. Изучение данного явления проводилось в конце 80-х годов прошлого столетия в институте «МеханОбр» под руководством академика В. И. Ревнивцева и при участии к. т. н. Т. Л. Маринич. Ими было установлено, что данный эффект — следствие разложения серпентина в зоне бурения с дополнительным выделением большого количества тепловой энергии. Вследствие этого наблюдается разогрев кромки бурового инструмента, его взаимодействие с продуктами разложения минерала с образованием металлокерамической структуры, обладающей высокой твёрдостью и износостойкостью[1]. Дальнейшие работы российских учёных были связаны с дополнительным изучением различных аспектов данного явления, а также с поиском оптимальной композиции минералов и связующего, а также технологии их приготовления и применения, позволяющих использовать этот эффект в машинах и механизмах[2].
Состав
[править | править код]Одним из основных компонентов ГТМ является серпентин — горная порода, образуемая целой группой природных минералов, которые встречаются в различных видах. Все серпентины — минералы, образующие жирные на ощупь массивные агрегаты и имеющие слоистую структуру, отдалённо напоминающую графит. В группу серпентина входят гидросиликаты магния, обладающие ленточно-слоистой структурой. Их общая формула: Mg3[Si2O5](OH)4. Сингония моноклинная[1]. В состав геотрибомодификаторов, помимо минералов, входят также органические соединения, вводимые в качестве связующего, а также поверхностно активные вещества (ПАВ). Фракционный состав минеральной составляющей геотрибомодификаторов, как правило, характеризуется размерами частиц порядка 1-40 мкм. Однако в последнее время появились модификаторы и с наноразмерными частицами минералов[3].
Принцип работы
[править | править код]В начальный период работы геотрибомодификаторы действуют в качестве легкого абразива. Частицы ГТМ мягче металла, поэтому негативного влияния на геометрию трущихся деталей не оказывают, осуществляя лишь их очистку от нагара. В процессе работы в пятне контакта возникают локальные перегревы до температур порядка 1000°С. При этих температурах происходит разложение серпентина с выделением воды, силикатов и диоксида кремния. При работе ГТМ продукты разложения минералов сложным образом взаимодействуют с органическими веществами смазки и связующего, а также с поверхностным слоем металла трущихся деталей и продуктами трения. В результате микрометаллургических (в том числе каталитических) процессов образуется защитное антифрикционное износостойкое покрытие на трущихся поверхностях. Образование защитного металлокерамического покрытия приводит к восстановлению поверхности деталей, а также значительному снижению коэффициента трения. Это, в свою очередь, приводит к снижению температур, возникающих в пятне контакта, и, соответственно, к прекращению дальнейшего процесса роста покрытия. Таким образом, процесс ГТМ является саморегулирующимся и не приводит к неконтролируемому росту покрытия, естественным образом прерываясь при достижении оптимальных параметров трущихся поверхностей в пятне контакта.
Можно выделить следующие стадии при работе ГТМ:
- Очистка трущихся поверхностей за счет легкого абразивного действия составляющих ГТМ.
- Распад минералов модификатора и их взаимодействие с металлом подложки и присутствующими в технологической среде веществами в результате воздействия высоких температур в пятне контакта.
- Залечивание дефектов поверхностей, образование менее шероховатых металлокерамических покрытий на трущихся деталях, значительное снижение коэффициента трения.
- Снижение уровня локального перегрева при трении до уровня, недостаточного для дальнейшего разложения модификатора/смазки, выход на принципиально более эффективный режим трения, чем до обработки ГТМ.
Применение
[править | править код]За последние два десятилетия геотрибомодификация нашла применение в различных областях техники. ГТМ применяется в подшипниках, редукторах, шарнирах, парах трения насосов и двигателей внутреннего сгорания (включая цилиндро-поршневую группу и топливные насосы высокого давления)[1]. Уже продолжительное время на рынке существуют отечественные компании, занимающиеся данным видом обслуживания техники. Их клиентами являются частные и государственные компании (водный и железнодорожный транспорт, энергетика, автомобильная техника), и даже частные лица (автотранспорт). Перед применением необходима диагностика обрабатываемого узла/агрегата, направленная на определение его текущего состояния и оценки возможности достижения положительного результата ГМТ. При этом следует обращать внимание на то, что, несмотря на положительное влияние геотрибомодификации на качество трущихся поверхностей и на сокращение зазоров в парах трения, геометрию изношенных узлов она восстанавливает лишь в ограниченной степени. Поэтому ГМТ не следует воспринимать как замену полноценному ремонту узла или агрегата в случае, если он уже чрезмерно изношен, и его геометрия сильно искажена. Геомодификацию применяют либо на новом узле/агрегате, для обеспечения всех преимуществ более эффективного трения на протяжении всего срока службы, либо при техническом обслуживании работающего узла/агрегата, для эффективного продления ресурса, предупреждения капитального ремонта.
Преимущества и недостатки
[править | править код]Преимущества
Среди преимуществ использования ГТМ следует отметить повышение КПД узла/агрегата, увеличение ресурса, рост энергоэффективности. Эти преимущества достигаются за счет повышенной износостойкости покрытия и значительного снижения коэффициента трения обработанных поверхностей, по сравнению с их состоянием до обработки. В отличие от большинства других присадок к смазкам, с которыми часто сравнивают ГТМ, геотрибомодификаторы сохраняют свой эффект в рамках сроков, значительно превышающих сроки замены масла или иной технологической среды. Если говорить о применении ГТМ в двигателях внутреннего сгорания, то при обработке ЦПГ повышается и выравнивается компрессия в цилиндрах[4], растёт экономичность и мощность. При обработке топливной аппаратуры (ТНВД, форсунки) снижаются зазоры в плунжерных парах, растет объём топлива, подаваемый насосом за цикл[5]. При применении в КПП, редукторах и раздаточных коробках автотранспорта, снижаются вибронагруженность и шумы, характерные для их работы. Процедура обработки ГТМ значительно дешевле и проще, чем капитальный ремонт агрегатов, и она может значительно увеличить ресурс, вырабатываемый агрегатом до капремонта. Однако обработку геотрибомодификаторами следует проводить до того, как возникнут прямые показания к капремонту, до того, как произошёл чрезмерный износ и повреждение трущихся поверхностей.
Недостатки
В то же время, широкому и повсеместному распространению технологии геомодификации трения препятствует ряд факторов, являющихся недостатками ГТМ[1]. К ним можно отнести возможное изменение температурного режима работающего узла/агрегата, вследствие изменения условий теплоотвода, возникших из-за формирования покрытия на нагруженных поверхностях. Не до конца изучена и исключена возможность возникновения абразивных частиц металлокерамики в процессе работы обработанного узла/агрегата, а также внос абразивных частиц вместе с геомодификатором в процессе обработки. Также к недостаткам данной технологии можно отнести некоторую естественную неопределенность состава геотрибомодификаторов, обусловленную тем, что минеральные компоненты ГТМ не имеют четко фиксированного химического состава, соотношение компонентов в них может быть различным в зависимости от происхождения минерала. Неконтролируемые примеси, присутствующие в минеральном сырьё, могут сказываться на особенностях работы модификатора в целом.
Примечания
[править | править код]- ↑ 1 2 3 4 Болгов В. Ю., Балабанов В. И., Автомобильные присадки и добавки, Москва, Эксмо, 2011.
- ↑ Сергачев А. П., Павлов К. А., Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, Патент РФ № 2179270
- ↑ Модификаторы и с наноразмерными частицами минералов
- ↑ Акт-заключение технических результатов ремонтно-восстановительных работ по технологии ГТМ ДВС автомобиля КРАЗ. Утв. 11.08.2000. гл. инженер ЗАО «Мосстроймеханизация-5» В. Е. Жуков.
- ↑ Результаты испытания ГТМ, проведенные в лаборатории трибологии кафедры износостойкости машин и оборудования и технологии конструкционных материалов РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина в сентябре 2001 года.
Литература
[править | править код]- Болгов В. Ю., Балабанов В. И., Автомобильные присадки и добавки, Москва, Эксмо, 2011.
- Сергачев А. П., Павлов К. А., Способ формирования покрытия на трущихся поверхностях, Патент РФ № 2179270
- Принцип работы ГТМ
- Акт-заключение технических результатов ремонтно-восстановительных работ по технологии ГТМ ДВС автомобиля КРАЗ. Утв. 11.08.2000. гл. инженер ЗАО «Мосстроймеханизация-5» В. Е. Жуков.
- http://www.gtmt.ru/index.php/publikatsii/effekt-bezyznosnosti
- Акт результатов применения ГТМ-технологии для восстановления топливного насоса двигателя М400 от 3 марта 2003 г. Утв. 3.03.03. начальником технического управления ОАО «Волга-флот» А. П. Белявский.
![]() | На эту статью не ссылаются другие статьи Википедии. |