Текст книги "Автомобильные присадки и добавки"

Цеолит– (греч. zéo – киплю и lithos – камень, т. е. «кипящий камень») – большая группа близких по составу и свойствам минералов и синтетических веществ, служащих для разработки и производства ряда каталитических препаратов автохимии.

Химический состав цеолитов в обобщенном виде может быть представлен формулой: Mx/n(AlO2)x. (SiO2)y. zH2O, где М – катионы с валентностью n(обычно это Na+, K+, Ca2+, Ba2+, Si4+, Mg2+), z– число молекул воды, а отношение у/хможет изменяться от 1 до 5 для различных видов цеолитов. Например, основной состав природных цеолитов Сокирницкого месторождения, %: SiO2 – 71,5; Al2O3 – 13,1; Fe2O3 – 0,9; MnO – 0,19; MgO – 1,07; CaO – 2,1; Na2O – 2,41; K2O – 2,96; P2O5 – 0,033; SO3 – следы. В качестве основных микропримесей могут содержаться: никель, ванадий, молибден, медь, олово, свинец, кобальт и цинк.

Цеолиты имеют строго определенный диаметр входных отверстий (от 0,3 до 1 нм в зависимости от вида минерала) и являются высокоактивными адсорбентами (рис. 11).

Рис. 11. Внешний вид минерала и нанопористая структура цеолита

В настоящее время известно более 600 видов цеолитов и только около 50 из них имеют природное (естественное) происхождение. Искусственные или синтетические цеолиты имеют классификацию А; Х и Y. Цеолиты, вследствие особенностей своей структуры, обладают высокой адсорбцией – концентрированием вещества из газовой фазы на поверхности твердого тела (адсорбента) или в порах, образуемых его структурой. При использовании цеолитов в качестве адсорбирующего элемента происходит молекулярно – ситовый отбор при сорбции молекул из газа в жидкости, позволяющей разделять молекулярные смеси в интервале размера молекул 10…20 нм.

Рассмотрим рекомендации по применению некоторых металлокерамических материалов и механизм их восстанавливающего действия.

Для машин с разной степенью износа и пробегом от 50 000 км пробега и выше рекомендуется:

1. Слить старое масло, промыть двигатель.

2. Залить новое масло и прогреть двигатель до температуры охлаждающей жидкости 70…80 оС.

3. Исключить подачу топлива в карбюратор и выработать из него весь бензин.

4. Вывернуть свечи и через каждое свечное отверстие ввести в каждый цилиндр по 5…10 мл состава.

5. Не вворачивая свечей, стартером 5…6 раз прокрутить двигатель в течение 10 с, каждый раз с интервалом между попытками в 30…40 с.

6. Ввернуть свечи, подать топливо в карбюратор и запустить двигатель.

7. Оставшийся состав влить в заливную масляную горловину. Поднять обороты коленчатого вала двигателя до 3000…3500 об/мин и поддерживать их в течение 10…15 мин. По указаниям производителей, это очень важный момент обработки, так как снижение оборотов двигателя или его остановка может существенно повлиять на результаты обработки.

8. Произвести замену масляного фильтра после пробега 1500…2000 км. Моторное масло можно не менять до 50 000 км пробега, чем обеспечиваются наилучшие показатели обработки.

Однако единого мнения по применению геомодификаторов нет. По одним источникам, геомодификаторы рекомендуется применять после пробега около 1000 км, что обосновывается лучшими условиями и наглядностью обработки.

Другие рекомендуют применять геомодификаторы не только для автомобилей с пробегом, но и для новых автомобилей. В этом случае предлагается вводить состав непосредственно в моторное масло, при соблюдении остальных требований к обработке, а смену масляного фильтра рекомендуется производить после 5…6 тыс. км пробега.

Восстановление и упрочнение подвижных соединений металлокерамическими материалами осуществляется за счет формирования на поверхностях трения структур повышенной прочности, подавления процессов водородного изнашивания и охрупчивания металла, повышения термодинамической устойчивости системы поверхность трения – смазочный материал.Поверхностно – активные вещества (ПАВ) металлокерамического восстановителя после введения в системы двигателя подготавливают поверхности трения химически (катализ) и физически (суперфиниш), очищая их от нагара, оксидов, отложений и т. д.

Для получения необходимого эффекта от применения геомодификатора должно произойти его разрушение по формуле

Mg6{Si4O10}(OH)8 = 3Mg2{SiO4} + SiO2 + 4H2O,

до этого времени он (например, серпентин) работает, как простой абразив.

После разложения геомодификатора в очищенную зону трения вместе с катализатором происходит внедрение его керамических и металлокерамических частиц (фибрилла). Зона контакта обедняется свободным водородом, а поверхностные слои вследствие диффузии изменяют свою структуру и увеличивают прочность в несколько раз. В процессе дальнейшей работы на поверхностях трения формируется органо – металлокерамическое покрытие, частично восстанавливающее дефекты поверхности трения и обладающее высокими антифрикционными и противоизносными свойствами.

Металлокерамический защитный слой, который получается на поверхностях трения, может обладать уникальными триботехническими характеристиками:

– микротвердость 65…72 HRC;

– шероховатость 0,3…0,1 мкм;

– коэффициент трения 0,003…0,007;

– температура разрушения 1700…2000 оC.

При применении геомодификаторов в ДВС наблюдается некая оптимальная точка (момент времени) в процессе обработки, когда регистрируемый эффект достигает своего оптимального значения. Продолжение процесса обработки, как указывают ряд исследователей, может привести к ряду негативных последствий.

Наряду с высокой эффективностью геомодификаторов и РВС – технологии, остается множество нерешенных вопросов, связанных с их применением.

1. Так, исследованиями, проведенными в триботехнической лаборатории фирмы «ВПМАвто» установлено, что геомодификаторы увеличивают износ хромированного кольца в паре трения «хром – чугун» в два раза по сравнению с базовым вариантом, а также пары трения «вкладыш – шейка коленчатого вала». Это является следствием вдавливания (вкрапления) в более мягкой материал неразложившихся частиц геомодификатора и их функционирования как микрорезцов, закрепленных в пластичной матрице.

2. При обработке металлокерамическими материалами наблюдается выделение свободной воды. По данным, приведенным во втором томе советско – польского издания «Справочник по триботехнике. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения», повышение ее содержания в моторном масле всего на 5 % приводит к росту интенсивности изнашивания до 10 раз.

3. Отмечается нарушение температурной стабильности обработанного двигателя вследствие дополнительного теплового сопротивления металлокерамического слоя (кстати, как и полимерного) отводу тепла от поршня через поршневые кольца. Всё это может привести к перегреву двигателя и его отказу, особенно на режимах перегрузок.

4. По этой же причине наряду со снижением концентраций в отработавших газах окиси углерода СО и углеводородов СН, наблюдается почти двукратный рост выхода окислов азота NО.

5. При применении РВС – технологии в периоды приработки из‑за возрастающих температур отмечаются случаи дополнительного сверхнормативного выгорания масла и отпуск (снижение прочностных свойств) термообработанных поршневых колец.

6. Большинство геомодификаторов представляют собой не что иное, как взвесь порошковых материалов в соответствующем носителе (осветительном керосине, минеральном масле и т. д.), которая, как и порошковые реметаллизанты, может задерживаться фильтрами, центрифугироваться и выпадать в осадок. Так, например, при безразборном восстановлении тепловозных дизелей разработчиками рекомендуется на период обработки вообще исключать из системы смазки фильтры тонкой очистки (центрифуги) моторного масла.

Поэтому при применении геомодификаторов необходимы следующие дополнительные рекомендации:

1. Показанием к применению должны быть результаты технического диагностирования двигателя, указывающего на то, что степень износа систем, подлежащих обработке препаратом, составляет не менее 50 %.

2. Если пробег после замены масла и масляного фильтра составил более 5 000 км, либо качество моторного масла не соответствует эксплуатационным требованиям, а также при наличии отказов деталей в узлах и механизмах автомобиля, подлежащих обработке, то восстановительная обработка не рекомендуется.

3. Качественная обработка геомодификатором требует строгого квалифицированного инструментального контроля первого этапа процесса восстановления, поэтому такую обработку целесообразнее и безопаснее проводить в автосервисах с получением гарантий качества обработки.

4. На наш взгляд, геомодификаторы целесообразнее всего применять в элементах трансмиссии и ходовой части. Обладая высокими водо– и грязеотталкивающими свойствами, они могут существенно понизить износ и температуру в зоне трения, в том числе и в открытых узлах, таких как шарниры карданных валов, цепная передача мотоциклов и т. д.

В заключение данного раздела следует отметить, что главной проблемой, существенно сдерживающей применение препаратов на основе геомодификаторов, является нестабильность их свойств, а как следствие, результатов обработки. Все это, прежде всего, обусловлено минеральной основой добавок с наличием множества неконтролируемых примесей и загрязнений. Разработка для таких присадок синтетических компонентов, свободных не только от балластных, а, прежде всего, от возможных абразивных компонентов, способна открыть новые перспективы для их широкого применения в автомобильной промышленности.

Кондиционеры металла (поверхности)

К отдельной группе РВП относятся кондиционеры (металла или поверхности). Это целый спектр различных препаратов автохимии, в основном на базе поверхностно – активных веществ (ПАВ) и химически – активных веществ (ХАВ), в том числе традиционно применяемых в смазочных материалах, но официально не именуемых кондиционерами.

Впервые термин «кондиционер» (от английского « condition»– условие, состояние) был употреблен еще в 1815 году. Именно тогда француз Жан Шабаннес получил британский патент на метод «кондиционирования воздуха и регулирования температуры в жилищах и других зданиях». Почти через сто лет, в 1902 году американский инженер – изобретатель Уиллис Карриер собрал первую промышленную холодильную машину для типографии Бруклина в Нью – Йорке. Самое любопытное, что первый кондиционер предназначался не для создания прохлады работникам, а для борьбы с влажностью, ухудшавшей качество печати.

Слово «кондиционер» по отношению к устройству для поддержания нужной температуры и влажности в помещении прижилось только у нас в стране. Фактически это фрагмент словосочетания a ir – condition, что в переводе с английского означает «состояние воздуха». В дальнейшем слово кондиционер стало применяться в других отраслях, например «кондиционер металла», «кондиционер волос», «кондиционер белья» и т. д.

Собственно, смысл словосочетания кондиционер поверхностиприменительно к автохимии можно интерпретировать как препарат и механизм воздействия на процессы трения и изнашивания, позволяющие восстанавливать антифрикционные и противоизносные свойства, а также химический состав (состояние) поверхностей трения посредством доставки необходимых компонентов (среды или энергии) за счет введения химически активных веществ.

Одним из главных компонентов автомобильных кондиционеров поверхности являются галогенированные производные углеводородов. Эти химически активные углеводороды являются соединениями, полученными замещением в структурной формуле углеводорода одного или более атомов галогена (хлора, фтора, брома, йода) равным числом атомов водорода. К активным компонентам таких присадок следует отнести также ряд соединений серы и фосфора.

Наиболее часто в кондиционерах металла применяются хлоропарафины, отвечающие по составу предельным углеводородам или парафинам СnН(2n+2), в которых один или несколько атомов водорода замещены хлором. Из химических свойств хлоропарафинов наиболее важным и характерным для них является чрезвычайная подвижность атомов хлора, вследствие чего при действии соответствующих агентов они способны обменивать хлор снова на водород или на другие атомы или группы. Эта способность обусловливает широкое применение хлоропарафинов для разнообразнейших синтезов, в том числе для препаратов автохимии.

Механизм противозадирного действия хлорсодержащих соединений заключается в образовании хлоридов на локальных микроучастках контакта поверхностей трения в условиях высоких удельных нагрузок и скоростей скольжения, особенно в присутствии следов влаги.

Сера и сернистые соединения образуют сульфидную пленку на поверхности металла начиная с температуры 200 °C. Эта пленка содержит карбиды и оксиды железа, а также сульфаты железа (вследствие окисления). Толщина образовавшейся сульфатной пленки зависит от прочности связи серы в молекулах присадки и составляет 300…400 нм. С применением рентгеноспектральных методов было установлено, что в процессе работы сульфатная пленка непрерывно истирается и восстанавливается, однако средняя толщина пленки остается постоянной.

Другим химически активным компонентом РВП являются препараты на основе соединений фосфора. Так, металлические соли дитиофосфорных (ДТФ) кислот придают смазочным композициям высокие антиокислительные, антикоррозионные, противоизносные, а также незначительные противозадирные свойства за счет химических реакций присадок с металлом поверхности с образованием на поверхностях трения фосфатов металлов, имеющих высокое сопротивление сдвигу.

Дитиофосфаты цинка применяют в качестве антиокислительной и противоизносной присадки. Наиболее широко распространены российские присадки ДФ-11 (50 %-ный раствор изобутилизооктилдитиофосфата цинка в веретённом масле), а также А-22 – присадка нового поколения (дитиофосфат цинка, модифицированный бромом), с содержанием активного вещества не менее 85 %. Их применяют в моторных, трансмиссионных и индустриальных маслах в концентрации от 0,5 до 2,0 % (мас.).

В моторных маслах они используются как компонент полифункциональных присадок для обеспечения синергизма (содружества) триботехнического действия различных присадок.

Противоизносное действие дитиофосфатов или дитиокарбонатов молибдена в основном реализуется вследствие химического модифицирования продуктами термического разложения этих соединений на поверхностях пар трения и последующего образования на них полимолекулярного граничного слоя. Продукты их разложения вступают в реакцию с ювенальными поверхностями трения и насыщают их серой, молибденом и в некоторых случаем фосфором. Затем при высоких температурах происходит дальнейшее разложение присадки, образуются соединения MoS2 и МоО4 или их модификации, создающие полимолекулярный противоизносный антифрикционный граничный слой. Присадками такого типа являются ПАФ-4 («Экомин»), производства Рязанского опытного завода ВНИИ НП (Россия) и, по некоторым данным, « MotorProtect» немецкой фирмы L iqui Moly GmBh. Дитиофосфат цинка также взаимодействует с продуктами окисления, образующимися в масле при эксплуатации, повышая его антикоррозионные свойства.

Все эти вещества в той или иной концентрации входят или могут входить в состав РВП группы кондиционеров металла. Механизм их действия основан на физической адсорбции, хемосорбции и химическом взаимодействии ПАВ с поверхностями трения.

Механизм физической адсорбции заключается в том, что полярные молекулы кондиционера удерживаются на трущихся поверхностях силами Ван – дер – Ваальса, образуя достаточно прочные перпендикулярно расположенные к трущимся поверхностям слои, способные выдерживать высокие нормальные нагрузки и имеющие низкое сопротивление к действию касательных напряжений.

Хемосорбция основана на удержании на поверхности металла молекул кондиционера химическими связями, при этом атомы металла не покидают свою кристаллическую решетку и не вступают в химические реакции.

В результате на поверхностях трения образуются молекулярные пленки физического (адсорбция), химического (хемосорбция) строения, а также ряд химических соединений.

Физическая адсорбция и хемосорбция протекают практически одновременно. Например, адсорбция жирных кислот при нормальных температурах носит в основном физический характер, а при высоких температурах – химический. Так, кондиционеры поверхности, с одной стороны, за счет физической адсорбции образуют на смазываемых поверхностях достаточно прочные слои ориентированных молекул смазочного материала, работающие при низких температурах. С другой стороны, в результате хемосорбции за счет образования в смазочном материале, например, активных ионов хлора (при применении хлоропарафинов), опережая процессы схватывания, на поверхностях трения образуются устойчивые пленки, а в смазочном материале маслорастворимые или твердые химические соединения, состоящие из хлоридов, фосфатов, йодидов, сульфидов и др.:

FeO + 2HCl = FeCl2 + H2O;

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O.

Высокая скорость их образования позволяет быстро восстанавливать такие пленки в местах разрушения граничного слоя базового смазочного материала, обеспечивая защитный режим трения во фрикционном контакте вплоть до температуры плавления.

Образовавшиеся адсорбированные, хемосорбированные структуры и химические соединения на поверхностях трения, обладающие относительно высокой прочностью и стойкостью, защищают их от непосредственного механического и теплового контакта, препятствуют взаимной адгезии поверхностей.

Наиболее известным препаратом этого класса является антифрикционный кондиционер металла « Energy release» («освобождающий энергию»), разработанный американской компанией Entech Corp. в рамках абсолютно закрытой программы по созданию самолета – невидимки « Stelth». Он был создан специально для турбин реактивных двигателей и других узлов и механизмов, работающих в сверхтяжелых условиях, когда обычные СМ не обеспечивали необходимых свойств.

Физико – химические исследования « Energy release», проведенные с участием Центра лазерной технологии при Институте общей физики РАН, указывают на образование на трущихся поверхностях сервовитной пленки из чистейшего железа. Методом оже – спектроскопии установлено, что толщина этой пленки составляет всего 250 Å (25 нм), что в 2000 раз меньше толщины человеческого волоса. В условиях применения « Energy release» наблюдается значительное снижение шероховатости поверхностей – с 1 до 0,01 мкм, т. е. до уровня зеркальной поверхности, что позволяет в 5…12 раз снизить износ деталей и механизмов двигателя. Результаты расчетов показали, что использование « Energy release» на серийном моторе без всяких конструктивных доработок позволяет получить прирост мощности на 5 л. с. (3,73 кВт).

В последнее время получила распространение новая американская разработка – полностью биоразлагаемый синтетический кондиционер металла второго поколения « SMT2», обладающая, к тому же, по данным фирмы – производителя, более высокими антифрикционными свойствами.

Научно – производственная компания «Автохимпроект» выпускает отечественный кондиционер металла Fenom(Феном), который в настоящее время широко известен на автомобильном рынке и входит в целую группу различных продуктов для автохимии. Название Fenomобразовано от F e– обозначение железа в таблице Д. И. Менделеева и Nom– от латинского Nomen– основа основ (имя).

Особенностью кондиционирования металла при использовании препарата Fenomзаключается в дополнительном пластифицировании поверхностей трения и формировании на них тончайших слоев, по свойствам близких к сервовитной пленке, характерной для эффекта безызносности. Это обусловлено избирательным растворением веществами кондиционера легирующих элементов конструкционного материала детали и образованием структуры, состоящей из чистого железа с включенными в него остаточными фазами углерода.

При этом контактируемые участки покрываются достаточно устойчивыми полимерными и полиэфирными структурами, создавая эффект прочной «масляной шубы», способной исключить непосредственный контакт трущихся соединений. Это позволяет существенно снизить в подвижных соединениях потери на трение и их интенсивность изнашивания, в том числе при пуске, разгоне, режимах перегрузок и т. д.

Fenomобеспечивает реальный эффект при концентрации всего 3 % от объема моторного масла, в то время как многие другие препараты подобного назначения вводятся в пропорции до 25 %, что может нарушить сбалансированный состав масла. Препарат можно заливать в двигатель, коробку передач, задний мост и т. д. в любой момент и при любом пробеге автомобиля. Рекомендуемое количество препарата для каждого конкретного агрегата указано в инструкции.

Обработку двигателя гораздо лучше приурочивать к смене моторного масла. При этом рекомендуется использовать 5–минутную промывку двигателя с препаратом Fenom, который в составе промывки не только обеспечивает защиту двигателя, но и повышает энергетику очистителя, усиливая его моющие свойства.

По данным профессиональных аналитиков, комплексное применение Fenomна всех этапах производства и эксплуатации позволяет увеличивать ресурс механизма в целом в 3…6 раз, на этапе эксплуатации – от 2 до 5 раз и получать дополнительную экономию материальных средств от 10 до 40 %.

Антифрикционные кондиционеры металла выпускаются многими известными автохимическими компаниями мира. Так, концерн Lubrichim(Швейцария – Бельгия – Испания) выпускает антифрикционную и противоизносную присадку к маслу (многоцелевой концентрат антифрикционного кондиционера металла) Auto Plus2025, предназначенную для снижения износа деталей и потерь на трение, избыточного потребления топлива, замедления окисления масла и предотвращения образования черных смолистых отложений.

Фирма SCT‑Vertribs GmBh(Германия) производит добавку в моторное масло E stocada Metall Conditioner(Торговая марка – MANNOL), предназначенную для упрочнения металлических поверхностей поршневых колец и гидрокомпенсаторов, очистки двигателя от смолистых отложений, снижения потерь на трение, повышения износостойкости деталей, снижения расхода топлива и масла, облегчения холодного пуска, оптимизации показателей выхлопа, т. е. стандартного набора функциональных свойств, присущих кондиционерам металла.

Следует иметь в виду, что применение в смазочных материалах галогенных соединений способствует образованию кислот, которые повышают кислотное число базового смазочного материала, а следовательно, и его коррозионную активность. Все это требует строгого соблюдения инструкций по применению, не допускающих превышению рекомендуемых расчетных концентраций, порядка и периодичности применения таких препаратов.