 |
|
|
Л.И. Погодаев
МИФЫ И ПРАВДА О ПРЕПАРАТАХ ER И ФЕНОМ
В настоящее время активно развиваются и непрерывно совершенствуются две субстанции – фармокология и автохимия. Несмотря на то, что продукция первой предназначена организму человека, а материальные достижения второй – машине, между этими областями человеческой деятельности имеется много общего. Общее заключается в том, что продукция в обоих случаях красиво упаковывается и сопровождается рекламой о свойствах препаратах, способах применения и результатов воздействия на живые и неживые объекты. Несмотря на то, что в обоих случаях могут быть как положительные результаты, так и отрицательные (летальные) исходы, рекламные проспекты всегда мажорные. Было бы несправедливо охаивать любые достижения и продукты фармакологии и автохимии. Тем не менее, во многих случаях настораживает поразительное сходство в терминологии, применяемой для объяснения механизмов действия препаратов на человека и на машину. Например: «кровь является средством доставки препарата к больному месту; препарат сам находит больные места (клетки), активно обволакивает их и уничтожает (т.е. рассасывает, съедает, восстанавливает живые клетки и т.п.)». Пациент сразу чувствует благотворное действие препарата, у него исчезают припадки (при эпилепсии), удушье (при астме), суставы приобретают гибкость и подвижность (при артрите и остеохондрозе) и т.п. В области автохимии, в случае использования, к примеру, различных добавок (присадок) к смазочным материалам, находим: «при использовании рекомендуемых фирмой присадок к моторным маслам присадка становится лекарством, она использует масло как средство доставки ее к узлам трения, где она самостоятельно находит больные места, покрывает их специальной, например, сервовитной пленкой, залечивает микродефекты, съедает выступы шероховатостей, делает поверхность трения более гладкой и твердой, восстанавливает деталь до прежних размеров, увеличивает сроки межремонтного пробега автомобиля, снижает коэффициент трения деталей ЦПГ и шероховатость в несколько раз, уменьшает угар масла и расход топлива, увеличивает компрессию, улучшает процесс сгорания топлива в цилиндрах и снижает выброс токсичных газов в атмосферу и т.п.». Очевидно, что ограниченность физических моделей и скудность «научных» описаний трибологических явлений связана с отсутствием знаний и опыта, а смелость или, если хотите, наглость заявлений рекламодателей, продиктована условиями фактически бесконтрольной рыночной экономики. Ниже предпринята попытка дать краткое объяснение причин ограниченности моделей, и на конкретном примере показать, что скрывается в действительности под назойливой и часто необъективной рекламой автохимической продукции. Знания и опыт в области трибологии по крупицам накапливаются в течение многих десятилетий. Трудность моделирования разнообразных процессов трения и изнашивания, создания достоверных физических моделей, методов и средств решения конкретных трибологических задач связана с высокой степенью их сложности, с необходимостью привлечения знаний из различных дисциплин: из собственно трибологии, материаловедения, термодинамики, физики, химии, гидромеханики, прочности, деталей машин, машиноведения, ДВС и т.д. Специалистов-универсалов, достаточно уверенно ориентирующихся в перечисленных областях науки и техники и успешно решающих непростые трибологические задачи, в мире единицы, они для этого созревают лишь к 50-70 годам своей жизни, да и то при условии непрерывной и напряженной творческой работы. В связи с этим сложные вопросы трения, изнашивания и смазки пытаются решать однобокие специалисты – дилетанты, часто имеющие даже ученые степени по одной из перечисленных выше специальностей, но в то же время не застрахованные от неверного толкования давно известных фактов и принципов, вызванного в основном с недостатком опыта и прочных, скорее даже – правильных знаний в смежных областях науки и техники. Физические модели процессов, происходящих в трибосопряжениях, в представлении этих дилетантов – «трибологов» как правило примитивны и до неприличия однообразны (у всех: спасающие жизнь сервовитные пористые пленки, безызносность, внедрение в структуру деталей часто выдуманных субстанций, снижение потерь мощности на трение, повышение долговечности деталей и т.п.). Эти «трибологи» не способны выйти из замкнутого круга, набивших оскомину банальных представлений о работе трибосопряжений, смазке и смазочных материалах, часто противоречивых и не имеющих ничего общего с многообразнейшими и сложнейшими механо-физико-химическими процессами, происходящими в зонах трения деталей, непрерывно изменяющимися вслед за изменением режимов трения, термодинамических условий в зоне контакта, температуры, давления, энергии активации химических реакций, процессов адсорбции, хемосорбции и многих других явлений. Смелость некоторых творцов автохимической продукции и рекламодателей заключается в том, что в подавляющем большинстве случаев рекламы смазочных композиций (СК), представляющих собой смесь масла с дополнительными добавками, сверх тех многофункциональных присадок, которые изначально присутствуют в маслах, в частности, в моторных, дается практически полный перечень перечисленных выше положительных эффектов, которые якобы можно реализовать на практике, если в ваш двигатель влить, вмазать, втереть, вмешать и т.п. рекомендуемый «уникальный» препарат, достойный упоминания в книге Гинесса. Обратите при этом внимание на благозвучность и победоносность многих названий препаратов – добавок к маслам: Lubrifilm Diamond (алмазная смазка), Феном, Форсан, Живой металл, Униплак, Форум, Универсальный модификатор, СуперМЕТ, Малиновое озеро, Победитель трения (ER – освободитель энергии) и т.п. В перечисленных и в других подобных названиях можно было бы и не усмотреть предвзятости и гиперболизации своей продукции, если бы эффекты от использования последней соответствовали щедрым обещаниям людей кровно (точнее – денежно) заинтересованных в ее продаже. К сожалению, действительность далеко не всегда соответствует щедрым обещаниям рекламодателей. Чаще всего степень указанного соответствия значительно скромнее. В качестве конкретного примера ниже приведем результаты обширных экспериментальных исследований и стендовых испытаний, проведенных с целью оценки эффективности влияния СК с добавлением препарата ER, а также его аналога – препарата Феном, на работоспособность трибосопряжений и эксплуатационные характеристики двигателей. Приведем сначала выдержки из Технического заключения, утвержденного начальником Исследовательского центра Генерального департамента развития ОА АВТОВАЗ Л.М. Триндюком, по результатам комплексных испытаний препарата Energy Release (ER) производства «Entech corp.» (США). Комплексные стендовые испытания по оценке влияния СК (масло «Самойл» - антифрикционные и противозадирные свойства СК при граничном трении улучшились на 25…50 %; - износ поршневых колец и втулки цилиндра уменьшился соответственно в 1,27 и 4 раза; -потери мощности на трение в двигателе снизились на 10…22 %; - удельный расход топлива снизился: при частоте вращения вала, равной 1500 об/мин, на 2 %, а при 2500 об/мин – на 13%; - компрессия возросла (в среднем по цилиндрам) на 4%; - качество масла мало изменилось; ухудшились лишь его моющие свойства. Приведенные выше результаты комплексных испытаний можно дополнить отдельными данными, опубликованными за последние 2 года в газете «Совершенно секретно»: использование СК с добавкой ER и ее отечественного аналога – присадки Феном, уменьшает коэффициент трения пары сталь-чугун в сравнении с базовым вариантом на 9…12 %, износ на 20 % (при испытаниях на машине трения МИ-6) и на 46 % (при испытаниях на машине трения СМТ). Как видно, дополнительные данные не расходятся с соответствующими результатами АО АВТОВАЗа. Никакой сенсации приведенные выше результаты испытаний СК с присадками ER и Феном не представляют и мало отличаются от осредненных результатов обширных стендовых и эксплуатационных испытаний СК с наиболее известными добавками, выполненных в крупнейших научно-технических центрах страны. Лучшие добавки обеспечивают экономию топлива в пределах 5…8 %; увеличивают мощность двигателя на 2…6%, повышают ресурс деталей в 1,5…4 раза снижают уровень шума и вибраций до 6 дБ [«Автомикс», № 35, 24-30.09.1997, г.Самара]. Сравнивая приведенные выше данные о влиянии СК с добавкой ER на эксплуатационные характеристики двигателя, а также на износ и антифрикционные свойства пар трения, изготовленных из черных металлов, с соответствующими данными, полученными в результате многолетних комплексных испытаниях трибосопряжений (чугун – гальваническое хромовое покрытие) при использовании СК с 19 [2-11] и 14 [12] наиболее известными и усиленно рекламируемыми различными отечественными и зарубежными присадками, оказалось возможным убедиться в их банальности, поскольку ни по одному показателю эти данные сколько-нибудь существенно не превзошли соответствующие характеристики, полученные при использовании СК с целым рядом зарубежных и отечественных присадок. В качестве примера приведем некоторые результаты сравнительных испытаний [2, 11, 12] (табл.) Согласно данным, приведенным в таблице, использование СК с присадками ER и Феном увеличивают износ ролика из СЧ в сравнении с базовым вариантом в среднем на 12%, а износ образца с гальв. Cr покрытием соответственно на 104 и 186%, т.е. примерно в 2 и 3 раза при близких значениях Ra и Т оС. В то же время СК с присадкой XER2 (США) по влиянию на износостойкость и температуру трибосопряжения намного превосходят СК с ER и Феном. По износостойкости – в несколько раз, особенно для образца с гальв. Cr, где преимущество добавки XER2 составило 530 %. Этот результат бесспорно можно считать заслуживающим внимания, особенно в связи с прямо противоположными рекламными заявлениями специалистов, заинтересованных в сбыте препарата ER и Феном. Таблица Результаты сравнительных испытаний пары трения СЧ-Cr гальв.
Теперь попробуем ответить на вопрос: почему не состоялась обещанная потребителям и неоднократно повторяемая в разных изданиях, к сожалению, никем не рецензируемых, очередная «сенсация» века. Нисколько не умаляя заслуг творцов препаратов ER в США и Феном в России в деле повышения эффективности эксплуатации автотранспорта, необходимо указать на то обстоятельство, что эти препараты созданы для трибосопряжений, состоящих из черных металлов, где они и проявляют себя в целом с положительной стороны. В парах трения: сталь (чугун) – цветные металлы и их сплавы, разнообразные покрытия на основе меди, никеля, алюминия и т.д., использование СК с присадками ER и Феном очевидно окажется значительно менее эффективным [13], а для пары трения СЧ (сталь) – гальваническое Cr покрытие, как показано в работах [2-12] и в приведенном выше примере (см. табл.) в жестких условиях нагружения является вредным. Такой вывод можно сделать на основании анализа результатов исследований влияния СК с добавками ER и Феном на работоспособность различных трибосопряжений, что существенно ограничивает сферу использования СК с указанными добавками в технике. Поэтому при централизованных системах смазки в двигателях следует учитывать влияние СК с агрессивными добавками ER и Феном на подшипники коленчатого вала и шатуна. Чтобы пояснить причину столь серьезного ограничения области применения препаратов ER и Феном целесообразно вкратце раскрыть механизм их воздействия на рабочие поверхности различных пар трения. Начнем с ознакомления читателей с точками зрения авторов многочисленных заметок в газете «Совершенно секретно» за последние 2 года на механизм действия присадок на стальные (чугунные) детали. Очень интересно пишет об этом зав.отделом НИИ Физпроблем РАН Президент фирмы AGA, господин А.Г. Аптекман в своих многочисленных газетных интервью ничего нового к этому не добавил, тем не менее отметил, что… «ER – признан научной сенсацией века, он порождает ионы железа, которые при повышении температуры до 40-60 оС начинает внедряться в структуру любого железосодержащего материала; при этом коэффициент трения снижается с 0,082 до 0,02», т.е. примерно в 4 раза. Более важным откровением А.Г. Аптекмана явилось утверждение о том, что… «ER через 1000 км практически полностью переходит в поверхности трения железосодержащих сплавов». Это по логике изложения должно означать полное истощение СК, т.е. превращение ее в чистое масло, не содержащее присадки ER. И это уже после 1000 км пробега автомобиля Итак, исходя из физической модели В.Беклемишева, уточненной А.Г.Аптекманом, следует, что в исходном состоянии ER содержит железоорганические соединения, которые образуют в растворе ионы железа. Надо полагать, что ионы железа под влиянием термоэлектродвижущей силы, возникающей в зоне трения, перемещаются к поверхности стальной или чугунной детали (к катоду) теряют свой заряд и осаждаются на ней в виде атомов железа, покрывая через некоторое время поверхности трения тончайшей железной пленкой. Для этого, чтобы процесс осаждения железа «пошел», необходим предварительный подогрев зоны трения не менее, чем на 40…60 оС. Для того чтобы понять, что происходит в зоне трения в присутствии СК с ER, не надо обращаться к специальной литературе. Все значительно проще: в зоне трения происходит известный процесс электролитического железнения (ЭЖ) поверхности деталей. Как известно, при ЭЖ одна деталь является катодом, а другая – анодом. На катоде осаждается металл, на поверхности анода идет процесс растворения металла и может быть реализован процесс анодного полирования детали. Как раз об эффекте анодного полирования пишет В.Беклемишев, когда шероховатость поверхности детали в присутствии препарата ER снижается с 1,0 мкм до 0,01 мкм, т.е. ровно в 100 раз. Однако то, что физика приводит в восторг, триболога, наоборот, не обрадует, так как он знает, что на полированной поверхности смазочный слой не держится и что существует оптимальная шероховатость, обеспечивающая повышенную работоспособность конкретного трибосопряжения. Что же касается «сервовитной» пленки толщиной ~ 250 (0,025 мкм) из «чистейшего» железа, то ее толщина сопоставима с шероховатостью поверхности детали после хонингования (Ra = 0,04…0,02 мкм) и после осаждения на поверхность трения она даже не способна полностью покрыть собой выступы шероховатости. Интересно заметить, что острота выступов шероховатости на пожелезненной поверхности может снижаться вследствие приработки, особенно в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ), а также вследствие неизбежного окисления железной пленки, изменения ее проводимости и, как следствие: возникновения инверсии термотока, превращения катода в анод и последующего анодного растворения выступов шероховатости. Эффекты, связанные с инверсией термотока, можно рассматривать как проявление самоорганизации трибосистем. Теперь ответим на основной вопрос: в чем же состоят плюсы и минусы, связанные с использованием СК с присадками ER и Феном? Положительное влияние на трибосопряжения заключается видимо в том, что может заметно улучшиться морфология или геометрия сопряженных деталей на микро- и мезомасштабном уровнях. Это может улучшить условия работы слоя смазки и способствовать реализации режимов полужидкостного и даже жидкостного трения. В условиях граничного трения положительные качества СК с ER значительно скромнее (см. табл.). Более того, предотвратить схватывание поверхностей трения, на одной из которых присутствует слой «чистейшего» электролитического железа, не сможет и сам Господь-бог, если ему не помогут окисные пленки и, возможно, некоторые неорганические соединения, возникающие в результате разложения железоорганических веществ и последующих реакций продуктов разложения с материалом поверхности трения, т.е. с железным покрытием [14, 15 и др.]. Сравнения показывают, что работающие по аналогичной схеме маслорастворимые органические соединения молибдена или цинка в условиях граничного трения более эффективны, чем железоорганика. Все это основательно исследовано в нашей стране и за рубежом [11-18]. В чем же заключаются минусы применения СК с присадками ER и Феном? Эти минусы, по нашему мнению, заключаются в следующем. 1. Как известно, любые процессы электролитического осаждения металлов (цинка, кадмия, хрома, железа и т.д.) происходят в электролитах. Точный состав раствора, выполняющего роль электролита в СК с присадками ER и Феном известен, видимо, только изобретателям присадок и СК. В то же время можно предположить, что этот раствор ухудшает моющие свойства СК. В качестве электролита при железнении могут служить ПАВ (спирты и кислоты). Важно заметить, что процесс диссоциации с образованием ионов железа может происходить непосредственно на поверхности трения и при отсутствии внешнего источника тока (за счет разности потенциалов и трибо э.д.с.). 2. Интенсивное разрушение поверхности нежелезных деталей в трибоспряжениях в присутствии СК с присадкой ER вследствие анодного растворения. При испытании пары трения серый чугун – гальваническое хромовое покрытие (плотное, блестящее – с поршневых колец ДВС фирмы Зульцер) в сравнительно жестких условиях нагружения, воспроизводящих условия работы компрессионных колец судовых ДВС, скорость изнашивания блестящего Cr покрытия возросла в 6,3 раза, а пористого (молочного) покрытия увеличилась в 8 раз по сравнению с износом этих пар трения в базовом варианте, т.е. при работе на масле ShellX100 без добавки ER [2-10]. В наших опытах соврешенно гладкая поверхность образцов с качественным Cr покрытием под воздействием СК с присадкой ER через некоторое время приобретала канальчатый вид, характерный, как известно, для технологии пористого хромирования, когда за счет изменения направления тока происходит избирательное анодное растворение хромового покрытия (рис.) Аналогичный характер разрушения Cr покрытия был обнаружен и в менее жестких условиях граничного трения [12].  Рис. а – базовая поверхность хромированного кольца; б – поверхность хромированного кольца после работы в присутствии «победителя трения» (ER)
Конечно, можно было бы даже похвалить присадку ER за ее художественные шалости, учитывая, что создаваемый ею маслоудерживающий рельеф может оказаться полезным для трибосопряжений, но при условии прекращения процесса разрушения покрытия после образования оптимального рельефа. К сожалению, это сделать невозможно и процесс послойного разрушения покрытия протекает так интенсивно, что через 10 часов работы трибосопряжения покрытие толщиной 400 мкм под воздействием СК с ER полностью разрушается [2]. Аналогичные результаты были получены в Новосибирской гос. академии водного трансп. (НГАВТ) [13], где исследовали влияние СК (масло М10В2 + Феном) на работоспособность пары трения сталь 45 – алюминиевый сплав А020-01. В процессе испытаний образец из алюминиевого сплава катастрофически разрушался. С увеличением температуры в зоне трения процесс разрушения усиливался. При повышении температуры с 50 до 70 оС коэффициент трения в сравнении с fтр штатной пары (масло без ER) увеличился примерно в 2 раза. При этом поверхность трения приобретала вид, характерный для анодированного алюминия. Теперь давайте поинтересуемся, что писали о препарате ER специалисты-исследователи в Самарской газете «АвтоМикс» № 35 в сентябре 1997 г. На основании результатов критического анализа нескольких десятков откликов водителей и собственных исследований они писали, что препарат ER можно добавлять в моторные и другие масла в сравнительно легких условиях работы трибосопряжений ЦПГ, при сравнительно невысоких контактных давлениях и температурах, т.е. в основном для молодых движков. СК с ER они рекомендуют также для автоматических коробок передач и гидроусилителей рулевого управления. Для пожилых движков с пробегом более 45 тыс.км предпочтительнее в СК добавлять металлоплакирующие присадки, например, РиМЕТ, который лучше работает при жестком граничном трении, высоких давлениях и температурах и не только в ЦПГ, но также и в дифференциалах повышенного трения. Анализируя приведенные рекомендации, нетрудно придти к выводу о том, что они полностью согласуются с рассмотренными выше предполагаемыми механизмами воздействия СК с добавками ER и Форум на трибосопряжения с возможными побочными негативными эффектами. Ознакомившись с разработками в области СК, выполненными за последние годы специалистами ВМПАВТО (СПб), убедимся что, для молодых и старых двигателей можно рекомендовать модифицированный препарат РЕСУРС, который в СК одновременно проявляет положительные качества реметаллизантов и модификаторов трения. РЕСУРС можно добавлять в СК, предназначенные для смазки деталей ЦПГ, дифференциалов повышенного трения, механических коробок передач. Следует отметить, что в отличие от примеров и ограничений, приведенных выше в связи с использованием препарата ER, поршневые кольца и подшипники скольжения в двигателях могут быть изготовлены из любых материалов с самыми разнообразными покрытиями. В заключение уместно задать вопрос, а что же происходит в трибосопряжении после однократного применения присадки ER, т.е. после замены масла. Те же спецы из Самары пишут, что ничего не происходит и при свежем масле, трибосопряжение начисто забывает о том, что его посещала присадка ER – «научная сенсация XX века». С одной стороны это хорошо, т.к. можно затем использовать СК с любыми присадками, а с другой стороны – обидно: при такой-то рекламе… полное отсутствие сколько-нибудь положительных последствий, все слил – обо всем забыл и никакой сенсации. Хотелось бы посоветовать глубокоуважаемому президенту фирмы AGA подкорректировать состав присадок ER и Феном с целью расширения условий их использования, например для работы трибосопряжений из черных металлов при повышенных давлениях и температурах, а также для обширной номенклатуры опор скольжения, составленных из частично или из полностью нежелезных деталей. Погодаев Л.И. (профессор Санкт-Петербургского Государственного Университета водных коммуникаций, заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук, действительный член Академии транспорта РФ). ЛИТЕРАТУРА
3-5. Погодаев Л.И., Чулкин С.Г., Дудко П.П., Кузьмин В.Н. Структурно- 3.Ч.1. Структурно-энергетическая модель изнашивания // Трение и износ. Том 22, № 2, 4.Ч.2. Результаты лабораторных испытаний // Трение и износ. Том 22, № 4, 2001. 5.Ч.3. Результаты стендовых испытаний // Трение и износ. Том 22, № 4, 2001. 6. Погодаев Л.И., Дудко П.П., Кузьмин В.Н. Влияние смазочных композиций с 7. Погодаев Л.И., Дудко П.П., Кузьмин В.Н. Износостойкость пар трения «серый 8. Погодаев Л.И., Дудко П.П., Кузьмин В.Н. Оценка влияния присадок к маслу на
живой металл – “научная” сенсация века
В последнее время в газетах типа «Автостоп» [1] и журналах «Пятое колесо», «Пикап» [2] и т.п., рассчитанных на широкий круг читателей, особенно на тех кто имеет отношение к эксплуатации автомобилей, регулярно появляются сообщения рекламного характера о якобы уникальных свойствах смазочных композиций, состоящих из моторных масел, пластичных и других смазок с добавлением так называемых геомодификаторов или модификаторов трения (ММТ). Так, например, в одном из последних номеров журнала «Пикап» [2] в тенденциозной статейке «живой металл» (без указания фамилии автора) сообщается, что пару лет назад в Петербурге появилась «этакая жидкость, которая может потянуть на научную сенсацию века» (авт.) Далее автор пишет, что эта суспензия, т.е. «живой металл» (ЖМ), не является присадкой к маслу, а использует масло всего лишь как средство доcтавки ЖМ к узлам трения [2]. Пытаясь выяснить состав ЖМ, находим в приложении к газете «Автостоп» [1] следующее: «основа ЖМ – это минералы группы серпентина + легирующие добавки (редкоземельные металлы: вольфрам, ниобий, тантал, ванадий и др.) + гомогенно-гетерогенные катализаторы». Попробуем оценить предлагаемую в газете основу ЖМ по новизне и по соответствию здравому смыслу. Смазочные композиции (СК) на основе пластичных смазок с добавлением тонкодисперсных серпентинитов были всесторонне исследованы в 1987-90 гг. в институте «Механобр». Заключительные натурные испытания смазок с добавками ММТ, а также работа инструментов в породах, содержащих серпентиниты, выявили не менее чем двукратное повышение ресурса подшипников колёсных пар шахтных вагонеток, шарошечных долот буровых станков и редукторов трамвайных тележек [3]. Следует обратить внимание на весьма жёсткие условия работы трибосопряжений. В связи с «легирующими» добавками авторов ЖМ [1] следует поздравить с новой «научной» сенсацией века, превративших вольфрам, ниобий, тантал, ванадий и др. металлы в редкоземельные элементы, т.е., согласно периодической таблице элементов Д.И.Менделеева, в лантаноиды, обозначенные в таблице номерами с 57 (лантан) по 71 (лутеций). Такого же, право, ещё не удавалось никому, ни средневековым алхимикам, ни современным физико-химикам. Если это волшебное превращение одних элементов в другие считать второй «научной» сенсацией века, то третьей сенсацией века следует считать «успешное» легирование авторами ЖМ [1] поверхности деталей в процессе трения перечисленными выше тугоплавкими металлами, которые естественно могут содержаться в отвалах горно-металлургических комбинатов. Однако легирование сплавов до сих пор производится в процессе их выплавки и разливки, но вот чтобы легировать металл в зоне трения путём втирания в него суспензии, содержащей тугоплавкие элементы, пока ещё никому не удавалось. Ясно, что обещанное в [1] легирование поверхностей трения тугоплавкими элементами при температурах не превышающих 150°С является не чем иным, как втиранием очков. Возможно, что авторы ЖМ спутали легирование с диффузионным насыщением поверхности трения, которое называется вольфрамированием, ванадированием, хромированием и т.д., то и здесь их следует огорчить, поскольку |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
© GEO21BEK |