В качестве основы (и в определенной степени растворителя) в геомодификаторах, например в ГТМ, используется осветительный керосин ГОСТ 10227—88 (38,5 % по объёму) в полусинтетическим моторном масле 10W-40 (60 %).
В ряде работ предлагается для повышения эффективности образования геомодификаторами керамических защитных покрытий в качестве дисперсионной среды дополнительно к силикатам металлов (антигорит — естественный силикат магния, ревдинскит — минерал, смесь силикатов магния и никеля и др.), измельченным до размера зёрен от 1 до 10 мкм, добавлять мономеры с непредельными связями (диметиловый эфир малеиновой кислоты, пропиоловая кислота и др.).
В основе метода лежит способность этих составов при определенных условиях диффундировать в глубину приповерхностного слоя металла атомов углерода, вызывая образование упрочняющих его дислокаций (возникновение «булатного» эффекта). Базой для этих препаратов служат синтетические порошки оксидов металлов — катализаторов. Их основой являются следующие серпентинизирующие ультрабазиты: амфибол, биотит, ильнетит, магнантит, коротковолокнистый асбест, лизоргит, пирротин, петрандит, серпентин, тальк, альфа, орто— и клинохризотил, халькопирит и т. д. Кроме того, в состав триботехнических смесей могут входить такие минералы, как каолинит, доломит, графит, шунгит.
В последнее время на рынке геомодификаторов появились препараты с новыми минеральными компонентами — бёмитом и цеолитом.
Минерал бёмит, названный по имени немецкого ученого — минералога XX века И. Бёма, в чистом виде в природе встречается довольно редко. Диаспор и бёмит, Al2O3. Н2О и AlO(OH), — полиморфные разновидности одноводного оксида алюминия, находятся в природе в составе бокситов в кристаллической и скрытокристаллической формах. При температуре около 500 °C диаспор и бёмит теряют кристаллизационную воду, превращаясь в безводный глинозем.
Бёмит — минерал из группы окислов и гидроокислов металлов (по имени немецкого минералога XX века И. Бёма (J. Böhm)), применяемый для изготовления ряда ремонтно — восстановительных препаратов автохимии.
Промышленностью налажено производство очень дешевого нанодисперсного искусственного бёмита. Исследования, проведенные в ГНУ ГОСНИТИ по применению синтезированного нанокристаллического бёмита в качестве добавок к смазочным материалам, показывают возможность повышения ресурса деталей и уменьшения трения в процессе эксплуатации на 30…33 %.
Цеолиты — минералы из группы водных алюмосиликатов щелочных и щелочноземельных элементов. В 1756 году Ф. Кронштедт обнаружил увеличение объема образца, сопровождающееся выделением воды из минерала стильбита (гидратированные силикаты алюминия) при нагревании. Поэтому он и ввел термин «цеолит» (в переводе с греческого «кипящий камень»). Оказалось, что подобным свойством обладают и другие минералы этого семейства: клиноптилолит, морденит, фожазит, шабазит. В отличие от кристаллогидратов (серпентинов и бёмита), также выделяющих значительное количество воды при нагреве, цеолиты поглощают и выделяют не только воду, но и другие молекулы без изменения кристаллической структуры.
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/х может 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 °C.
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 °C.
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.
