Почему всемирная победа над трением откладывается

Или как российским изобретателям смазочных материалов удалось найти CLAD и почему им мало кто пользуется

С трением каждый из нас сталкивается каждый день, занимаясь самыми простыми делами: чисткой обуви, глажкой белья, вытиранием пыли, ведь оно возникает при сопротивлении любому движению. Но если мы трение при этом не слишком замечаем, то для различных механизмов и машин в нем заключается основная проблема. Возникающий в результате трения износ деталей снижает КПД двигателей, увеличивает расход горюче-смазочных материалов, создает опасность утечки ядовитых и взрывоопасных продуктов, снижает точность и чистоту обработки изделий на станках, повышает риск поломки и возникновения аварийной ситуации. 85–90% поломок оборудования происходит именно из-за изнашивания узлов трения, и ремонт его иногда обходится дороже покупки нового.

Главный убийца металла в узлах трения – водород. При работе механизмов он интенсивно выделяется из влаги, смазочного материала, топлива и неметаллического материала трущейся пары. Перенасыщенная водородом деталь в зоне трения начинает разрушаться, и металл буквально отщепляется чешуйками: их, обильно летящие от колес, можно увидеть на земле, например если пройтись вдоль железнодорожных путей.

Самый распространенный способ борьбы с трением – смазка. В двигателе автомобиля, например, используется моторное масло, в коробке передач – трансмиссионное. Масло разделяет трущиеся поверхности, и внешнее трение деталей заменяется внутренним трением в слое масляной пленки. Но почему смазка лишь снижает разрушающую силу трения, а не отменяет ее вовсе? Для этого нужно, чтобы толщина масляной пленки была больше, чем высота микронеровностей на поверхностях деталей, чтобы масло могло полностью изолировать их друг от друга, а это не всегда возможно. Кроме того, – парадокс! – смазочный материал, разделяющий поверхности трения, не только защищает их от износа, именно он является поставщиком водорода, разрушающего поверхности. Но, как говорил герой «Кавказской пленницы», «кто нам мешает, тот нам поможет». Если не получается полностью победить трение, надо извлечь из него пользу. Каким образом?

В 1956 году в СССР доктора технических наук, профессора Д. Н. Гаркунов и И. В. Крагельский (Институт машиноведения) зарегистрировали открытие под названием «Избирательный перенос при трении (эффект безызносности)». Ученые-трибологи, изучающие работу узлов трения, обнаружили, что при трении бронзы (сплава меди) по железной поверхности на ней образуется тончайшая медная пленка, полностью защищающая металл от износа. Благодаря этому любой узел трения может работать практически вечно.

Ученым удалось создать смазочные материалы, которые не только разделяют поверхности трения, но и не позволяют водороду разрушать их металл. Наиболее простым и эффективным оказалось применение смазок и масел с растворенной медью. Такие продукты содержат ионы меди, которая в узле трения восстановится до чистого металла. Эти реагенты вводятся в виде присадок к обычному базовому маслу, а весь механизм восстановления запускается при работе узла. При пуске машины в первый момент времени узел трения от износа спасает масляная основа, при этом запускается механизм восстановления меди на поверхности деталей. А вскоре детали покрываются сплошной медной пленкой, которая способна снижать износ в разы. Но главное, что, в отличие от обычного масла, такая система является устойчивой к колебаниям условий работы. Если в процессе работы в зону трения попадет какая-либо абразивная частица, способная поцарапать поверхность и открыть путь водороду, то на этом месте сразу образуется новый слой меди. Получается, водородный износ и любые другие повреждения поверхности стимулируют образование на этом месте защитной пленки меди, которая «залечивает» существующее повреждение и защищает от последующих. При этом масляная основа теперь выполняет функции отвода тепла, выведения различных продуктов горения топлива, которые могут сюда попадать, а также подвода новых ионов меди. Смазочные материалы, которые стимулируют омеднение поверхностей трения, называются металлоплакирующими.

Эта технология медного клэддинга получила название CLAD (Cuprum Lining Antiwear Defense) . За ней будущее, она позволяет увеличить сроки службы машин и механизмов в сотни и тысячи раз, при этом еще и снижается потребление топлива. Технология делает мечту человечества о дальних галактических полетах реальностью, так как на космическом корабле можно будет иметь узлы трения механизмов, которые не изнашиваются во время работы.

По опубликованным данным, CLAD позволяет при создании узлов трения уменьшить их вес и габариты на 15–20% за счет большей (в 1,5–2 раза) нагрузочной способности пар трения, существенно повысить коэффициент полезного действия машины (например, для глобоидного редуктора с 0,7 до 0,85, а для пары «винт – гайка» с 0,25 до 0,5) и, соответственно, сократить расход электроэнергии, повысить надежность и увеличить срок службы машин и межремонтные сроки. И за счет этого значительно (до двух раз) сократить затраты труда, времени, энергии на приработку и обслуживание машины, уменьшить примерно в 2 раза расход смазки.

В России эти уникальные по своим свойствам масла и смазки с 2012 года выпускает наша группа компаний «Куппер». Наши специалисты стояли у истоков создания металлоплакирующих смазочных материалов и почти за 30 лет работ по созданию и внедрению технологии защиты от износа накопили огромный опыт в изготовлении всей линейки масел и смазок. Инновации, внедренные в продукцию Cupper (идея бренда заключена в словах Cuprum Performance – преимущества меди) , уже много лет успешно применяются, например, в самых различных технических видах спорта. Наши масла и смазки уже помогли отдельным спортсменам и целым командам стать чемпионами России, Европы и мира.

А теперь – внимание – вопрос: если технология медного клэддинга действительно работает, почему она до сих пор не применяется во всех машинах и механизмах мира, где есть трение?

Да вот именно потому, что она действительно работает. Ведь всей рыночной цепочке, которая стоит между изобретателем безызносного масла и его потребителем, экономия совершенно не нужна. Снижение расхода масла наносит ущерб интересам работников сервиса, которые получают доход от его замены. Не нужно долго работающее безызносное масло и продавцу – ему требуется товар, который покупают как можно чаще. Так что снижение износа бьет по сервису, продавцу и изготовителю запчастей. «Вечный» автомобиль – это вообще ночной кошмар любого автопроизводителя. При таком конфликте интересов трудно ожидать, что эффект безызносности найдет теплый прием у всех заинтересованных сторон.

Чтобы это произошло, на смену нынешней мировой экономической модели, которая основана на постоянном расширении потребления, должна прийти новая «экономика замкнутого цикла», в которой экономия ресурсов будет действительно цениться.