С трением связана одна из самых острых проблем современности — износ машин и механизмов. Расходы на восстановление машин в результате износа огромны, причем ежегодно они увеличиваются. Машины, эксплуатируемые в строительной индустрии, выходят из строя в основном (85-90%) в результате износа их подвижных деталей. Помимо затрат на их ремонт при износе, увеличивается расход топлива, смазочного материала и запасных частей. Увеличение срока службы машин и оборудования даже в небольшой степени равноценно вводу новых производственных мощностей.
Применительно к строительному оборудованию эта проблема наиболее актуальна, поскольку в данной отрасли узлы трения работают в присутствии абразивных материалов, коррозионных сред. До последнего времени генеральным направлением по борьбе с изнашиванием в машиностроении было повышение твердости трущихся поверхностей деталей. Было разработано большое количество методов повышения твердости, путем термической и химико-термической обработки, нанесением различных покрытий, однако наиболее перспективным методом борьбы с износом является метод, основанный на применении эффекта безызносности. Этот эффект связан с формированием на поверхности трения тончайших пленок меди и других мягких металлов и позволяет в некоторых случаях добиться минимального износа.
Образующаяся пленка мягкого металла на поверхности трения заполняет микронеровности и резко увеличивает фактическую площадь контакта, что приводит к такому же резкому снижению давления, что влечет за собой снижение температуры в зоне контакта. Прочно сцепленная с поверхностью металла пленка меди легко подвижна, пластична и имеет квазикристаллическую структуру, напоминающую расплав. Она пропускает микронеровности трущихся поверхностей и смыкается после прохода этих микронеровностей. Поскольку толщина медной пленки превышает высоту микронеровностей, то процесс трения локализуется в этой пленке. Это приводит к снижению износа в десятки раз, а коэффициента трения в сотни раз.
Эффект безызносности в узлах трения достигается благодаря вводу в зону трения масел с присадками, содержащими металлические компоненты. Авторами была разработана и исследована металлоплакирующая присадка. Присадка представляет собой стеарат меди насыщенных и ненасыщенных жирных кислот растительных масел. Медь в стеарате находится в виде комплекса, который разрушается с выделением химически чистой меди только в зоне трения, где присутствуют нормальные и сдвигающие нагрузки и повышение температуры. Химически чистая медь очень активна и практически мгновенно восстанавливается на металлических поверхностях деталей узлов трения, предотвращая непосредственный контакт пары трения.
Присадка хорошо растворима в минеральных и полусинтетических маслах, не выпадает в осадок и не задерживается фильтрами.
Исследование триботехнических характеристик масла с разработанной присадкой проводилось на машине для испытания материалов на трение и износ модели СМТ-1. (АО «Точприбор» г. Иваново). Испытания проводились по схеме «диск — частичный вкладыш», с коэффициентом взаимного перекрытия 1:12.
Момент трения на валу (вращающегося диска) фиксировался с помощью бесконтактного индуктивного датчика с последующим пересчетом коэффициента трения.
Образцы и контртела изготавливались из стали 45 (ГОСТ 1050) с последующей закалкой до HRC 48-50. При исследовании износостойкости образца в присутствии разработанной присадки режимы трения были выбраны усредненными, применительно к режимам работы узлов трения машин и аппаратов стройиндустрии. При этом скорость скольжения диска по образцу составляла 1 м/с. Нагрузка при испытаниях повышалась ступенчато до резкого повышения момента трения, путь трения при смазке маслом с присадками составлял 30 километров. Смазочная композиция вводилась в зону трения капельным способом — 8 — 10 капель в минуту.
Влияние на коэффициенты трения оптимального количества присадки в масле И-40, сравнительно с маслом без присадки, приведем на рисунке 1.
Можно отметить качественное улучшение триботехнических показателей базового масла после введения в него присадки, результатом чего является снижение коэффициента трения в 5 — 10 раз.
Одновременно с определением коэффициентов трения проводилось измерение линейного износа методом "искусственных баз" (метод отпечатков). Отпечатки наносились на твердомере ТКС — 1 М коническим твердосплавным индентором с углом при вершине 120 °. Изменение диаметров отпечатков определялись с помощью микроскопа МБС — 10. Исследования показали, что износ образцов при трении в масле с разработанной присадкой, был в 80 раз меньше, чем в базовом масле.
Профилографирование поверхности трения образцов после изнашивания в базовом масле и том же масле с присадкой показало, что практически все микронеровности исчезли, произошло «самозалечивание» поверхности трения, что и объясняет резкое снижение коэффициентов трения и износа.
Разработанная присадка может найти широкий круг применения, включая и строительную технику. Эксперименты выявили, что триботехнические показатели значительно превосходят показатели других металлоплакирующих присадок. Относительная дешевизна изготовления и простота применения также является достоинством присадки.