Технология, свойства, применение.

Триботехнические составы ФОРСАН применяются в различных областях техники уже более десяти лет. Накопленная за это время информация, а также результаты проведенных исследований позволяют описать процессы, происходящие в узлах трения при обработке их ФОРСАН и дальнейшей эксплуатации. Следует заметить, что данный материал относится только к «Силикатно–керамическая композиция Форсан»» ТУ 0254-001-58075244-2005 (05.03.2006), сертификат соответствия № РОСС. RU.АЯ46.Н35822.

Прежде всего, определим, что подразумевается под понятием «триботехнический состав» (ТС). ТС - это состав, который при внесении его в зону трения коренным образом изменяет протекающие там процессы за счет изменения свойств контактирующих поверхностей. Таким образом, ТС не является смазкой, т.е. веществом, разделяющим поверхности трения. Не является ТС и модификатором смазки, поскольку функцией модификаторов является изменение свойств смазки или изменение ее взаимодействия с поверхностями трения (например, удержание смазки на поверхности путем создания на ней пористых или волнистых структур). Отличительной особенностью ТС является то, что по завершении необходимых процессов, не требуется его дальнейшее присутствие в узле трения, в отличие от смазок, присадок к ним и модификаторов, концентрацию которых в узлах трения необходимо поддерживать постоянно.

Обратимся теперь к процессам, протекающим в зоне трения при наличии в ней ТС. Условно их можно разделить на три фазы:
- активирование ТС и поверхностей в зоне трения;
- диффузия ТС в поверхностные слои металла;
- диффузия ТС из поверхностного слоя вглубь металла.

Рассмотрим эти фазы подробнее.

Фаза 1
В зоне трения, в микрообъеме пятна контакта действует давление до 1000 МПа. Мелкодисперсные частицы ФОРСАН попадают со смазкой в зону трения, где подвергаются воздействию этого давления. В результате кристаллы ФОРСАН разрушаются, образуя активные радикалы. Одновременно происходит микрошлифование контактирующих поверхностей кристаллами ФОРСАН, имеющими более высокую твердость. При этом с поверхности металла удаляются окисные пленки и т.п., таким образом, поверхность «активируется».

Фаза 2
Вторая фаза процесса начинается, когда в зоне контакта образуется достаточная концентрация активированных частиц ФОРСАН и появляется активная поверхность. Под действием контактных нагрузок активированные частицы ФОРСАН диффундируют в кристаллическую решетку стали с образованием твердых растворов. Диффузии способствует направленное действие высокой (на уровне предела текучести) нагрузки, а также сходность параметров кристаллических решеток составляющих ФОРСАН и стали.

В результате на поверхности образуется металлокерамический слой, органически связанный с поверхностным слоем стали. Твердость поверхности существенно увеличивается, прекращается ее абразивный износ. Вторая фаза продолжается до тех пор, пока вся поверхность металла в пятне контакта не будет насыщена ФОРСАНом. О ее завершении можно судить по резкому снижению коэффициента трения, и, следовательно, температуры узла трения. По окончании этого этапа остаток ФОРСАН удаляют из механизма.

Фаза З
В процессе дальнейшей эксплуатации механизма ФОРСАН из поверхностного слоя под действием контактных нагрузок диффундирует вглубь кристаллической решетки стали. При этом происходят изменения в структуре как поверхностных, так и более глубоких слоев. Процесс заканчивается с образованием стабильной кристаллической структуры поверхностных и подповерхностных слоев. В некоторых случаях количества ФОРСАН, внедрившегося в поверхность, оказывается недостаточно для полного завершения процесса, тогда требуется дополнительное внесение ФОРСАН и повторение всего процесса. Общая продолжительность третьего этапа может достигать нескольких тысяч часов.

Отметим некоторые особенности процесса, оказывающие существенное влияние на свойства образующихся поверхностей.

1. Процесс протекает одновременно в обеих контактирующих поверхностях под действием одинаковых нагрузок.
2. Процесс обладает способностью к саморегуляции, поскольку изменение свойств поверхностей и условий трения вызывает изменение скорости и направления диффузии.
3. Процесс завершается с образованием структур, адаптированных к конкретным условиям трения.

В результате воздействия ФОРСАН образуются поверхности трения, обладающие уникальными свойствами.
- Шлифование поверхностей частицами ФОРСАН и образование поверхностного металлокерамического слоя приводит к значительному снижению шероховатости поверхности (до Rа= 0,16мкм).
- Диффузия ФОРСАН в поверхностные слои металла вызывает упрочняющие их дислокации, что, в совокупности с образованием поверхностного слоя, приводит к повышению твердости поверхности (до НКС 56-58).
- При одинаковых условиях диффузия в более твердую поверхность происходит медленнее, поэтому менее твердая в паре трения поверхность упрочняется в большей степени и, в конечном итоге, происходит выравнивание твердостей взаимодействующих поверхностей.
- Низкая шероховатость, высокая и, что более существенно, одинаковая твердость поверхностей и образование на них идентичных металлокерамических слоев приводит к значительному снижению коэффициента трения.
Эксперименты, проведенные на машине трения СМЦ-2 показали, что в результате воздействия ФОРСАН коэффициент трения снижается, в среднем, в 4-6 раз, а в отдельных опытах было зафиксировано его снижение в 9 раз.

Изменение структуры поверхностных слоев приводит к значительному снижению износа при трении. Экспериментально было зафиксировано снижение износа в 6-10 раз.

Образовавшийся на поверхности металлокерамический слой обладает значительно меньшей, чем у стали, теплопроводностью, в результате чего существенно снижается нагрев узла трения в целом.

Приведенные исследования, а также опыт эксплуатации реальных механизмов показали, что после обработки ФОРСАН узлы трения могут нормально работать даже без смазки.

В настоящее время в «сухом» режиме эксплуатируются сотни механизмов, в том числе десятки редукторов электровозов, мосты легковых и грузовых автомобилей. Известны случаи эксплуатации без смазки воздушных компрессоров и даже двигателей внутреннего сгорания. Известна эксплуатация электровоза ВЛ-23 с «сухим» тяговым редуктором и автомобиля «КАМАЗ» с «сухим» задним мостом. Контроль, осуществляемый за этими механизмами, не выявил повышенного износа работающих без смазки пар трения или их перегрева при эксплуатации.

Испытания, проведенные на СМЦ-2, показали, что при удалении смазки из обработанной ФОРСАН пары трения, коэффициент трения изменяется незначительно.

Уникальным свойством ФОРСАН является способность восстанавливать изношенные поверхности. При этом происходит увеличение размеров контактирующих деталей в пределах существующих зазоров, прекращающееся, как только эти зазоры будут выбраны. Дальнейшему увеличению размеров, происходящему за счет изменений в кристаллических решетках поверхностных слоев обработанных ФОРСАН поверхностей, препятствуют, возникающие при этом значительные деформации, препятствующие диффузии ФОРСАН в более глубокие слои металла. Важной особенностью ФОРСАН является то, что эффект от его применения достигается в условиях обычной эксплуатации, то есть не требует существенных затрат времени.

В заключение приведем примеры успешного применения ТС ФОРСАН в различных узлах и механизмах:
- Восстановление редукторов, трансмиссий, коробок передач, перевод их на работу без смазки или с уменьшенным количеством смазки.
- Восстановление подшипников (качения и скольжения), снижение шума и вибрации в быстровращающихся узлах.
- Приработка новых зубчатых передач, притирка опор скольжения (например, пары станина - суппорт тяжелых металлорежущих станков). Увеличение ресурса бандажей колесных пар рельсового транспорта.
- Увеличение ресурса подшипниковых узлов, работающих в тяжелых условиях, например, при высоких (до 500° С) температурах.
- Увеличение производительности гидравлических насосов (поршневых, плунжерных, шестеренчатых и т.п.)
- Увеличение производительности поршневых воздушных компрессоров.
- Повышение компрессии в двигателях внутреннего сгорания.
- Снижение потерь на трение, уменьшение связанного с ним нагрева (в механизмах с червячными редукторами экономия электроэнергии достигала 30-50 %).
- Повышение работоспособности механизмов, работающих в тяжелых климатических условиях (например, при низких температурах).
- Предотвращение выхода узлов трения из строя при аварийной потере смазки.
- Повышение стойкости метчиков, плашек, резьбонарезных головок, разверток и другого металлорежущего инструмента.
- Увеличение в 10-15 раз срока службы сальниковых набивок.

Эффект от применения ФОРСАН получен более чем в 300 предприятиях в различных регионах России и СНГ на десятках тысячах различных механизмов. Обобщенно можно сказать, что применение ФОРСАН позволяет повысить работоспособность, увеличить ресурс, снизить нагрев, износ, вибрацию и потери энергии практически в любом узле трения.