Наука о трении: машины будущего станут напоминать фантастических животных
Трение может быть полезным. Это свойство исследуется новым прорывным направлением науки о трении – трибологией на основе синергетики (самоорганизации).
О вреде трения в машиностроении известно всем. Это и износ деталей (причина 95% случаев поломок машин). И расход энергии (более половины потребляемого топлива идет на преодоление сопротивления при трении). И лишние траты (расходы на ремонт авиатехники, к примеру, превышают ее стоимость в 5 раз, а станков – и вовсе в 8 раз). И нагрузка на окружающую среду (для замены изношенного оборудования требуется выплавлять все больше чугуна и стали).
А вот о том, что трение может быть полезным, знают единицы. Если вы не из их числа, не огорчайтесь – ученые и сами сделали это открытие совсем недавно.
Новое направление трибологии все исследователи в один голос называют прорывным, стратегическим. Оно изучает созидающее действие трения на основе синергетики (или самоорганизации).
Научной базой для этого направления стали два открытия мирового уровня: «эффект безызносности при трении» (1964 год) и «водородное изнашивание металлов» (1992 год). Автором открытий и основателем этой научной школы является выдающийся российский ученый – профессор, академик Российской инженерной академии Дмитрий Николаевич Гаркунов.
Суть трибологии на основе самоорганизации – в особом взаимодействии регулярной микрогеометрии детали и металлоплакирующей присадки. Регулярная микрогеометрия – это специальные неровности, искусственно создаваемые на поверхностях трущихся частей, система микровыступов и микровпадин правильной формы. Металлоплакирующая присадка – специальная добавка к смазке, содержащая наночастицы квазижидкостной меди.
Наночастицы меди заполняют шероховатости стальных или чугунных деталей, заменяя трение чугун–сталь или сталь–сталь, трением меди по меди, что снижает коэффициент трения в узлах с 0,1-0,05 до 0,03-0,003. Кроме того, в результате взаимодействия данной смазки и таких специальных шероховатостей на поверхностях трущихся деталей самопроизвольно возникает особая, защитная, непрерывно возобновляющаяся, так называемая сервовитная медная пленка, обладающая феноменальными физическими свойствами.
Пленка появляется за счет тепловой и электрической энергии, выделяющейся при трении, и химического взаимодействия элементов. В итоге процесс трения из разрушительного становится созидательным, подобным движению суставов в скелетах живых организмов, где тоже имеются трущиеся поверхности и аналог металлоплакирующей смазки – хрящевая ткань и сиовиальная жидкость.
Данное направление науки о трении привлекает все большее внимание ученых во всем мире. В России, в Московском государственном техническом университете имени Н.Э. Баумана в настоящее время формируется научная школа по трибологии на основе самоорганизации.
Для проведения научной и исследовательской работы здесь оборудовали специальную лабораторию триботехники. В ней разрабатываются новые виды металлоплакирующих смазок, создаются новые способы их испытания. Планируется создание малого предприятия по лицензированию смазочных материалов.
Недавно на межрегиональном научно-практическом семинаре «Итоги реализации эффекта безызносности в процессах металлообработки и эксплуатации», который состоялся в Орехове-Зуеве на научно-производственном предприятии «Респиратор», входящем в холдинг «Авиационные технологии», ученые обсуждали данные последних испытаний моторных масел с металлоплакирующей присадкой в Норвегии и Германии. Эффект от их применения очевиден: расход топлива за счет уменьшения потерь на трение сокращается до 23%.
Новые триботехнологии находят все более широкое применение в транспорте, авиации и флоте, химическом и металлообрабатывающем секторе, тяжелом машиностроении и сельскохозяйственной технике. Их использование уже сегодня позволяет:
– повысить ресурс машин и оборудования почти в два раза;
– сократить расход смазочных материалов в 2-3 раза;
– снизить количество аварий за счет повышения надежности работы узлов трения;
– снизить потребление запасных частей в два и более раз;
– снизить загазованность атмосферы при работе транспорта в 2-3 раза.
А в будущем на основе новых нанотрибоматериалов и нанотриботехнологий ученые предполагают создавать такие закрытые долговечные универсальные узлы трения, которые по своему физико-химическому механизму практически ничем не будут отличаться от суставов живых организмов с их естественной самоорганизацией. Другими словами, в технике все больше станут использоваться природные механизмы, а машины все больше станут напоминать животных.
