Авторы: Байнов А.А., abainov@mail.ru
ОАО «Святогор НТ» г. Екатеринбург, РФ.
Фирстов С.В., к.т.н., sfirstov56@mail.ru
УРГУПС, г. Екатеринбург, РФ.
Аннотация. В статье рассматриваются вопросы применения ремонтно-восстановительного состава - интеллектуального-поверхностного изоморфа (РВС-ИПИ) на предприятиях различных отраслей промышленности.
Ключевые слова: РВС-технология, поверхности пар трения, износ, ресурс, трибология, триботехнические составы, серпентиниты, минералы, оливины, свойства материалов, присадки, кондиционеры, геоактиваторы, структура фаз металлов, микротермоудары, debris слой, эффекты от применения.
Текст: Для промышленных предприятий вопрос продления ресурсов трущихся металлических поверхностей в механизмах и машинах является актуальным, а восстановление геометрии узлов трения до номинального состояния в порядке текущей эксплуатации без вывода в капитальный ремонт еще и очень эффективным.
В конце 80-х годов учеными, работающими по заданию ВПК, под руководством проф. Ревнивцева В.И. был разработан принципиально новый метод обработки стальных деталей и целых узлов с использованием направленной полной диффузии, в корне меняющий традиционное понятие ремонта [1]. В основе метода лежит способность триботехнических составов при определенных условиях диффундировать в глубину поверхностного слоя металлов, вызывая упрочнение его дислокаций. Основой этих триботехнических составов на тот момент являлись синтетические порошки оксидов металлов. Это было дорогостоящее и требующее дальнейшего развития решение.
В начале 90-х годов во время бурения на Кольском полуострове специалисты из группы проф. Крагельского И.В. обнаружили интересный феномен. Во время прохождения бура через определенные горные породы его режущие поверхности не только не изнашивались, а упрочнялись и восстанавливались [2]. С этого момента началась работа по поиску и подбору минеральных триботехнических составов. В результате многолетних исследований российскими учеными Никитиным И.В. и Ермаковым В.И. в 1994-1999 годах были запатентованы первые составы на основе минеральных компонент, эти составы имеют защищенное наименование - РВС-технология: (Ремонтно-восстановительный состав), (патент РФ № 2135638 от 27.08.99, приоритет от 26.11.98 г., патент Украины №2442А от 22.04.97}. Сегодня многие компании на рынке России и зарубежья представляют составы, основанные на научных разработках Ермакова В.И. [2]
В 2009г. была создана компания «Святогор-НТ», которая занимается
методами восстановления изношенных поверхностей металлов на основе технологии РВС-ИПИ. Патент РФ №2377340 от 27.12.2009 г. Обработка узлов и механизмов ремонтно-восстановительными составами нашего производства соответствует ТУ-2111-001-0151257833-2008 и дает возможность избирательной компенсации износа трущихся поверхностей за счет образования нового модифицированного поверхностного слоя металлов с рядом добавленных характеристик.
Технология «РВС-ИПИ» использует геомодификатор трения – порошковую мелкодисперсную композицию из природных материалов (оливинов). Она позволяет, используя энергию трения, частично восстанавливать поверхности (от 100 до 300 мкм) изношенных механических узлов, а также придавать поверхностям трения высокие антифрикционные и противоизносные свойства. В табл.1. показаны основные характеристики по результатам обработки поверхностей трения.
Таблица1.
Основные характеристики модифицированных поверхностей трения
Коэффициент линейного термического расширения 13,6-14,2
Коэффициент трения 0.003-0,007
Микротвердость поверхности 1000HV
Ударная прочность > 60 кг/кв.мм.
Высокая коррозионная стойкость
Методы обработки узлов и механизмов, форм – фактор продукции:
В составе жидких смазок: для ДВС, для трансмиссий, для гидроприводов – флакон по 100 мл.
В составе консистентных смазок: в литоле и техническом вазелине – коробки по 200 гр.
В составе СОЖ и охлаждающих жидкостей – композиция по расчетным объемам.
В составе горючих смесей – композиция по расчетным объемам.
Прямое нанесение в виде спреев: баллоны по 90 мл.
Объемы нанесения РВС-ИПИ – от 0,1 до 40 гр. в зависимости от объема масла или гидросистемы.
Область применения РВС-ИПИ: ДВС, коробки передач, редукторы, маслостанции, компрессоры, насосы (все виды), турбины, гидравлические цилиндры и гидросистемы, нагруженные передачи (кроме сцепления), все типы подшипников качения, валки прокатных станов, шнековые и червячные приводы, буровое оборудование и штанги, клапанные механизмы ДВС, скрытые детали трения, салазки станков, ползуны, оружейные стволы, и т.д.
РВС-ИПИ технология открыла механизм управления градиентом плотности дислокаций трущихся поверхностей и как следствие - управление барьерным эффектом приповерхностного градиента плотности дислокаций (debris-слоем). Он достаточно сложен и является «ключиком» ко всему процессу управления износом. Умение искусственно управлять debris-слоем позволяет управлять и прочностью материала по сравнению с его исходным состоянием.
Поверхностные источники дислокаций вступают в действие первыми и генерируют большее количество дислокаций, чем объемные источники (внутри металла). Дислокации от поверхностных источников перемещаются на большее расстояние, чем от объемных. Действие указанных факторов, как правило, приводит к большему упрочнению поверхностных слоев кристалла металла. Данный процесс имеет гетерогенный тип. Управление зарождением дислокаций, их размножением, перемещением приповерхностного слоя повышенной плотности дислокаций и есть основа РВС-ИПИ технологии.
Следует отметить, что зарождение дислокации может быть обусловлено также особенностями атомно-электронной структуры и динамики кристаллической решетки металла и, как следствие этого, влиянием указанных факторов на особенности изменения термодинамических параметров с учетом определенного вклада термодинамических функций, относящихся к трущейся поверхности кристалла металла. Причем, вклад этих эффектов будет максимально проявляться для систем, имеющих большую удельную долю поверхности и малые поперечные размеры (тонкие пленки, дисперсные системы и порошки, нитевидные кристаллы и др.)
РВС-ИПИ заданным образом увеличивает количество вакансий и искусственно заполняет их легирующими или примесными элементами (для данного типа кристалла металла), что значительно увеличивает количество винтовых дислокаций. Дислокации вступают в конкурентную борьбу на своих границах, это существенно влияет на пластичность и упругость поверхности кристалла металла. Кроме того, если приповерхностный градиент плотности дислокаций рассматривать как одну из форм неоднородности микропластической деформации, приводящей к хрупкому, усталостному и другим видам разрушений, то вполне естественно, что, зная кинетику и закономерности формирования такой неоднородности, можно научиться сознательно ею управлять и прогнозировать (эффект). Это, в свою очередь, позволяет откорректировать существующие и наметить пути создания новых технологических способов поверхностного упрочнения, обработки и соединения материалов, контроля износа, схватывания и, наконец, безизносный режим трущихся поверхностей в механизмах.
Использование данной технологии позволяет увеличить твердость поверхности, износостойкость, понизить коэффициент трения, восстановить первоначальную геометрию деталей, оптимизировать процессы трения и восстановления поверхностей, подверженных износу. Данный вывод подтверждается результатами исследований в лабораториях университетов и исследовательскими центрами профильных институтов. На рис.1 и 2. показаны спектрограммы виброускорений до и после обработки РВС-ИПИ сделанные испытательной лабораторией ООО «ЭМАШ» УрФУ.
В заключении лаборатории сделан вывод о целесообразности применения РВС-ИПИ, который позволяет снизить механические потери и уровень вибрации в подшипниковых узлах больших машин.
Все проведенные исследования подтверждают эффект от применения РВС-ИПИ: частичное восстановление изношенных поверхностей, упрочнение поверхностей трения, снижение коэффициента трения в парах трения происходит в режиме штатной эксплуатации.
Результаты применения технологии РВС ИПИ на предприятиях РУСАЛ полученные в 2017 году показали уменшение вибрации подшипников на мельничных вентиляторах, вентиляторах дымососов, подшипниках трехступенчатого редуктора вала декомпозера от 2-х до 5 раз. Аналогичные результаты были получены на турбинах ГТК-10-4Б и ГПА -16 «Урал» на компрессорных станциях ГПТГ.
В связи с малым количеством композиции и тонкости фракции максимально снижена опасность засорения внутренних каналов и фильтров. За счет оптимизации поверхности качения подшипниковых узлов снижаются шум, вибрации и нагрев, увеличивается многократно ресурс обработанных узлов и механизмов, повышается время работы в аварийных режимах сложных агрегатов и механизмов (при выходе из строя системы смазки).
Стоимость ремонта снижается в разы, на 10-15% уменьшаются эксплуатационные энергозатраты (экономия горючего, электроэнергии).
Выявленные противопоказания к применению РВС-ИПИ: значительные механические повреждения узлов трения, одновременное применение с другими присадками, кондиционерами, смазками из-за возможной химической несовместимости.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1) Мур Д.Основы применения трибоники. Пер. с англ. к.ф-м.н. С.А.Харламова под ред. д.т.н., проф. И.В.Крагельского и к.т.н. Г.И.Трояновской. – М.: Мир, 1978. - 483 с.
2) Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ М.: Машиностроение, 1977. - 526 с.
3) Марков Д.П. Трибология и ее применение на железнодорожном транспорте
Труды ВНИИЖТ. - М.: Интекст, 2007. - 408 с.
4) Машков Ю.К. Трибофизика металлов и полимеров: монография Омск: изд-во ОмГТУ, 2013. - 240 с.
5) Бреки А.Д., Медведева В.В. и др. Жидкие и консистентные смазочные композиционные материалы, содержащие дисперсные частицы гидросиликатов магния, для узлов трения управляемых систем Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. - 166 с.
0 комментариев