Автомобильные присадки и добавки - [30]
Следующую группу препаратов можно объединить понятием «слоистые добавки», которые также часто называют модификаторами. Препараты, отнесенные к данной группе, в основном включают в свой состав элементы с низким усилием сдвига между слоями, например дисульфиды молибдена (МоS2), вольфрама (WS2), тантала (TaS2) и ниобия (NbS2), диселениты молибдена (МоSе2), титана (TiSе2) и ниобия (NbSе2), трисульфид молибдена (МоS3), графит (C), нитрид бора (BN — «белый графит») и некоторые другие.
Слово «графит» происходит от греческого корня «графо» — пишу, так как он издавна применялся для изготовления грифелей карандашей. Примерно с XV века графит начал применяться для изготовления тиглей. В XVI веке началась добыча графита в Англии, где он стал использоваться как карандашные грифели взамен свинцовых. В связи с этим его вначале даже называли «плюмбаго» (от латинского «плюмбум» — свинец). Интересно и то, что его долгое время совсем не отличали от другого твердосмазочного материала — молибденита (по — гречески «молибдос»). Древние греки обычно путали молибденит с графитом, а иногда и со свинцом.
Рассмотрим механизм восстановительного, в основном антифрикционного и противоизносного, действия слоистых добавок, на примере химического строения графита и дисульфида молибдена, который, в общем, аналогичен и для других материалов подобной структуры.
Графит находит широкое применение в самых разнообразных сферах человеческой деятельности — от изготовления карандашных грифелей до блоков замедления нейтронов в ядерных реакторах. Атомы углерода в кристаллической структуре графита связаны между собой прочными ковалентными связями и формируют шестиугольные кольца, образующие, в свою очередь, прочную и стабильную сетку, похожую на пчелиные соты. Сетки располагаются друг над другом слоями. Расстояние между атомами, расположенными в вершинах правильных шестиугольников, равно 0,142 нм, между слоями — 0,335 нм. Слои слабо связаны между собой (рис. 12). Такая структура — прочные слои углерода, слабо связанные между собой, определяет специфические свойства графита: низкую твёрдость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки, что обусловило его применение в различных смазочных материалах в качестве противозадирного и противоизносного материала.
Приведенная модель не является полной, так как некоторые факты не позволяют полностью описать механизм смазочного (защитного) действия графита только слоистой структурой. Например, при применении графита в сухом воздухе сила трения выше, чем во влажном, в атмосфере азота существенно выше, чем на воздухе (причем в сухом азоте выше, чем во влажном), а в восстановительной среде смеси газов вообще не обладает хорошей смазочной способностью. Таким образом, наличие пленки влаги или окисных пленок на поверхностях трения является необходимым условием для проявления графитом своих максимальных смазочных свойств.
Рис. 12. Слоистая структура кристаллической решетки графита (справа) и дисульфида молибдена (слева)
В настоящее время, ультрадисперсный графит входит в состав практически всех смазочных материалов, выпускаемых бельгийской компанией Marly под маркой Black gold, технологического партнера гонок «Формулы-1», «Форд», «Рено» и ряда российских автосоревнований. Например, 100 %-ное синтетическое моторное масло Blaсk gold bio carat специально разработано для использования в автоспорте. Оно содержит уникальную коллоидную смазку, основанную на графите, а также до 65 % эстеров, благодаря чему значительно снижается трение и износ трущихся соединений, увеличивается мощность двигателя и снижается расход топлива.
Кристаллическая решетка дисульфида молибдена схематично подобна решетке графита: между атомами молибдена и серы имеются достаточно сильные связи, в то время как расстояние между слоями серы много больше и связи слабее. Благодаря этому дисульфид молибдена может надежно работать при отрицательных температурах (до —50 °C), а также в вакууме. Однако при температуре 538 °C молибденит превращается в триоксид, являющийся абразивным материалом.
История одной из наиболее известных фирм мира, немецкой «Liqui Moly GmbH», как раз тесно связана с этим химическим соединением. Даже название фирмы является производным от Liqui (сокр.) — жидкость и Moly (сокр.) — молибден.
Однажды в одном из магазинчиков армии США, базировавшейся в Германии после окончания второй мировой войны, немца Ханса Хенле заинтересовал жестяной «бутылек», продававшейся под торговой маркой «Liqui Мoly». Этот пузырек содержал специальную жидкую смесь для добавки в моторное масло, которая должна была защищать двигатель самолета от повреждений в случае внезапной потери масла. Основой этой смеси являлся дисперсионный порошок темно — серого цвета — дисульфид молибдена (MoS2), который и придавал продукту эти удивительные защитно — смазывающие свойства. При поражении масляного бака или утечки масла дисульфид молибдена какое‑то время «смазывал» и защищал двигатель самолета, позволяя пилотам благополучно приземлять свои поврежденные машины.
