Валерий Яковлев Грандмастер

Что дают нанотехнологии?

Фантастические перспективы нанотехнологий впечатляют. Из отдельных атомов можно создать что угодно!

А что мы имеем уже сейчас?

Повышение износостойкости механизмов и инструментов. Именно здесь отечественные учёные достигли наибольших успехов. Износ — неизбежное свойство всех вещей. Об этом я уже писал. Но, одно дело — изношенный ботинок, другое — изношенный бур.

Все видели буровые вышки. А почему не бурят с земли? Начинают-то бурить с земли, но с углублением скважины нужно наращивать длину труб, передающих буру вращение. А когда бур износился, поднимать его для замены, разбирая цепочку труб. Для этого и служит вышка, играя роль подъёмного крана. Чем глубже скважина, тем больше времени занимает процесс поднимания и опускания бура по сравнению с самим процессом бурения. Повышение износостойкости бура резко сокращает затраты на бурение. В качестве режущей поверхности используют самые твёрдые материалы, вплоть до алмазов. Но алмазы технические, с большим количеством дефектов кристаллической решётки. А именно наличие этих дефектов — причина износа.

Можно изготовить бур с применением нанотехнологий — без дефектов. Но он станет дороже, чем если бы в нём в качестве режущих элементов использовались даже ювелирные бриллианты с более совершенной кристаллической решёткой, чем у технических алмазов.

Как же сделать бур прочнее?

Автолюбители помнят, как в конце 80-х — начале 90-х годов на рынках появились многочисленные пузырьки с присадками, добавляемыми в масло. Обещалось уменьшение износа и даже восстановление трущихся деталей и резкое увеличение экономичности и срока службы двигателей. Но этого не происходило. Почему?

Идея была хорошая. В пузырьках находился порошок дисульфида молибдена. Его уникальные свойства объясняются структурой его кристаллической решетки. Связи между ее слоями относительно слабы, что допускает возможность сдвига при малых напряжениях и обеспечивает низкий коэффициент трения. Такие присадки должны были подноситься моторным маслом к трущимся поверхностям и мягко заполнять микровпадины, как бы выравнивая поверхности деталей. При этом снижалось бы давление в сопряжениях, ускорялась бы приработка деталей и теплопередача между поверхностями трения. Но, частицы порошка были крупными и задерживались в масляных фильтрах.

Также давно существовало понятие «порошковая металлургия», когда из порошков со специальными свойствами спекали нужные детали или напыляли эти порошки на поверхность других металлов. Причем с уменьшением размеров частиц порошка их свойства улучшались, но все равно существовали дефекты их кристаллической решётки.

Сейчас же с помощью нанотехнологий налажено производство нанодисперсных порошков. Их частицы очень малы, а структура правильна. Производить отдельно порошки проще. Они достаточно дороги — 20 долларов грамм, но области применения очень широки.

Эти составы в виде суспензии добавляются в масло в объеме 0,3−0,4 грамма. Через 100−200 километров автомобиль начинает жить другой жизнью: повышается компрессия двигателя, снижается вибрация и шум, выравнивается работа цилиндров, экономия топлива составляет 5−15% и до 50% сокращаются выхлопы вредных газов. Все это многократно испытано и на автомобилях, и на двигателях тепловозов, и на дизелях кораблей, и на энергетических установках. При широком внедрении это может дать мощнейший экономический эффект в масштабах страны. Технология апробирована не только в России, но и в Китае, Турции, Чили.

При наноструктурировании рабочих поверхностей инструментов их износостойкость повышается в полтора-два раза. Головка для глубинного сверления, о которой я писал выше, стоит, например, 160 евро. Ее хватает на один проход, а используются они сотнями. Нетрудно посчитать экономию, если повысить в полтора-два раза износостойкость только этого инструмента. Даже без учета времени на подъём и опускание бура.

Взять, к примеру, машиностроение. У нас огромный станочный парк, в котором миллионы единиц оборудования. Этот парк отработал 10−20 лет. Естественно, станки износились, а поменять этот парк, выкинуть его весь невозможно. И здесь нанодисперсные порошки имеют огромные перспективы.

Сейчас всё только начинается…

Обновлено 30.08.2007
Статья размещена на сайте 12.08.2007

Комментарии (22):

Чтобы оставить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт

Войти через социальные сети:

  • Петр Гришин Читатель 9 октября 2007 в 13:10 отредактирован 20 мая 2018 в 18:34
    А есть и новые виды покрытий

    Применение новых видов покрытий, полученных при химико-термической обработке (ХТО), обеспечивает изделиям высокую конкурентоспособность вследствие уникальных служебных свойств из-за высокой износостойкости, твердости, прочности, коррозионной стойкости, теплостойкости, повышенной живучести, сопротивлению усталостному разрушению и ряда других факторов, определяющих надежность и долговечность изделий.

  • Статья интересна и познавательна. Сам долгое время пользуюсь присадками для топлива и моторных масел. Эффект несомненно есть, но без приборного исследования оценить его количественно сложно. А спецы из автомагазинов нос воротят и говорят все присадки которые возможно уже есть в заводских маслах. Вот и закрадывается порой мысль, а правда ли все это? Приятно и полезно было прочитать мнение специалиста.

    Оценка статьи: 5

    • Прочитайте, Александр, статью на тему Вашего вокроса и комментарии к ней, в том числе и мой.
      Добавлю, что описанные мной наноприсадки пока в розничную продажу не поступают. Пока всё же лучше пользоваться автомобильными маслами надёжных фирм.

      Оценка статьи: 5

  • Оу! Только сейчас увидела картинки к статье! Такие забавные!

    Оценка статьи: 5

  • Хм-хм, с какими глобальными проблемами и решениями этих проблем Вы знакомите нас, Валерий!
    Спасибо, спасибо.
    Я ощущаю гордость от того, что теперь я знаю о бурении и бурах, и о нано – порошках, благодаря Вашей статье! 5!

    Оценка статьи: 5

  • легко излагаете, Валерий. приятно читать о сложных вещах в таком хорошем стиле.
    Спасибо.
    +5

    Оценка статьи: 5

  • А что это за порошки, в смысле - состава? На базаре продаются фирменные смазки для перфораторов с молибденом - это то- что Вы описываете?
    В ХАДИ разработали (вообще-то за базу взяли что-то французкое) состав ХАДО (каламбур) - обещали само-реанимацию движков. Кто использовал - говорит, что если начал этим пользоваться - надо все время использовать эту присадку, или движок еще быстрее выходит из строя. Чем не наркотик для техники?

    • Эти порошки с молибденом появились лет 20 назад. Я об этом написал в статье. Толку почти не было.
      Нанопорошки мельче в десятки тысяч раз и твёрже. Не задерфиваются масляными фильтрами.

      Оценка статьи: 5

      • еще вопросец

        То уже тонкости и технологии - маслянный фильтр. Нанопорошки - тоже на молибденовой основе?
        Я так понял - они с одной стороны втираются в поверхности трущихся металлических частей (как бы цементируют его), а с другой -заменяют уже стертый металл. А до какой высоты он наращивается? Не получится ли, что с какого-то момента он просто заклинит? И как на микроуровне - встраивается в кристаллическую решетку металла?

        • Нанопорошки - не обязательно на основе молибдена. Просто молибден очень твёрдий и втирался в трущиеся поверхности (если доходил до них).
          Нанопорошки делаются в основном их тех же компонентов, что и сам упрочиваемый металл. Благодаря малости частиц и правильной структуре он попадает на дефекты и восстанавливает их, становясь частью детали, чем увеличивает срок службы трущихся поверхгостей. Их толщина практически не наращивается, а консервируется. Поэтому рекомендуется применять нанопорошки с самого начала работы механизма. Он с самого начала лучше притрётся и будет меньше изнашиваться.

          Оценка статьи: 5

  • отличный и наглядный пример по поводу окупаемости с буром

    Оценка статьи: 5

  • А о машиностроителях кто думать будет? Разорятся, однако.
    Это как с топливом. Знают, как дешевле, экологичнее и лучше, а внедрять низзззя.

  • Восхищаюсь Вашей способностью легко объяснять сложные вещи

    Оценка статьи: 5

  • Увлекательна и познавательна. -5!

    Оценка статьи: 5

  • Что-то не нравится мне это "упрочить бур". Вроде, правильно... Но лучше - сделать прочнее.
    М.б., Здесь: в конце 80-х, начале 90-х - сделать через тире?
    Уникальные его свойства объясняются структурой его кристаллической решетки

    размеров частиц порошка их свойства улучшались, но все равно существовали дефекты их кристаллической

    Вот здесь: что допускает возможность сдвига при малых напряжениях и, следовательно, низкий коэффициент трения. - имеется в виду, что
    допускается возможность сдвига и низкого коэф. трения? Или речь о том, что в силу первого коэф-т трения низок? Тогда надо писать: - это обеспечивает низкий коэфф. трения.

    как бы "выравнивая" - лучше без кавычек, кавычечный смысл этим самым как бы уже задан.

    Но, частицы - , -?

    Это вот, на картинке - оно и есть?

    Оценка статьи: 5