Провозглашение государством широкой поддержки развития нанотехнологий обретает воплощение в конкретных крупномасштабных акциях, нацеленных на объединение усилий многих научных коллективов и направление этих усилий в русло практического применения в различных сферах промышленности. Россия стоит на пороге качественного прорыва в сфере технологии производства. Инновационные технологии придут в машиностроение, в станкостроение, на предприятия добывающей и перерабатывающей промышленности, что позволит в ближайшее время сократить объёмы поставок на экспорт сырья и увеличить объём экспорта продуктов переработки.
Наряду с появлением новых направлений в области наноматериалов и нанотехнологий получают новое дыхание направления, давно доказавшие актуальность и перспективность. К таким направлениям относятся технологии создания сверхтонких многофункциональных покрытий из фторсодержащих поверхностно-активных веществ (фторПАВ). Покрытия наносятся на рабочие поверхности для защиты и изменения параметрических показателей элементов трибологических систем (пaры трения в узлах станков и механизмов широкого спектра назначения), деталей, узлов и блоков электронной аппаратуры (печатных плат, микросхем и приборов). Нанесение фторПАВ, получивших название «эпиламы», осуществляют с целью повышения эксплуатационных данных вследствие усиления антифрикционных эффектов, характеристик влагозащиты, пылезащиты, повышения коррозионной стойкости, снижения влияния радиационного излучения.
Образование плёнки сопровождается химической реакцией (хемосорбция), в которую вступают материал основы и состав ПАВ, при этом конечный результат – образование плёнки с заданными параметрами – во многом определяется структурой материала основы и уровнем шероховатости поверхности (наношероховатость), химическим составом компонентов раствора эпилама, условиями и методами нанесения эпилама.
Основной целью применения эпиламирующих составов в оснастке при производстве изделий из полиуретанов, которые отличаются высокой прочностью, сопротивлением к задиру, истиранию, хорошей стойкостью к маслам, органическим растворителям и действию УФ-лучей, является придание антиадгезионных и износостойких свойств. Сложные профили изделий, такие как просеивающие поверхности щелевидной, прямоугольной и треугольной форм, также являются объектом обработки, что на деле доказывает их более высокую эффективность после эпиламирования по сравнению с обычными отверстиями.
Известно, что поверхностная активность металлов, искусственных камней и т. п. лежит в диапазоне 500-5000 мН/м. Установлено, что чем сильнее растекается смазка на твёрдой поверхности, тем хуже условия смазывания, труднее (хуже) формируется масляный клин, который, строго говоря, и обеспечивает «бесконтактную» (с минимальным трением и износом) работу узлов трения. На первый взгляд, проблема решается просто – надо использовать смазочные материалы с более высокой вязкостью, у которых способность к растеканию ниже в принципе. Использовать смазки с очень высокой вязкостью (чтобы растекание было ниже) не всегда возможно, т.к. у смазки имеются другие чрезвычайно важные функции – теплосъём(охлаждение) и физическое удаление из зоны трения продуктов износа или других твёрдых частиц, попадающих туда извне. Остаётся только один путь – изменять свойства смазываемой поверхности, т.к. чем ниже поверхностная энергия, тем меньше растекание масла. Снижение поверхностной энергии твёрдых тел достигается эпиламированием – нанесением фторсодержащего поверхностно-активного вещества на поверхность твёрдого тела. При эпиламировании на твёрдой поверхности формируется мономолекулярный слой определённым образом ориентированных молекул фтор ПАВ, который (слой) радикально меняет энергетические параметры поверхности. С металлическими поверхностями фторПАВ образуют хемосорбционную связь. ФторПАВ могут наноситься на твёрдые поверхности из раствора или с использованием среды эксплуатации – в виде эмульсии в смазочном масле. В этом случае смазки, кроме основной функции, играют роль «транспорта» для доставки фторПАВ к поверхности трения. Обеспечивается равномерное удерживание жидкости на поверхности твёрдых тел.
В целях унификации технологии нанесения мономолекулярной плёнки на различные контактные поверхности разработаны фторПАВ, которые легко эмульгируются в любых смазочных маслах (кроме синтетических структур высокого уровня формации), а также совмещаются с любыми пластичными и консистентными смазками. Смазочные масла и основы смазок, как отмечено выше, играют роль «транспорта» в доставке фторПАВ к трущимся поверхностям элементов твёрдого тела (станки, редукторы, гидро/пневмосистемы и т.д.). Этот приём находит широкое применение в машиностроении, авиастроении и других отраслях с целью повышения стойкости узлов гидравлики, пневматики, увеличения межремонтного срока и снижения материало- и энергозатрат. Высокий эффект достигается при условиях использования рабочего (избыточного) давления в корпусах механизмов и станков.
Направления движения молекул жидкостей и/или газа в камере зависят от вектора и давления входящих сред и параметров дисконфронтации и во многом определяют эффективность осаждения (хемосорбции) наноплёнки эпилама толщиной 10-70 Ангстрем (10-10 м). Осаждение реализуется согласно положениям теории Ленгмюр-Блоджетт: на поверхности рабочих узлов(металлических и неметаллических поверхностей) формируется монослой фторПАВ, в который могут входить ионы металлов и их комплексы. В неполярную часть плёнки можно также включить нанокластеры и другие нанофункциональные комплексы. Рабочие жидкости доставляют частицы фторПАВ на обрабатываемую поверхность. В условиях работы пневмосистем фторПАВ наносятся аэрозольным методом или иными способами. Выбором соотношения параметров (давление, время, температура, значения dy2 и dy1) достигается оптимизация процесса осаждения молекул и образования монослоя на обрабатываемой поверхности. Добавление смазочной композиции в виде модификатора – жидкостной композиции (КАМП, Полизам-20МСК) обеспечивает цикличность повторения процедуры, что позволяет получить равномерно обработанную поверхность. Дальнейшее изучение влияния факторов, проявляющихся в процессе эпиламирования, позволит внести корректировки в практику получения и наиболее эффективного использования сверхтонких плёнок в различных отраслях промышленности.
А.А. Мисюряев
