Смазочные материалы «CUPPER»

НПК «КУППЕР» является разработчиком и производителем инновационных смазочных материалов нового поколения.
Основной вид деятельности компании, это разработка, производство и реализация металоплакирующих смазочных материалов. В настоящий момент НПК «КУППЕР» имеет в гамме своей продукции весь спектр смазочных материалов: от самых жидких гидравлических масел до консистентных смазок, что позволяет удовлетворить потребности наших клиентов во всех сферах промышленности. Вся линейка продуктов CUPPER отвечает самым высоким требованиям по качеству и находится в доступном ценовом сегменте.
Основываясь на открытиях советских учёных, сделанных ещё в 60-е годы ХХ века, специалисты компании КУППЕР создали серию эффективных присадок на основе ионов меди. В отличие от металлической медной взвеси в масле, способной привести к разрушительным последствиям, ионы меди в присутствии других компонентов присадки гармонично встраиваются в кристаллическую решётку металлических поверхностей в зонах трения, образуя там прочный защитный микро-слой оптимальной толщины.

Наш магазин-склад и пункт самовывоза находится по адресу: г. Москва, ул. Святоозёрская 34.
В Магазине представлен большой ассортимент смазочных материалов CUPPER

Износ и медное мыло

«Химия и Жизнь», 2019, №9

История создания смазки, которая позволяет избежать износа при трении, началась в 1956 году в СССР. Однако тогда это открытие отечественных инженеров оказалось невостребованным. Удивительно, что и в 2019-м, спустя 28 лет после перехода к рыночной экономике, оно не превратилось в коммерческий продукт. О непростой судьбе открытия и созданных на его основе материалах нашему журналу рассказал кандидат технических наук Сергей Михайлович Мамыкин, технический директор компании «Куппер», которая выпускает масла серии «Cupper», способные обеспечить эффект безызносности деталей при трении.

Трение сильно поработало над этим локомотивным подшипником

Безызносность

Эффект безызносности, точнее, избирательного переноса металла, в 1956 году обнаружили Д.Н.Гаркунов, который тогда служил в люберецком НИИ эксплуатации и ремонта авиационной техники, и И.В. Крагельский, руководитель лаборатории общей теории трения в Институте машиноведения АН СССР (ИМАШ), ныне носящем имя академика А.А.Благонравова. «Гаркунов участвовал, в частности, в разборе авиационных происшествий, — рассказывает С.М.Мамыкин. — В 1950-х годах в армию стал поступать новый фронтовой бомбардировщик Ил-28. А спустя несколько лет машины начали часто выходить из строя. Выяснилось, что конструкторы недостаточно тщательно провели расчет: шасси не выдерживали вес. В этих шасси был стальной шток, который ходил в бронзовом цилиндре. Этот шток и оказался слабым местом. Чтобы разобраться в причинах, систему из штока и цилиндра стали всячески испытывать. И вот при некоторых режимах обнаружили интересный феномен: полированная поверхность штока меняла цвет, на ней появлялись красноватые участки: происходил перенос меди на сталь».

Изучение явления показало, что так мягкая медь образует на твердой стальной поверхности защитную пленку, которая препятствует трению не в пример лучше смазки, специально разработанной для этой цели. Более того, процесс избирательного переноса основан на самоорганизации — пленка возникает только там, где материал штока испытывает наибольшие нагрузки, то есть вся система, состоящая из двух трущихся деталей и слоя масла между ними, приспосабливается к условиям трения. И последствия трения уменьшаются не количественно, а качественно — износ деталей падает в разы. Это открытие принесло Гаркунову мировую славу. Так, в 2005 году ему присудили Золотую медаль Английского королевского общества инженеров-трибологов (см. «Химию и жизнь», 2006, 5).

На основании явления избирательного переноса в ИМАШе стали разрабатывать смазки, способные создавать на трущихся деталях слой, подобный хрящу на человеческих суставах, то есть снижающий трение, но при этом самовосстанавливающийся при повреждении (см. «Химию и жизнь», 1974, 5). Важную роль в составе этих смазок играли поверхностно-активные вещества, попросту — мыла: они освобождали поверхность металла для осаждения на ней нужных молекул защитного «хряща».

Зловредный водород

Спустя несколько лет Гаркунов и Крагельский открыли смежный эффект — водородное изнашивание металлов. Проявляется это явление удивительным для материаловедов образом: прочная сталь или твердый чугун истираются не только друг о друга, но и о мягкую медь, а то и вовсе о пластмассу, например, в тормозах локомотивов. В результате такого износа железо, как масло на хлеб, намазывается на поверхность пластика. Как может мягкое разрушать твердое? Эта мысль долго не давала спать трибологам, однако найти объяснение повезло Гаркунову и Крагельскому.

Изучая безызносное трение, они исследовали системы, в которых не было окисления металла, для чего опыты ставили в атмосфере водорода. А он образовывался в виде атомов при распаде глицериновой смазки. Тогда-то и заметили, что при нагреве выше 65 о С, как раз, когда начинается разрушение молекул глицерина с освобождением водорода, сталь катастрофически крошится и намазывается на бронзу. Микроанализ показывал, что это не совпадение: в поверхностном слое стали концентрация водорода высока. Логично было предположить, что любая органическая смазка станет при трении, которое всегда приводит к нагреву, давать водород. Однако явление наблюдали и при трении стали о фторопласт, где нет никакого водорода. Откуда же он берется? Подсказку дали железнодорожники: они заметили, что износ колес возрастает весной и осенью, то есть во влажное время года. А в 1969 году немецкие трибологии установили: при трении вода бурно реагирует с чугуном или алюминием, давая оксид металла и атомарный водород.

Как оказалось, к микроскопическим разрушениям стальных изделий во время трения причастно водородное охрупчивание — формирование пузырьков водорода внутри металла и развитие вокруг них трещин. Обычно при таком разрушении металла начинает развиваться лишь одна трещина, поглощая более мелкие. При водородном износе трещинки протягиваются из всех возникших пузырьков, и материал может буквально рассыпаться. Согласно Гаркунову и Крагельскому, водород (см. «Химию и жизнь», 1977, 2) скапливается не у поверхности стали, а на некоторой глубине, потому что именно там металл наиболее сильно нагревается при трении.

Спасительный металл

«Мы уточнили этот механизм, — рассказывает С.М.Мамыкин. — Трущиеся детали всегда имеют неровности. Поэтому, в сущности, нагрузка отнюдь не распределена равномерно по всей поверхности: она концентрируется в том выступе, на который в данный момент давит соседняя деталь. Продолжается это краткий миг, ведь как только детали провернулись, выступ ушел из области нагружения. Однако и за короткое время из-за чудовищного удельного напряжения возможен очень сильный нагрев микроскопической области вокруг этого ничтожного выступа. В нагретой области тогда произойдет полиморфное превращение — альфа-железо станет высокотемпературным гамма-железом, параметр решетки которого в полтора раза больше. Водород по этой неплотной решетке просочится до той границы, где начинается более плотный, не превращенный металл, и там остановится. К этому времени металл остынет и гамма-железо снова станет альфа-железом — водород окажется запертым в ловушке. Так раз за разом газ станет накаливаться в одном и том же месте, и в конце концов там разовьется трещина — зловредный микровыступ выкрошится. Но износ на этом не прекратится — в возникшей каверне напряжения распределены неравномерно, это продолжает цикл поступления водорода — выкрашивание металла».

Так водород оказался основным виновником неисчислимых потерь нашей технической цивилизации от износа трущихся деталей. И спасения от него, казалось бы, нет, поскольку невозможно защитить узлы трения от влаги. Влага неизбежно породит ионы водорода при распаде воды, а железо, которое стоит слева от водорода в ряду электороотрицательности, всегда охотно отдаст электрон оказавшемуся на его поверхности протону, превращая его в атом.

«Спасение от водородного износа существует, — рассказывает С.М.Мамыкин. — Дело в том, что Гаркунов не догадался соединить оба своих открытия — безызносное трение в результате образования тонкой пленки меди и водородное изнашивание. А они ведь прекрасно соединяются. Медь — один из немногих металлов, стоящих в ряду электроотрицательности правее водорода. При этом в отличие от своих твердых соседей — золота, серебра, платины — она неблагородный металл, ее можно широко применять в технике; в этом смысле медь — уникальна. С медью картина износа меняется кардинально: если на стали возникнет защитная пленка из нее, то протон не сможет получить электрон и перейти в атомарную форму. А электрические силы помешают заряженной частице попасть внутрь металла. Водород теряет возможность создавать в глубине детали газовые микропузырьки и вызывать образование трещин. Так безызносное трение оказывается следствием преодоления водородного изнашивания: для защиты от износа нужно всего-то обеспечить формирование пленки меди в тех местах, где сталь выщербилась. Материал обретет способность адаптироваться к нагрузкам и самостоятельно залечивать повреждения. В результате, прирабатываясь, деталь полируется, ее поверхность потом сияет, словно зеркало, тогда как обычно при износе, наоборот, полированная деталь становится матовой. Именно так получается, если применять созданную нами смазку, где совмещены оба открытия Гаркунова».

На основании этой идеи были созданы присадки к маслам, главная составляющая которых — это олеат меди, фактически, медное мыло: из-за него смазки марки «Cupper» приобретают различные оттенки зеленого цвета — от изумрудного до бирюзового. В растворе олеат диссоциирует, и медные ионы, отняв электрон у разогретого от трения железа, врастают в его поверхность, формируют пленку меди, закрывая всю каверну. А там, где каверны нет, сталь не нагрета и пленка меди не возникает. Казалось бы, с появлением такого масла в начале 90-х годов проблема износа при трении должна быть решена окончательно, однако так не случилось.

Создатели героев трека

«Сейчас у нас есть небольшой совместный проект с Федерацией велосипедного спорта России, — продолжает рассказ С.М.Мамыкин. — Монополист на рынке велосипедных смазочных материалов — знаменитая японская компания “Шимано”; ее тормоза и каретки стоят на всех мало-мальски приличных велосипедах, имеющихся на рынке. Она и снабжала маслами наших спортсменов. Пять лет тому назад мы предложили смазочные материалы федерации велоспорта Московской области, они взяли пять килограммов на пробу и быстро выяснили, что наша смазка не хуже японской. А через несколько лет обнаружилось: средние результаты сборной области выросли. Для нас это было неудивительно — мы же знаем, как наше масло снижает трение за счет полировки трущихся деталей. Получился своеобразный технический допинг, когда спортсмен с теми же физическими данными за счет снижения трения дает лучший результат.

Вскоре пришел и 2016 год с олимпийским допинговым скандалом. Федерация велосипедного спорта строго-настрого запретила применять какие-либо лекарственные препараты. «Пусть побеждают за счет техники» — таков был вердикт. И тут рост результатов подмосковных спортсменов оказался очень кстати. Разобравшись, сборная страны с 2017 года уже осознанно стала использовать наши смазки, и с тех пор российские велосипедисты постоянно оказываются на пьедестале почета по итогам гонок на чемпионатах Европы и мира.

Понравились наши масла и автогонщикам, например российский разработчик гоночных болидов «Артлайн» уже пять лет использует наши моторные масла и трансмиссионные смазки в своих машинах «Легендскарс» и гоночных картах на автодроме Мячково.

Успеха в таких скоростных видах спорта удалось достичь потому, что была одна-единственная цель — получить выигрыш от снижения трения. Если же есть некая конкурирующая цель, результат может оказаться и противоположным. Так вышло в результате нашего многолетнего сотрудничества с железной дорогой».

Бизнес 90-х

Когда случилась перестройка, С.М.Мамыкин, как многие в то время, занялся бизнесом: создал компанию, которая упрочняла узлы сцепки вагонов, благо заканчивал МИИТ и имел дружеские связи с железнодорожниками. Бизнес был вполне прибыльным, но хотелось его развивать. Как-то случай свел Мамыкина с Гаркуновым, и тогда родилась идея использовать эффект безызносности в тепловозах.

С.М. Мамыкин у прибора, на котором испытывают свойства масла

В этих огромных машинах детали двигателей испытывают большие нагрузки; они быстро изнашиваются и требуют замены. То есть нужно покупать запчасти. Когда перестройка вошла в фазу так называемого кризиса неплатежей, ситуация с запчастями стала невыносимой; не только не было денег на их закупку, но еще и было неясно, где их искать — традиционные поставщики разорялись либо перепрофилировали свои производства, а многие и вовсе оказались за рубежом.

Сокращение износа в такой ситуации выглядело как настоящая панацея, и в локомотивном депо «Рязань» согласились на проведение эксперимента — позволили залить в локомотив безызносное масло. Эксперимент вполне удался — не только износ деталей уменьшился (а об этом судят по количеству металлических частиц, которые оседают на масляном фильтре и по общему содержании железа в масле), но и масло стало служить гораздо дольше. На железной дороге его меняют не так, как в автомобиле — в зависимости от пробега, — а по мере загрязнения. Первая порция загрязнилась быстро, но причина была не в плохих качествах масла, а в том, что содержащиеся в нем поверхностно-активные вещества отмыли многолетние отложения грязи. Вторая же прослужила, сохраняя прозрачность, в три раза дольше, чем обычно. И это логично: нет износа, трение невелико и детали не нагреваются столь сильно, что масло начинает гореть — в нем не образуются загрязнители. Снижение частоты смены масла и само по себе, без учета многократного снижения износа, дает немалую экономию, ведь в локомотив заливают сотни литров, а меняют его до трех раз в год.

Новое масло стали использовать и в других локомотивах. Однажды поставили такой эксперимент. В депо «Рязань» было два одинаковых тепловоза, работающих в сцепке, — они возили тяжелый груз и потому могли работать только в паре. В один заливали безызносное масло, в другой — обычное. Этот второй ломался гораздо чаще, а топлива расходовал больше.

Были проведены испытания и твердой смазки для подшипников. Результаты оказались великолепными: число железных частиц в отработанной смазке уменьшалось в 30–190 раз по сравнению со штатной смазкой, подшипники при длительной работе практически не нагревались. При этом один и тот же вид безызносной смазки можно было использовать вместо нескольких десятков разных смазок, рекомендованных соответствующими техническими регламентами. «Подшипники локомотивов работают при высокой нагрузке, и их надо время от времен менять. А стоят они немало. Например, сейчас для современного локомотива комплект обходится более чем в миллион рублей. Продление срока их службы за счет борьбы с износом дает огромную экономию средств», — поясняет С.М.Мамыкин.

К 1997 году слава о безызносном масле широко разнеслась среди железнодорожников.

— А сможешь ты решить проблему износа колес? — спросили Мамыкина.

На участках железной дороги есть очень крутые повороты — их еще называют кривыми малого радиуса. Колеса там сильно трутся о рельсы и быстро выходят из строя. Изучение поверхности и колес, и рельсов показывает, что они покрыты микрочешуйками металла подобно шкуре какого-то животного — типичный след водородного износа. Для борьбы с трением при въезде на участок ставят автоматическую масленку; она смазывает колеса проходящих поездов. Это помогает, но лишь отчасти. В такую масленку и заправили экспериментальную порцию смазки, которая подавляет проникновение водорода в металл рельсов и колес. Идея безызносности и здесь сработала — годовые потери от разрушения колес и рельсов в этом эксперименте снизились в пять раз!

Железнодорожное трение

Тем временем закончились 90-е годы, экономика стабилизировалась, как и управляющие ею организационные структуры. История с маслом успешно развивалась: на обслуживании компании Мамыкина оказалось уже почти целое Московско-Рязанское отделение Московской железной дороги, а это десятки тепловозов и десятки километров кривых малого радиуса. Эксперимент потихоньку распространялся и на другие локомотивные депо.

В 2005 году железнодорожное начальство задумалось о возрождении Кусковского завода консистентных смазок, который пришел в полный упадок: Мамыкина попросили стать директором этого завода. Он согласился и организовал участок по выпуску больших, в тысячи тонн, партий безызносных смазок для железной дороги — они составили треть всего объема производства. Несмотря на столь большой объем выпуска, эти смазки в течение шести лет применяли как экспериментальные: они не были включены в технический регламент обслуживания оборудования железной дороги, хотя еще в 2003 году коломенскому Институту подвижного состава (ныне АО «ВНИКТИ»), ответственному за смазочные материалы для локомотивов железной дороги, поручили провести экспериментальную проверку эффективности моторного масла с безызносной присадкой.

«Предварительные данные, полученные в ходе эксперимента, были удивительны, — вспоминает С.М. Мамыкин. — Так, во время эксперимента депо «Новомосковск» сообщило об экономии 24,8% топлива! По окончании я сам видел заключение института, в котором было определено, что средняя экономия топлива составляет 8,8%. Это было огромное количество, в ценах 2005 года на локомотив с одним дизелем — 750 тысяч рублей в год. Однако в окончательном варианте отчета появилось 2,2%. Как так получилось»?

Это очень поучительная история, характерная для современной экономики, хотя она повторяет старую историю неуспеха Гаркунова. Отвлечемся немного от железнодорожной тематики. На XXVII съезде КПСС (1986 год) в числе директив развития народного хозяйства отдельным пунктом было отмечено — всемерно развивать технологии безызносного трения. Более того, М.С.Горбачев в отчетном докладе посетовал на то, что это открытие советских специалистов мало используют в промышленности.

Было проведено расследование, в результате которого в Министерстве топливно-энергетических ресурсов полетели головы, в частности, поста лишился один из заместителей министра. Казалось бы, дело должно наладиться, однако бюрократическая система такого насилия не стерпела и встала на защиту своих людей: Гаркунов оказался врагом целой отрасли. Ведь, выходит, целый отраслевой институт, разрабатывающий смазки, занимается вредительством и очковтирательством — их смазки не могут предотвратить износ деталей, наносящий огромный убыток народному хозяйству. И средство радикальной борьбы с износом имеется, да только институт его игнорирует. Однако именно этот институт разрабатывает технические регламенты на использование смазок. Он и затормозил дело, ведь никто не станет применять нерекомендованную смазку по понятной причине — случись какая-то авария, никому не хочется быть крайним, а хочется прикрыться параграфом инструкции. Поэтому выпуск одной марки безызносного масла наладили на одном заводе, но, при отсутствии его в технических регламентах, никто такое масло не брал, и его, как не пользующееся спросом, сняли с производства; бюрократическая система тогда одержала верх.

«В нынешнем железнодорожном ведомстве уже с нашим маслом события развивались так, — поясняет С.М.Мамыкин. — Управлению по снабжению горюче-смазочными материалами выгодно иметь большие запасы этих материалов, а поставщикам — продавать такие большие объемы. То есть их интересы совпадают. Экономия топлива и масла ведет к падению закупок, это плохо для обоих, так, у управления снижаются возможности для маневра в случае каких-то непредвиденных трат. Я знаю, что руководителям депо, где зафиксировали экономию топлива в 24,8%, было сказано — вы настаиваете на такой экономии? Смотрите, вам ведь срежут на четверть лимиты топлива, хотите? Конечно, нет, разумно согласились специалисты депо. Сотрудникам же института было прямо сказано — как хотите, а доводите экономию топлива до 2%. Что они и сделали. Так наша дружба с железнодорожниками закончилась, и это очень печально, ведь убытки, которые железная дорога несет из-за износа, входят в цену всех доставляемых по ней товаров. То есть износ оплачиваем все мы».

Смазка лечит автомобиль и человека

Компания Мамыкина, впрочем, не осталась без работы. Масло, снижающее износ, нашло новую рыночную нишу — это автомобили.

Каждые 5–10 тысяч км или каждый год — в зависимости от того, что наступит раньше, положено менять масло в двигателе. Оно загрязняется как за счет продуктов износа, так и продуктами своего теплового разложения. Время от времени, примерно каждые 50 тысяч км, нужно менять масло в коробке передач, трансмиссии и в прочих трущихся узлах. В общем, при развитом автопарке масла нужно много, а безызносное масло может обеспечить немалую экономию. Однако есть проблема, связанная с рекомендуемыми компаниями-изготовителями автомобилей регламентами на обслуживания. Менять масло на нештатное никто не будет — чтобы не брать лишней ответственности. Казалось бы, можно изменить регламент, но тогда надо договариваться с компанией-изготовителем автомобиля или двигателя. Этот способ не сработал. «В 2009 году мы договорились с московским Первым автокомбинатом им. Г.Л.Краузе об испытаниях масла для дизельных двигателей. Автохозяйство выделило для этих целей по три автомобиля МАЗ, ЗИЛ и шесть КамАЗов. Масло прекрасно себя проявило — оно отмыло многолетнюю грязь из двигателей, и машины работали бесперебойно как холодной зимой, так и жарким летом 2010 года. В результате масло стали использовать еще на семи МАЗах, ЗИЛах и девяти КамАЗАх, двигатели которых прошли капитальный ремонт. Срок замены масла при этом увеличился в полтора раза. По результатам работы было составлено обращение в компанию «Автодизель», которая выпускает двигатели, с просьбой провести заводские испытания, но понимания со стороны завода найти не удалось».

Не удалось найти понимания ни в компании «Алроса» с ее парком тяжелых самосвалов, ни у нефтяников — им смазка нужна для буровых установок, ни с концерном «Калашников». «Последнее особенно печально, ведь придуманная нами оружейная смазка универсальна, — сетует С.М.Мамыкин. — Ее можно использовать не только для чистки оружия — в сущности, баллончик этой смазки должен быть в каждом доме. Она прекрасно реанимирует наглухо заржавевшие дверные петли и прочие соединения, заедающие замки, позволяет открутить приржавевшую к болту гайку. Более того, она же служит средством первой медицинской помощи при ранении, ведь медь — отличный антисептик. Я проверил действие смазки на себе — однажды глубоко распорол руку стамеской, и кровь остановить было нечем; залил порез смазкой, замотал тряпкой — к удивлению, уже через полчаса ее можно было снимать: рана затянулась, медь в организме человека отвечает за выработку белка, склеивающего ткани. Наверное, такая смазка в комплекте принадлежностей автомата Калашникова пригодилась бы бойцу в экстремальной ситуации».

В отличие от корпоративных, частные владельцы машин отнеслись к идеям безызносности с большим пониманием и сформировали своеобразный клуб любителей масла «Cupper». Некоторые проводят на своих машинах опыты, в сущности выполняя работу вместо исследовательских подразделений автоконцернов. Результаты, выложенные на автомобильных форумах, вызывают живое обсуждение, однако, в соответствии со сложившейся практикой информационного общества, в итоге формируется вероятностная правда, когда истину находят голосованием.

Действительно, вычленить нечто рациональное из таких опытов нелегко, ведь они проходят на различных марках машин с разной историей и в разных условиях эксплуатации. В результате кто-то наблюдает снижение расхода топлива, которое даже окупает затраты на покупку масла, кто-то нет. У кого-то масло сильно выгорает, и его приходится постоянно подливать, а кто-то отмечает его стабильную работу. У одних скорости после замены масла в коробке передач переключаются плавнее, у других, напротив, коробка передач начинает работать со скрипом. Все сходятся во мнении, что масло с медным мылом прекрасно отмывает все узлы двигателя и масляно-топливной системы, однако и это может приводить к неприятностям. Например, если грязь наросла на изношенных сальниках, то она закрывает все щели и масло не просачивается. А когда грязь будет отмыта, сальники станут подтекать, и им потребуется замена. Ориентируясь на эту вероятностную правду, автолюбители приходят к мнению о покупке безызносного масла, следуя скорее зову сердца, чем доводам разума, упуская, что главное все-таки не экономия топлива или борьба с грязью, а продление срока службы трущихся деталей, борьба с износом. Износ же заметить на глазок нельзя, для этого требуется химический анализ масла.

«У нас есть автомобиль «Ларгус», который мы используем для доставки масла покупателям нашего интернет-магазина, — объясняет С.М.Мамыкин. — На нем идет длительный опыт: на одной смене масла он уже прошел более 40 тысяч км. Каждые десять тысяч мы делаем анализ масла. И видим, что его состав практически не меняется. Главное — в нем не растет концентрация железа. То есть износа практически нет. От анализа к анализу появляются и исчезают всплески концентрации некоторых химических элементов. Мы понимаем, откуда это берется — вымывается грязь из каких-то закоулков, где она накопилась при использовании штатного масла. Это очень интересный опыт — он показывает, что безызносное масло может служить неограниченно долго».

Экономический антагонизм

Опыты, которые ставят любители, дают представление о возможностях борьбы с износом. Однако для того, чтобы эффект приносил пользу не в отдельных случаях, а системно, такие опыты должны проводить сами изготовители техники и по их итогам создавать для каждого ее вида безызносную смазку с оптимальными свойствами. Этого не происходит, несмотря на полувековую историю открытия, и есть подозрение, что тут виноват не чей-то злой умысел, а действующие экономические правила.

В настоящее время на планете главенствует экономика непрерывного роста. В ней успех стран оценивают по росту ВВП, компаний — по росту доходов. Соответственно, на всех уровнях субъекты экономики стремятся поддерживать этот рост, что неизбежно требует не экономии, а роста используемых ресурсов. В результате призыв Л.И.Брежнева — «экономика должна быть экономной» — оказывается своеобразным прозрением: имеющаяся экономическая система принципиально не способна бережно расходовать ресурсы и для экономии требуется совершить некое волевое внеэкономическое усилие.

В самом деле, снижение износа, расхода масла и расхода топлива нужно лишь двум экономическим субъектам: человечеству в целом и отдельным конечным пользователям. Первому это нужно потому, что возрастающее использование ресурсов ведет к ликвидации его среды обитания. Второму же дает экономию личных ресурсов. Но вот всей рыночной цепочке, что стоит между изобретателем безызносного масла и его потребителем, экономия совершенно не нужна. Снижение расхода масла наносит ущерб интересам работников сервиса, которые получают доход от его замены. Не нужно долго работающее безызносное масло и продавцу — ему требуется товар, который покупают как можно чаще. Снижение износа бьет по сервису, продавцу и изготовителю запчастей. «Вечный» автомобиль — вообще ночной кошмар любого автоизготовителя. При таком конфликте интересов трудно ожидать, что эффект безызносности найдет теплый прием у всех заинтересованных сторон.

Этот эффект нужен в принципиально другой экономической системе, которую швейцарский экономист Вальтер Штахель (см. «Химию и жизнь», 2013, 12) назвал экономикой снижающихся оборотов. В ней за счет длительного повторного использования вещей, повышения их долговечности, постоянного ремонта и полной переработки того, что все-таки сломалось, предполагается сделать минимальными потоки материалов и энергии, а в идеале и вовсе замкнуть их кругооборот, отказавшись от вовлечения каких-то новых ресурсов, разве что энергии солнечного света, поступающего на планету во все возрастающем количестве. Безызносное трение явно оказывается важным элементом этой, новой, экономики, которая в настоящее время пребывает в маргинальном состоянии, но, несомненно, именно она станет главной в недалеком будущем.

Масло, обеспечиваюшее эффект безызности, создано для самых разных механизмов

Wear and copper soap

Komarov S. M.
(«Chemistry & Life», 2019, No. 9)

The history of the creation of lubricant (oil) that avoids wear due to friction began in 1956 in the USSR. However, then this discovery of USSR engineers turned out to be unclaimed. It is surprising that 28 years after the transition to a market economy, in 2019 it did not turn into a commercial product. Candidate of technical sciences Sergey M.Mamykin, Cupper company’s technical director, spoke about the difficult fate of the discovery and the materials created on its basis — Cupper oils, capable of providing the effect of wear-free details of details during friction.

«Wearlessness»

The wear-free effect, or rather, selective metal transfer, was discovered in 1956 by D.N. Garkunov, who served in the Lyubertsy Research Institute for Operation and Repair of Aviation Equipment, and I.V. Kragelsky, head of the laboratory of the general theory of friction at the Institute of Machine Science of the Academy of Sciences of the USSR (IMASH), now named after Academician A.A. Blagonravov. “Garkunov participated, in particular, in the analysis of aviation accidents,” says S.M. Mamykin. — In the 1950s in the army appeared the new front-line bomber Il-28. And after a few years, cars began to fail often. It turned out that the designers did not carefully enough calculate: the chassis could not withstand the weight. There was a steel piston rod in chassis in a bronze cylinder. This stock turned out to be a weak spot. To find the reasons, they began to test the system from the rod and cylinder in every possible way. And under certain conditions an interesting phenomenon was discovered: the polished surface of the rod changed color, reddish areas appeared on it: copper was transferred to steel. ”

The study of the phenomenon showed that soft copper forms a protective film on a solid steel surface, which prevents friction, unlike the lubricant specially developed for this purpose. Moreover, the process of selective transfer is based on self-organization — the film appears only where the stem material experiences the hiJghest loads, that is, the entire system, consisting of two rubbing parts and a layer of oil between them, adapts to friction conditions. And the consequences of friction are reduced not quantitatively, but qualitatively — the wear of parts falls significantly. This discovery brought world fame to Garkunov. So, in 2005 he was awarded the Gold Medal of the English Royal Society of Tribological Engineers (see Chemistry and Life, 2006, № 5).

Based on the phenomenon of selective transfer, IMASH began to develop lubricants capable of creating a layer on the rubbing parts reducing friction, but at the same time self-healing after damage similar to cartilage in human joints (see Chemistry and Life, 1974, 5). An important role in composition of these lubricants was played by surfactants, simply soaps: they released the metal surface to precipitate the necessary molecules of a protective «cartilage».

Harmful hydrogen

A few years later, Garkunov and Kragelsky discovered a related effect — hydrogen wear of metals. This phenomenon appeared itself in a surprising way for material scientists: durable steel or hard cast iron is not only abraded against each other, but also against soft copper, or even plastic, for example, in the locomotive brakes. As a result of such wear, iron is spread on the surface of the plastic like butter on bread. How can soft break hard? This thought did not let tribologists sleep for a long time, but Garkunov and Kragelsky were lucky to find an explanation.

Studying wear-free friction they researched systems in which there was no metal oxidation, for which tests were performed in a hydrogen atmosphere. And hydrogen formed in the form of atoms during the decomposition of glycerol lubricant. It was then that they noticed that when heated above 65 ° C, just when the destruction of glycerol molecules begins with the release of hydrogen, the steel catastrophically crumbles and covers bronze. Microanalysis showed that this is not a coincidence: the hydrogen concentration in the surface layer of steel is high. It was logical to assume that any organic lubricant will produce hydrogen upon friction, which always leads to heating. However, the phenomenon was also observed during friction of steel on fluoroplastic, where there is no hydrogen. Where does he come from? The railwaymen gave a hint: they noticed that the wear of the wheels increased in spring and autumn, that is, in the wet season. And in 1969, German tribology established: during friction, water reacts violently with cast iron or aluminum, giving metal oxide and atomic hydrogen.

It turned that hydrogen embrittlement is involved in the microscopic destruction of steel products during friction — the formation of hydrogen bubbles inside a metal and the development of cracks around them. Usually, with such a destruction of the metal, only one crack begins to develop, absorbing smaller ones. With hydrogen wear, cracks stretch out of all the bubbles that have arisen, and the material can literally crumble. According to Garkunov and Kragelsky, hydrogen (see Chemistry and Life, 1977, 2) does not accumulate at the surface of steel, but at a certain depth, because it is there that the metal heats up most strongly during friction.

“We specified this mechanism,” says S.M. Mamykin. — Friction parts always have bumps. Therefore the load is by no means distributed over the entire surface: it is concentrated in the protrusion that the adjacent part is currently pressing on. This brief moment continues, because as soon as the parts have turned around, the protrusion has left the loading area. However, even in a short time, due to the monstrous specific stress, a very strong heating of the microscopic region around this negligible protrusion is possible. In the heated region, then a polymorphic transformation will occur — alpha-iron will become high-temperature gamma-iron, the lattice parameter of which is one and a half times greater. Hydrogen on this loose lattice will seep to the border where the denser, not transformed metal begins, and there it stops. By this time, the metal has cooled and gamma-iron will again become alpha-iron — hydrogen will be trapped. So, time after time, the gas begins to glow in the same place, and in the end a crack will develop there — a malicious microprotrusion will crumble. But the wear on this will not stop — in the resulting cavity the stresses are distributed unevenly, this continues the cycle of hydrogen supply — metal spalling. ”

So hydrogen proved to be the main culprit in the innumerable losses of our technical civilization from the wear of sliding parts. And it would seem that there is no salvation from it, since it is impossible to protect friction units from moisture. Moisture will inevitably give rise to hydrogen ions during the decay of water, and iron, which is to the left of hydrogen in the electronegativity series, will always willingly give an electron to a proton that appears on its surface, turning it into an atom.

“The salvation from hydrogen wear exists,” says S.M. Mamykin. — The fact is that Garkunov did not guess to combine both of his discoveries — wearless friction as a result of the formation of a thin film of copper and hydrogen wear. But they are perfectly connected. Copper is one of the few metals that are in the line of electronegativity to the right of hydrogen. Moreover, unlike its solid neighbors — gold, silver, platinum — it is a base metal, it can be widely used in technology; in this sense, copper is unique. With copper, the wear pattern changes radically: if a protective film from it appears on steel, then the proton will not be able to get an electron and go into atomic form. And electric forces will prevent a charged particle from getting inside the metal. Hydrogen loses the ability to create gas microbubbles deep in the part and cause cracking. So frictionless wear is the result of overcoming hydrogen wear: to protect against wear, it is necessary to ensure the formation of copper film in those places where the steel has jerked. The material will gain the ability to adapt to loads and independently repair damage. As a result, being worked in, the part is polished, its surface then shines like a mirror, whereas usually when worn, on the contrary, the polished part becomes dull. This is exactly what happens if we apply the lubricant we created, where both of Garkunov’s discoveries are combined.

Based on this idea, additives to oils were created, the main component of which is copper oleate, in fact, copper soap: because of it, Cupper lubricants acquire various shades of green — from emerald to turquoise. In the solution, the oleate dissociates, and copper ions, taking away the electron from the iron heated from friction, grow into its surface, form a copper film, covering the entire cavity. And where there is no cavity, the steel is not heated and the copper film does not occur. It would seem that with the appearance of such an oil in the early 90s, the problem of wear due to friction should be finally resolved, but this did not happen.

The creators of the heroes of the track

“Now we have a small joint project with the Russian Cycling Federation,” continues S. Mamykin. — A monopolist in the market of bicycle lubricants — the famous Japanese company «Shimano»; its brakes and carriages are on all the slightest decent bicycles available on the market. She supplied the oils of our athletes. Five years ago, we offered lubricants for the cycling federation of the Moscow Region, they took five kilograms per sample and quickly found out that our lubricant was no worse than Japanese. And a few years later it was revealed: the average results of the national team increased.This was not surprising for us — we know how our oil reduces friction by polishing the rubbing parts. It turned out a kind of technical doping, when an athlete with the same physical data due to reduced friction gives a better results. Soon came 2016 with the Olympic doping scandal. The Cycling Federation has strictly forbidden the use of any drugs. “Let them win at the expense of technology” — this was the verdict. And here the increase in the results of athletes near Moscow was very helpful. After this the national team since 2017 has already consciously used our lubricants, and since then, Russian cyclists are constantly on the podium after the races at the European and world championships.

Drivers also liked our oils, for example, the Russian developer of racing cars «Artline» has been using our engine oils and transmission lubricants for five years in their «Legendsсars» cars and racing cartings at Myachkovo circuit.

Success in such high-speed sports was achieved because there was only one goal — to get the benefit from reducing friction. If there is a certain competing goal, the result may be the opposite. This was the result of our long-term cooperation with the railway. ”

90s business

When «perestroika in USSR» happened, S.M. Mamykin, like many at that time, went into business: he created a company that strengthened the units of wagons, fortunately ended MIIT and had friendly relations with railway workers. The business was quite profitable, but I wanted to develop it. Once, the case brought Mamykin and Garkunov together, and then the idea was born to use the effect of weariness in diesel locomotives.

In these huge machines, engine parts are under heavy load; they wear out quickly and require replacement. That is, you need to buy spare parts. When perestroika entered the phase of the so-called non-payment crisis, the situation with spare parts became unbearable; not only there was no money for their purchase, but it was also unclear where to look for them — traditional suppliers went bankrupt or reprofiled their production, and many even ended up abroad.

The reduction of wear in such a situation looked like a real panacea, and in the «Ryazan» locomotive depot agreed to an experiment — they allowed pouring an unbearable oil into the locomotive. The experiment was completely successful — not only the wear of the parts decreased (and this is judged by the number of metal particles deposited on the oil filter and the total iron content in the oil), but the oil began to serve much longer. On the railroad, it is changed not like in a car — depending on the distance — but as it gets dirty. The first portion was contaminated quickly and the reason was not the poor oil quality, but the fact that the surfactants contained in it washed away the long-term deposits of dirt. The second served, maintaining transparency, three times longer than usual. And this is logical: there is no wear and tear, the friction is small and the details do not heat up so much that the oil starts burning — it does not form contaminants. Reducing the frequency of oil changes and in itself, without taking into account the multiple reduction in wear, gives considerable savings, because hundreds of liters are poured into a locomotive, and it is changed up to three times a year.

The new oil began to be used in other locomotives. Once they set up such an experiment. In the «Ryazan» depot there were two identical locomotives working in a couple — they carried heavy loads and therefore could only work in tandem. One of them was filled with wearless oil, and the other was ordinary. The second one broke down much more often, and spent more fuel.

Tests and solid lubrication for bearings were conducted. The results were excellent: the number of iron particles in the used lubricant decreased by 30–190 times compared to standard lubrication, the bearings practically did not heat up during long-term operation. At the same time, the same type of wear-free lubricant could be used instead of several dozen different lubricants recommended by the relevant technical regulations. “Locomotive bearings work under high load, and they need to be changed from time to time. But they cost a lot. For example, now for a modern locomotive the set costs more than a million rubles. Extending their service life due to wear control gives huge savings, ”explains S. Mamykin.

By 1997, the fame of wear-free oil spread widely among railway workers.

• Can you solve the problem of wheel wear? — they asked Mamykin.
• I can!

There are very sharp turns on sections of the railway — they are also called small radius curves. The wheels rubbed heavily there and quickly failed. Examination of the surface of both wheels and rails shows that they are covered with micro-scales of metal like the skin of some kind of animal — a typical sign of hydrogen wear. To struggle against friction when entering the site an automatic lubricator is put; it lubricates the wheels of passing trains. It helps, but only partly. An experimental portion of lubricant, which suppresses the penetration of hydrogen into the metal of rails and wheels, was tucked into such an oiler. The idea of ​​wearlessness worked here too — the annual losses from the destruction of wheels and rails in this experiment decreased by five times!

Railway friction

Meanwhile, the 90s ended, the economy stabilized, as did its organizational structures. The history of oil successfully developed: almost a whole Moscow-Ryazan branch of the Moscow Railway turned out to be serving Mamykin’s company, and that’s dozens of diesel locomotives and tens of kilometers of small radius curves. The experiment gradually spread to other locomotive depots.

In 2005, the railway authorities thought about the revival of the Kuskovsky grease factory, which fell into complete decline: Mamykin was asked to become the director of this factory. He agreed and organized a site for the production of large, in thousands of tons, lots of wearless lubricants for the railway — they accounted for a third of the total production. Despite such a large volume of production, these lubricants were used for six years as experimental: they were not included in the technical regulation of railway equipment maintenance, although back in 2003 to the Kolomna Rolling Stock Institute (now «VNIKTI») responsible for railway lubricants, was instructed to conduct an experimental test of the effectiveness of engine oil with a wearless additive.

“The preliminary data obtained during the experiment were amazing,” recalls S.M. Mamykin. — So, during the experiment, the Novomoskovsk depot reported saving 24.8% of fuel! At the end I saw the conclusion of the institute, in which it was determined that the average fuel economy is 8.8%. This was a huge amount, in 2005 prices for a locomotive with one diesel engine — 750 thousand rubles a year. However, 2.2% appeared in the final version of the report. How did it happen? ”

This is a very instructive story, characteristic of the modern economy, although it repeats the old story of Garkunov’s failure. Let’s digress a little from the railway theme. At the XXVII Congress of the CPSU (1986), among the directives for the development of the national economy, a separate item was noted — to develop in every possible way the technology of wear-free friction. Moreover, M.S. Gorbachev, in his report, complained that this discovery of Soviet specialists was used little in industry.

An investigation was conducted, as a result of which heads flew at the Ministry of Fuel and Energy Resources, in particular, one of the deputy ministers lost his post. It would seem that the matter should settle down, but the bureaucratic system did not tolerate such violence and defended its people: Garkunov turned out to be an enemy of the whole industry. Indeed, it turns out that a whole industry institute developing lubricants is engaged in sabotage and fraud — their lubricants cannot prevent the wear of the details, causing a huge loss to the national economy. And there is a means of a radical struggle against wear, but only the institute ignores it. However, it is this institute that develops technical regulations for the use of lubricants. He slowed down the matter, because no one will use the unrecommended lubricant for an obvious reason — if there was some kind of accident, no one wants to be extreme, but wants to cover up behind a paragraph of the instruction. Therefore, the production of one brand of wearless oil was established at one factory, but, in the absence of it in technical regulations, no one took such oil, and it was removed from production as it was not in demand; the bureaucratic system then prevailed.

“This is how events with our oil have already developed in the current railway department,” S.Mamykin explains. — It’s beneficial for the Fuel and Lubricants Supply Department to have large stocks of these materials, and suppliers to sell such large volumes. That is where their interests coincide. Saving fuel and oil leads to a drop in purchases, which is bad for both, so management has reduced the ability to maneuver in case of some unforeseen expenses. I know that the managers of the depot, where they recorded fuel savings of 24.8%, were told — do you insist on such savings? Look, you’ll be cut off fuel limits by a quarter, you want? Of course not, the depot experts agreed reasonably. The employees of the institute were directly told — as you wish, but bring the fuel economy to 2%. Which they did. So our friendship with the railway workers ended, and this is very sad, because the losses incurred by the railway due to wear and tear are included in the price of all delivered goods. That is, we all pay for the wear. ”

The lubricant treats a car and a person

Mamykin’s company, however, did not remain without work. Oil that reduces wear has found a new market niche — cars.

Every 5-10 thousand km or every year it is necessary to change the oil in the engine depending on what comes sooner. It is contaminated both due to wear products and products of its thermal decomposition. Occasionally, approximately every 50,000 km, it is necessary to change the oil in the gearbox, transmission and other rubbing units. In general, with a developed car park you need a lot of oil, and wear-free oil can provide considerable savings. However, there is a problem associated with service regulations recommended by car manufacturers. Nobody will change oil for contingency — so as not to take unnecessary responsibility. It would seem that you can change the regulation, but then you need to agree with the manufacturer of the car or engine. This method did not work. “In 2009, we agreed with the Moscow’s First Automobile Plant named after G. Krause on the testing of oil for diesel engines. The automobile industry allocated three MAZ, ZIL and six KamAZ trucks for these purposes. The oil showed itself perfectly — it washed the long-term dirt from the engines, and the machines worked smoothly both in the cold winter and in the hot summer of 2010.

As a result, oil was used at seven more MAZs, ZILs, and nine KamAZs engines that were overhauled. The oil change period increased by one and a half times. According to the results, an appeal was made to the «Avtodiesel» company, which produces engines, with a request to conduct factory tests, but they could not find understanding from the side of the plant. «It was not possible to find understanding either in «Alrosa» company with its fleet of heavy dump trucks, or among the oil industry workers — they need lubrication for drilling rigs, nor with the Kalashnikov concern. “The latter is especially sad, because the weapon lubricant invented by us is universal,” S.Mamykin complains. — It can be used not only for cleaning weapons — in fact, a spray of this lubricant should be in every house. It perfectly resuscitates tightly rusted door hinges and other connections that seize locks, and allows you to unscrew the nut that is rusted to the bolt. Moreover, it also serves as a first aid for injuries, because copper is an excellent antiseptic. I checked the effect of the lubricant on myself — once I deeply crucified my hand with a chisel and there was nothing to stop the blood; so I filled the cut with grease, shook it with a rag — surprisingly, after half an hour was possible to remove: the wound was healed, copper in the human body is responsible for the production of protein that sticks together tissue. Probably, such a lubricant in a set of accessories of a Kalashnikov assault rifle would be useful to a fighter in an extreme situation. ”

Unlike corporate ones, private car owners reacted to the ideas of wearlessness with great understanding and formed a kind of club of “Cupper” oil lovers. Some conduct experiments on their machines, in fact performing work instead of the research departments of the auto concerns. The results presented at automobile forums cause lively discussion, however, in accordance with the established practice of the information society, a probabilistic truth is formed as a result, when the truth is found by voting.

Indeed, it is not easy to isolate something rational from such experiments, because they take place on different brands of machines with different histories and in different operating conditions. As a result, someone observes a reduction in fuel consumption, which even pays off the cost of buying oil, someone does not. Someone’s oil burns out very much, and it has to be constantly added, and someone notes its stable work. At some speeds after changing the oil in the gearbox switch smoother, others change to make the transmission squeal. Everyone agrees that oil with copper soap perfectly washes all components of the engine and oil-fuel system, however, this can lead to troubles. For example, if dirt has accumulated on worn oil seals, then it closes all cracks and oil does not leak out. And when the dirt is washed, the seals will begin to leak, and they will need to be replaced. Focusing on this probabilistic truth, car lovers come to the opinion of buying a wearless oil, following the call of the heart rather than the arguments of reason, missing that the main thing is not fuel economy or the fight against dirt, but the extension of the life of the rubbing parts, the fight against wear. Wear cannot be noticed by eye, for this a chemical analysis of the oil is required.

“We have a Largus car, which we use to deliver oil to customers of our online store,” S.Mamykin explains. — It has been a long experience: on one oil change it has already passed more than 40,000 km. Every ten thousand we do an oil analysis. And we see that its composition remains practically unchanged. The main thing is that the concentration of iron does not increase in it. That is, there is practically no wear. From analysis to analysis, bursts of concentration of certain chemical elements appear and disappear. We understand where it comes from — dirt is removed from some of the corners where it was accumulated when using the regular oil. This is a very interesting experience — it shows that wearless oil can serve indefinitely. ”

Economic antagonism

The experiments put by amateurs give an idea of ​​the possibilities of dealing with wear. However, in order for the effect to be beneficial not in individual cases, but systematically, such experiments should be carried out by the manufacturers of the equipment themselves and, based on their results, to create a wear-free lubricant for each type with optimal properties. This does not happen, despite the half a century history of the discovery, and there is a suspicion that it is not the evil intent that is to blame, but the current economic rules.

The world is currently dominated by an economy of continuous growth. In it, the success of countries is estimated by the GDP growth, companies — by income growth. Accordingly, at all levels, economic entities strive to maintain this growth, which inevitably requires not saving, but the growth of resources used. As a result, the call of Leonid Brezhnev — “the economy must be economical” — turns out to be a kind of insight: the existing economic system is fundamentally incapable of carefully spending of resources and it takes certain strong extra-economic effort to save.

In fact, only two economic actors need to reduce wear, oil consumption and fuel consumption: humanity as a whole and individual end users. The first is necessary because the increasing use of resources leads to the elimination of its habitat. The second one saves personal resources. But the whole market chain that stands between the inventor of wearless oil and its consumer, savings are absolutely not needed. necessary. Reducing oil consumption is detrimental to the interests of service workers who receive income from its replacement. The seller does not need long-lasting oil either — he needs a product that is bought as often as possible. Reduced wear will damage service, the seller and the manufacturer of spare parts. An «eternal» car is generally a nightmare of any automaker. In such a conflict of interest, it is difficult to expect that the effect of weariness will find a warm welcome among all interested parties.

This effect is needed in a fundamentally different economic system, which the Swiss economist Walter Stahel (see Chemistry and Life, 2013, 12) called the economy of declining turnovers. In it, due to prolonged reuse of things, increasing their durability, constant repair and complete processing of what still broke, it is supposed to minimize the flow of materials and energy, and ideally completely close their circle, refusing to involve any new ones resources, except that the energy of sunlight entering the planet in an increasing amount. Wearless friction clearly is an important element of this new economy, which is currently in a marginal state, but it will undoubtedly become the main one in the near future.