Синергия грибов и минералов: российские ученые нашли способ улучшить смазочные материалы

Ученые Института проблем машиноведения Российской академии наук провели уникальное исследование, направленное на изучение влияния популяций микроорганизмов на триботехнические свойства пластичных смазочных материалов. Они выяснили, что использование в смазочных материалах минерала серпентинита и гриба Aspergillus niger открывает перспективы для повышения долговечности трущихся деталей машин и механизмов, а также снижения энергозатрат на преодоление сил трения. Результаты исследования опубликованы в научном журнале “Наукоемкие технологии в машиностроении”.

Известно, что количество микроорганизмов в окружающей среде варьируется от единиц до тысяч. Воздушная среда вокруг работающих механизмов насыщена бактериями и грибами, способными попадать внутрь смазочных материалов как до начала эксплуатации, так и непосредственно в процессе работы оборудования. Даже самые современные и качественные смазки подвержены биологическому воздействию, которое снижает их эксплуатационные качества и способствует возникновению повреждений поверхностей трущихся элементов. Однако, несмотря на значительный прогресс в изучении процессов трения и износа, воздействие микроорганизмов остаётся недостаточно изученным фактором.

Ученые ИПМаш РАН впервые выполнили масштабное научное исследование, выявив важные механизмы формирования антифрикционных и противоизносных свойств ряда отечественных смазочных материалов. Было выявлено, что добавление комбинации серпентинита и Aspergillus niger повышает антифрикционные показатели на 17–40% в зависимости от вида смазочного материала. Для большинства образцов наблюдается выраженный синергизм: повышение защитных качеств достигает порядка 18%. Противоизносные характеристики увеличиваются на 11,5–34,6%, однако некоторые образцы демонстрируют незначительное ухудшение этих показателей, как сообщил ведущий научный сотрудник лаборатории трения и износа Института проблем машиноведения РАН Александр Бреки.

Следует отметить, что плесневый гриб Aspergillus niger часто встречается в промышленных средах, а серпентинит давно применяется в некоторых узлах машин благодаря своим положительным эффектам на снижение коэффициентов трения. Однако совместное присутствие двух столь разных веществ ранее детально не исследовалось. Полученные показатели подтверждают важность учета наличия микроорганизмов в составе современных смазочных материалов, поскольку правильное комбинирование полезных соединений дает значительные преимущества в работе оборудования.

В рамках проекта ученые разработали две ключевые математические модели, способные описать изменение важнейших показателей функционирования трущихся узлов — силу трения и скорость износа. При разработке модели учёным пришлось учитывать сразу два фактора — наличие дисперсных добавок минерального происхождения и живых организмов. Итоговая зависимость показывает, насколько сильно концентрация микроорганизмов влияет на величину силы трения. Чем больше доля микроорганизмов, тем сильнее изменяется сила трения, что связано с физико-химическими изменениями структуры поверхностного слоя смазки. Кроме того, была разработана модель, отражающая взаимосвязь количества минеральных добавок и уровня присутствия микроорганизмов с интенсивностью износа рабочих поверхностей деталей. Эти знания позволяют оптимизировать состав смазочных материалов таким образом, чтобы минимизировать повреждения деталей и увеличить срок службы техники. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили теоретические выкладки, что свидетельствует о возможности целенаправленного управления процессом смазки путем подбора оптимального соотношения минералов и микробиологической нагрузки.