Смазка на основе фуллернов

Вскоре после открытия фуллеренов в 1985 г. появились предложения о создании новых смазочных материалов с добавлением этих молекул. В качестве физического механизма, определяющего характеристики смазочной пленки на основе графита, интеркалированного фуллеренами, авторы рассматривают возможность скольжения молекул фуллерена по графитовой поверхности.

На такую возможность указывали как идеальная сферическая форма молекул фуллеренов С60, так и материальная основа этих молекул (углерод), который в виде графита давно и широко используется в качестве основы целого класса смазочных материалов. Многочисленные эксперименты, выполненные в последние годы, указывают на повышение смазочных характеристик обычных масел в результате добавления небольших количеств фуллеренов.

Недавно в Aichi University of Education и Seikei University (Япония) было выполнено детальное количественное исследование, проливающее свет на механизм, определяющий влияние добавки фуллеренов на рабочие характеристики смазочных композиций на основе графита. Результаты этого исследования могут быть положены в основу разработки «суперсмазки», обеспечивающей коэффициент трения поверхностей ниже 0,001.

В качестве смазочной основы использовали высокоориентированный пиролитический графит (HOPG), который вместе с мелкодисперсным графитовым порошком естественного происхождения вводили в смесь концентрированных серной и азотной кислот (в объемном отношении 4:1) и перемешивали в течение 16 ч. Обработанный таким образом порошок промывали водой и просушивали при 100°С, после чего образец в течение 15 с подвергали термической обработке. Это приводило к образованию слоистых графитовых частиц, которые затем вводили в 70%-ный спиртовой раствор и подвергали ультразвуковой обработке. Затем слоистые частицы графита вместе с порошком фуллерена С60 или С70 запаивали в условиях вакуума в кварцевую ампулу, которую в течение 15 дней выдерживали при 600°С.

Полученный в результате описанной процедуры графит, интеркалированный фуллеренами, использовали для получения антифрикционного покрытия, представляющего собой пленку площадью 2,3×2,3 мм2 и толщиной 0,2 мм. Коэффициент трения этой пленки μ измеряли стандартным методом, как отношение силы трения к приложенному боковому усилию. В результате измерений получены величины μ < 0,001, вдвое меньшие, чем у стандартной смазки на основе MoS2 (μ ~ 0,002) и для графитовой смазки (μ ~ 0,001). В качестве физического механизма, определяющего характеристики смазочной пленки на основе графита, интеркалированного фуллеренами, авторы рассматривают возможность скольжения молекул фуллерена по графитовой поверхности, которое характеризуется значительно меньшим трением по сравнению со скольжением графитовых поверхностей друг относительно друга в силу более высокой площади контакта в последнем случае.

А. В. Елецкий,