Máy mĩc cĩ thể xem là tổ hợp của nhiều chi tiết tiếp xúc. Khi vận hành giữa các bề mặt tiếp xúc xuất hiện ma sát. Nếu dùng kính hiển vi điện tử quan sát tổ chức tế vi lớp bề mặt chi tiết, thì thấy rằng nĩ khơng phải phẳng nhẵn như chúng ta nhìn thấy bằng mắt thường, mà là một bề mặt gồ ghề gồm những vi đỉnh lồi và những chỗ vi lõm. Trong kỹ thuật, độ gồ ghề này được đặc trưng bằng thơng số độ nhám, ký hiệu Ra (Roughness) hoặc độ bĩng. Độ nhám càng lớn thì ma sát càng cao.
Khi máy mĩc vận hành, các bề mặt tiếp xúc trượt lên nhau. Các vi đỉnh lồi va đập vào nhau, một số bị gãy vỡ bong trĩc văng ra khỏi bề mặt. Các vi đỉnh lồi khác lại sinh ra, lại gãy, liên tục như vậy dẫn đến sự hao mịn và phá hủy dần lớp bề mặt. Gọi
đây là quá trình mài mịn do ma sát. Kết quả làm cho khe hở lắp ghép giữa hai bề mặt tiếp xúc rộng dần ra từ giá trị chuẩn đạt được sau giai đoạn chạy rà đến giá trị giới hạn. Từ thời điểm này cặp chi tiết bắt đầu làm việc khơng bình thường, cĩ tải trọng va đập gây nên tiếng kêu gõ và tốc độ mịn tăng lên nhanh. Máy mĩc khơng vận hành tiếp được lâu dài, dễ dẫn đến hư hỏng gãy vỡ chi tiết và các bộ phận, tổn hao nhiều năng lượng - nhiên liệu. Đến lúc phải tháo rã, sửa chữa đại tu máy, thay thế các chi tiết mịn đến giới hạn.
Độ hao mịn ứng với thời điểm khi khe hở rộng đến giá trị giới hạn [(Sgh)], nghĩa là khi bề mặt chi tiết bị mịn đến giá trị giới hạn gọi là độ hao mịn 100%. Các nhà sản suất chế tạo máy thường xác định mốc giới hạn này bằng độ rộng khe hở hoặc bằng thời gian vận hành kèm theo chỉ dẫn sửa chữa thay thế.
Trong thực tế, người ta cĩ thể xác định độ hao mịn 100% thơng qua các thơng số kỹ thuật vận hành. Ví dụ, đối với động cơ đốt trong khi áp suất nén cuối kỳ trong xylanh giảm cịn khoảng 70% so với áp suất danh định thì coi cụm hơi đã bị hao mịn 100%, phải sửa chữa lớn cụm hơi [11]
Tuổi thọ của chi tiết, nĩi rộng hơn là của máy mĩc thiết bị là khoảng thời gian từ lúc bắt đầu vận hành đến trạng thái giới hạn. Tuổi thọ của máy mĩc phụ thuộc vào nhiều yếu tố như qui luật mài mịn tự nhiên, lão hĩa, ăn mịn, sai sĩt do vận hành, sửa chữa vv.... Kết quả thống kê cho thấy nguyên nhân máy mĩc hư hỏng vì bị hao mịn do ma sát là chính, chiếm tới (70÷80)% [11]. Chi phí sửa chữa đảm bảo kỹ thuật máy mĩc cơ khí ở tầm quốc gia tính trung bình chiếm đến (1÷3)% thu nhập quốc dân/năm. Nếu chúng ta cĩ những cơng nghệ tiên tiến làm giảm hẳn được tác dụng mài mịn của ma sát, tăng được tuổi thọ của máy mĩc lên vài lần thì sẽ mang lại hiệu quả hết sức lớn lao cho nhân loại.
Nếu máy mĩc khơng vận hành, khơng cĩ ma sát thì khơng cĩ hiện tượng gì xảy ra. Khi máy mĩc, thiết bị đang vận hành: Bề mặt của cặp chi tiết xúc ma sát cĩ các vi đỉnh lồi và các chỗ vi lõm, chúng được bơi trơn bằng dầu bơi trơn. Trong dầu bơi trơn cĩ các phần tử kim loại vốn bị bong trĩc ra khỏi bề mặt chi tiết và cặn bẩn sinh ra do dầu bị đốt cháy hoặc biến chất trong quá trình vận hành trước đĩ. Khi ta cho chất Revitalizant Xado vào trong hệ thống dầu bơi trơn của máy mĩc cần phục hồi. Các phần tử chất Xado đi theo dầu đến vùng giữa hai bề mặt tiếp súc ma sát (hình 2.15). Tại đĩ sẽ xảy ra một loạt các quá trình cơ, lý, hĩa, điện, nhiệt phức tạp, một số vi đỉnh
lồi bị gãy vỡ, đồng thời các hạt Xado được dầu bơi trơn đưa tới do quá trình bơi trơn nằm trong vùng ma sát chúng cĩ kích thước khá lớn so với các vi đỉnh cũng bị nghiền đập vỡ thành các phần tử siêu nhỏ (element), nhiều cấu trúc phân tử bị phá vỡ. Tại chỗ cĩ các vi đỉnh bị gãy vỡ phát sinh các vi tia lửa, nhiệt độ lên tới (900-1200)0C, hội đủ điều kiện thực hiện phản ứng hĩa học, khuếch tán nhiệt động học và các quá trình khác để luyện kim tạo ra tạo ra lớp gốm kim lọai bồi phủ lên cả hai bề mặt chi tiết tại chỗ cĩ ma sát. Quá trình bồi phủ làm thay đổi trạng thái bề mặt tiếp xúc ma sát từ dạng kim loại - kim loại thơng thường thành cặp tiếp xúc kim loại - gốm kim loại ngay trong lúc máy hoạt động.
Lớp gốm kim loại hình thành cĩ những đặc tính đặc biệt tốt, bù đắp hao mịn và giảm ma sát nên giảm được tốc độ mài mịn, bảo vệ vững chắc bề mặt tiết máy.
Hình 2.15: Các giai đoạn hình thành lớp bề mặt khi sử dụng Chất Xado
Nhớt Cặn Các hạt kim lọai Các phần tử Xado
Hình2.16: a) Xylanh động cơ trước khi phục hồi Xado; b) Xylanh động cơ sau khi phục hồi bằng Xado
Các nhà khoa học gọi đây là vi luyện kim tạo thành gốm kim loại. Nĩ tiếp diễn chậm và dần dần đến khi hình thành ổn định lớp gốm kim loại trên bề mặt chi tiết tại chỗ ma sát.
Mạng tinh thể gốm kim loại gồm các pha kim loại hoặc hợp kim với một hoặc nhiều pha gốm. Nĩ kết nối với mạng tinh thể kim loại phía dưới thành một thể thống nhất. Nĩ hình thành trên cả hai bề mặt kim loại, cĩ độ nhẵn rất cao Ra = 0,06µm và bĩng giống như một lớp kính mờ. Lớp gốm kim loại do Xado tạo ra cĩ độ dày từ vài đến vài trăm micrơmét tùy thuộc hệ ma sát và chất Xado sử dụng.
Các giai đoạn của quá trình phục hồi chất Xado[11]
Quá trình phục hồi chất Xado diễn ra trong điều kiện nhiệt độ cao và là một quá trình hết sức phức tạp. Nhưng về cơ bản, quá trình phục hồi được chia làm 2 giai đoạn: giai đoạn xử lý làm sạch bề mặt và giai đoạn bồi phủ tạo ra lớp gốm kim loại để bù đắp tại chỗ hao mịn.
Giai đoạn xử lý làm sạch bề mặt
Được tính từ lúc bắt đầu sử dụng chất Xado, khoảng vài giờ đến 10 giờ sau đĩ. Trong lúc này, nếu quan sát máy mĩc đang vận hành, ta thấy cĩ những đặc điểm như: hiệu suất giảm hơn trước, nĩng hơn và tiếng ồn cũng lớn hơn trước. Nhờ cấu trúc đặc biệt của các element Xado sau khi bị đập vỡ và các chất tẩy rửa cĩ trong thành phần hợp chất Xado mà các cặn bẩn được tẩy sạch khỏi bề mặt ma sát.
Giai đoạn bồi phủ tạo ra lớp gốm kim loại bù đắp hao mịn
Giai đoạn này xảy ra ngay sau khi giai đoạn làm sạch kết thúc. Lúc này tiếng ồn giảm, hiệu suất của máy mĩc tăng lên rõ rệt, nhiên liệu giảm đáng kể và dần dần các thơng số kỹ thuật được phục hồi.
Đặc tính của lớp gốm kim loại Xado: [11]
- Độ cứng tế vi lớn (600÷700) kG/mm2. - Ứng suất nén cao: 250 kG/mm2. - Hệ số ma sát rất nhỏ: f = (0,003÷0,007). - Độ nhẵn rất cao: Ra = 0,06 µm. - Chịu va đập tốt, đến 50 kG/mm2. - Tính chống ăn mịn tốt.
- Tính chịu nhiệt cao.
CHƯƠNG 3
NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
Từ việc nghiên cứu tổng quan tại chương 1, cơ sở lý thuyết tại chương 2, chúng tơi tiến hành thực nghiệm nhằm đánh giá sự thay đổi thành phần chất độc hại trong khí thải và hàm lượng kim loại hao mịn của động cơ trước và sau sử dụng chất Xado, từ đĩ chọn được lượng chất Xado hợp lý, đồng thời đề xuất qui trình sử dụng chất Xado cho động cơ lắp đặt trên chủng loại ơ tơ nghiên cứu. Sau đây trình bày các nội dung cụ thể: