Группа международных исследователей из Национальной лаборатории Аргона успешно синтезировала инновационный вид сухой смазки путем соединения мелкодисперсных частиц алмаза с наночастицами дисульфида молибдена — материала, классифицируемого как условно твердый. В ходе процесса под воздействием огромного давления происходит расщепление молибденита на молибден и серу; последняя вступает в реакцию с наноалмазами, образуя частицы сложной луковичной структуры, покрытые несколькими слоями графита. Данный компонент обеспечивает исключительно низкие показатели коэффициента трения. Согласно результатам исследований, новая «наноалмазная» смазка обладает смазывающими свойствами, превышающими характеристики традиционных специальных покрытий и фторополимеров более чем в десять раз.

“Крошечные алмазно-углеродные шарики могут выдерживать очень высокое давление, возникающее в месте контакта трущихся частей. Их сферическое строение позволяет поверхностям скользить очень легко, создавая сверхмаслянистость” – рассказывает Али Эрдемир (Ali Erdemir), ведущий исследователь.

Новый вид смазки может использоваться практически везде, начиная от смазки дверных ручек, велосипедных цепей и заканчивая тяжеловесным промышленным оборудованием. Высокие характеристики наноалмазной смазки позволят, в некоторых случаях, даже создавать такие узлы и механизмы, которые попросту не будут работать при условии использования смазки любого другого типа.

“Детали, которые будут обработаны алмазной смазкой, смогут проработать гораздо дольше. Помимо этого, не придется больше волноваться о пропитанной маслом ветоши, которая остается после обслуживания различных машин” – рассказывает Джон Харви (John Harvey), руководитель данного направления, – “Теперь, в некоторых случаях, в механизмах можно будет использовать детали, изготовленные дешевым методом штамповки, они, за счет новой смазки, будут работать не хуже деталей, изготовленных при помощи других более дорогостоящих и более качественных методов металлообработки”.

В настоящее время в портфеле лаборатории Аргонна уже имеется несколько патентов на новые технологии суперсмазки. И в скором времени эти технологии станут доступны для лицензирования и массового производства.

Для любознательных

Разработкой сухой смазки на основе детонационных наноалмазов (ДНА), обеспечивающей сверхнизкий коэффициент трения (эффект суперскольжения или суперлубрикантности, где коэффициент трения, занимаются ведущие материаловедческие центры в России, США, Китае и Европе. Наноалмазы за счет своей сферической формы диаметром 4–5 нанометров работают как микроскопические идеальные «подшипники», а при определенных условиях трансформируются в скользкие углеродные «луковицы» (Onion-Like Carbon).

Ниже представлен подробный обзор ключевых разработчиков и перспектив этой технологии.

Кто занимается разработкой в мире

Основной мировой тренд — создание гибридных двумерных/нольмерных (2D/0D) наноматериалов, где наноалмазы комбинируются с дисульфидом молибдена (\(MoS_{2}\)) или графеном.

В мире (Зарубежные центры)

• Аргоннская национальная лаборатория (Argonne National Laboratory, США): Один из мировых лидеров. Местная группа ученых совершила прорыв, объединив наноалмазы с частицами дисульфида молибдена. Под давлением в узле трения эта смесь вступает в реакцию, превращая наноалмазы в многослойные графитовые сферы («луковицы»), что снижает коэффициент трения в 10 раз по сравнению с обычными смазками, обеспечивая практически нулевой износ в сухой среде.
• Ланьчжоусский институт химической физики (LICP CAS, Китай): Активно исследует сухие трибологические нанопокрытия и твердые смазочные пленки на основе углеродных кластеров.
• PlasmaChem GmbH (Германия): Специализируется на модификации поверхностей детонационными наноалмазами и создании ультрадисперсных антифрикционных добавок.

В России

Исторически Россия (и бывший СССР) является родиной технологии промышленного синтеза детонационных наноалмазов (путем направленного взрыва углеродосодержащих веществ). Поэтому в стране мощная научная база:

• Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева (ИНХС РАН): Исследования в области нанотрибологии и модификации поверхностей трения наноуглеродом.
• Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург): Фундаментальные работы по изучению структуры ДНА и их перспектив в твердых и жидких смазочных композициях.
• НИЦ «Курчатовский институт»: Разрабатывает «умные» суспензии и композиты на основе наноалмазов с модифицированной поверхностью.
• Завод «Пластмасс» (входит в контур Госкорпорации «Ростех»): Крупный производитель наноалмазной шихты детонационного синтеза, поставляющий сырье в том числе для триботехнических разработок.
• Коммерческий сектор и стартапы (например, NanoCOR, проекты РОСНАНО): Занимаются практической коммерциализацией. Создают модификаторы трения, которые формируют на деталях сухую алмазно-углеродную защитную пленку, снижая трение и восстанавливая микродефекты металла.

Каково будущее этой технологии?

Сухие наноалмазные смазки и покрытия находятся на острие перехода к «зеленой» и высокоэффективной инженерии. Будущее технологии определяют несколько ключевых факторов:

1. Выход в экстремальные среды (Космос и Вакуум)

Классические жидкие масла испаряются в вакууме или замерзают при сверхнизких температурах. Сухая наноалмазная смазка не теряет свойств в космическом пространстве, при радиации и в широком диапазоне температур (от глубокого минуса до сотен градусов Цельсия). Это сделает её стандартом для механизмов космических аппаратов и авиации.

2. Замещение токсичных материалов

Традиционные сухие смазки часто используют фторполимеры (например, тефлон/ПТФЭ), производство которых во всем мире жестко ограничивается из-за экологических требований (запреты на PFAS). Наноалмазы на основе чистого углерода абсолютно биосовместимы и экологичны.

3. Эволюция в сторону самовосстанавливающихся систем

В будущем механизмы будут обрабатываться наноалмазными составами еще на этапе сборки. В процессе работы (под воздействием трения и локального нагрева) наночастицы будут самостоятельно запечатывать микротрещины, образуя постоянно обновляющийся ультрагладкий алмазоподобный слой (эффект безызносности).

4. Синергия с DLC-покрытиями

Технология сухой смазки будет развиваться параллельно с методами напыления DLC (Diamond-Like Carbon) — алмазоподобных углеродных покрытий. Наноалмазные порошковые и пленочные лубриканты станут неотъемлемой частью обслуживания таких покрытий в тяжелонагруженных узлах (автопром, прецизионные станки, робототехника).

Главный барьер на сегодняшний день

Широкое внедрение технологии пока сдерживается сложностью удержания наночастиц от слипания (агломерации). Наноалмазы стремятся объединиться в крупные фракции, которые работают уже не как смазка, а как абразив. Будущее технологии зависит от химических методов модификации поверхности алмазного ядра, над чем сейчас и бьются ученые во всем мире.

Для наноалмазных смазочных технологий характерно четкое разделение: коммерческий рынок масс-маркета предлагает в основном жидкие масляные присадки, в то время как «чистая» сухая смазка с ультранизким трением (суперскольжением) пока остается преимущественно в поле научных патентов и B2B-контрактов.

1. Коммерческая доступность (Что можно купить прямо сейчас)

На потребительском и промышленном рынках наноалмазы (ДНА) продаются в виде готовых присадок к моторным маслам, жидких концентратов или сухого сырья (шихты) для производств.

Жидкие присадки и трибосоставы (Масс-маркет)

Это не сухие смазки в чистом виде, а жидкие среды (масла, полиальфаолефины), где наноалмазы выступают модификаторами. При работе двигателя они создают ту самую сухую алмазно-углеродную защитную пленку на металле.

• В России: Наиболее заметный коммерческий бренд — NanoCOR (НаноКОР). Они выпускают линейки NanoCOR Start и Premium для двигателей и трансмиссий, доступные на маркетплейсах (Ozon, Wildberries). Также элементы нанотехнологий (хоть и с акцентом на геомодификаторы и нанокерамику) используют компании вроде Супротек и РиМЕТ.
• За рубежом: Компания BestLine Racing активно продвигает на рынке США технологию Diamond NanoLube — это готовые коммерческие составы для обработки двигателей, снижающие шероховатость поверхностей в несколько раз. Продукты под брендами ADDO также используют ДНА в качестве модификаторов трения.

Сухое сырье и полуфабрикаты (Для промышленности)

Если предприятию нужно внедрить наноалмазы в свой производственный цикл (например, встроить в гальваническое покрытие или пластичные смазки), покупаются сухие порошки или суспензии:

• Adámas Nanotechnologies (США): Один из крупнейших мировых дистрибьюторов. Продает серию D-Tribo Lubricant Additives — готовые наноалмазные суспензии для противоизносных покрытий.
• СИНТА (Россия): Производит и продает алмазосодержащие шихты (АШ-Б, АШ-В) и сухие порошки селективного окисления (УДА-ЧОШ-СП). Применяются для создания композитных покрытий, красок и полировальных паст.
• Реал-Дзержинск (Россия): Производит детонационные наноалмазы под маркой RUDDM в промышленных масштабах под заказ.

2. Научные патенты и B2B-технологии (Где скрыто «суперскольжение»)

Формирование сухой твердой пленки с экстремально низким трением (μ < 0,01) без добавления жидких масел — это сфера патентов, авиакосмических контрактов и ОПК.

Основные патентные и технологические направления:

Патенты на гибридные сухие покрытия (0D/2D структуры)

Большинство современных патентов защищают не просто наноалмазы, а их композиции. Ключевые международные и российские патенты (включая базы WIPO, USPTO и ФИПС) сосредоточены на:

• Совмещении ДНА с дисульфидом молибдена (MoS₂) или графеном. Присадки, где наноалмазы покрыты мягкими металлами (например, медью) или слоистыми материалами. Патенты описывают, как под нагрузкой наноалмаз трансформируется в углеродную «луковицу», обеспечивая скольжение.
• Плазменном электролитическом оксидировании (ПЭО/PEO) и DLC. Европейские проекты (например, Advanced Low Friction Engine Coating) защитили патентами технологии внедрения наноалмазов непосредственно в структуру поршней и титановых колец методом плазменного напыления для работы всухую при высоких температурах.

Патенты на решение проблемы агрегации (Стабильность)

Главная ценность патентов в этой области — функционализация поверхности. Сам по себе наноалмаз в сухом виде быстро слипается в крупные куски (агломераты). Патентуются методы химической «прививки» к алмазному ядру различных молекул (амидов, фторсодержащих радикалов), которые заставляют частицы отталкиваться друг от друга, сохраняя свойства сухой смазки.

Резюме: как поступить практику?

1. Если вам нужно готовое решение для коммерческой техники (ДВС, редукторы): Сухую пленку проще формировать «in situ» (в процессе работы), заливая жидкие масляные модификаторы трения вроде отечественного NanoCOR или американского Diamond NanoLube.
2. Если вы разрабатываете свой узел трения (например, для вакуума или конвейера): Вам необходимо закупать сухой порошок ДНА (у СИНТА, Adámas или Реал-Дзержинск) и внедрять его в композитные лаки, гальванические ванны или полимерные матрицы по лицензии существующих патентов.