金屬耐磨減阻及損面自修復(fù)材料介紹

1、金屬耐磨減阻及損面自修復(fù)劑技術(shù)資料煙臺(tái)錦隆化工科技有限公司金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑是我國(guó)眾多科研機(jī)構(gòu)及高校歷經(jīng)數(shù)年努力耗資近億元成功研制出的。能有效解決機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中摩擦磨損造成的能量損失,設(shè)備精度下降,設(shè)備壽命短等問(wèn)題的一種稀有金屬制劑。經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)踐和配方優(yōu)化達(dá)到了理想的效果，在核心技術(shù)方面世界領(lǐng)先。該產(chǎn)品現(xiàn)已批量生產(chǎn)，在勝利油田純梁二礦，煙臺(tái)三菱水泥，煙臺(tái)國(guó)大黃金，煙臺(tái)環(huán)球集團(tuán)，萊州強(qiáng)信精密機(jī)械等單位的實(shí)際應(yīng)用中，取得了良好的效果，經(jīng)濟(jì)效益顯著。該產(chǎn)品具有節(jié)電效果顯著、修復(fù)精度高、作用時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)。其性能居世界同類(lèi)產(chǎn)品的領(lǐng)先水平，該產(chǎn)品的推廣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。一、金

2、屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑研制的目的和意義摩擦磨損是機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中存在的必然現(xiàn)象。在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中有三分之一的能量用于克服摩擦阻力。是能源浪費(fèi)主要的環(huán)節(jié)，磨損是機(jī)械設(shè)備壽命縮短的主要原因，當(dāng)磨損量超出設(shè)備設(shè)計(jì)要求，標(biāo)志著該設(shè)備壽命的終結(jié)。有關(guān)資料表明，美國(guó)因摩擦磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失每年超過(guò)兩千億美元。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)已成為一個(gè)機(jī)械設(shè)備裝備大國(guó)，機(jī)械設(shè)備制造業(yè)也在迅猛發(fā)展，不久的將來(lái)也將成為機(jī)械設(shè)備制造大國(guó)。目前僅機(jī)械摩擦磨損每年給我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)上千億元。目前我國(guó)機(jī)械設(shè)備主要存在的問(wèn)題有：（1）制造精度低目前世界機(jī)床精密度普遍較高，特別是歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家，中心定位精度普遍超過(guò)5m,德、

3、美、日、瑞士等國(guó)家甚至已達(dá)到3m、2m、1m，而我國(guó)的同類(lèi)產(chǎn)品定位精度卻在8m以上，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在著很大差距。在制造過(guò)程中主要存在的問(wèn)題：一是自身的工作母機(jī)大多使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，中心精度低，制造出來(lái)的零件精度受到影響，零部件公差大，導(dǎo)致我國(guó)機(jī)械設(shè)備自出廠就存在精度低，使用壽命短，能耗大的缺陷。二是隨著設(shè)備使用年限的延長(zhǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)部位磨損、腐蝕過(guò)快，沒(méi)有足夠的資金用于購(gòu)買(mǎi)零部件，在維修周期內(nèi)設(shè)備也不能恢復(fù)出廠時(shí)精度，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。三是由于機(jī)械設(shè)備制造業(yè)的總裝配水平存在差距，造成機(jī)械設(shè)備精度難以達(dá)到很高水平，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)噪音較大。（2）精度保持差德、美、日、瑞士等國(guó)家制造的機(jī)械裝備、加工設(shè)備能保持多年

4、的使用精度，而我國(guó)的產(chǎn)品一般卻只能保持一年上下，其主要原因，一是材料問(wèn)題，我國(guó)冶金工業(yè)與國(guó)外相比還有較大差距，材質(zhì)的先天不足是精度保持性差的主要原因；二是機(jī)械設(shè)備制造廠工作母機(jī)本身精度不高，加工出的零件很多是處于極限公差，再加上裝配工藝和技術(shù)不精良，這是國(guó)產(chǎn)機(jī)械裝備精度保持性差的另一個(gè)重要原因；三是熱處理工藝及設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有一定差距；四是國(guó)內(nèi)在機(jī)械制造粗加工階段忽視了工藝優(yōu)化和精度控制，精加工質(zhì)量不高，使機(jī)械投入使用后精度保持性差。 （3）維修費(fèi)用高機(jī)械設(shè)備的磨損失效往往只是少部分關(guān)鍵零部件摩擦表面的磨損造成的。比如機(jī)床的導(dǎo)軌、主軸頸等，而且這種表面磨損通常只有幾十微米。目前機(jī)械設(shè)備的

5、主要維修方式是更換這些部位的磨損件。我國(guó)目前從國(guó)外進(jìn)口的機(jī)電產(chǎn)品達(dá)數(shù)千億美元之多，每年需耗費(fèi)大量的外匯去購(gòu)買(mǎi)這些昂貴易損的零部件。許多企業(yè)普遍將存在著設(shè)備到了規(guī)定的修理期，因無(wú)法承受巨額費(fèi)用而使設(shè)備在“病態(tài)”中堅(jiān)持工作，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，也使設(shè)備加劇磨損，甚至造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞和事故的發(fā)生，從而造成更大損失。同時(shí)機(jī)械設(shè)備即使經(jīng)過(guò)維修后，維修達(dá)不到出廠時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，尤其是精度、噪音方面。設(shè)備的滲漏油現(xiàn)象更是普遍存在。（4）能源浪費(fèi)大。為了解決上述問(wèn)題，提高設(shè)備的使用精度，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維修費(fèi)用，提高設(shè)備使用的可靠性，我公司科研人員經(jīng)多年努力成功研制出了一種節(jié)能環(huán)保的耐磨減阻及損面修復(fù)材料，并在各

6、類(lèi)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景和巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益。二、目前國(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀及趨勢(shì)。降低和消除機(jī)械設(shè)備零部件的磨損。除進(jìn)行合理的摩擦學(xué)設(shè)計(jì)外，還可通過(guò)三條途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是減摩技術(shù)，即減少或控制造成磨損的條件。例如使用各種功能的潤(rùn)滑材料；二是抗摩技術(shù)，即提高摩擦副的耐磨性能，如表面合金化、磷化、硼化處理等；三是損面修復(fù)技術(shù)，即使用具有損面修復(fù)功能的材料。在磨損過(guò)程中，通過(guò)形成新的補(bǔ)修層補(bǔ)償磨損。為有效延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命，世界各國(guó)正在積極開(kāi)發(fā)研制能夠同時(shí)具備耐磨減阻和具備修復(fù)功能于一體的新材料和技術(shù)，以改變傳統(tǒng)的維修模式，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備在不解體的運(yùn)行過(guò)程中，將已

7、磨損的部位進(jìn)行修復(fù)。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用的多為有機(jī)高分子聚合物以及金屬化合物。目的是在摩擦副表面形成較為牢固的保護(hù)膜，已達(dá)到減少摩擦磨損和延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的目的。而本發(fā)明的減阻耐磨及損面修復(fù)產(chǎn)品在減阻耐磨基礎(chǔ)上，同時(shí)具有損面的修復(fù)功能，使在原摩擦副表面產(chǎn)生磨損的 情況下產(chǎn)生修復(fù)的功能。且修復(fù)層硬度更高，表面光潔度更高。故此摩擦系數(shù)具有顯著降低。從而達(dá)到節(jié)能節(jié)電的效果，使機(jī)械設(shè)備使用中振動(dòng)噪音減少，延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備的使用壽命。三、金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑原理摩擦副的摩擦表面“再生”現(xiàn)象建立在一定條件下發(fā)生于相對(duì)接觸摩擦區(qū)域的一種獨(dú)特的物理化學(xué)過(guò)程。而“摩擦表面再生技術(shù)”其實(shí)質(zhì)為：在機(jī)械設(shè)備的工作過(guò)程中，

8、摩擦副之間產(chǎn)生接觸負(fù)荷。在超負(fù)荷作用下會(huì)產(chǎn)生多余的能量，這種多余的能量通常帶來(lái)的是摩擦副表面的磨損。但是當(dāng)加入本金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑后，那么在超負(fù)荷區(qū)域就能建立一種利用多余能量建造新的面，而不是破壞舊表面層的能量變換模式。如圖所示，是一個(gè)摩擦表面的情況，摩擦副表面有較嚴(yán)重劃痕，其上面的金屬原子具有無(wú)補(bǔ)償雙鍵連接，在負(fù)載增加的情況下，這些原子很容易被“抓住”“松動(dòng)”并被從基體上“撕裂”下來(lái)。隨著表面原子的脫離，磨損破壞的程度不斷加劇。在超負(fù)荷作用下，脫離的可能不再是幾個(gè)原子，而是一整塊原子集團(tuán)（磨粒），這樣就發(fā)生了災(zāi)難性的磨損。在設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，似乎這樣的磨損情況屬于正常磨損。而當(dāng)金屬耐磨

9、減阻及損面修復(fù)劑存在時(shí)，情況就變得完全不同了，金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑利用摩擦副運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦能量，在金屬表面獲得新的金屬修復(fù)層面。摩擦表面再生過(guò)程是從超負(fù)載區(qū)域開(kāi)始（磨損較大的區(qū)域），因?yàn)檫@些區(qū)域具備了再生過(guò)程發(fā)生所必不可少的多余能量，這里的金屬原子本身也具有更多的自由鍵（無(wú)補(bǔ)償鍵），這些自由鍵就像磁塊一樣能直接捕獲用于建造金屬層的損面修復(fù)劑，并將其牢牢固定在磨損部位，在負(fù)荷的作用下，不斷延伸生長(zhǎng)，建造新的晶格。這樣，在原來(lái)的金屬基底之上就形成了新的表面層，原先有劃痕的地方就會(huì)生成金屬補(bǔ)丁，異?；钚栽淳蜁?huì)消失，當(dāng)上述能量過(guò)程穩(wěn)定后，保護(hù)層的生長(zhǎng)過(guò)程也將自動(dòng)停止。 四、特點(diǎn)：1、金屬耐磨減阻及

10、損面修復(fù)劑的功效是通過(guò)以潤(rùn)滑油（脂）為載體，將本修復(fù)劑帶至摩擦表面，利用磨擦產(chǎn)生的能量，在磨擦副表面形成了3-12um的金屬修復(fù)層面。此修復(fù)層硬度高，表面光潔度高，與原金屬基層之間有1-2um的金屬變性層，與原金屬基底結(jié)構(gòu)牢固，因修復(fù)層面為金屬層，具有抗酸堿腐蝕的能力，因修復(fù)層面高硬度和高光潔度，故具有降低磨擦阻力的效果，磨擦系數(shù)一般在0.06-0.03之間，具有節(jié)油、節(jié)電的突出效果。2、金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑不與潤(rùn)滑油（脂）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不增加潤(rùn)滑油的粘度，不改變潤(rùn)滑油的其它指標(biāo)。并降低發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣排放指標(biāo)。3、延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備維修周期，提高設(shè)備運(yùn)行精度，降低設(shè)備運(yùn)行噪音。 4、使用方便，無(wú)需停

11、產(chǎn)維修金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑在設(shè)備不解體的情況下，將其添加至潤(rùn)滑油（脂）。通過(guò)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)將其載至摩擦表面，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的修復(fù)。5、使用有效期長(zhǎng)在設(shè)備規(guī)定的一個(gè)換油周期內(nèi)不需要補(bǔ)充。設(shè)備將能保持在較理想的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（特種設(shè)備及特殊工作條件例外）。6、金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑能很好的與潤(rùn)滑油（脂）相混合，具有良好的可操作性。在本領(lǐng)域具有突出的優(yōu)勢(shì)。 五、金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑主要性能。（一）磨損表面形成的修復(fù)層硬度較基體提高12倍。采用兩塊45#鋼試塊進(jìn)行摩擦副作旋轉(zhuǎn)對(duì)摩實(shí)驗(yàn)，分別加入20號(hào)機(jī)油和金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料，在電壓220V，功率180W，加載30N，轉(zhuǎn)速515r/min條件下，運(yùn)

12、行200h后從下試樣上取制摩擦面金相試樣。1、基體45#鋼的顯微硬度較低，且數(shù)值比較接近；經(jīng)金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料處理過(guò)的修復(fù)層表面顯微硬度提高很多，但數(shù)值波動(dòng)較大。在B處的深灰色區(qū)域，顯微硬度值達(dá)405.0，較基體的硬度提高到2倍。表1試樣表面顯微硬度測(cè)量值（HV）部位 1 2 3 4 5 平均值 基體 135.4 130.9 137.6 128.7 126.8 1.9 A處 178.2 171.4 197.0 181.7 178.2 81.3B處 401.0 422.7 385.4 420.5 395.2 405.02、用千分尺對(duì)磨損試塊厚度進(jìn)行測(cè)量，隨機(jī)量取6點(diǎn)厚度，取其平均值。試驗(yàn)

13、前試塊的厚度平均值為8.058，試驗(yàn)后厚度的平均值為8.069。與實(shí)驗(yàn)前相比，試樣在試驗(yàn)后厚度增加了0.011mm。表2試塊實(shí)驗(yàn)前后的厚度測(cè)量值測(cè)量次數(shù) 1 2 3 4 5 6實(shí)驗(yàn)前測(cè)量值 8.037 8.051 8.077 8.089 8.053 8.042實(shí)驗(yàn)后測(cè)量值 8.041 8.090 8.072 8.068 8.082 8.0633、每隔15h干燥、稱重，15h前上下試塊的重量隨時(shí)間的增加而降低，主要原因是試驗(yàn)中的試塊線切割后沒(méi)有經(jīng)過(guò)再加工處理，表面有微小的毛刺存在，試驗(yàn)過(guò)程中毛刺首先磨損掉，表現(xiàn)為試塊重量的減少，當(dāng)毛刺影響消失后，由于金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑的存在，在45#鋼摩擦

14、面生成修復(fù)層，表現(xiàn)為試塊重量的增加，說(shuō)明金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料對(duì)45#鋼摩擦副具有修復(fù)作用。表3試塊重量隨修復(fù)時(shí)間變化時(shí)間（h）0153045607590105上試塊重量（g）144.1791144.1709144.1739144.1774144.1806144.1830144.1857144.1881下試塊重量（g）134.6109134.6086134.6093134.6102134.612113.6125134.6138134.6146（二）可使機(jī)械設(shè)備的摩擦系數(shù)大幅度下降在載荷200N條件下，時(shí)間120分鐘，基礎(chǔ)油為坦克500CC機(jī)油，修復(fù)劑與基礎(chǔ)油的比例分別為每升基礎(chǔ)油加入金屬耐

15、磨減阻及損面修復(fù)劑的百分比為2.5%、5%、10%、20%。采用多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)評(píng)價(jià)金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑的抗磨性能：基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)較高，約為0.125，而在基礎(chǔ)油中加入不同含量的金屬耐磨減阻及損面修復(fù)劑后，摩擦系數(shù)均明顯降低。含量在每升基礎(chǔ)油中加入2克時(shí)（添加量10%），摩擦系數(shù)最小，約為0.0487左右，為此摩擦系數(shù)同基礎(chǔ)油相比降低約61%。（三）磨損表面形成的修復(fù)層厚度5um，經(jīng)修復(fù)材料處理后的齒輪硬度較未處理的提高50%以上。經(jīng)修復(fù)材料處理后，齒輪截面由表至里，硬度呈逐漸降低的梯度變化。在表面至距表面40um的范圍內(nèi)，經(jīng)修復(fù)材料處理后齒輪的平均硬度明顯提高與未經(jīng)處理的齒輪，特別

16、是在小于15um的表面，經(jīng)修復(fù)材料處理后的齒輪硬度顯著增加，較未處理齒輪提高約67%，而在距表面40um以下，硬度相當(dāng)，都接近基體的硬度。（四）使用金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料，可使C0630車(chē)床的噪音降低34.9dB。對(duì)比試驗(yàn)表明：使用金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料工作1500h后的車(chē)床各檔平均噪音分別降低了69.8%、87.1%和73.1%，能夠非常有效地降低車(chē)床各檔的工作噪音。表4未加金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料的車(chē)床1500h后各檔噪音轉(zhuǎn)速（r/min）3758001325噪音（dB）73.0-73.383.4-83.779.1-79.6噪音均值（dB）73.1583.5579.5表5 加金屬

17、耐磨減阻及損面修復(fù)材料的車(chē)床1500h后各檔噪音轉(zhuǎn)速（r/min）3758001325噪音（dB）67.1-68.873.7-75.672.5-75.1噪音均值（dB）67.9574.6573.8（五）使用金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料的車(chē)床運(yùn)行1500h后，齒隙離散度較小；金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料具有修復(fù)齒輪功能，能夠提高和保持車(chē)床主軸的精度。表6齒隙的離散度統(tǒng)計(jì)表 時(shí)間 齒隙初始齒隙均值500h1000h1500h齒隙最大值0.237mm0.227mm0.225mm0.220mm齒隙最小值0.182mm0.181mm0.182mm0.178mm齒隙均值0.211mm0.200mm0.197m

18、m0.1945mm最大最小值差0.055mm0.046mm0.043mm0.042mm六、在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用：1、在勝利油田純梁二礦抽油機(jī)變速箱中的應(yīng)用 1、 測(cè)試方法：測(cè)量未加注“金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料”情況下，48小時(shí)耗電量。2、 加注“金屬耐磨減阻及損面修復(fù)材料”后不同時(shí)間及耗電量變化。測(cè)試井號(hào)：G19 抽油機(jī)節(jié)電效果日期表底數(shù)電表倍率時(shí)間每小時(shí)耗電2010.10.263666.837633478158：502010.10.283674.683770.073484.14158：502.462.211.92合計(jì)：6.59度2010.11.4加添加劑后7天3696.653792.873505.08158：551.962.031.87合計(jì)：5.862010.11.113718.453815.583526.15159：001.952.031.88合計(jì)：5.862010.11.263765.263864.343571.39158：501.952.031.88合計(jì)：5.872010.1