金属耐磨减阻及损面自修复材料介绍

1、金属耐磨减阻及损面自修复剂技术资料烟台锦隆化工科技有限公司金属耐磨减阻及损面修复剂是我国众多科研机构及高校历经数年努力耗资近亿元成功研制出的。能有效解决机械设备运行中摩擦磨损造成的能量损失,设备精度下降,设备寿命短等问题的一种稀有金属制剂。经过反复实践和配方优化达到了理想的效果，在核心技术方面世界领先。该产品现已批量生产，在胜利油田纯梁二矿，烟台三菱水泥，烟台国大黄金，烟台环球集团，莱州强信精密机械等单位的实际应用中，取得了良好的效果，经济效益显著。该产品具有节电效果显著、修复精度高、作用时间长等特点。其性能居世界同类产品的领先水平，该产品的推广具有重要的现实意义和良好的经济、社会效益。一、金

2、属耐磨减阻及损面修复剂研制的目的和意义摩擦磨损是机械设备运行中存在的必然现象。在机械设备的运行中有三分之一的能量用于克服摩擦阻力。是能源浪费主要的环节，磨损是机械设备寿命缩短的主要原因，当磨损量超出设备设计要求，标志着该设备寿命的终结。有关资料表明，美国因摩擦磨损造成的经济损失每年超过两千亿美元。随着我国经济的发展，我国已成为一个机械设备装备大国，机械设备制造业也在迅猛发展，不久的将来也将成为机械设备制造大国。目前仅机械摩擦磨损每年给我国造成的经济损失高达上千亿元。目前我国机械设备主要存在的问题有：（1）制造精度低目前世界机床精密度普遍较高，特别是欧洲等发达国家，中心定位精度普遍超过±

3、;5m,德、美、日、瑞士等国家甚至已达到±3m、±2m、±1m，而我国的同类产品定位精度却在±8m以上，与发达国家相比存在着很大差距。在制造过程中主要存在的问题：一是自身的工作母机大多使用时间过长，中心精度低，制造出来的零件精度受到影响，零部件公差大，导致我国机械设备自出厂就存在精度低，使用寿命短，能耗大的缺陷。二是随着设备使用年限的延长，运转部位磨损、腐蚀过快，没有足够的资金用于购买零部件，在维修周期内设备也不能恢复出厂时精度，影响了产品的质量。三是由于机械设备制造业的总装配水平存在差距，造成机械设备精度难以达到很高水平，设备运转噪音较大。（2）精度保

4、持差德、美、日、瑞士等国家制造的机械装备、加工设备能保持多年的使用精度，而我国的产品一般却只能保持一年上下，其主要原因，一是材料问题，我国冶金工业与国外相比还有较大差距，材质的先天不足是精度保持性差的主要原因；二是机械设备制造厂工作母机本身精度不高，加工出的零件很多是处于极限公差，再加上装配工艺和技术不精良，这是国产机械装备精度保持性差的另一个重要原因；三是热处理工艺及设备与发达国家相比还有一定差距；四是国内在机械制造粗加工阶段忽视了工艺优化和精度控制，精加工质量不高，使机械投入使用后精度保持性差。 （3）维修费用高机械设备的磨损失效往往只是少部分关键零部件摩擦表面的磨损造成的。比如机床的导轨

5、、主轴颈等，而且这种表面磨损通常只有几十微米。目前机械设备的主要维修方式是更换这些部位的磨损件。我国目前从国外进口的机电产品达数千亿美元之多，每年需耗费大量的外汇去购买这些昂贵易损的零部件。许多企业普遍将存在着设备到了规定的修理期，因无法承受巨额费用而使设备在“病态”中坚持工作，影响了产品质量，也使设备加剧磨损，甚至造成设备严重损坏和事故的发生，从而造成更大损失。同时机械设备即使经过维修后，维修达不到出厂时的标准，尤其是精度、噪音方面。设备的渗漏油现象更是普遍存在。（4）能源浪费大。为了解决上述问题，提高设备的使用精度，延长设备使用寿命，降低维修费用，提高设备使用的可靠性，我公司科研人员经多年

6、努力成功研制出了一种节能环保的耐磨减阻及损面修复材料，并在各类机械设备运行中应用该技术进行了验证，表现出了广阔的应用前景和巨大的潜在经济效益。二、目前国内外研究开发的现状及趋势。降低和消除机械设备零部件的磨损。除进行合理的摩擦学设计外，还可通过三条途径来实现：一是减摩技术，即减少或控制造成磨损的条件。例如使用各种功能的润滑材料；二是抗摩技术，即提高摩擦副的耐磨性能，如表面合金化、磷化、硼化处理等；三是损面修复技术，即使用具有损面修复功能的材料。在磨损过程中，通过形成新的补修层补偿磨损。为有效延长机械设备的使用寿命，世界各国正在积极开发研制能够同时具备耐磨减阻和具备修复功能于一体的新材料和技术，

7、以改变传统的维修模式，实现机械设备在不解体的运行过程中，将已磨损的部位进行修复。目前，国内外应用的多为有机高分子聚合物以及金属化合物。目的是在摩擦副表面形成较为牢固的保护膜，已达到减少摩擦磨损和延长设备使用寿命的目的。而本发明的减阻耐磨及损面修复产品在减阻耐磨基础上，同时具有损面的修复功能，使在原摩擦副表面产生磨损的 情况下产生修复的功能。且修复层硬度更高，表面光洁度更高。故此摩擦系数具有显著降低。从而达到节能节电的效果，使机械设备使用中振动噪音减少，延长机械设备的使用寿命。三、金属耐磨减阻及损面修复剂原理摩擦副的摩擦表面“再生”现象建立在一定条件下发生于相对接触摩擦区域的一种独特的物理化学过

8、程。而“摩擦表面再生技术”其实质为：在机械设备的工作过程中，摩擦副之间产生接触负荷。在超负荷作用下会产生多余的能量，这种多余的能量通常带来的是摩擦副表面的磨损。但是当加入本金属耐磨减阻及损面修复剂后，那么在超负荷区域就能建立一种利用多余能量建造新的面，而不是破坏旧表面层的能量变换模式。如图所示，是一个摩擦表面的情况，摩擦副表面有较严重划痕，其上面的金属原子具有无补偿双键连接，在负载增加的情况下，这些原子很容易被“抓住”“松动”并被从基体上“撕裂”下来。随着表面原子的脱离，磨损破坏的程度不断加剧。在超负荷作用下，脱离的可能不再是几个原子，而是一整块原子集团（磨粒），这样就发生了灾难性的磨损。在设

9、备的运转过程中，似乎这样的磨损情况属于正常磨损。而当金属耐磨减阻及损面修复剂存在时，情况就变得完全不同了，金属耐磨减阻及损面修复剂利用摩擦副运动产生的摩擦能量，在金属表面获得新的金属修复层面。摩擦表面再生过程是从超负载区域开始（磨损较大的区域），因为这些区域具备了再生过程发生所必不可少的多余能量，这里的金属原子本身也具有更多的自由键（无补偿键），这些自由键就像磁块一样能直接捕获用于建造金属层的损面修复剂，并将其牢牢固定在磨损部位，在负荷的作用下，不断延伸生长，建造新的晶格。这样，在原来的金属基底之上就形成了新的表面层，原先有划痕的地方就会生成金属补丁，异常活性源就会消失，当上述能量过程稳定后，

10、保护层的生长过程也将自动停止。 四、特点：1、金属耐磨减阻及损面修复剂的功效是通过以润滑油（脂）为载体，将本修复剂带至摩擦表面，利用磨擦产生的能量，在磨擦副表面形成了3-12um的金属修复层面。此修复层硬度高，表面光洁度高，与原金属基层之间有1-2um的金属变性层，与原金属基底结构牢固，因修复层面为金属层，具有抗酸碱腐蚀的能力，因修复层面高硬度和高光洁度，故具有降低磨擦阻力的效果，磨擦系数一般在0.06-0.03之间，具有节油、节电的突出效果。2、金属耐磨减阻及损面修复剂不与润滑油（脂）发生化学反应，不增加润滑油的粘度，不改变润滑油的其它指标。并降低发动机尾气排放指标。3、延长机械设备维修周期

11、，提高设备运行精度，降低设备运行噪音。 4、使用方便，无需停产维修金属耐磨减阻及损面修复剂在设备不解体的情况下，将其添加至润滑油（脂）。通过设备运转将其载至摩擦表面，从而实现对设备的修复。5、使用有效期长在设备规定的一个换油周期内不需要补充。设备将能保持在较理想的运转状态（特种设备及特殊工作条件例外）。6、金属耐磨减阻及损面修复剂能很好的与润滑油（脂）相混合，具有良好的可操作性。在本领域具有突出的优势。 五、金属耐磨减阻及损面修复剂主要性能。（一）磨损表面形成的修复层硬度较基体提高12倍。采用两块45#钢试块进行摩擦副作旋转对摩实验，分别加入20号机油和金属耐磨减阻及损面修复材料，在电压220

12、V，功率180W，加载30N，转速515r/min条件下，运行200h后从下试样上取制摩擦面金相试样。1、基体45#钢的显微硬度较低，且数值比较接近；经金属耐磨减阻及损面修复材料处理过的修复层表面显微硬度提高很多，但数值波动较大。在B处的深灰色区域，显微硬度值达405.0，较基体的硬度提高到2倍。表1试样表面显微硬度测量值（HV）部位 1 2 3 4 5 平均值 基体 135.4 130.9 137.6 128.7 126.8 1.9 A处 178.2 171.4 197.0 181.7 178.2 81.3B处 401.0 422.7 385.4 420.5 395.2 405.02、用千分

13、尺对磨损试块厚度进行测量，随机量取6点厚度，取其平均值。试验前试块的厚度平均值为8.058，试验后厚度的平均值为8.069。与实验前相比，试样在试验后厚度增加了0.011mm。表2试块实验前后的厚度测量值测量次数 1 2 3 4 5 6实验前测量值 8.037 8.051 8.077 8.089 8.053 8.042实验后测量值 8.041 8.090 8.072 8.068 8.082 8.0633、每隔15h干燥、称重，15h前上下试块的重量随时间的增加而降低，主要原因是试验中的试块线切割后没有经过再加工处理，表面有微小的毛刺存在，试验过程中毛刺首先磨损掉，表现为试块重量的减少，当毛刺影

14、响消失后，由于金属耐磨减阻及损面修复剂的存在，在45#钢摩擦面生成修复层，表现为试块重量的增加，说明金属耐磨减阻及损面修复材料对45#钢摩擦副具有修复作用。表3试块重量随修复时间变化时间（h）0153045607590105上试块重量（g）144.1791144.1709144.1739144.1774144.1806144.1830144.1857144.1881下试块重量（g）134.6109134.6086134.6093134.6102134.612113.6125134.6138134.6146（二）可使机械设备的摩擦系数大幅度下降在载荷200N条件下，时间120分钟，基础油为坦克5

15、00CC机油，修复剂与基础油的比例分别为每升基础油加入金属耐磨减阻及损面修复剂的百分比为2.5%、5%、10%、20%。采用多功能摩擦磨损试验机评价金属耐磨减阻及损面修复剂的抗磨性能：基础油的摩擦系数较高，约为0.125，而在基础油中加入不同含量的金属耐磨减阻及损面修复剂后，摩擦系数均明显降低。含量在每升基础油中加入2克时（添加量10%），摩擦系数最小，约为0.0487左右，为此摩擦系数同基础油相比降低约61%。（三）磨损表面形成的修复层厚度5um，经修复材料处理后的齿轮硬度较未处理的提高50%以上。经修复材料处理后，齿轮截面由表至里，硬度呈逐渐降低的梯度变化。在表面至距表面40um的范围内，

16、经修复材料处理后齿轮的平均硬度明显提高与未经处理的齿轮，特别是在小于15um的表面，经修复材料处理后的齿轮硬度显著增加，较未处理齿轮提高约67%，而在距表面40um以下，硬度相当，都接近基体的硬度。（四）使用金属耐磨减阻及损面修复材料，可使C0630车床的噪音降低34.9dB。对比试验表明：使用金属耐磨减阻及损面修复材料工作1500h后的车床各档平均噪音分别降低了69.8%、87.1%和73.1%，能够非常有效地降低车床各档的工作噪音。表4未加金属耐磨减阻及损面修复材料的车床1500h后各档噪音转速（r/min）3758001325噪音（dB）73.0-73.383.4-83.779.1-79

17、.6噪音均值（dB）73.1583.5579.5表5 加金属耐磨减阻及损面修复材料的车床1500h后各档噪音转速（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）使用金属耐磨减阻及损面修复材料的车床运行1500h后，齿隙离散度较小；金属耐磨减阻及损面修复材料具有修复齿轮功能，能够提高和保持车床主轴的精度。表6齿隙的离散度统计表 时间 齿隙初始齿隙均值500h1000h1500h齿隙最大值0.237mm0.227mm0.225mm0.220mm齿隙最小值0.182mm0.181mm0.182mm0

18、.178mm齿隙均值0.211mm0.200mm0.197mm0.1945mm最大最小值差0.055mm0.046mm0.043mm0.042mm六、在机械设备中的应用：1、在胜利油田纯梁二矿抽油机变速箱中的应用 1、 测试方法：测量未加注“金属耐磨减阻及损面修复材料”情况下，48小时耗电量。2、 加注“金属耐磨减阻及损面修复材料”后不同时间及耗电量变化。测试井号：G19 抽油机节电效果日期表底数电表倍率时间每小时耗电2010.10.263666.837633478158：502010.10.283674.683770.073484.14158：502.462.211.92合计：6.59度2010.11.4加添加剂后7天3696.653792.873505.08158：551.962.031.87合计：5.862010.11.113718.453815.583526.15159：001.952.031.88合计：5.862010.11.263765.263864.343571.39158：501.952.031.88合计：5.872010.12.233850.53954.2