金属摩擦副表面精度智能再制造材料

摘要

一种金属磨擦副表面精度智能再制造材料，可被广泛应用于存在摩擦损耗的金属设备中作为润滑油中的添加物使用，其可有效的降低摩擦系数，恢复精度。该材料是通过先将如下原料按重量份数配制成混合物：氧化镁25-40，菱苦土20-30，隐晶质石墨15-25，氮化硼10-15，聚乙二醇磷酸酯5-10，氧化铁0.1-1.0，二氧化锆和二氧化钛的混合物0.1-1.0，表面活性剂0.1-1.0；再将混合物与润滑油混合研磨，之后沉淀、过滤制得。

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属摩擦副表面精度智能再制造材料。

背景技术

节约能源，提高机械设备使用效率和寿命，是我国国策和企业追求的目标之一。目前解 决机械设备中金属的磨损失效问题主要采用两种技术途径：一是抗磨技术，即选择合适的耐 磨材料来制造摩擦副，降低零(部)件磨损；另一是修复技术，即采用多种技术手段对已经 发生磨损的金属部件进行修复，使部件的尺寸恢复到磨损前的状态。传统的修复手段包括镀 层、补焊或镶嵌等技术，但存在着成本过高、精度较差、修补效果不好的问题，尤其是难以 用于高精度、结构复杂的机械设备的修复。

目前还出现了一类新的修复技术，即采用对金属摩擦磨损表面有自修复功能的润滑剂， 比如在2005年8月17日公开的中国发明专利CN1654608A中，就公开了一种由矿粉组合物、悬浮 剂和润滑油组成的自修复润滑剂，其原理是润滑剂中的矿粉通过润滑油被输送到各个摩擦副 的表面，当摩擦副工作时，在其表面会产生瞬时的高温高压，矿粉中的物质与摩擦副表面发 生反应，并在摩擦副表面生成硬度高、光洁度好的保护层，从而达到修复目的。又比如2006 年11月8日公开的中国发明专利CN1858294A中，公开了一种由层状羟基硅酸盐粉；表面改性剂； 碳化石墨化催化剂组成的制剂，这种制剂也可以在金属表面形成保护层，起到修复的作用。

但是现有的润滑油添加剂在降低摩擦系数及修复摩损表面存在诸多不足，比如形成的保 护层厚度不够，因为需要修复的许多大型机械结构的磨损量都较大，有时会达到10微米以上， 而目前的润滑剂大多只能在金属表面上形成几个微米的耐磨保护层，并不能有效的消除磨损 现象，恢复机械结构的出厂精度，实现磨损结构精度再制造的效果。同时，目前的润滑剂在 使用时，存在反应速度慢，需要较长的磨合修复时间才能形成有效的耐磨保护层的问题，使 得因设备停工导致修复成本高。此外，目前的润滑剂所形成的保护层还存在硬度、光洁度不 高，修复效果不好等缺陷，基于上述不足，现有的润滑油添加剂在使用时修复、节能、节约 成本的效果不够显著，因此，迫切需要开发出一种磨合修复时间短，修复精度高的新材料。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种新的材料。该材料能够在较短的磨 合修复时间内在摩擦表面形成厚度达10微米以上的再制造层，并具有更高的硬度和光洁度， 达到精度智能再制造的效果。

本发明的上述目的是通过以下方案解决的：

一种金属摩擦副表面精度智能再制造材料，由如下成分按重量份数配制而成：氧化镁 25-40，菱苦土20-30，隐晶质石墨15-25，氮化硼10-15，聚乙二醇磷酸酯5-10，氧化铁0.1-1.0， 二氧化锆和二氧化钛的混合物0.1-1.0，表面活性剂0.1-1.0。

本发明中使用的菱苦土，又名苛性苦土、苦土粉，它是主要成分为氧化镁，并且还含有 多种其它成分的一种细粉状的气硬性胶结材料，主要用作制备陶瓷、搪瓷、坩锅的原料。本 发明中通过使用菱苦土与氧化镁，发现能够提高形成耐磨保护层的速度，并能提高保护层的 硬度。

本发明中使用的隐晶质石墨又名土状石墨、无定形石墨，是一种常见的矿物原料，其晶 粒微细，一般小于1微米，可用于制造坩锅、电极，具有降低摩擦系数的特点。

本发明中使用的氮化硼具有层状结构，呈现松散、润滑等性质，适于作为高温固体润滑 剂和挤压抗磨添加剂。它也是高温高压下生成高硬度与耐磨性的粘性材料。

本发明中使用的聚乙二醇磷酸酯能够使固体颗粒较好的均匀分散稳定悬浮、弥散于油类 物质中，并且化学性质稳定，无其他化学反应。

本发明中二氧化锆和二氧化钛的混合物中两者的重量比为1∶2-4，颗粒的粒度均为小于 200目，优选二氧化锆和二氧化钛的重量比为1∶2。二氧化锆颗粒是一种白色粉末，化学性质 稳定，适合用作抛光剂、磨粒、和陶瓷的基质材料。二氧化钛颗粒也是一种白色粉末，性质 稳定，适合用作产生一种光洁度高、硬度高的陶瓷表面。通过使用二氧化锆颗粒和二氧化钛 颗粒的混合物，可以增强保护层的硬度，提高保护层表面的平整度和光洁度。

本发明中表面活性剂可以选择目前常见的非离子表面活性剂，如聚氧乙烯型表面活性剂， 优选为聚氧乙烯失水山梨醇醚。

本发明中使用的所有原料均可采用市售产品，也可采用破碎、磁选、筛分、干燥等常规 工艺对粒径较大的原料颗粒进行加工，使氧化镁的粒度小于1250目、菱苦土的粒度小于200 目，隐晶质石墨的粒度小于800目，氮化硼的粒度小于600目，氧化铁的粒度小于1250目。

将满足以上粒度要求的原料按照重量份数配制好后，再将混合物质与润滑油(可选用矿 物润滑油，植物润滑油等常用润滑油)按照1∶1～2∶1的重量比进行混合，放入研磨机中研 磨。研磨机可采用球磨机、砂磨机等熟知的微细粉体加工设备，研磨时间为3-6小时，研磨 成超细颗粒(粒径为0.1-1μm)的混合液，然后再冷却沉淀，过滤，即制得金属摩擦副表面 精度智能再制造材料。

在使用本发明的金属摩擦副表面精度智能再制造材料时，可在不改变原机械设备生产工 艺和正常工作状态下，采用微创再制造技术对磨损表面进行再制造。可将本材料根据现场设 备实际被磨损情况及运转条件从润滑油(脂)加注口的适量加入，然后启动设备，使其与润 滑油(脂)充分混合，均匀分布于润滑油(脂)之中。在设备使用过程中，以润滑油(脂) 为载体，将本材料不断带至摩擦副磨损表面，在机械能、化学能、爆炸能和诱发小于临界尺 寸微粒瞬间燃烧等共同反应作用下，发生熔融、烧结、焊合等诸多冶金反应。在高温高压下 本材料中的硬相、粘相与液相微粒发生合成反应机制，在磨损表面智能生成高耐磨物质。从 而对摩擦副表面精度磨损部位进行再制造，实现了机械设备减摩节能的目的。其中本材料与 润滑油混合比例为1∶10-1∶100，优选1∶20-1∶50，摩擦表面的再制造层厚度可达3-15 μm。也可先将其与一定比例的润滑油先进行混合后，本材料与润滑油的重量比为1∶10-1∶ 100，优选1∶20-1∶50，然后将混合物在机油(脂)加注口按一定量加入，作为设备的润滑 油使用。

本发明的金属摩擦副表面精度智能再制造材料中含有富镁物质，碳的隐晶质矿物，富硼 物质，在常温下不与润滑油发生化学反应，具有较好的稳定性。当设备开始工作时，该材料 通过润滑油被输送到摩擦副的金属表面，当摩擦副的金属表面相互之间发生磨损时，由于之 间运动产生的挤压剪切作用，会产生瞬时的高温和较大的压力，在一定压力和温度条件下， 镁、碳、硼会在在摩擦表面形成金属复合陶瓷层，并且生成的复合陶瓷再制造层与摩擦副金 属基体共同形成金属陶瓷反应层(Mg和金属表面Fe发生置换反应，生成的产物和其他碳、硼 等物质结合在一起生成新的体积更大的晶体结构)，因而在摩擦运动中不会导致再制造层剥 落，并且润滑剂利用磨损中产生的热能加快置换反应的发生，同时再制造层的厚度增加使得 摩擦副的磨损表面不断得到恢复，相互之间的挤压剪切作用逐渐减弱，工作精度逐步提高， 当摩擦副之间的金属表面逐渐达到最佳的配合精度时，金属表面之间的相互摩擦所产生的热 量也不断降低，化学合成反应机制逐步停止，自动再制造工作基本完成，从而实现了金属摩 擦副表面精度智能再制造的目的。此外材料中含有的氧化铁、二氧化钛和二氧化锆的混合物 能够有效的加快反应速度，提高修复层的硬度和表面光洁度，通过使用本材料，最快可在30 分钟左右得到3至5μm的再制造层，并且硬度达到45#钢的2倍以上，表面光洁度极高，即达到 了减摩效果，又可使摩擦系数在原来基础上降低60％以上。

与现有技术相比，本发明有如下显著效果：1、本发明的金属摩擦副表面精度智能再制造 材料不与任何润滑油(脂)发生化学反应，不改变润滑油粘度；2、本发明的金属摩擦副表面 精度智能再制造材料使用时不改变机械设备的结构，不对机械设备运行增加限制条件，使用 极其方便；3、本发明的金属摩擦副表面精度智能再制造材料的制造过程简单、高效，适用于 任何润滑油(脂)润滑的机械设备，尤其适合重大型的机械设备和精密度较高的机械设备；4、 本发明的金属摩擦副表面精度智能再制造材料具备高度分散稳定性，解决了现有同类技术长 时间保存后会出现沉淀和分层的现象，避免了在实际应用中在设备内部发生材料抱团现象， 大幅提高了材料的使用性能。

具体实施方式

实施例1、制备金属摩擦副表面精度智能再制造材料135KG：

按如下配比称量原料：氧化镁35KG，菱苦土25KG，隐晶质石墨20KG，氮化硼10KG，聚乙 二醇磷酸酯9KG，氧化铁0.5KG，二氧化锆和二氧化钛的混合物0.3KG，其中二氧化锆0.1KG， 二氧化钛0.2kg，聚氧乙烯失水山梨醇醚0.2KG。

将上述物质与润滑油按2∶1比例混合，混合物放入研磨机研磨4小时，得到超细颗粒(粒 径为0.1-1μm)的混合液。然后冷却沉淀10小时，经过滤获得金属摩擦副表面精度智能再制 造材料成品。

实施例2、金属摩擦副表面精度智能再制造材料140KG：

按如下配比称量原料：氧化镁30KG，菱苦土22KG，隐晶质石墨25KG，氮化硼12KG，聚 乙二醇磷酸酯10KG，，氧化铁0.2KG，二氧化锆和二氧化钛的混合物0.6KG，其中二氧化锆0.2KG， 二氧化钛0.4kg聚氧乙烯失水山梨醇醚0.2KG。

将上述物质与矿物油按1∶1比例混合，放入研磨机研磨6小时，得到超细颗粒(粒径为0.1 -1μm)的混合液。然后冷却沉淀8小时，经过滤获得金属摩擦副表面精度智能再制造材料成 品。

实施例3、按照实施例1制得金属摩擦副表面精度智能再制造材料的使用方法及效果：

本产品在添加过程中，只须将20倍重量的润滑油与金属摩擦副表面精度智能再制造材料 混合稀释，然后自机油口注入即可(最好在开机前添加)。或者是直接将金属摩擦副表面精度 智能再制造材料加入到机械设备的润滑油中，保证该材料与润滑油的重量比为1∶20即可。然 后开启设备工作10-20分钟，再停机5分钟，之后即可正常使用。

本产品经过检测发现，当其作为汽车机油添加剂使用后，汽车缸压明显上升，平均节省 油耗20-40％，并且发动机的噪音明显降低。如在江苏某公司一辆2004年购买的通用君威3.0L 轿车的发动机中进行加注材料实验。该车在使用本材料前总行驶里程为18万公里，在高速公 路上以110公里/小时自动巡航油速度行驶平均油耗不低于13升/100公里；在汽车发动机机油 箱内加注本材料10克后进行实验，同以110公里/小时自动巡航速度在高速公路上行驶平均油 耗降至8.9升/100公里。使用材料后比使用前降低油耗31％。

本产品还可以作为油田油井抽油机减速器的润滑油添加剂使用，其可以有效的降低减速 器的摩擦系数，降低能耗。下表是在胜利油田某矿G19号油井抽油机减速器加注材料实验前 后数据对比：

从表中数据可以看出在2010年10月28日未加金属摩擦副表面精度智能再制造材料前平 均每小时耗电量为6.59度，加注材料后共测量8次，平均节电率达到10％。考虑到冬季低温 因素影响，实际节电率应该更高。另外，加注材料可延长润滑油及设备使用寿命周期，减少 维修成本。总而言之，该材料的应用可以使拥有大型机电设备的高能耗传统工业企业在不停 产、不改变生产工艺的情况下能够快速取得显著的社会与经济效益。