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表面工程—金属磨损自修复材料技术
 
慧聪网   2005年8月15日15时7分   信息来源:慧聪网涂装表面处理行业频道    


    金属磨损自修复技术(Auto-Restoration Technology of Wear of Metals简称ART),是一项具有革命性的表面工程领域的新技术。应用这项技术不仅能预防机件磨损,还能修复处于长期运转中的机器磨损表面,由此而大幅度地延长装备的使用寿命和降低能耗,这是市场上销售的各种类型的油料添加剂无法做到的。这项技术可以应用于任何机械装备发生摩擦的部位。

一、技术特点

  ART采用发明专利“一种矿石粉体润滑组合物”(粒度不大于10μm),添加到油品和润滑脂中使用,不与油品发生化学反应,不改变油的粘度和性质,使用中无毒副作用,对环境和人体无害。用ART处理机械零件可以在其摩擦表面上生成耐磨保护层,从而做到:

1.改变机械零件摩擦表面和表层的晶格结构,使其更均质和能量更稳定。

2.显著改善接触和摩擦表面的物理-化学和力学性能。

3.选择性的补偿磨损表面,使摩擦副的间隙最佳化。

4.降低机械损耗。

5.与原始金属表面形成化学键结合,没有明显的分界面,不会起层或脱落。

    保护层的主要性能参数如下:

摩擦系数 μ 0.003 - 0.007(比油膜润滑低一个数量级)
显微硬度 Hv 690 -1100(比基体硬度提高一至三倍)
冲击强度 50kg/mm2
线胀系数 13.6 - 14.2 (与钢相同)
表面粗糙度 属极光表面类中的亮光泽面
耐高温 1575 - 1600oC
耐腐蚀 高湿度,海洋环境,酸、碱介质中不腐蚀

二、ART的功效
  
    随着保护层厚度的增加,不仅能够补偿间隙,对各种机器的金属磨损表面进行不拆卸的原位修复,使零件恢复原始形状,还可以对新零件表面进行强化预处理,使摩擦振动显著降低,减少噪音,节约能源,最终实现对零件摩擦表面几何形状的修复和配合间隙的优化。近三年的国内实践,证明这项技术的主要功效是:
  
    1.不解体地原位修复磨损零件,恢复原形尺寸,延长使用寿命,降低维修成本。
  
    北京内燃机务段一台走行了12万公里的北京型内燃机车,在加入修复材料后,缸套和活塞环恢复至原型尺寸,运行至40多万公里后仍然保持零磨耗;在两台DF11型机车的试验中,运行30万公里后对内燃机进行了分解测试,国家级计量检测单位国防科工委第一计量测试研究中心的测试报告结论为:“……上述主要摩擦副经过30万公里的实际运行后,其实际尺寸仍符合新品尺寸要求”。确认柴油机活塞、活塞环、汽缸套、轴承及所有摩擦部件均为零磨耗。铁道部运输局装备部,清华大学摩擦学国家重点实验室等有关单位的领导专家在分解现场一致认为:ART不仅可以改变原来制定的30万公里进行中修的修程修制,也大大提高了机车的在线利用率,这一技术的引进将引发摩擦学领域的一场革命。2002年初,北京铁路局率先在四个分局100台机车上进行了推广应用。截止到2003年七月,试验机车已全部进入第一次中修修程,按技术科要求拆检第一、九缸,确认柴油机活塞、活塞环、汽缸套均符合中修技术范围,继续装车进行第二个中修期60万公里应用试验。其中八台DF11机车已完成了第二个中修期60万公里试验。
  
    2.ART从根本上改变了传统的摩擦理念,超低的摩擦系数使摩擦功耗大大降低,产生明显的节能效果。以上述北京型内燃机车为例,加入修复材料后,燃油节油率达到9%以上。2002年12月19日通过了北京市科委组织的科学技术成果鉴定。2003年6月2日通过了北京铁路局科学技术委员会组织的科学技术成果审查,审查委员会认为:“该项技术的推广应用可以推动内燃机车修程、修制的改革,带来可观的经济效益,有进一步推广使用的价值。”
  
    3.在动力机械中使用这项技术,有明显的环保效应。由于密封件工作表面被强化,改善了燃烧动力特性,降低了尾气排放污染。
  
    能表明ART功效的主要性能指标如下:
    
    压缩压力增加至标准值;
  
     热发动机怠速油压增加1.0-1.5 kg/cm2;
    怠速燃料消耗:节约5-25% 或更高;
    能源消耗:降低5-30% 或更多;
    输出动力提高5-25% 或更高;
    降低CO、HC有害气体排放10-50%以上。
  
    4.超硬超滑的摩擦表面可使汽油机汽车和柴油机汽车无油润滑的走行公里数超过200公里。
  
    5. 在各类轴承上使用这项技术,轴承游隙平均减少0.02mm以上,表面硬度值提高,摩擦震动及噪音明显降低,可以数倍延长轴承的使用寿命。国家轴承质量监督检验中心对经“金属磨损自修复材料”进行表面处理的6205-2RSIXI微型汽车张紧轮轴承进行寿命试验。该轴承的常规试验寿命为L10=126h。试验至21倍寿命时,轴承套圈滚道,滚动体表面基本没有磨损。
  
    6.表面强化导致工具、刃具模具量具的使用寿命和使用特性如耐磨性,可靠性的提高。

三、ART的工程定位
  
    ART有其独特的作用原理和材料表面改性功能,实际上是一种独创的、全新的表面强化与修复技术,ART属于表面工程的范畴。
  
    表面强化与修复技术是采用各种表面工程手段,赋予原始或损坏表面新的物理化学状态,改善表面的力学性能,达到强化或修复摩擦表面的目的。
  
    ART是一种创新性的金属磨损原位自修复技术。
  
    摩擦是能量损失过程,磨损则意味着材料浪费。在机器设备的设计、操作和维修过程中,如能充分应用摩擦学知识,可以显著减少维修费用和零件更换次数,降低设备故障,延长机器寿命,减少摩擦损耗。其中,减少维修费用和零件更换次数所带来的效益尤其显著(高达45%)。
  
    2002年9月18日,国家经贸委会同国防科工委、铁道部、交通部、教育部、国家环保总局等有关部门在哈尔滨主持召开了“金属磨损自修复材料”产品鉴定会。由徐滨士院士、钟群鹏院士、丁传贤院士、张福泽院士等17位专家组成的鉴定委员会一致同意该项目通过鉴定:
  
    “金属磨损自修复材料是一项具有自主知识产权的的高科技产品,具有世界先进水平”。
  
    “开发成功的金属磨损自修复材料具有广阔的应用前景,能推动我国表面工程、摩擦学领域应用基础的研究,同时,能带动我国传统产业的提升和改造,将对我国国民经济的发展有重大影响”。鉴定会后,国家经贸委将这一项目纳入了2002-2016年国家科技创新计划。
  
    金属磨损原位自修复技术是一项世界领先的高科技技术,对实现节约能源和环境保护这两项人类可持续发展的战略目标具有重要意义,随着这项技术的推广和应用,必将在我国产生巨大的经济效益和社会效益。 

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