CN101870903B - 一种金属表面陶瓷合金材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属表面陶瓷合金材料及制备方法，合金材料的原料组份为：蛇纹石粉75～85g、钼粉25～35g、石墨15～25g、硅酸钠5～15g、硬脂酸190～210g、乙醇95～105ml、五厘托基础油1800～2200ml，将制备好的合金材料按每升润滑油中添加25ml的比例添加到发动机润滑油中，随着发动机的运行中，各摩擦副的压力及温度促使金属表面陶瓷合金材料在摩擦副表面生成陶瓷合金。使用本发明所述的陶瓷合金材料，可以达到自动修复摩擦表面的磨损，提高摩擦表面硬度和光洁度、降低摩擦系数、优化配合间隙的技术目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗磨材料，特别涉及一种金属表面陶瓷合金材料及制备方法。
背景技术
磨损、腐蚀、疲劳是机械设备及零部件失效的三种主要形式。磨损造成的经济损失十分巨大，如果能够减少无用的摩擦消耗，则可以大量节省能源。
金属机械部件摩擦副的抗磨、减摩及修复技术是长期困扰机械领域的世界性难题。通常金属抗磨是指摩擦副在干摩擦条件下的耐摩擦或抗磨损性质，主要由金属材料的硬度决定，其主要技术途径是硬化摩擦表面。减摩则是指减少金属摩擦副之间的摩擦，主要体现在摩擦系数的降低，目前主要技术途径是精加工摩擦表面，以降低其摩擦系数，或通过润滑油(脂)等油性物质作为润滑介质，降低摩擦系数。
现有润滑油添加剂实现减磨抗磨途径，大多是采用表面成膜技术：如硫化物润滑形式和软金属镀履技术，该技术可以起到一定的减少磨损，抵制磨损的作用，但对已经磨损或划伤的金属表面，没有修复作用。原因是，它只是附着、游离在金属摩擦副表面，线胀系数与基体不同，不会改变工件的任何尺寸公差，使金属表面在几纳米厚度上作微乎其微的性质改变，化学反应过程不可控，改性层太微薄并不够稳定，在高温和强摩擦条件下易失效，易脱落，削离；二是，这些材料进入磨擦表面时是纳米级的，机械运转一段时间后的工作杂质与添加剂溶为一体，材料的粒度自然变大，会产生沉积现象，使油路内径变细，形成栓堵，导致供油不畅；三是，添加量高于0.1％时，对油品的金属含量化验指标有改变；四是，每次更换润滑油时都要添加，有依赖性。
发明内容
针对现有技术中存在的不足本发明提供了一种自动在摩擦表面形成的合金陶瓷材料，从而达到自动修复摩擦表面的磨损，提高摩擦表面硬度和光洁度、降低摩擦系数、优化配合间隙的技术目的。
本发明所使用的原材料组分为：蛇纹石粉75～85g、钼粉25～35g、石墨15～25g、硅酸钠5～15g、硬脂酸190～210g、乙醇95～105ml、五厘托基础油1800～2200ml。
其中蛇纹石粉、钼粉、石墨、酸钠材料的粒度在2微米以下，硬脂酸在200目-300目之间。乙醇的浓度为95％。
首先将蛇纹石粉放入塑料器皿内用80℃～90℃的热水进行漂洗，用木棒搅动后，将杂质和水份倒出后，放在通风处，让水分自然蒸发。
然后将浮选后的蛇纹石粉放入烘干设备进行烘干，烘干时间为100～130分钟，温度为120℃，烘干后矿粉中的水分含量降至2％以下。
将烘干后的蛇纹石粉75～85g、钼粉25～35g、石墨15～25g、硅酸钠5～15g、95～105ml的乙醇放入均质器中搅拌，搅拌速度为2000～3000转/分，搅拌后再加入190～210g硬脂酸、1800～2200ml五厘托基础油继续搅拌，搅拌时间30-40分钟，得到胶状混合物。
最后将胶状混合物放入超声波分散仪中，进行分散，目的是将团聚的物质分开，超声波分散时间为10分钟以上。
按每升润滑油中添加20～30ml金属表面陶瓷合金材料的添加量，添加到发动机润滑油中，以润滑油为载体进入机械内部，直接吸附到零部件的划痕、创面及微观表面，机械运转时在各个接触点的摩擦面上进行超精研磨，清理机械表面氧化物和积碳；并且机体的运行，在摩擦面生成金属表面陶瓷合金层。
陶瓷合金材料进入机体后，迅速吸附在摩擦面上并且不断地纵向、横向弥散和渗透，当负荷加大、温度升高达到一定程度时(以汽油发动机气缸工作为例，活塞上下往复运动——吸、压、爆、排，进气终了时气缸内气体压力为0.075～0.09Mpa，温度为370～400k，爆发最高压力为3～5Mpa，温度为2200～2800k。本材料就是利用机械运动摩擦瞬间的闪温，温度的“落差”类似“沾火”过程)，“陶瓷合金材料”与金属表面发生了物理变化和化学反应，这一过程引发了“陶瓷合合金材料”晶体和金属晶体之间的反应：进一步相互熔合重组共晶，即微量焊接和氧化更新工序积极运作，诱发产生新元素或新物质，促进了化学键置换过程并形成了新键，使金属的微组织、微结构得到改善，从而改善金属表面的强度、硬度、塑性，同时在其边缘处形成金属新晶格，这种反应持续进行，随着新晶体在摩擦表面的不断增加，它与原始金属表面复合形成超滑、超硬的接触表面-----金属表面陶瓷合金层。
形成金属表面合金层后，原金属摩擦副之间的金属-金属、金属-化合物膜层的摩擦，转变为陶瓷合金层——陶瓷合金层之间的摩擦，同时能在原金属磨损创面上逐步将摩擦副凹凸面修复平整，直到摩擦副之间达到最优配合间隙后，由于摩擦系数趋于零，摩擦能减少，由摩擦能产生的力化学反应也趋于零，形成金属改性层(即陶瓷合金层)的化学反应也会停止。也就实现了利用摩擦能的力化学反应可使金属表面自适应改性。这种自适应改性在一定条件下可使厚度达50微米左右。金属表面陶瓷合金层生成的速度、厚度与摩擦释放出的能量成正比，不是线型增长，而是自动调节的。
从上述说明可以看出，本发明所述金属表面陶瓷合金层的生成是有选择性的，它只在金属磨损的部位上复合发生，非磨损部位不会发生化学反应。没有参与化学反应的材料仍然可以被润滑油携带着流动，并利用摩擦能量不断修复磨损，当修复量等于磨损量时，修复与磨损处于平衡状态，就实现了瞬间动态零磨损。
和现有技术相比，本发明所述金属表面陶瓷合金层具有更好的抗磨损、抗腐蚀性能、热稳定性、耐热冲击性及超低的摩擦系数；产生了优异的自补偿修复效应，可以选择性地补偿表面磨损，优化表面间隙，提高机械的密封性，恢复原型尺寸。可以解决发动机因磨损造成的缸压下降、缸压不平衡、动力不足、提速不好、燃烧不良、油耗过高、尾气污染超标、机械噪音过大发动机性能下降等问题，并能长久保持新机状态。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明所述方法进行进一步说明。
本实施例中金属表面陶瓷合金材料的原料组份为：蛇纹石粉80g、钼粉30g、石墨20g、硅酸钠10g、硬脂酸200g、95％浓度乙醇100ml、五厘托基础油2000ml。
其制备步骤为：首先蛇纹石粉放入塑料器皿内用80℃～90℃的热水进行漂洗，用木棒搅动后，将杂质和水份倒出后，放在通风处，让水分自然蒸发。然后将浮选后的蛇纹石粉放入烘干设备进行烘干，烘干时间为100～130分钟，温度为120℃，使烘干后矿粉中的水分含量降至2％以下。接着将烘干后的蛇纹石粉80g、钼粉30g、石墨20g、硅酸钠10g、100ml乙醇放入均质器中搅拌，搅拌速度为2000～3000转/分，搅拌10分钟后再加入200g硬脂酸、2000ml五厘托基础油继续搅拌30分钟，得到胶状混合物。最后将胶状混合物放入超声波分散仪中，进行分散，将团聚的物质分开，超声波分散时间为15分钟。
将分散后的胶状混合物按每升润滑油中添加25ml的比例添加到发动机润滑油中，随着发动机的运行中，各摩擦副的压力及温度促使金属表面陶瓷合金材料在摩擦副表面生成陶瓷合金。
本发明的另一实施例中，金属表面陶瓷合金材料的原料组份为：蛇纹石粉85g、钼粉30g、石墨15g、硅酸钠15g、硬脂酸90g、95％浓度乙醇105ml、五厘托基础油1900ml。
将浮选烘干后的蛇纹石粉85g、钼粉30g、石墨15g、硅酸钠15g、105ml乙醇放入均质器中搅拌，搅拌速度为2000～3000转/分，搅拌10分钟后再加入190g硬脂酸、1900ml五厘托基础油继续搅拌40分钟，得到胶状混合物。最后将胶状混合物放入超声波分散仪中，进行分散，将团聚的物质分开，超声波分散时间为10分钟。得到的金属表面陶瓷合金材料与润滑油的添加比例为，每升润滑油中添加30ml。
上述实施例中的原料组份还可以是：蛇纹石粉75g、钼粉25g、石墨25g、硅酸钠5g、硬脂酸210g、95％浓度乙醇95ml、五厘托基础油2200ml。
在本发明内容公布的范围之内，上述实施例中各组分可以选择任意的组份配比组合。
Claims (4)
1.一种在摩擦面生成金属表面陶瓷合金层的方法，其特征在于：将分散的胶状混合物按每升润滑油中添加25ml的比例添加到发动机润滑油中，随着发动机的运行，各摩擦副的压力及温度促使所述胶状混合物在摩擦副表面生成陶瓷合金层；其中，
所述的胶状混合物的原料组份为：蛇纹石粉75～85g、钼粉25～35g、石墨15～25g、硅酸钠5～15g、硬脂酸190～210g、乙醇95～105ml，五厘托基础油1800～2200ml；
所述的胶状混合物的制备步骤为：
(1)将蛇纹石粉放入塑料器皿内用80℃～90℃的热水进行漂洗，用木棒搅动后，将杂质和水份倒出后，放在通风处，让水分自然蒸发；
(2)将浮选后的蛇纹石粉放入烘干设备进行烘干，烘干时间为100～130分钟，温度为120℃，使烘干后矿粉中的水分含量降至2％以下；
(3)烘干后的蛇纹石粉75～85g，钼粉25～35g、石墨15～25g、硅酸钠5～15g，95～105ml乙醇放入均质器中搅拌，搅拌速度为2000～3000转/分，搅拌4～8分钟后，再加入190～210g硬脂酸、1800～2200ml五厘托基础油继续搅拌，搅拌时间3040分钟，得到胶状混合物；
(4)将胶状混合物放入超声波分散仪中，进行分散，将团聚的物质分开，超声波分散时间为10分钟以上。
2.如权利要求1所述的一种在摩擦面生成金属表面陶瓷合金层的方法，其特征在于，其原料组份为石粉80g，钼粉30g、石墨20g、硅酸钠10g、硬脂酸200g、乙醇100ml、五厘托基础油2000ml。
3.如权利要求1所述的一种在摩擦面生成金属表面陶瓷合金层的方法，其特征在于，所述蛇纹石粉、钼粉、石墨、硅酸钠材料的粒度在2微米以下；硬脂酸在200目～300目之间。
4.如权利要求1所述的一种在摩擦面生成金属表面陶瓷合金层的方法，其特征在于，所述乙醇的浓度为95％。
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