專利名稱：一種金屬表面陶瓷合金材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種抗磨材料，特別涉及一種金屬表面陶瓷合金材料及制備方法。
背景技術(shù)：
磨損、腐蝕、疲勞是機(jī)械設(shè)備及零部件失效的三種主要形式。磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失 十分巨大，如果能夠減少無用的摩擦消耗，則可以大量節(jié)省能源。金屬機(jī)械部件摩擦副的抗磨、減摩及修復(fù)技術(shù)是長(zhǎng)期困擾機(jī)械領(lǐng)域的世界性難 題。通常金屬抗磨是指摩擦副在干摩擦條件下的耐摩擦或抗磨損性質(zhì)，主要由金屬材料的 硬度決定，其主要技術(shù)途徑是硬化摩擦表面。減摩則是指減少金屬摩擦副之間的摩擦，主要 體現(xiàn)在摩擦系數(shù)的降低，目前主要技術(shù)途徑是精加工摩擦表面，以降低其摩擦系數(shù)，或通過 潤(rùn)滑油(脂)等油性物質(zhì)作為潤(rùn)滑介質(zhì)，降低摩擦系數(shù)?，F(xiàn)有潤(rùn)滑油添加劑實(shí)現(xiàn)減磨抗磨途徑，大多是采用表面成膜技術(shù)如硫化物潤(rùn)滑 形式和軟金屬鍍履技術(shù)，該技術(shù)可以起到一定的減少磨損，抵制磨損的作用，但對(duì)已經(jīng)磨損 或劃傷的金屬表面，沒有修復(fù)作用。原因是，它只是附著、游離在金屬摩擦副表面，線脹系數(shù) 與基體不同，不會(huì)改變工件的任何尺寸公差，使金屬表面在幾納米厚度上作微乎其微的性 質(zhì)改變，化學(xué)反應(yīng)過程不可控，改性層太微薄并不夠穩(wěn)定，在高溫和強(qiáng)摩擦條件下易失效， 易脫落，削離；二是，這些材料進(jìn)入磨擦表面時(shí)是納米級(jí)的，機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后的工作雜 質(zhì)與添加劑溶為一體，材料的粒度自然變大，會(huì)產(chǎn)生沉積現(xiàn)象，使油路內(nèi)徑變細(xì)，形成栓堵， 導(dǎo)致供油不暢；三是，添加量高于0. 時(shí)，對(duì)油品的金屬含量化驗(yàn)指標(biāo)有改變；四是，每次 更換潤(rùn)滑油時(shí)都要添加，有依賴性。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足本發(fā)明提供了一種自動(dòng)在摩擦表面形成的合金陶瓷 材料，從而達(dá)到自動(dòng)修復(fù)摩擦表面的磨損，提高摩擦表面硬度和光潔度、降低摩擦系數(shù)、優(yōu) 化配合間隙的技術(shù)目的。本發(fā)明所使用的原材料組分為蛇紋石粉75 85g、鉬粉25 35g、石墨15 25g、硅酸鈉5 15g、硬脂酸190 210g、乙醇95 105ml、五厘托基礎(chǔ)油1800 2200ml。其中蛇紋石粉、鉬粉、石墨、酸鈉材料的粒度在2微米以下，硬脂酸在200目-300 目之間。乙醇的濃度為95%。首先將蛇紋石粉放入塑料器皿內(nèi)用80°C 90°C的熱水進(jìn)行漂洗，用木棒攪動(dòng)后， 將雜質(zhì)和水份倒出后，放在通風(fēng)處，讓水分自然蒸發(fā)。然后將浮選后的蛇紋石粉放入烘干設(shè)備進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為100 130分鐘，溫 度為120°C，烘干后礦粉中的水分含量降至2%以下。將烘干后的蛇紋石粉75 85g、鉬粉25 35g、石墨15 25g、硅酸鈉5 15g、 95 105ml的乙醇放入均質(zhì)器中攪拌，攪拌速度為2000 3000轉(zhuǎn)/分，攪拌后再加入 190 210g硬脂酸、1800 2200ml五厘托基礎(chǔ)油繼續(xù)攪拌，攪拌時(shí)間30-40分鐘，得到膠狀混合物。最后將膠狀混合物放入超聲波分散儀中，進(jìn)行分散，目的是將團(tuán)聚的物質(zhì)分開，超 聲波分散時(shí)間為10分鐘以上。按每升潤(rùn)滑油中添加20 30ml金屬表面陶瓷合金材料的添加量，添加到發(fā)動(dòng)機(jī) 潤(rùn)滑油中，以潤(rùn)滑油為載體進(jìn)入機(jī)械內(nèi)部，直接吸附到零部件的劃痕、創(chuàng)面及微觀表面，機(jī) 械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在各個(gè)接觸點(diǎn)的摩擦面上進(jìn)行超精研磨，清理機(jī)械表面氧化物和積碳；并且機(jī)體 的運(yùn)行，在摩擦面生成金屬表面陶瓷合金層。陶瓷合金材料進(jìn)入機(jī)體后，迅速吸附在摩擦面上并且不斷地縱向、橫向彌散和滲 透，當(dāng)負(fù)荷加大、溫度升高達(dá)到一定程度時(shí)(以汽油發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸工作為例，活塞上下往復(fù)運(yùn) 動(dòng)——吸、壓、爆、排，進(jìn)氣終了時(shí)氣缸內(nèi)氣體壓力為0. 075 0. 09Mpa，溫度為370 400k， 爆發(fā)最高壓力為3 5Mpa，溫度為2200 2800k。本材料就是利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)摩擦瞬間的閃 溫，溫度的“落差”類似“沾火”過程)，“陶瓷合金材料”與金屬表面發(fā)生了物理變化和化學(xué) 反應(yīng)，這一過程引發(fā)了 “陶瓷合合金材料”晶體和金屬晶體之間的反應(yīng)進(jìn)一步相互熔合重 組共晶，即微量焊接和氧化更新工序積極運(yùn)作，誘發(fā)產(chǎn)生新元素或新物質(zhì)，促進(jìn)了化學(xué)鍵置 換過程并形成了新鍵，使金屬的微組織、微結(jié)構(gòu)得到改善，從而改善金屬表面的強(qiáng)度、硬度、 塑性，同時(shí)在其邊緣處形成金屬新晶格，這種反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，隨著新晶體在摩擦表面的不斷 增加，它與原始金屬表面復(fù)合形成超滑、超硬的接觸表面——金屬表面陶瓷合金層。形成金屬表面合金層后，原金屬摩擦副之間的金屬-金屬、金屬-化合物膜層的摩 擦，轉(zhuǎn)變?yōu)樘沾珊辖饘印沾珊辖饘又g的摩擦，同時(shí)能在原金屬磨損創(chuàng)面上逐步將摩 擦副凹凸面修復(fù)平整，直到摩擦副之間達(dá)到最優(yōu)配合間隙后，由于摩擦系數(shù)趨于零，摩擦能 減少，由摩擦能產(chǎn)生的力化學(xué)反應(yīng)也趨于零，形成金屬改性層(即陶瓷合金層)的化學(xué)反應(yīng) 也會(huì)停止。也就實(shí)現(xiàn)了利用摩擦能的力化學(xué)反應(yīng)可使金屬表面自適應(yīng)改性。這種自適應(yīng)改 性在一定條件下可使厚度達(dá)50微米左右。金屬表面陶瓷合金層生成的速度、厚度與摩擦釋 放出的能量成正比，不是線型增長(zhǎng)，而是自動(dòng)調(diào)節(jié)的。從上述說明可以看出，本發(fā)明所述金屬表面陶瓷合金層的生成是有選擇性的，它 只在金屬磨損的部位上復(fù)合發(fā)生，非磨損部位不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。沒有參與化學(xué)反應(yīng)的材 料仍然可以被潤(rùn)滑油攜帶著流動(dòng)，并利用摩擦能量不斷修復(fù)磨損，當(dāng)修復(fù)量等于磨損量時(shí)， 修復(fù)與磨損處于平衡狀態(tài)，就實(shí)現(xiàn)了瞬間動(dòng)態(tài)零磨損。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述金屬表面陶瓷合金層具有更好的抗磨損、抗腐蝕性 能、熱穩(wěn)定性、耐熱沖擊性及超低的摩擦系數(shù)；產(chǎn)生了優(yōu)異的自補(bǔ)償修復(fù)效應(yīng)，可以選擇性 地補(bǔ)償表面磨損，優(yōu)化表面間隙，提高機(jī)械的密封性，恢復(fù)原型尺寸?？梢越鉀Q發(fā)動(dòng)機(jī)因磨 損造成的缸壓下降、缸壓不平衡、動(dòng)力不足、提速不好、燃燒不良、油耗過高、尾氣污染超標(biāo)、 機(jī)械噪音過大發(fā)動(dòng)機(jī)性能下降等問題，并能長(zhǎng)久保持新機(jī)狀態(tài)。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述方法進(jìn)行進(jìn)一步說明。本實(shí)施例中金屬表面陶瓷合金材料的原料組份為蛇紋石粉80g、鉬粉30g、石墨 20g、硅酸鈉10g、硬脂酸200g、95%濃度乙醇100ml、五厘托基礎(chǔ)油2000ml。其制備步驟為首先蛇紋石粉放入塑料器皿內(nèi)用80°C 90°C的熱水進(jìn)行漂洗，用木棒攪動(dòng)后，將雜質(zhì)和水份倒出后，放在通風(fēng)處，讓水分自然蒸發(fā)。然后將浮選后的蛇紋石 粉放入烘干設(shè)備進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為100 130分鐘，溫度為120°C，使烘干后礦粉中的水 分含量降至2%以下。接著將烘干后的蛇紋石粉80g、鉬粉30g、石墨20g、硅酸鈉10g、100ml 乙醇放入均質(zhì)器中攪拌，攪拌速度為2000 3000轉(zhuǎn)/分，攪拌10分鐘后再加入200g硬脂 酸、2000ml五厘托基礎(chǔ)油繼續(xù)攪拌30分鐘，得到膠狀混合物。最后將膠狀混合物放入超聲 波分散儀中，進(jìn)行分散，將團(tuán)聚的物質(zhì)分開，超聲波分散時(shí)間為15分鐘。將分散后的膠狀混合物按每升潤(rùn)滑油中添加25ml的比例添加到發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油 中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中，各摩擦副的壓力及溫度促使金屬表面陶瓷合金材料在摩擦副表 面生成陶瓷合金。本發(fā)明的另一實(shí)施例中，金屬表面陶瓷合金材料的原料組份為蛇紋石粉85g、鉬 粉30g、石墨15g、硅酸鈉15g、硬脂酸90g、95%濃度乙醇105ml、五厘托基礎(chǔ)油1900ml。將浮選烘干后的蛇紋石粉85g、鉬粉30g、石墨15g、硅酸鈉15g、105ml乙醇放入均 質(zhì)器中攪拌，攪拌速度為2000 3000轉(zhuǎn)/分，攪拌10分鐘后再加入190g硬脂酸、1900ml 五厘托基礎(chǔ)油繼續(xù)攪拌40分鐘，得到膠狀混合物。最后將膠狀混合物放入超聲波分散儀 中，進(jìn)行分散，將團(tuán)聚的物質(zhì)分開，超聲波分散時(shí)間為10分鐘。得到的金屬表面陶瓷合金材 料與潤(rùn)滑油的添加比例為，每升潤(rùn)滑油中添加30ml。上述實(shí)施例中的原料組份還可以是蛇紋石粉75g、鉬粉25g、石墨25g、硅酸鈉5g、 硬脂酸210g、95%濃度乙醇95ml、五厘托基礎(chǔ)油2200ml。在本發(fā)明內(nèi)容公布的范圍之內(nèi)，上述實(shí)施例中各組分可以選擇任意的組份配比組
口 O
權(quán)利要求
一種金屬表面陶瓷合金材料，其特征在于，其原料組份為蛇紋石粉75～85g、鉬粉25～35g、石墨15～25g、硅酸鈉5～15g、硬脂酸190～210g、乙醇95～105ml、五厘托基礎(chǔ)油1800～2200ml。
2.如權(quán)利要求1所述一種金屬表面陶瓷合金材料的制備方法，其特征在于，其制備步 驟為(1)將蛇紋石粉放入塑料器皿內(nèi)用80°C 90°C的熱水進(jìn)行漂洗，用木棒攪動(dòng)后，將雜 質(zhì)和水份倒出后，放在通風(fēng)處，讓水分自然蒸發(fā)；(2)將浮選后的蛇紋石粉放入烘干設(shè)備進(jìn)行烘干，烘干時(shí)間為100 130分鐘，溫度為 120°C，使烘干后礦粉中的水分含量降至2%以下；(3)烘干后的蛇紋石粉75 85g、鉬粉25 35g、石墨15 25g、硅酸鈉5 15g、95 105ml乙醇放入均質(zhì)器中攪拌，攪拌速度為2000 3000轉(zhuǎn)/分，攪拌4 8分鐘后，再加入 190 210g硬脂酸、1800 2200ml五厘托基礎(chǔ)油繼續(xù)攪拌，攪拌時(shí)間3040分鐘，得到膠狀 混合物；(4)將膠狀混合物放入超聲波分散儀中，進(jìn)行分散，將團(tuán)聚的物質(zhì)分開，超聲波分散時(shí) 間為10分鐘以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種金屬表面陶瓷合金材料及其制備方法，其特征在于，其 原料組份為石粉80g、鉬粉30g、石墨20g、硅酸鈉10g、硬脂酸200g、乙醇100ml、五厘托基礎(chǔ) 油 2000ml。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種金屬表面陶瓷合金材料及其制備方法，其特征在于，所 述蛇紋石粉、鉬粉、石墨、硅酸鈉材料的粒度在2微米以下；硬脂酸在200目-300目之間。
5.如權(quán)利要求1或2所述的一種金屬表面陶瓷合金材料及其制備方法，其特征在于，所 述乙醇的濃度為95%
6.如權(quán)利要求1所述一種金屬表面陶瓷合金材料的使用方法，其特征在于，將金屬表 面陶瓷合金材料添加進(jìn)潤(rùn)滑油中，所述金屬表面陶瓷合金材料與潤(rùn)滑油的添加比例為每 升潤(rùn)滑油中添加20 30ml金屬表面陶瓷合金材料。
7.如權(quán)利要求6所述一種金屬表面陶瓷合金材料的使用方法，其特征在于，所述金屬 表面陶瓷合金材料與潤(rùn)滑油的添加比例為每升潤(rùn)滑油中添加25ml金屬表面陶瓷合金材 料。
全文摘要
本發(fā)明涉及金屬表面陶瓷合金材料及制備方法，合金材料的原料組份為蛇紋石粉75～85g、鉬粉25～35g、石墨15～25g、硅酸鈉5～15g、硬脂酸190～210g、乙醇95～105ml、五厘托基礎(chǔ)油1800～2200ml，將制備好的合金材料按每升潤(rùn)滑油中添加25ml的比例添加到發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油中，隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行中，各摩擦副的壓力及溫度促使金屬表面陶瓷合金材料在摩擦副表面生成陶瓷合金。使用本發(fā)明所述的陶瓷合金材料，可以達(dá)到自動(dòng)修復(fù)摩擦表面的磨損，提高摩擦表面硬度和光潔度、降低摩擦系數(shù)、優(yōu)化配合間隙的技術(shù)目的。
文檔編號(hào)C10M141/02GK101870903SQ200910082679
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者王緒廷 申請(qǐng)人:王緒廷