在金属摩擦副摩擦表面形成纳米结构的方法及专用组合物技术

一种在金属摩擦副表面形成纳米结构的方法及专用组合物。将本发明专利技术专用组合物按0.01％-2％的重量比添加到金属摩擦副所使用的润滑介质中，在金属摩擦副工作状态下，润滑介质将本发明专利技术使用的专用组合物微粒带入摩擦副的摩擦表面，组合物微粒在摩擦副摩擦表面产生的高接触压力和摩擦表面之间相对运动产生的挤压与滚压的复合作用力的反复作用下，重复使摩擦表面的粗晶组织产生强烈的微观塑性变形，金属摩擦副累计工作运转1-100小时，能分别在金属摩擦副各自的摩擦表面有效地在线实现纳米结构晶层，晶粒的尺寸为100纳米以下，纳米结构晶层厚度为2-10微米。具有处理极其简便、生产效率极高、处理成本低和无需消耗处理能耗等优点。非常适用于大范围工业化推广和实现规模化生产。这将对我国的机械装备制造业和机械零部件加工业产生深远的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属表面纳米化处理领域，具体涉及一种在金属摩擦副摩擦表面形成纳米结构的方法及专用组合物。
技术介绍
金属表面纳米化即利用各种物理或化学方法将材料的表层晶粒细化至纳米量级， 制备出具有一定深度的纳米结构的表层，但是基体仍然保持原有的粗晶状态，借以改善和提高金属材料的表面性能，如疲劳强度、抗应力腐蚀和耐磨性等。金属表面纳米结构表层的硬度显著提高，表面以下亚微晶层的硬度也显著增加。在提高金属材料表面整体性能的同时不明显降低金属材料的韧性，有效地提高机械零件的抗疲劳、耐磨、防腐等性能，从而保障机械装备安全稳定运行，延长其有效服役寿命，具有重要的经济和实用价值，应用前景十分广阔。目前实现金属表面纳米化的技术有高能喷丸、超声机械振动、机械研磨、溅射、纳米喷涂、纳米刷度等。经过调研，由于现有技术在实现金属表面纳米化时受到需要专用的处理设备、复杂的处理工艺、生产成本高、零部件的形状和尺寸及处理后表面粗糙度过粗等因素限制，还很难广泛应用到实际当中，并未在工业中广泛推广和规模化生产，其原因在于上述金属表面纳米化技术存在如下不足1、机械装备中的金属摩擦零部件采用金属表面纳米化技术处理的意义与市场前景巨大，是重点应用领域。采用以上金属表面纳米化技术处理零部件需要专用的处理设备、 复杂的处理工艺和专业操作技术人员在离线状态下来实现，对再用设备的金属摩擦部件进行处理时，被处理部件需从设备中拆卸下进行离线处理，存在处理难度大、不方便、耗费能量和处理成本高不利因素，严重阻碍其技术的工业化推广和规模化生产。2、对处理工零件几何形状和尺寸有一定的限制，不能很好地或不能在其表面形成纳米结构晶层，例如复杂曲面、小尺寸内孔表面等。严重影响此类技术的应用范围。3、有些纳米化技术处理后的零部件表面粗糙度等级很低，会抵消纳米化的作用， 失去了处理的意义。另外对金属表面的粗糙度等级有较高要求的，不能适用或不太适用。表面粗糙度与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系， 对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。因此造成实用性较低。
技术实现思路
本专利技术为了弥补上述技术的不足，提供了一种在金属摩擦副摩擦表面形成纳米结构的方法及专用组合物。它不依靠专用的设备、复杂的处理工艺而是将本专利技术专用材料添加在摩擦副使用的润滑介质中，利用金属摩擦副自身在工作状态下，运转1-100小时，分别在金属摩擦副各自的摩擦面有效地在线实现组织和性能均勻的纳米结构晶层，晶粒的尺寸为100纳米以下，纳米结构晶层厚度为2-10微米。进而提高金属摩擦副摩擦表面的综合性能。可以实现工业化推广和规模化生产。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是在金属摩擦副表面形成纳米结构的方法是按照以下步骤实现的步骤1):制备在金属摩擦副摩擦表面形成纳米结构的方法中所使用的专用组合物，按重量份数比将6-11份的蛋白石粉末、11-21份的蛭石粉末、3-7份的费石粉末、3-5份的分散剂和30-50份的润滑油放入胶体磨中研磨10小时，最后制备出由蛋白石粉末、蛭石粉末、沸石粉末和润滑油组成的本专利技术专用组合物。步骤2)将本专利技术使用的专用组合物按0. 01-2%的重量比添加到金属摩擦副所使用的润滑介质中，在金属摩擦副工作状态下，润滑介质将本专利技术使用的专用组合物微粒带入摩擦副的摩擦表面，组合物微粒在摩擦副摩擦表面之间产生的高接触压力和摩擦表面之间相对运动产生的挤压与滚压的复合作用力的反复作用下，重复使摩擦表面的粗晶组织产生强烈的微观塑性变形，金属摩擦副累计工作运转1-100小时，能分别在金属摩擦副各自的摩擦表面有效地在线实现纳米结构晶层，晶粒的尺寸为100纳米以下，纳米结构晶层厚度为2-10微米。本专利技术具有以下有益效果1)具有在金属摩擦副工作状态中，同时在摩擦副各自的摩擦表面有效地在线实现组织和性能均勻的纳米结构晶层，晶粒的尺寸为100纳米以下，纳米结构厚度范围为2-10 微米，足以保证金属摩擦副部件获得力求达到的特性，例如希望的机械性能(耐疲劳、抗磨耐磨、抗应力下的腐蚀等性能)。纳米化不仅提高了金属摩擦副摩擦表面的性能，而且对金属摩擦副部件和装备整体也产生了积极作用。在摩擦副处于工作状态下在线实现的处理方式，非常适用于大范围的工业化推广和规模化生产。幻本专利技术可以同时对存在一个润滑系统中的全部金属摩擦副的摩擦表面，进行纳米化处理并在其表面形成纳米结构晶层。处理及其简便、效率极高，极大地拓宽了应用领域。这将对我国的装备制造业和机械零部件的加工行业产生深远影响。例如，在大型复杂机械装备、风电设备、轴承、汽车、船舶、军事装备与武器装备等高端机械装备制造业应用。3)金属摩擦副摩擦表面形成的纳米结构晶层，在金属摩擦副工作运转中发生磨损变薄或全部磨损消失后，无需拆卸即可重复在线处理。处理工艺十分简便易行、效率高。对我国机械装备的维修与养护产生促进作用。4)本专利技术处理时受零部件形状和尺寸限制的因素非常少，零部件只要处于摩擦副运动结构形式，有润滑油或润滑脂润滑就可在摩擦表面实现纳米结构晶层。极大地拓宽了适用范围，实用性明显增强。5)经本专利技术实现纳结构的金属摩擦副摩擦表面，表面粗糙度等级非常高，通常处于十二级以上，不会降低原摩擦表面的粗糙度等级，而且还可大幅度提高表面粗糙度等级。 对摩擦表面粗糙度等级有较高要求的金属摩擦副零部件更为适用。表面粗糙度的等级提高，对摩擦部件的配合精度、震动、噪音都具有明显的优化作用。6)本专利技术在实施处理金属摩擦副摩擦表面时，不需要专用的设备、复杂的处理工艺和专业操作技术人员，也无需消耗额外的处理能耗。具有处理成本低、生产效率高优点明显。本专利技术的原理是在金属摩擦副工作状态下，以金属摩擦副所使用的润滑介质为载体，将本专利技术所使用的专用组合物微粒带入摩擦表面，组合物微粒在摩擦副摩擦表面之间产生的高接触压力与摩擦表面之间相对运动产生的挤压与滚压的复合作用力的反复作用下，重复使摩擦表面的粗晶组织产生强烈的微观塑性变形，晶粒不断碎化、细化。摩擦表面在摩擦产生的瞬间高温下发生局部再结晶，由于温度瞬间的骤升和骤降，再结晶的晶粒尺度大幅度降低，摩擦表面的粗晶逐渐细化。塑性变形由摩擦表面开始，并逐渐向深层延伸，塑性变形层的厚度逐渐增大至10微米时塑性变形强度开始逐渐减小，随着深层处的金属基体塑性变形强度减小晶粒尺寸又逐渐增大并恢复到原始的粗晶状态。在以上晶粒细化的机理下，最终在金属摩擦副摩擦表面形成晶粒尺寸为10-100纳米厚度在2-10微米的纳米结构晶层。例如，在空气压缩机缸套与活塞环配对金属摩擦副上，实现在汽缸套有效形行程内的铸钢表面上获得20纳米晶粒的结构晶层厚度约10微米，汽缸套铸钢表面原始晶粒尺寸在500纳米。在活塞环的铸铁表面上获得30纳米尺度的晶粒的结构晶层厚度为7微米。由于本专利技术使用的专用组合物微粒是层状结构，在受到摩擦副产生的较大的剪切力作用时，剪切力大于层间的结合力时，层间出现滑移或材料微粒发生解离，不但不会对摩擦表面产生磨损而且还会起到固体滑润滑剂润滑作用。由于专用组合物微粒在摩擦副摩擦表面之间产生的高接触压力和摩擦表面之间相对运动产生的挤压与滚压复合的作用力反复作用下，可以在表层形成具有一定厚度的残余压应力层。摩擦表面的残余压应力存在，抵消了摩擦表面受载本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．在金属摩擦副摩擦表面形成纳米结构的方法，其特征在于：所述该方法是按照以下步骤实现的：步骤１）：制备在金属摩擦副摩擦表面形成纳米结构的方法中所使用的专用组合物，按重量份数比将６－１１份的蛋白石粉末、１１－２１份的蛭石粉末、３－７份的费石粉末、３－５份的分散剂和３０－５０份的润滑油放入胶体磨中研磨１０小时，最后制备出由蛋白石粉末、蛭石粉末、沸石粉末和润滑油组成的本专利技术专用组合物。步骤２）：将本专利技术使用的专用组合物按０．０１－２％的重量比添加到金属摩擦副所使用的润滑介质中，在金属摩擦副工作状态下，润滑介质将本专利技术使用的专用组合物微粒带入摩擦副的摩擦表面，组合物微粒在摩擦副摩擦表面之间产生的高接触压力和摩擦表面之间相对运动产生的挤压与滚压的复合作用力的反复作用下，重复使摩擦表面的粗晶组织产生强烈的微观塑性变形，金属摩擦副累计工作运转１－１００小时，能分别在金属摩擦副各自的摩擦表面有效地在线实现纳米结构晶层，晶粒的尺寸为１００纳米以下，纳米结构晶层厚度为２－１０微米。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙静，
申请(专利权)人：孙静，
类型：发明
国别省市：93