专利名称：：金属摩擦、磨损表面的修复方法及该方法中专用混合粉末的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种金属摩擦、磨损表面的修复方法及该方法中专用混合粉末。
背景技术：
：有摩擦就有磨损，全世界有一半的材料消耗在磨损上，机械产品中的金属摩擦副绝大部分是由表面磨损造成失效的，只是表面磨损超限，磨损的部分只占整个部件的很小部分，就造成整个零件的报废，磨损造成的损失是惊人的。目前采用热喷涂、喷焊、刷度、补焊、堆焊等技术来修复金属磨损表面，使其补偿缺失几何尺寸恢复工作能力，已达到节约材料及维修成本目的。但这些技术都是离线处理，处理时机械设备需解体、拆卸、停机，而且对技术的掌握上有很高要求，处理工艺复杂，例如喷焊、喷涂技术修复后的涂层需机加工才能达到使用要求，具有高硬度的涂层机加工难度非常大，成本非常高等不利因素。最近出现一些利用润滑油或润滑脂为载体，将含有修复作用的金属、陶瓷、金属陶瓷的微米级或纳米级的粉末组合物带入摩擦表面接触区，利用摩擦副在工作状态摩擦产生的温度和压力下，在其表面沉积，形成具有高硬度、低摩擦系数的耐磨减摩补偿磨损作用的修复层，这类技术是在线修复技术，处理时机械设备不需解体、拆卸、停机，而且修复后的表面不需要任何机加工等优点，因此这类技术是当今修复领域研究的热点。经过市场调查和对用户的了解与试验，这类技术产品存在修复速度慢，效果不明显，在有的摩擦工况条件下产生低摩擦能时无效果，有的没有修复反而加剧了表面磨损造成负面效果。造成此类技术及技术产品存在效果不稳定，修复速度慢、适用范围有限和不安全因素。其原因是■1、目前此类技术的研究和应用尚处在初始阶段，在其修复材料的配方上有缺陷，缺乏整体设计优化方案，没有把众多不利的因素考虑进去，只是依靠摩擦时产生的温度和压力下，促使修复材料与金属表面进行修复反应，在有的摩擦工况条件下产生的摩擦能不高，或在金属表面已经形成了一部分修复层的条件下，低摩擦系数造成机械阻力减小，摩擦时产生的能量下降，明显降低了下一步修复的速度或停止修复，这就是造成修复速度慢和效果不明显的主要原因。2、修复材料的构成上缺少对金属表面具有清理和活化功能的组分，从微观的金属表面看都是凹凸不平的，往往会与环境作用，在表层至少有三个污染层，即普通肮脏层、表面与环境的气体或液体分子相互作用的吸附层和与大气中的氧形成的氧化层，在这里笔者明确指出，修复材料与金属反应沉积结晶，金属表面必须是"新鲜的"、无污染的、活化的具有非常高的表面能的，这样才能加快反应速度和质量。反之，反应的速度缓慢或不能反应。这类技术中，只是利用具有修复功能的材料在摩擦接触区摩擦时，对金属表面清理，这显然不是好的方法。金属表面不能得到很好的清理，更重的是，修复材料在摩擦接触区摩擦时，表面的这些污染层物质会与修复材料发生部分反应，造成修复材料成分的偏析，还会发生包裹修复材料，造成修复材料的失效，更重要的是被部分清理下来的污染物和金属氧化层的杂质微粒，分布在润滑油、脂中，会加剧对金属表面的磨损，这是造成效果不稳定和不安全的原因。
发明内容本发明为了解决现有的金属摩擦、磨损表面的修复方法存在修复速度慢，修复效果不明显、修复效果不稳定、适用范围有限的问题，现有修复材料存在缺少对金属表面具有清理和活化功能的组分的问题；进而提供了一种金属摩擦、磨损表面的修复方法及该方法中专用混合粉末。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是金属摩擦、磨损表面的修复方法是按照以下步骤实现的步骤一、制备具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比将1030份粒度为0.110微米的镍包金刚石粉和10-20份粒度为0.110微米的氯化镍粉放入球磨罐中，行星球磨机以每分钟3040转的速度进行机械均质2030分钟，然后再按重量份数比将5080份的硬脂酸镁均匀地放入球磨罐中，以每分钟60100转的速度机械均质6070分钟，最后制得镍包金刚石粉、氯化镍粉和硬脂酸镁三者的混合粉末；步骤二、制备具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比将510份粒度为0.130微米的顽辉石粉、510份粒度为0.130微米的碳酸钙粉、510份粒度为0.130微米的黄玉石粉、1020份粒度为0.130微米的镍包铝粉、2025份粒度为0.130微米的镍铁合金粉和24份粒度为0.130微米的三氧化二钇粉放入球磨罐中，行星球磨机以每分钟3040转的速度机械均质2030分钟，然后再按重量份数比将2149份的硬脂酸镁均匀地放入球磨罐中，以每分钟60100转的速度机械均质6070分钟，最后制得顽辉石粉、碳酸钙粉、黄玉石粉、镍包铝粉、镍铁合金粉、三氧化二钇粉和硬脂酸镁的混合粉末；步骤三、将步骤一中制备的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/10005/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中，然后让润滑系统连续或累计工作5分钟2小时后，将润滑系统中的润滑油放掉或润滑脂清除掉；步骤四、安成步骤三后，将润滑系统中再添入润滑油或润滑脂，再将步骤二中制备的具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/10005/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中即可。步骤一中所述混合粉末按重量份数比由10-30份镍包金刚石粉、10-20份氯化镍粉和50-80份硬脂酸镁组成。步骤二中所述混合粉末按重量份数比由5-10份顽辉石粉、5-10份碳酸钙粉、5-10份黄玉石粉、10-20份镍包铝粉、20-25份镍铁合金粉、2-4份三氧化二钇粉和21-49份硬脂酸镁组成。本发明具有以下有益效果本发明方法先后使用具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末(简称A混合粉末)以及具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末(简称B混合粉末)，可使金属摩擦与磨损表面实现在线快速修复，具有修复质量高、应用范围广、安全稳定性好的优点。本发明方法可以达到快速修复金属摩擦表面微观缺陷和磨损表面宏观磨损缺陷，修复后的表面具有金属和陶瓷的复合优点，从而提高表面的耐磨性、抗疲劳强度、降低摩擦系数和降低机械摩擦阻力，延长了零部件的使用寿命，节约机械设备的保养，维修费用和降低能耗等作用，具有很好的经济效益和社会效益。本发明可以快速修复金属摩擦与磨损表面，在机械摩擦产生能量较低的摩擦工况条件下，也可以快速修复，明显提高了修复的速率和摩擦条件的适用性，拓宽了使用范围。而且修复是在机械不解体正常工作状态中完成快速修复金属摩擦表面微观缺陷与金属磨损表面宏观磨损缺损，补偿了磨损部位的几何尺寸。修复层组织是以金属及合金为粘结相、陶瓷颗粒为硬质相组成的金属陶瓷，具有高强度、高硬度、耐腐蚀的优异性能，从而达到了抗磨损、抗疲劳强度、大幅度降低摩擦系数和机械摩擦阻力的作用，延长了摩擦零部件的使用寿命，间接地提高了机械设备的性能和寿命，节约了机械设备的保养和维修费用及节能降耗等作用，具有很好的经济效益和社会效益。可以广泛应用在内燃机、空气机、液压泵、轴承等工程机械、矿山机械、冶金机械、石油化工机械、农用机械、军事装备等存在金属间摩擦磨损的机械产品上。本发明适于快速修复金属摩擦表面微观缺陷与金属磨损表面宏观磨损缺损。本发明的具体优点体现在以下几个方面1、本发明中的A混合粉末具有清理和活化金属摩擦与磨损表面的功能，这样摩擦表面的污染物就不会污染强化和修复材料，而且被清理的金属摩擦表面呈现的是新鲜的金属表面，这样活化材料在新鲜的金属表面活化的效果要远远好于不新鲜的金属表面，为下一步强化和修复材料与其反应创造了良好的基础。采用镍包金刚石做为动态原位微清理金属摩擦与磨损表面，具有不划伤和不磨损金属摩擦与磨损表面，又有很好的清理金属摩擦与磨损表面污染物的功能作用，众所周知金刚石是很好的研磨剂，如果单独使用不适合金属摩擦与磨损表面的清理，因为金刚石的研磨作用会很好的清理摩擦表面但也容易造成摩擦表面的磨损，而采用镍包金刚石既可以起到很好清理摩擦表面的作用，又不发生摩擦表面磨损的作用。2、本发明中的B混合粉末中的具有反应放热功能的镍包铝粉，在摩擦瞬间高温、高压条件下，镍包铝粉自身发生剧烈反应并放出大量的反应热，提供了额外的修复热能，加上摩擦时产生的摩擦能量和三氧化二钇对摩擦表面的高活化作用下，B混合粉末(修复材料)快速与金属表面发生反应，在其表面形成以金属及合金为粘结相、陶瓷为硬质相的金属陶瓷层，随着磨损逐渐地被补偿，摩擦间隙逐渐变小，摩擦能量急剧下降，修复停止。加入反应放热功能的材料，反应速度超过单纯利用摩擦能的反应速度，提高了修复的速度，可以在较低摩擦能量的条件下进行修复，拓宽了适用性。3、本发明方法，可以避免修复材料的成分被污染和污染物对金属表面造成的磨损，又很好地活化了表面，为下一步修复打下了良好的基础。具体实施例方式具体实施方式一本实施方式所述的金属摩擦、磨损表面的修复方法是按照以下步骤实现的步骤一、制备具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比将1030份粒度为0.110微米的镍包金刚石粉和10-20份粒度为0.110微米的氯化镍粉放入球磨罐中，行星球磨机以每分钟3040转的速度进行机械均质(均匀混合)2030分钟，然后再按重量份数比将5080份的硬脂酸镁均匀地放入球磨罐中，以每分钟60100转的速度机械均质6070分钟，最后制得镍包金刚石粉、氯化镍粉和硬脂酸镁三者的混合粉末；步骤二、制备具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比将510份粒度为0.130微米的顽辉石粉、510份粒度为0.130微米的碳酸钙粉、510份粒度为0.130微米的黄玉石粉、1020份粒度为0.130微米的镍包铝粉、2025份粒度为0.130微米的镍铁合金粉和24份粒度为0.130微米的三氧化二钇粉放入球磨罐中，行星球磨机以每分钟3040转的速度机械均质2030分钟，然后再按重量份数比将2149份的硬脂酸镁均匀地放入球磨罐中，以每分钟60100转的速度机械均质6070分钟，最后制得顽辉石粉、碳酸钙粉、黄玉石粉、镍包铝粉、镍铁合金粉、三氧化二钇粉和硬脂酸镁的混合粉末；步骤三、将步骤一中制备的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/10005/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中，然后让润滑系统连续或累计工作5分钟2小时后，将润滑系统中的润滑油放掉或润滑脂清除掉；步骤四、安成步骤三后，将润滑系统中再添入润滑油或润滑脂，再将步骤二中制备的具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/10005/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中即可。具体实施方式二本实施方式在步骤三中，将具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中；在步骤四中，将具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按2/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂'中。其它步骤与具体实施方式一相同。采用此实施方式适用于金属摩擦、磨损表面污染物较少、磨损量较小金属摩擦副。具体实施方式三本实施方式在步骤三中，将具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按3/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中；在步骤四中，将具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按5/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中。其它步骤与具体实施方式一相同。采用此实施方式适用于金属摩擦、磨损表面污染物较多、磨损量较大金属摩擦副具体实施方式四本实施方式所述的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比由10-30份镍包金刚石粉、10-20份氯化镍粉(NiCl26H20)和50-80份硬脂酸镁(粉末)组成。具体实施方式五本实施方式所述的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比由20份镍包金刚石粉、20份氯化镍粉(NiCl2'6H20〉和80份硬脂酸镁(粉末)组成。采用此实施方式可使多种摩擦形式共用一个润滑系统的金属摩擦副得到很好的清理和活化效果。适用于车床床头箱、机加工中心、巻烟机等设备具体实施方式六本实施方式所述的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比由25份镍包金刚石粉、15份氯化镍粉(NiCl2，6H20)和60份硬脂酸镁(粉末)组成。采用此实施方式可使表面污染物较多的金属摩擦副得到很好的清理和活化效果，适用于中、大型滑动、滚动轴承、变数箱摩擦副、功率大于于200KW的汽油、柴油内燃机等。具体实施方式七本实施方式所述的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比由15份镍包金刚石粉、20份氯化镍粉(NiCl26H20)和65份硬脂酸镁(粉末)组成。采用此实施方式可使表面污染物较少的金属摩擦副得到很好的清理和活化效果，适用于小型滑动、滚动轴承、液压装置摩擦副、功率小于200KW的汽油内燃机等。具体实施方式八本实施方式所述的具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比由5-10份顽辉石粉(Mg2[Si206])、5-10份碳酸钙粉(CaC03)、5-10份黄玉石粉(Al2[Si04](F,OH)2)、10-20份镍包铝粉、20-25份镍铁合金粉、2-4份三氧化二钇粉(Y203)和21-49份硬脂酸镁(粉末)组成。具体实施方式九本实施方式所述的具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比由8份顽辉石粉(Mg2[Si206])、10份碳酸钙粉(CaC03)、5份黄玉石粉(Al2[Si04](F，OH)2)、20份镍包铝粉、20份镍铁合金粉、4份三氧化二钇粉(Y203)和29份硬脂酸镁(粉末)组成。采用此实施方式可使磨损量较大的金属摩擦副得到很好的强化和修复效果，适用于中、大型滑动、滚动轴承、变数箱摩擦副、功率大于于200KW的汽油、柴油内燃机等。具体实施方式十本实施方式所述的具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比由6份顽辉石粉(Mg2[Si206])、8份碳酸钙粉(CaC03)、IO份黄玉石粉(Al2[Si04](F，OH)2)、10份镍包铝粉、25份镍铁合金粉、2份三氧化二钇粉(Y203)和35份硬脂酸镁(粉末)组成。采用此实施方式可使磨损量较小的金属摩擦副得到很好的强化和修复效果，适用于小型滑动、滚动轴承、液压装置摩擦pU、功率小于200KW的汽油内燃机等。具体实施方式十一本实施方式所述的具有修复功能与真有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比由9份顽辉石粉(Mg2[Si206])、10份碳酸钙粉(CaC03)、IO份黄玉石粉(Al2[Si04](F,OH)2)、15份镍包铝粉、20份镍铁合金粉、4份三氧化二钇粉(Y203)和30份硬脂酸镁(粉末)组成。采用此实施方式可使多种摩擦形式共用一个润滑系统的金属摩擦副得到很好的强化和修复效果。适用于车床床头箱、机加工中心、巻烟机等设备实施例一应用在某空军活塞六甲行星9缸发动机上，飞行训练中有21%的事故是由于发动机润滑油泄露或油路堵塞造成发动机严重磨损，摩擦部件发生咬合，使飞机发动机在空中骤然停车，造成严重的安全飞行事故。该飞机的训练半径是50公里，从最大训练半径只需5分钟就可以安全返航着陆，为了解决上述问题，将上述A混合粉末与活塞六甲飞机发动机专用航空润滑油按重量比1;IOOO的比例进行均质，加到发动机中，以每分钟1000-2000转交替速度和变载连续工作2小时后，将全部润滑油放掉，将B混合粉末与活塞六甲飞机发动机专用航空润滑油按重量比2;IOOO的比例进行均质，以每分钟1000-2000转交替速度和变载连续工作4小时后，将全部润滑油放掉，做发动机润滑油试验，飞机以每分钟1500-2200'的交替变速和变载安全运行25分钟，由于已经达到安全行驶5分钟的5倍，所以没有做耐久破坏性试验。结论是经过8小时的运转处理，在发动机的汽缸表面生成金属陶瓷层，汽缸压力均得到提升，并在发动机无润滑油的状态下，安全行驶25分钟，这意味着飞机的安全飞行系数将被大大提升，发动机的性能得到大幅度强化和提高，将是国防安全、装备安全与生命安全的有力保证，必将对国防现代化建设产生积极的推动作用。此次试验创造了空军航空史上的一个奇迹。应用前后发动机汽缸压力对比数据:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>实施例二在北京铁路局XX94-DF-7铁路机车内燃机应用本发明组合物，该内燃机为12个汽缸，缸径240毫米，中修后运行了10万公里，先将均质好的A混合粉末与铁路机车内燃机三代润滑油按重量比5:1000加入到机车内燃机中，怠速无负载运转2小时，然后将其润滑油放掉，在将均质好的B混合粉末与铁路机车内燃机三代润滑油按重量比5:1000加到内燃机中，连续无载荷怠速运转4小时，发动机的振动明显的降低，噪音减小，排气黑烟消失，偶见蓝烟，汽缸压力12个缸平均提升3公斤。实施例三在一汽某集团公司变速器公司自行研制的轴承试验台上，试验新的哈轴生产的7206ACP5(D级)轴承应用本发明组合物的技术效果，将4套新轴承安装在轴承试验台上，轴向加载10Nm以每分钟6000转的速度运转2小时，测量其工作温度和径向游隙然后将均质好的A混合粉末与润滑油按重量比3:IOOO加入试验台中，以上述条件运转30分钟，将全部润滑油放净，在将均质好的A混合粉末与润滑油按重量比5:IOOO加如试验台中，按上述条件运转4小时，其结果轴承工作温度比新轴承工作温度平均降低9-l(TC，径向游隙平均减少0.0025毫米。四套7206ACP5(D级)轴承应用前后的径向游隙对比数据:<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>权利要求1、一种金属摩擦、磨损表面的修复方法，其特征在于所述修复方法是按照以下步骤实现的步骤一、制备具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末按重量份数比将10～30份粒度为0.1～10微米的镍包金刚石粉和10-20份粒度为0.1～10微米的氯化镍粉放入球磨罐中，行星球磨机以每分钟30～40转的速度进行机械均质20～30分钟，然后再按重量份数比将50～80份的硬脂酸镁均匀地放入球磨罐中，以每分钟60～100转的速度机械均质60～70分钟，最后制得镍包金刚石粉、氯化镍粉和硬脂酸镁三者的混合粉末；步骤二、制备具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末按重量份数比将5～10份粒度为0.1～30微米的顽辉石粉、5～10份粒度为0.1～30微米的碳酸钙粉、5～10份粒度为0.1～30微米的黄玉石粉、10～20份粒度为0.1～30微米的镍包铝粉、20～25份粒度为0.1～30微米的镍铁合金粉和2～4份粒度为0.1～30微米的三氧化二钇粉放入球磨罐中，行星球磨机以每分钟30～40转的速度机械均质20～30分钟，然后再按重量份数比将21～49份的硬脂酸镁均匀地放入球磨罐中，以每分钟60～100转的速度机械均质60～70分钟，最后制得顽辉石粉、碳酸钙粉、黄玉石粉、镍包铝粉、镍铁合金粉、三氧化二钇粉和硬脂酸镁的混合粉末；步骤三、将步骤一中制备的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/1000～5/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中，然后让润滑系统连续或累计工作5分钟～2小时后，将润滑系统中的润滑油放掉或润滑脂清除掉；步骤四、安成步骤三后，将润滑系统中再添入润滑油或润滑脂，再将步骤二中制备的具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的混合粉末与润滑油或润滑脂按1/1000～5/1000的重量比加入到金属摩擦与磨损表面的润滑系统中的润滑油或润滑脂中即可。2、一种实现权利要求1所述方法的具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的混合粉末，其特征在于所述混合粉末按重量份数比由10-30份镍包金刚石粉、10-20份氯化镍粉和50-80份硬脂酸镁组成。3、一种实现权利要求1所述方法的具有修复功能与具有引入^"料反应放热增加热能功能的混合粉末，其特征在于所述混合粉末按重量份数比由5-10份顽辉石粉、5-10份碳酸钙粉、5-10份黄玉石粉、10-20份镍包铝粉、20-25份镍铁合金粉、2-4份三氧化二钇粉和21-49份硬脂酸镁组成。全文摘要金属摩擦、磨损表面的修复方法及该方法中专用混合粉末，它涉及一种修复方法及该方法中混合粉末。解决了现有的修复方法修复速度慢，修复效果不明显以及现有修复材料缺少对金属表面具有清理和活化功能的组分的问题。本发明方法为制备具有清理与活化金属摩擦、磨损表面功能的A混合粉末；制备具有修复功能与具有引入材料反应放热增加热能功能的B混合粉末；将A加入到金属摩擦与磨损表面的润滑油中；再将B加入到金属摩擦与磨损表面的润滑油中。所述A由镍包金刚石粉、氯化镍粉和硬脂酸镁组成。所述B由顽辉石粉、碳酸钙粉、黄玉石粉、镍包铝粉、镍铁合金粉、三氧化二钇粉和硬脂酸镁组成。本方法及该方法中混合粉末可以达到快速修复金属摩擦表面微观缺陷和磨损表面宏观磨损缺陷。文档编号B23P6/00GK101412175SQ20081020951公开日2009年4月22日申请日期2008年11月25日优先权日2008年11月25日发明者孙启龙申请人:黑龙江圣龙金属磨损自修复材料有限公司