1.本技术涉及金属抗磨损技术领域，更具体地说，它涉及一种修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料及其制备方法。
背景技术：
2.摩擦现象是一种常见的物理现象，也是机器设备发生能量损耗的主要原因之一。机器设备中的各种零件在发生摩擦的同时不仅会消耗能量，而且会使得零件发生损伤，甚至影响零件之间的正常配合。风洞电机是一种对零件配合度要求较高的设备，在风洞试验中具有重要作用。风洞电机中最容易发生磨损的部件是滑动轴承，而轴瓦是滑动轴承和转轴接触的部分。转轴与轴瓦在风洞电机的运行过程中会持续发生摩擦，并使轴瓦发生磨损，影响风洞电机的正常运行。为了缓解轴瓦的磨损，有一种可行的方法是在轴瓦与转轴的接触面涂覆金属磨损自修复材料。
3.金属磨损自修复材料是一种以蛇纹石粉体为主要成分的材料，当金属磨损自修复材料被带入摩擦界面后，包括蛇纹石在内的各种粉体在机械零件的摩擦作用下被研磨细化，并使得金属表面的微凸体发生断裂，微凸体发生断裂时产生的闪温（短时间内可高达数百摄氏度）使微粒晶体中的镁原子与金属表层的金属原子发生置换反应，最终在摩擦界面处生成以陶瓷晶体为主要成分的耐磨保护层。金属磨损自修复材料对金属工件的保护效果主要体现在两个方面，一方面是对已经受到磨损的部位进行修复，另一方面是阻碍未磨损的区域形成发生磨损，以阻碍磨损区域的扩大。
4.相关技术中有一种金属磨损自修复材料，包括如下重量份的组分：硅酸盐粉体40份，镍粉9份，固化助剂6份，填充粉体25份，基础油80份，硅酸盐选用蛇纹石粉体，填充粉体选用氧化铁粉体。当需要对轴瓦表面的磨损部位进行修复时，操作者将金属磨损自修复材料涂覆在轴瓦表面，再将轴瓦与转轴连接，在轴瓦与转轴发生相对转动的过程中，金属磨损自修复材料随时对轴瓦表面的磨损区域进行修复，并在轴瓦表面形成耐磨保护层。
5.针对上述中的相关技术，发明人认为，相关技术中的金属磨损自修复材料虽然能够在轴瓦表面形成耐磨保护层，但是轴瓦表面的磨损区域粗糙度较高，会令金属磨损自修复材料中各种粉体的移动受到阻碍，使得耐磨保护层在未磨损区域形成的速率减慢。
技术实现要素：
6.相关技术中，轴瓦表面的磨损区域粗糙度较高，导致金属磨损自修复材料中各种粉体的移动受到阻碍，使得耐磨保护层在未磨损区域形成的速率减慢。为了改善这一缺陷，本技术提供一种修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料及其制备方法。
7.第一方面，本技术提供一种修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料，采用如下的技术方案：一种修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料，包括如下重量份的组分：
硅酸盐粉体36-48份，金属粉体8-10份，固化助剂4-8份，填充粉体20-30份，发泡剂6-8份，稳泡剂3-5份，基础油70-90份，所述金属粉体包括镍粉，所述硅酸盐粉体包括蛇纹石粉体，所述稳泡剂的组分至少包括一种带有不饱和键的脂肪酸，所述填充粉体的组分中至少包括一种金属氧化物。
8.通过采用上述技术方案，当本技术的金属磨损自修复材料被添加到轴瓦的磨损界面后，轴瓦与转轴摩擦时产生的闪温使发泡剂分解并释放气体，气体在基础油中形成微气泡，稳泡剂使得微气泡的稳定性增加。微气泡能够吸附在各种粉体的表面，并对粉体起到润滑作用，减少了轴瓦的磨损区域对粉体的移动造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
9.在风洞电机的轴瓦与转轴相互摩擦的过程中，蛇纹石粉体发生相变，并分解产生氧化镁、二氧化硅和水，同时还释放出具有氧化性的游离氧。蛇纹石分解产生的氧化镁和二氧化硅表面均存在大量的断键化学活性点，因此能够在闪温的作用下与金属粉体、填充粉体结合形成耐磨保护层。同时，游离氧对稳泡剂中的不饱和脂肪酸进行氧化，使得不饱和脂肪酸发生交联，不饱和脂肪酸的交联产物能够暂时覆盖在耐磨保护层表面，对耐磨保护层起到了润滑作用，减少了耐磨保护层受到的磨损，改善了对轴瓦磨损区域的修复效果。
10.作为优选，包括如下重量份的组分：硅酸盐粉体39-45份，金属粉体8.5-9.5份，固化助剂5-7份，填充粉体22-28份，发泡剂6.5-7.5份，稳泡剂3.5-5.5份，基础油75-85份。
11.通过采用上述技术方案，优化了金属磨损自修复材料的配比，有助于改善对轴瓦磨损区域的修复效果。
12.作为优选，所述硅酸盐粉体的组分还包括硅酸盐水泥。
13.通过采用上述技术方案，在轴瓦和转轴发生相对转动的过程中，蛇纹石粉体在解体的同时释放结晶水，而空气中的水汽会持续向基础油中渗透，使得基础油中含有一定数量的水分。硅酸盐水泥以硅铝酸盐作为主要成分，能够直接参与耐磨保护层的形成，同时硅酸盐水泥还能够吸收基础油中的水分，从而对基础油起到了干燥作用。硅酸盐水泥吸收水分后会反应生成具有粘性的水泥浆液滴，水泥浆液滴在轴瓦与转轴的挤压作用下能够优先对轴瓦的磨损部位进行填补，并在磨损区域进一步硬化为具有一定强度的硅酸盐膜层。硅酸盐膜层降低了磨损区域的粗糙度，从而有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。另外，水泥浆液滴中的碱性成分能够对轴瓦表面的金属原子进行钝化，从而减少了轴瓦生锈的可能。
14.作为优选，所述填充粉体选用拜耳法赤泥或烧结法赤泥。
15.通过采用上述技术方案，拜耳法赤泥或烧结法赤泥中均含有大量金属氧化物以及二氧化硅成分，因此能够直接参与耐磨保护层的形成，对耐磨保护层起到了填充作用。此外，拜耳法赤泥或烧结法赤泥均能够与吸水后的硅酸盐水泥发生火山灰反应，火山灰反应的产物增强了水泥水化产物的胶凝性和水泥浆液滴的体积，改善了水泥浆液滴对轴瓦磨损区域的填补效果，减小了磨损区域对粉体造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
16.作为优选，所述填充粉体选用烧结法赤泥，所述固化助剂的组分包括水溶性磷酸盐。
17.通过采用上述技术方案，烧结法赤泥与拜耳法赤泥相比含有更多的硅酸二钙成
分，因此烧结法赤泥发生火山灰反应后具有更强的胶凝性，改善了水泥浆液滴对轴瓦磨损区域的填充效果。固化助剂中的水溶性磷酸盐能够与水泥浆液滴中的钙离子结合形成磷酸钙，从而加快了水泥浆液滴的固化，改善了对轴瓦磨损区域的填充效果。
18.作为优选，所述固化助剂的组分还包括动物骨粉。
19.通过采用上述技术方案，动物骨粉的组分包括羟基磷灰石和油脂，动物骨粉中的羟基磷灰石具有多孔结构，能够为磷酸钙提供生长点。动物骨粉中的油脂改善了骨粉与基础油的相容性，有利于骨粉在基础油中的悬浮和分散。
20.作为优选，所述金属粉体还包括铝粉。
21.通过采用上述技术方案，水泥浆液滴中的碱性成分能够和铝粉反应，产生铝酸盐和氢气，铝酸盐能够增大水泥浆液滴的体积，改善了水泥浆液滴对轴瓦磨损区域的填充效果。氢气在基础油中形成的气泡能够被镍粉吸附，从而改善了镍粉的悬浮效果，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
22.作为优选，所述发泡剂选用偶氮二异丁腈。
23.通过采用上述技术方案，轴瓦与转轴之间的相对转动会在基础油中引入少量空气，空气中的氧气对轴瓦的生锈具有促进作用。偶氮二异丁腈在摩擦过程中的闪温作用下能够分解并释放氮气，氮气能够对基础油中溶解的空气进行稀释，降低了基础油中的溶解氧浓度，阻碍了轴瓦的生锈。未溶解的氮气形成的气泡能够对金属磨损自修复材料中的粉体起到悬浮和润滑的作用，降低了轴瓦磨损区域对粉体的移动造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。当偶氮二异丁腈分解时，除了产生氮气之外还会产生偶氮自由基，偶氮自由基能够与蛇纹石释放的活性氧共同促进稳泡剂中的不饱和脂肪酸交联，加强了对耐磨保护层的润滑作用，减少了耐磨保护层受到的磨损。
24.作为优选，所述基础油为矿物油与乙烯基硅油的混合物。
25.通过采用上述技术方案，偶氮二异丁腈分解产生的偶氮自由基能够促进乙烯基硅油和不饱和脂肪酸的分子之间发生交联，改善了耐磨保护层对基础油的亲和力，对耐磨保护层表面起到了润滑作用，减小了耐磨保护层受到的磨损。
26.第二方面，本技术提供一种修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料的制备方法，采用如下的技术方案。
27.一种修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将硅酸盐粉体、金属粉体、固化助剂、填充粉体、发泡剂、稳泡剂混合均匀，得到混合粉剂；（2）将混合粉剂与基础油混合均匀，得到修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料。
28.通过采用上述技术方案，本技术先将除了基础油以外的各组分混合均匀，以充分中和各组分携带的静电荷，然后再将得到的混合粉剂与复合基础油混合，得到了金属磨损自修复材料。
29.综上所述，本技术具有以下有益效果：1、当本技术的金属磨损自修复材料被添加到轴瓦的磨损界面后，轴瓦与转轴摩擦
时产生的闪温使发泡剂分解并释放气体，气体在基础油中形成微气泡，稳泡剂使得微气泡的稳定性增加。微气泡能够吸附在各种粉体的表面，并对粉体起到润滑作用，减少了轴瓦的磨损区域对粉体的移动造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
30.2、本技术的硅酸盐水泥吸收水分后会反应生成具有粘性的水泥浆液滴，水泥浆液滴在轴瓦与转轴的挤压作用下能够优先对轴瓦的磨损部位进行填补，并在磨损区域进一步硬化为具有一定强度的硅酸盐膜层。硅酸盐膜层降低了磨损区域的粗糙度，减少了对悬浮粉体的阻碍，从而有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
31.3、本技术的方法，先将除了基础油以外的各组分混合均匀，以充分中和各组分携带的静电荷，然后再将得到的混合粉剂与复合基础油混合，得到了金属磨损自修复材料。
具体实施方式
32.以下结合实施例、制备例和对比例对本技术作进一步详细说明，本技术涉及的原料均可通过市售获得。
实施例
33.实施例1-5以下以实施例1为例进行说明。
34.实施例1本实施例中，硅酸盐粉体为平均粒度15微米的蛇纹石粉体，金属粉体为平均粒度150纳米的镍粉，固化助剂为硅酸钠，填充粉体为平均粒度10微米的拜耳法赤泥，发泡剂选用碳酸氢铵，稳泡剂由亚麻油酸和硬脂酸按照2：1的重量比混合而成。
35.本实施例中，修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料按照以下步骤制备：（1）将36kg硅酸盐粉体、8kg金属粉体、4kg固化助剂、20kg填充粉体、6kg发泡剂、3kg稳泡剂混合均匀，得到混合粉剂；（2）将混合粉剂与70kg基础油混合均匀，得到修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料。
36.如表1,实施例1-5的不同之处主要在于修复风洞电机滑动轴承用的金属磨损自修复材料的原料配比不同。
37.表1
样本硅酸盐粉体/kg金属粉体/kg固化助剂/kg填充粉体/kg发泡剂/kg稳泡剂/kg基础油/kg实施例13684206370实施例2398.55226.53.575实施例34296257480实施例4459.57287.54.585实施例548108308595
实施例6本实施例与实施例3的不同之处在于，硅酸盐粉体由蛇纹石与硅酸盐水泥按照8：1
的重量比混合而成，硅酸盐水泥的型号为p.o42.5。
38.实施例7本实施例与实施例6 的不同之处在于，填充粉体选用烧结法赤泥。
39.实施例8本实施例与实施例7 的不同之处在于，固化助剂选用磷酸钠。
40.实施例9本实施例与实施例8的不同之处在于，固化助剂由磷酸钠和平均粒度50微米的牛骨粉按照3：1的重量比混合而成。
41.实施例10本实施例与实施例9的不同之处在于，金属粉体由镍粉和平均粒度50纳米的铝粉按照4：1的重量比混合而成。
42.实施例11本实施例与实施例10的不同之处在于，发泡剂选用偶氮二异丁腈。
43.实施例12本实施例与实施例11的不同之处在于，基础油由矿物油和乙烯基硅油按照7：1的重量比混合而成。
44.对比例对比例1一种金属磨损自修复材料，由如下重量的组分混合而成：硅酸盐粉体40kg，镍粉9kg，固化助剂6kg，填充粉体25kg，基础油80kg，硅酸盐选用蛇纹石粉体，填充粉体选用氧化铁粉体。
45.对比例2本对比例与实施例3的不同之处在于，金属磨损自修复材料的组分不包括发泡剂。
46.对比例3本对比例与实施例3的不同之处在于，金属磨损自修复材料的组分不包括稳泡剂。
47.对比例4本对比例与实施例3的不同之处在于，稳泡剂的组分只包括十二烷基硫酸钠。
48.性能检测试验方法试样：外径320mm、内径280mm、高度230mm的铝青铜轴瓦（整体式），转轴的材质为38crmoal氮化钢，转轴与轴瓦相匹配。
49.一、测试对轴瓦磨损区域的修复效果测试过程：(1)对转轴和轴瓦进行除油和除锈，在轴瓦内壁随机标记10个取样点，使用内径千分尺测量取样点处对应的轴瓦内径，取测得的平均值，记为轴瓦的初始内径r0，然后将转轴和轴瓦安装在风洞电机上；(2)启动风洞电机，以10000r/min的速率转动转轴，18h后停止运行，取下轴瓦并在轴瓦内壁目测寻找磨损区域，在选定的磨损区域随机标记10个取样点，使用内径千分尺测量取样点处对应的轴瓦内径，取测得的平均值，记为轴瓦的磨损内径r1；（3）在轴瓦的内表面涂刷金属磨损自修复材料，直到金属磨损自修复材料覆盖轴
瓦的整个内壁，然后再次将转轴和轴瓦安装在风洞电机上，启动风洞电机，以10000r/min的速率转动转轴，18h后停止运行，再次取下轴瓦并在轴瓦内壁目测寻找修复区域，在修复区域随机标记10个取样点，使用内径千分尺测量取样点处对应的轴瓦内径，取测得的平均值，记为轴瓦的修复内径r2。
50.（4）根据r1和r2计算磨损区域的修复率，结果见表5。
51.修复率按照如下公式进行计算：二、测试非磨损区域的抗磨效果在测试对轴瓦磨损区域的修复效果时，在步骤（3）中选定的修复区域边缘（修复区域的边界外侧2mm范围内）随机标记10个取样点，使用内径千分尺测量取样点处对应的轴瓦内径，取测得的平均值，记为对照半径r3，根据r0和r3计算修复区域边缘的磨损量，结果见表5。
52.磨损率按照如下公式进行计算：三、测试对新试样的抗磨效果在全新的轴瓦表面涂刷实施例3和对比例1的金属磨损自修复材料，直到金属磨损自修复材料覆盖轴瓦的整个内壁，然后将转轴和轴瓦安装在风洞电机上，启动风洞电机，以10000r/min的速率转动转轴，18h后停止运行，观察磨损情况，结果均无明显磨损出现。
53.表5样本修复率/%磨损量/mm样本修复率/%磨损量/mm实施例195.40.061实施例996.20.046实施例295.60.060实施例1096.40.041实施例395.80.059实施例1196.70.038实施例495.60.060实施例1297.10.035实施例595.60.059对比例195.20.142实施例696.10.054对比例295.90.113实施例796.00.051对比例395.80.084实施例896.10.049对比例495.90.079结合实施例1-5和对比例1并结合表5可以看出，实施例1-5测得的修复率与对比例1接近，而实施例1-5测得的磨损量均小于对比例1，说明实施例1-5的金属磨损自修复材料在发挥与对比例1接近的修复作用的同时，在磨损区域外更容易形成耐磨保护层，从而减少了修复过程中磨损区域的扩张，改善了对轴瓦的保护效果。而在对比例1的金属磨损自修复材料中，粉体的迁移受到轴瓦磨损区域的阻碍，使得粉体在轴瓦的磨损区域相对集中，虽然对修复磨损区域的效果产生的影响相对较小，但是却阻碍了耐磨保护层在磨损区域周围的生成，磨损区域发生扩张后，使得磨损区域边缘测得的磨损量增大。另外，全新的轴瓦表面在涂刷实施例3和对比例1的金属磨损自修复材料后，经过运行未发现明显的磨损，说明在金属磨损自修复材料修复磨损区域的过程中，磨损区域边缘处的磨损是由于磨损区域阻碍了粉体的迁移，导致耐磨保护层产生不及时。
54.结合实施例3和对比例2并结合表5可以看出，实施例3测得的磨损量小于对比例2，说明实施例3的发泡剂在闪温的作用下发生分解并产生了微气泡，微气泡使得微气泡的稳定性增加。微气泡能够吸附在各种粉体的表面，并对粉体起到润滑作用，减少了轴瓦的磨损区域对粉体的移动造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大，使得在修复区域边缘测得的内径相对较小。
55.结合实施例3和对比例3-4并结合表5可以看出，实施例3测得的磨损量小于对比例3和对比例4，说明在风洞电机的轴瓦与转轴相互摩擦的过程中，蛇纹石粉体分解产生具有氧化性的游离氧，游离氧对稳泡剂中的不饱和脂肪酸进行氧化，使得不饱和脂肪酸发生交联，不饱和脂肪酸的交联产物能够暂时覆盖在耐磨保护层表面，对耐磨保护层起到了润滑作用，减少了耐磨保护层受到的磨损，改善了对轴瓦磨损区域的修复效果，阻碍了磨损区域的进一步扩大，使得在修复区域边缘测得的内径相对较小。而在对比例3和对比例4中，由于缺少带有不饱和键的脂肪酸，因此耐磨保护层表面缺少覆盖，不利于耐磨保护层在磨损区域周围的形成，使得在修复磨损区域的过程中，磨损区域边缘受到的磨损相对严重。
56.结合实施例3和实施例6并结合表5可以看出，实施例6测得的磨损量小于实施例3，说明当蛇纹石分解并释放水分后，硅酸盐水泥吸收水分，并与水反应生成具有粘性的水泥浆液滴，水泥浆液滴在轴瓦与转轴的挤压作用下能够优先对轴瓦的磨损部位进行填补，并在磨损区域进一步硬化为具有一定强度的硅酸盐膜层。硅酸盐膜层降低了磨损区域的粗糙度，从而有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
57.结合实施例6和实施例7并结合表5可以看出，实施例7测得的磨损量小于实施例6，说明火山灰反应的产物增强了水泥水化产物的胶凝性和水泥浆液滴的体积，改善了水泥浆液滴对轴瓦磨损区域的填补效果，减小了磨损区域对粉体造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大,而烧结法赤泥与拜耳法赤泥相比含有更多的硅酸二钙成分，因此烧结法赤泥发生火山灰反应后具有更强的胶凝性，改善了水泥浆液滴对轴瓦磨损区域的填充效果。
58.结合实施例7和实施例8并结合表5可以看出，实施例8测得的磨损量小于实施例7，说明固化助剂中的水溶性磷酸盐能够与水泥浆液滴中的钙离子结合形成磷酸钙，且与硅酸钠相比能够更好地加快水泥浆液滴的固化，改善了对轴瓦磨损区域的填充效果。
59.结合实施例8、实施例9并结合表5可以看出，实施例9测得的磨损量小于实施例8，说明动物骨粉中的羟基磷灰石具有多孔结构，能够为磷酸钙提供生长点，而动物骨粉中的油脂改善了骨粉与基础油的相容性，有利于骨粉在基础油中的悬浮和分散，增强了骨粉在轴瓦表面分散的均匀度，促进了未磨损区域的耐磨保护层的形成。
60.结合实施例9、实施例10并结合表5可以看出, 实施例10测得的磨损量小于实施例9，说明水泥浆液滴中的碱性成分能够和铝粉反应，产生铝酸盐和氢气，铝酸盐能够增大水泥浆液滴的体积，改善了水泥浆液滴对轴瓦磨损区域的填充效果。氢气在基础油中形成的气泡能够被镍粉吸附，从而改善了镍粉的悬浮效果，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，阻碍了磨损区域的进一步扩大。
61.结合实施例10、实施例11并结合表5可以看出，实施例11测得的磨损量小于实施例10，说明偶氮二异丁腈在摩擦过程中的闪温作用下能够分解并释放氮气，氮气能够对基础油中溶解的空气进行稀释，降低了基础油中的溶解氧浓度，阻碍了轴瓦的生锈。未溶解的氮
气形成的气泡能够对金属磨损自修复材料中的粉体起到悬浮和润滑的作用，降低了轴瓦磨损区域对粉体的移动造成的阻碍，有助于提高耐磨保护层在未磨损区域形成的速率，在修复磨损区域的同时阻碍了磨损区域的进一步扩大。
62.结合实施例11、实施例12并结合表5可以看出，实施例12测得的磨损量小于实施例11，说明偶氮二异丁腈分解产生的偶氮自由基能够促进乙烯基硅油和不饱和脂肪酸的分子之间发生交联，改善了耐磨保护层对基础油的亲和力，对耐磨保护层表面起到了润滑作用，减小了修复区域周围的耐磨保护层在形成过程中受到的磨损，阻碍了磨损区域的扩张。
63.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。