《科技创新与品牌》杂志社科学前沿

化腐朽为神奇的新型润滑油添加剂

润琦产品润琦产品

润琦产品外观润琦产品外观


        摩擦磨损普遍存在于自然界,磨损是材料、设备等破坏与失效的3种最主要形式之一。我国每年因机械磨损所损耗的材料价值高达数千亿元,由此而直接造成的经济损失可达几百亿元。世界上一次性能源的1/3以上是因摩擦而损失的,据西方四国(法国、澳大利亚、德国、英国)近几年的调查表明,因磨损造成的经济损失大约占各国GDP的2%。而科学研究表明,西方工业化国家如果将现代摩擦知识,即摩擦磨损和润滑科学合理地应用于润滑过程中,则可节省能源高达国内生产总值的0.4%。
        降低摩擦、减少磨损、延长机件寿命是摩擦学、化学和材料学等学科科技工作者不断追求的目标。通常人们采用包括油润滑和固体润滑等多种方式减少摩擦和磨损,其中润滑材料作为有效解决摩擦磨损问题的途径之一,其研发在近三十年得到了长足的发展。高效润滑油的研发近年来更是受到业内人士的“热捧”,而润滑油添加剂随着润滑油产业的飞速发展也成为科学研究的一个“热点”,尤其是一些高效特种添加剂因市场认知度提高、需求量增大而备受瞩目。
上个世纪八十年代,前苏联的钻探工程师在钻探施工时发现钻头在经过某种矿物成分的地层时钻头没有减重反而增重,这一有趣的现象引起了研究者的兴趣。随后对矿物质在摩擦副(相接触的两个物体产生摩擦而组成的一个摩擦体系)表面所起作用的研究得到越来越广泛的开展,以俄罗斯和美国科学家的研究工作最为突出,乌克兰某军工企业研发的含有硅酸盐矿物的特种添加剂“摩圣”表现出优秀的摩擦学性能,在市场上得到了广泛的应用。
        中国地质大学(北京)表面工程研究所——润滑材料课题组和清华大学摩擦学国家重点实验室、中科院兰州物理化学研究所合作,多年致力于润滑油特种添加剂的研究,目前形成了拥有自主知识产权的产品“润琦”新型硅酸盐矿物微粉特种润滑油添加剂(以下简称“润琦”)。
        润滑油添加剂分为很多种,有清静剂、极压抗磨剂、降凝剂、粘度指数改进剂等,它们有防止内燃机内形成烟灰、漆状物沉积、中和酸性物质、减少腐蚀磨损、改变润滑油黏度等作用。传统的润滑油添加剂侧重于改变润滑油本身的理化指标,或者改善润滑环境,延长润滑时间。“润琦”可以作用于摩擦副表面,发生物理化学反应,改变摩擦副表面结构,对其进行修复,从而减少磨损,延长摩擦副的寿命。
        我们都知道材料在使用过程中不可避免地会产生局部损伤和微裂纹,并由此引发宏观裂缝最终导致断裂,严重影响了材料的正常使用并缩短了其寿命。硅酸盐矿物微粉特种润滑油添加剂由多种添加剂和催化剂组成,它的核心技术是自修复能力。当摩擦材料表面发生损伤和微裂纹时,添加剂中的清静剂可以清理摩擦表面的磨屑和污垢,同时硅酸盐矿物微粉附着在摩擦副表面,填补微裂纹。在硅酸盐矿物微粉向金属表面扩散的过程中,发生相应的物理化学反应,在金属表面以下10至100纳米的中间地带,形成了一个富碳层,从而改善了金属本身的晶体结构,引发硅酸盐矿物微粉基体表面活性的增强。由于硅酸盐矿物微粉作为摩擦作用修复剂,它的表面活性得到了提高,在摩擦表面局部接触点的超高温和超高压力的作用下,硅酸盐矿物微粉以催化剂的形式,将润滑油中的金属粒子带回到具有较高表面活性的表面层晶格。在磨损剧烈的低凹处,由于摩擦产生的能量最大,激发金属粒子的返回。返回到摩擦表面的金属粒子具有更大的表面活性,它们会捕捉在润滑剂中由于摩擦热分解出来的碳、氧原子,从而在摩擦表面形成与原来基体的成分相近的具有金刚石结构的金属修复层,我们称之为金属陶瓷层。
        自修复作用在摩擦磨损过程中,在摩擦副两个摩擦表面上是同时进行的。随着修复过程中金属陶瓷层的形成,摩擦表面的磨损急剧下降,激活硅酸盐矿物微粉所需的能量也相应降低。当摩擦副表面的间隙趋于最优时,自修复过程逐渐趋于停止。这时,摩擦副从金属——金属变成了金属修复层——金属修复层的接触方式。由于在摩擦副两个表面形成的修复层硬度相近,且硬度极高,并具有极低的粗糙度,从而大大减小了摩擦力,减少磨损,表现出卓越的抗磨减摩性。
        硅酸盐矿物微粉的自修复作用还具有动态性的效果,它在自修复的过程中起到了催化活化的作用,随着磨损剧烈程度的变化而及时动态的进行修复。由于金属修复层是在摩擦表面形成的,与金属基体没有界面,具有牢固的结合力,其减摩抗磨性不会由于润滑剂的更换而损失,所以硅酸盐矿物微粉特种润滑油添加剂对摩擦表面的修复是稳定的,长期的。
        硅酸盐矿物微粉作为润滑油添加剂所表现出来的摩擦表面自修复技术是一种非常有效的表面工程技术,它可以实现摩擦副表面原位免拆卸的维修,增长维修间隔时间,减少维修成本;自修复功能的自适应性,自动保证合理的摩擦副间隙,减少摩擦磨损,延长摩擦副的寿命,降低工业运营成本;它的工艺简单,不需要任何工艺设备和辅助设备,不需要任何前期后期处理;也不会引起零部件变形和原始组织结构的改变,适应范围广;除此之外,它还是一种无任何污染的绿色再生技术,拥有优秀的环保功能。
        目前,“润琦”润滑油添加剂已广泛应用于市场,表现出了优良的社会效益和经济效益。以汽车润滑为例,使用过“润琦”产品的汽车可提升发动机动力15%~20%,降低尾气排放30%~50%,减少燃油消耗10%~15%。在环境日趋恶劣,能源日渐紧张的今天,新型硅酸盐矿物微粉特种润滑油添加剂的研发与应用被赋予了更多的内涵,它不仅可以减少工业生产过程中由摩擦磨损带来的损失,还可以为环境保护、能源节约、经济的可持续发展作出巨大的贡献,它是一种化腐朽为神奇的绿色环保的再生表面工程技术。

        相关背景链接:
        摩擦学的起源在于对摩擦磨损的研究,以解决机械运行过程中,由于磨损而带来的经济损失与安全、环境事故。虽然这门科学的兴起只有七八十年的历史,但它对于世界工业安全稳定发展的贡献是巨大的。特种润滑油添加剂在润滑科技里占据着举足轻重的地位,“摩圣”技术最早产生于前苏联乌克兰的某军工企业,它优良的自修复能力能够实现免拆装自适应原位修复,改变了以往人们对于机械维修的思维与方式,因其在环境能源方面的积极作用,被称为绿色可再生技术。哈尔滨“圣龙”、北京“润琦”都是在“摩圣”基础上,优化配方,改良性能的优秀产品。锦州精联所生产的润滑油添加剂在市场上有着广泛的应用,得到国内外企业与专家的肯定。润滑油添加剂的应用所带来的经济效益是非常客观的,它在环境保护与能源节约方面也有突出的贡献。但就目前的现状来说,人们需要加强对它的认识。