復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)介紹

張 軍

（西安奧奈特固體潤滑工程學(xué)研究有限公司 西安）

一、復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)的理論基礎(chǔ)

1.固體潤滑工程學(xué)研究

固體潤滑工程學(xué)研究，是在材料科學(xué)、材料功能學(xué)、材料工程學(xué)、機(jī)械制造學(xué)、機(jī)械傳動原理、材料物理學(xué)、材料化學(xué)、金屬材料工程學(xué)、潤滑原理、潤滑材料學(xué)、摩擦學(xué)、機(jī)械管理工程、機(jī)械環(huán)境、人機(jī)關(guān)系、成套機(jī)械功能聯(lián)合研究基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)學(xué)為方法，從機(jī)械摩擦形式、潤滑方式、傳動速度、荷載大小、運行溫度、工作環(huán)境、機(jī)械運行效率、機(jī)械運行效益等方面為著眼點，對傳統(tǒng)潤滑油的不完全潤滑，做了系統(tǒng)的相對研究。同時，提出了復(fù)合固體潤滑技術(shù)的完全潤滑思想，在16年理論研究的基礎(chǔ)上，獲得了機(jī)械傳動部位摩擦偶件的各項研究數(shù)據(jù)，對應(yīng)以復(fù)合固體潤滑技術(shù)形成的解決方案，使軸承、齒輪、滑板等機(jī)械偶件壽命延長二倍以上、工礦大型機(jī)械所用傳統(tǒng)潤滑油節(jié)省60%、摩擦偶件生產(chǎn)資源節(jié)約60%。從而使工礦機(jī)械裝備能在能源利用可持續(xù)節(jié)約和資源使用最低化的創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)上，實現(xiàn)機(jī)械效率和機(jī)械效益最大化。

2.復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)

復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)，是在固體潤滑工程學(xué)理論基礎(chǔ)上，發(fā)展起來的一項新型技術(shù)。該項技術(shù)可以解決機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、機(jī)械應(yīng)用、機(jī)械工程管理過程中的一些難題。針對機(jī)械運行過程摩擦件磨損增量、潤滑油泄漏、能耗增加、金屬件制造資源浪費嚴(yán)重、偶件與潤滑條件矛盾等問題設(shè)計的專門解決方案，經(jīng)過16年的時間驗證，成功提高軸承壽命二倍、齒輪磨損減少70%、治理了軸承箱齒輪箱的漏油問題、節(jié)省齒輪和軸承及其相關(guān)部件的制造資源70%。同時，提高了機(jī)械設(shè)備精細(xì)化管理水平、創(chuàng)建了全新的機(jī)械保養(yǎng)與維修制度、提高了成套機(jī)械各功能區(qū)位的協(xié)同效率、減少了機(jī)械設(shè)備的停機(jī)維修次數(shù)、杜絕了機(jī)械運轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)部位破壞性事故的發(fā)生、率先證實了可持續(xù)節(jié)能降耗的技術(shù)性思想。

3.不完全潤滑（相對）

不完全潤滑概念，是根據(jù)潤滑油的機(jī)械潤滑過程和不計環(huán)境因素的前提下提出來的。潤滑油在機(jī)械摩擦發(fā)生時，摩擦副甲乙之間產(chǎn)生油膜，該油膜減少摩擦副接觸瞬間的剪切力和摩擦表面發(fā)生的壓強(qiáng)造成的磨損。機(jī)械傳動部位組件在制造過程間隙的設(shè)計，以及安裝和應(yīng)用過程中的軸心失衡，客觀上決定了機(jī)械傳動部位運行中震動的必然存在。因此，機(jī)械傳動部位摩擦副間的油膜就被破壞，瞬間的摩擦表面接觸就造成了磨損的發(fā)生。面對所有采用潤滑油潤滑的軸承、摩擦副使用一段時間后間隙增大直至報廢和齒輪使用一段時間后齒頂寬度磨損至斧刃狀的客觀現(xiàn)象，足以說明傳統(tǒng)潤滑油在相對條件下是不完全潤滑的事實。

4.完全潤滑（相對）

完全潤滑概念是在復(fù)合固體潤滑工程技術(shù)的研究過程中，針對潤滑油的不完全潤滑性提出來的。復(fù)合固體潤滑工程技術(shù)被應(yīng)用于工礦機(jī)械的傳動摩擦件時，具有特殊功能的復(fù)合固體潤滑劑，在摩擦面發(fā)生摩擦瞬間，產(chǎn)生復(fù)合固體潤滑膜，該復(fù)合固體潤滑膜以多層復(fù)合物質(zhì)形態(tài)，較長時間的存留于摩擦面的甲或乙對偶件表面上。同時，摩擦面瞬間發(fā)生的剪切力和壓強(qiáng)不會破壞存留摩擦面上的復(fù)合固體潤滑膜，從而阻斷了對偶面的直接接觸，保證摩擦面在承受最大壓強(qiáng)時的潤滑有效，以期達(dá)到減少磨損、節(jié)約資源、提高資源利用率的目的。

5.復(fù)合固體潤滑潛伏式潤滑理論及方法

復(fù)合固體潤滑潛伏式潤滑理論及方法，是在復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)研究和技術(shù)推廣應(yīng)用過程中產(chǎn)生的。傳統(tǒng)潤滑條件下，機(jī)械摩擦界面在運行過程中，依靠非摩擦?xí)r的摩擦面附著潤滑油后摩擦產(chǎn)生的油膜達(dá)到潤滑的目的。這種潤滑方式只能解決機(jī)械傳動部位動力傳遞時摩擦面初始接觸時的臨界負(fù)荷問題，隨著機(jī)械運行環(huán)境各項條件的變化，傳統(tǒng)潤滑方法和潤滑介質(zhì)均不能使摩擦面最大程度減少磨損，潤滑的有效期也不能成倍延長，摩擦發(fā)生時存留界面上的潤滑劑存量無法得到保證。復(fù)合固體潤滑潛伏式潤滑理論及方法，就根據(jù)機(jī)械摩擦配合面的機(jī)械運動形式，在摩擦配合偶件的相對靜止或速度較低的一個面上，設(shè)計配置陣列式、星空式孔群或矩形溝槽，使摩擦面機(jī)械運動時在界面之間存留大量的潤滑劑，以期達(dá)到界面之間不管在任何環(huán)境條件下都有足夠的潤滑劑存量，最大程度的保證了潤滑有效，同時在沖擊荷載發(fā)生時，潛伏在界面之間凹陷結(jié)構(gòu)中的潤滑劑被氣流帶出，從而保證摩擦面之間不直接接觸，最大程度減少了偶件磨損，提高了壽命，更重要的是復(fù)合固體潤滑劑的配合使用，杜絕了摩擦面之間的金屬摩擦，保證了潤滑效果的成倍提高。

二、復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)的意義

復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)，是以復(fù)合固體潤滑材料的功用研究為前提，從材料的個體性能入手，復(fù)合多種具有潤滑性能的固體材料，使其潤滑的協(xié)同效應(yīng)最大化。從而，解決工業(yè)設(shè)備傳統(tǒng)潤滑不能解決的問題。其主要材料為：金屬基礎(chǔ)的粉末潤滑材料、聚合物基礎(chǔ)的液體材料、纖維基礎(chǔ)的成型材料、溶劑基礎(chǔ)的表面材料、礦物基礎(chǔ)的功能材料、高分子材料、絡(luò)合物材料、氟化材料、氮化材料、合金化材料、羥基硅酸鹽材料、納米材料、稀土基礎(chǔ)的復(fù)合材料等。

本技術(shù)旨在針對成套工業(yè)設(shè)備傳動部位與系列新型復(fù)合固體潤滑專用產(chǎn)品的配套使用，達(dá)到免維護(hù)、防水、防塵、長效潤滑的協(xié)同效果，以期實現(xiàn)機(jī)械裝備零部件壽命比傳統(tǒng)潤滑條件下壽命延長3倍以上，節(jié)約軸承、齒輪等摩擦副制造資源70%以上。復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)，針對工業(yè)機(jī)械工作的環(huán)境粉塵嚴(yán)重、沖擊荷載大、連續(xù)工作時間長、機(jī)械協(xié)作連動復(fù)雜、全天候露天作業(yè)、水霧影響大，日常的有效維護(hù)和高效可靠的潤滑很難完全實現(xiàn)的具體問題，重點解決設(shè)計制造機(jī)械時的關(guān)鍵組件存在潤滑缺陷問題。在固體潤滑工程技術(shù)的學(xué)科研究基礎(chǔ)上，不斷把復(fù)合固體潤滑技術(shù)與應(yīng)用環(huán)境完美結(jié)合，從而系統(tǒng)解決機(jī)械設(shè)備運行中的摩擦磨損問題，實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運行效率、效益的同步提高。

三、復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)的產(chǎn)品形式和種類

該技術(shù)項目截至目前的產(chǎn)品從設(shè)計與研究、知識創(chuàng)新與技術(shù)集成服務(wù)、相關(guān)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計、綠色制造、優(yōu)化工程共計有278種，產(chǎn)品可按6種方式提供。

（1）研究專項、技術(shù)方案、問題診斷與培訓(xùn)。

（2）零件。軸承、齒輪、軸、葉輪、油壓缸體組件、萬向節(jié)軸承及滑塊、摩擦副組件、過流件、復(fù)合固體潤滑劑、超高溫和超低溫復(fù)合固體潤滑劑、水刀沙管噴嘴、GR盤根兄弟。

（3）部件。齒輪箱、軸承箱、關(guān)節(jié)組、鏈輪軸組、鏈條和鏈板截齒組件。

（4）成套機(jī)械設(shè)備。刮板輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)、球磨機(jī)、回轉(zhuǎn)式煅燒窯爐。

（5）特種成套設(shè)備。超低溫大運距無廊道帶式輸送系統(tǒng)。

（6）服務(wù)。礦山和煤礦輸送機(jī)械伺服資質(zhì)與技術(shù)培訓(xùn)、礦山和煤礦輸送機(jī)械管理資質(zhì)培訓(xùn)，潤滑工程師資質(zhì)培訓(xùn)（設(shè)備70%的事故均因使用和潤滑不當(dāng)所致，而國內(nèi)相關(guān)資質(zhì)教育空白）。

四、復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)的專利技術(shù)與政府支持

復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)是在相關(guān)復(fù)合固體潤滑工程學(xué)研究理論基礎(chǔ)上形成的。2009年復(fù)合固體潤滑產(chǎn)品被山東省港航局列入港口機(jī)械設(shè)備節(jié)能降耗技術(shù)產(chǎn)品目錄，2010年被陜西省科技廳列為火炬計劃項目，2011年固體潤滑工程學(xué)的版權(quán)已獲國家注冊，2012年獲得陜西省科技廳重大科技創(chuàng)新專項資金支持（項目編號：2012ZKC02-4）、西安市產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新計劃資金支持（項目編號：CX1219），核心產(chǎn)品復(fù)合固體潤滑劑列入科技部2012年國家重點新產(chǎn)品項目（項目編號：2012GRG01002）。復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)已獲得國家發(fā)明專利1項（專利號：201010273568.2），實用新型專利20項，外觀設(shè)計專利1項。

五、復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

復(fù)合固體潤滑工程技術(shù)可以應(yīng)用在機(jī)械裝備的所有摩擦部位。16年的研究和實踐中，已經(jīng)成功完成了煤礦與礦山機(jī)械、石油機(jī)械、冶金機(jī)械、水泥機(jī)械、工程機(jī)械、港口機(jī)械的工業(yè)性、應(yīng)用試驗和相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品銷售，同時還完成了透平機(jī)、水輪機(jī)、水泵、火箭發(fā)動機(jī)導(dǎo)向鍋關(guān)節(jié)、船艦與坦克用柴油內(nèi)燃機(jī)曲軸和凸輪軸瓦等的應(yīng)用設(shè)計和產(chǎn)品試驗。

六、復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)的實踐認(rèn)知和國際地位

近8年來，該技術(shù)項目已經(jīng)在山東新汶集團(tuán)西莊煤礦的刮板輸送機(jī)、中聯(lián)水泥滕州水泥公司煅燒窯爐、天地奔牛管板輸送機(jī)、榆林榆樹灣礦業(yè)公司、陜煤化集團(tuán)朱家河煤礦采煤機(jī)、龍鋼集團(tuán)大西溝礦業(yè)公司選礦系統(tǒng)得到實際應(yīng)用和驗證，該技術(shù)所用之處壽命均延長了2～6倍以上。GR潛伏式固體潤滑截齒組件專利技術(shù)已在陜煤集團(tuán)朱家河煤礦應(yīng)用，大大延長了截齒的使用壽命。華冶公司應(yīng)用GR復(fù)合超強(qiáng)耐磨托輥，其使用壽命是傳統(tǒng)潤滑托輥的2倍以上。天地奔牛為紅柳林煤礦制造的刮板輸送機(jī)配置的1400型GR鏈輪軸組，應(yīng)用復(fù)合固體潤滑工程技術(shù)后過煤量達(dá)到1582萬噸還沒有出現(xiàn)故障，而國外著名鏈輪軸組制造商的該型號過煤量只承諾650萬噸。

復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)符合國家能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是既能有效減少資源消耗，又能實現(xiàn)高效節(jié)能的先進(jìn)技術(shù)。復(fù)合固體潤滑工程與技術(shù)在長達(dá)16年的研究與應(yīng)用過程中，集成了機(jī)械設(shè)計和制造過程的先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)化的形成了GR獨有的機(jī)械綠色設(shè)計技術(shù)、摩擦副優(yōu)化設(shè)計技術(shù)、金屬表面精細(xì)化工程與工藝技術(shù)、激光和超聲波制造與再制造技術(shù)，從而保障了GR技術(shù)系列產(chǎn)品界面有效最大化，平均提高設(shè)備壽命二倍以上，解決了機(jī)械設(shè)備使用過程中破壞性事故發(fā)生概率，大量減少設(shè)備維護(hù)人員勞動強(qiáng)度和維護(hù)成本，提高了設(shè)備使用效率和效益，促進(jìn)機(jī)械裝備技術(shù)集成和循環(huán)利用。