复合固体润滑工程与技术介绍

张 军

（西安奥奈特固体润滑工程学研究有限公司 西安）

一、复合固体润滑工程与技术的理论基础

1.固体润滑工程学研究

固体润滑工程学研究，是在材料科学、材料功能学、材料工程学、机械制造学、机械传动原理、材料物理学、材料化学、金属材料工程学、润滑原理、润滑材料学、摩擦学、机械管理工程、机械环境、人机关系、成套机械功能联合研究基础上，以系统学为方法，从机械摩擦形式、润滑方式、传动速度、荷载大小、运行温度、工作环境、机械运行效率、机械运行效益等方面为着眼点，对传统润滑油的不完全润滑，做了系统的相对研究。同时，提出了复合固体润滑技术的完全润滑思想，在16年理论研究的基础上，获得了机械传动部位摩擦偶件的各项研究数据，对应以复合固体润滑技术形成的解决方案，使轴承、齿轮、滑板等机械偶件寿命延长二倍以上、工矿大型机械所用传统润滑油节省60%、摩擦偶件生产资源节约60%。从而使工矿机械装备能在能源利用可持续节约和资源使用最低化的创新标准上，实现机械效率和机械效益最大化。

2.复合固体润滑工程与技术

复合固体润滑工程与技术，是在固体润滑工程学理论基础上，发展起来的一项新型技术。该项技术可以解决机械设计、机械制造、机械应用、机械工程管理过程中的一些难题。针对机械运行过程摩擦件磨损增量、润滑油泄漏、能耗增加、金属件制造资源浪费严重、偶件与润滑条件矛盾等问题设计的专门解决方案，经过16年的时间验证，成功提高轴承寿命二倍、齿轮磨损减少70%、治理了轴承箱齿轮箱的漏油问题、节省齿轮和轴承及其相关部件的制造资源70%。同时，提高了机械设备精细化管理水平、创建了全新的机械保养与维修制度、提高了成套机械各功能区位的协同效率、减少了机械设备的停机维修次数、杜绝了机械运转关节部位破坏性事故的发生、率先证实了可持续节能降耗的技术性思想。

3.不完全润滑（相对）

不完全润滑概念，是根据润滑油的机械润滑过程和不计环境因素的前提下提出来的。润滑油在机械摩擦发生时，摩擦副甲乙之间产生油膜，该油膜减少摩擦副接触瞬间的剪切力和摩擦表面发生的压强造成的磨损。机械传动部位组件在制造过程间隙的设计，以及安装和应用过程中的轴心失衡，客观上决定了机械传动部位运行中震动的必然存在。因此，机械传动部位摩擦副间的油膜就被破坏，瞬间的摩擦表面接触就造成了磨损的发生。面对所有采用润滑油润滑的轴承、摩擦副使用一段时间后间隙增大直至报废和齿轮使用一段时间后齿顶宽度磨损至斧刃状的客观现象，足以说明传统润滑油在相对条件下是不完全润滑的事实。

4.完全润滑（相对）

完全润滑概念是在复合固体润滑工程技术的研究过程中，针对润滑油的不完全润滑性提出来的。复合固体润滑工程技术被应用于工矿机械的传动摩擦件时，具有特殊功能的复合固体润滑剂，在摩擦面发生摩擦瞬间，产生复合固体润滑膜，该复合固体润滑膜以多层复合物质形态，较长时间的存留于摩擦面的甲或乙对偶件表面上。同时，摩擦面瞬间发生的剪切力和压强不会破坏存留摩擦面上的复合固体润滑膜，从而阻断了对偶面的直接接触，保证摩擦面在承受最大压强时的润滑有效，以期达到减少磨损、节约资源、提高资源利用率的目的。

5.复合固体润滑潜伏式润滑理论及方法

复合固体润滑潜伏式润滑理论及方法，是在复合固体润滑工程与技术研究和技术推广应用过程中产生的。传统润滑条件下，机械摩擦界面在运行过程中，依靠非摩擦时的摩擦面附着润滑油后摩擦产生的油膜达到润滑的目的。这种润滑方式只能解决机械传动部位动力传递时摩擦面初始接触时的临界负荷问题，随着机械运行环境各项条件的变化，传统润滑方法和润滑介质均不能使摩擦面最大程度减少磨损，润滑的有效期也不能成倍延长，摩擦发生时存留界面上的润滑剂存量无法得到保证。复合固体润滑潜伏式润滑理论及方法，就根据机械摩擦配合面的机械运动形式，在摩擦配合偶件的相对静止或速度较低的一个面上，设计配置阵列式、星空式孔群或矩形沟槽，使摩擦面机械运动时在界面之间存留大量的润滑剂，以期达到界面之间不管在任何环境条件下都有足够的润滑剂存量，最大程度的保证了润滑有效，同时在冲击荷载发生时，潜伏在界面之间凹陷结构中的润滑剂被气流带出，从而保证摩擦面之间不直接接触，最大程度减少了偶件磨损，提高了寿命，更重要的是复合固体润滑剂的配合使用，杜绝了摩擦面之间的金属摩擦，保证了润滑效果的成倍提高。

二、复合固体润滑工程与技术的意义

复合固体润滑工程与技术，是以复合固体润滑材料的功用研究为前提，从材料的个体性能入手，复合多种具有润滑性能的固体材料，使其润滑的协同效应最大化。从而，解决工业设备传统润滑不能解决的问题。其主要材料为：金属基础的粉末润滑材料、聚合物基础的液体材料、纤维基础的成型材料、溶剂基础的表面材料、矿物基础的功能材料、高分子材料、络合物材料、氟化材料、氮化材料、合金化材料、羟基硅酸盐材料、纳米材料、稀土基础的复合材料等。

本技术旨在针对成套工业设备传动部位与系列新型复合固体润滑专用产品的配套使用，达到免维护、防水、防尘、长效润滑的协同效果，以期实现机械装备零部件寿命比传统润滑条件下寿命延长3倍以上，节约轴承、齿轮等摩擦副制造资源70%以上。复合固体润滑工程与技术，针对工业机械工作的环境粉尘严重、冲击荷载大、连续工作时间长、机械协作连动复杂、全天候露天作业、水雾影响大，日常的有效维护和高效可靠的润滑很难完全实现的具体问题，重点解决设计制造机械时的关键组件存在润滑缺陷问题。在固体润滑工程技术的学科研究基础上，不断把复合固体润滑技术与应用环境完美结合，从而系统解决机械设备运行中的摩擦磨损问题，实现机械设备运行效率、效益的同步提高。

三、复合固体润滑工程与技术的产品形式和种类

该技术项目截至目前的产品从设计与研究、知识创新与技术集成服务、相关机械产品设计、绿色制造、优化工程共计有278种，产品可按6种方式提供。

（1）研究专项、技术方案、问题诊断与培训。

（2）零件。轴承、齿轮、轴、叶轮、油压缸体组件、万向节轴承及滑块、摩擦副组件、过流件、复合固体润滑剂、超高温和超低温复合固体润滑剂、水刀沙管喷嘴、GR盘根兄弟。

（3）部件。齿轮箱、轴承箱、关节组、链轮轴组、链条和链板截齿组件。

（4）成套机械设备。刮板输送机、带式输送机、球磨机、回转式煅烧窑炉。

（5）特种成套设备。超低温大运距无廊道带式输送系统。

（6）服务。矿山和煤矿输送机械伺服资质与技术培训、矿山和煤矿输送机械管理资质培训，润滑工程师资质培训（设备70%的事故均因使用和润滑不当所致，而国内相关资质教育空白）。

四、复合固体润滑工程与技术的专利技术与政府支持

复合固体润滑工程与技术是在相关复合固体润滑工程学研究理论基础上形成的。2009年复合固体润滑产品被山东省港航局列入港口机械设备节能降耗技术产品目录，2010年被陕西省科技厅列为火炬计划项目，2011年固体润滑工程学的版权已获国家注册，2012年获得陕西省科技厅重大科技创新专项资金支持（项目编号：2012ZKC02-4）、西安市产业创新计划资金支持（项目编号：CX1219），核心产品复合固体润滑剂列入科技部2012年国家重点新产品项目（项目编号：2012GRG01002）。复合固体润滑工程与技术已获得国家发明专利1项（专利号：201010273568.2），实用新型专利20项，外观设计专利1项。

五、复合固体润滑工程与技术的应用领域

复合固体润滑工程技术可以应用在机械装备的所有摩擦部位。16年的研究和实践中，已经成功完成了煤矿与矿山机械、石油机械、冶金机械、水泥机械、工程机械、港口机械的工业性、应用试验和相关技术产品销售，同时还完成了透平机、水轮机、水泵、火箭发动机导向锅关节、船舰与坦克用柴油内燃机曲轴和凸轮轴瓦等的应用设计和产品试验。

六、复合固体润滑工程与技术的实践认知和国际地位

近8年来，该技术项目已经在山东新汶集团西庄煤矿的刮板输送机、中联水泥滕州水泥公司煅烧窑炉、天地奔牛管板输送机、榆林榆树湾矿业公司、陕煤化集团朱家河煤矿采煤机、龙钢集团大西沟矿业公司选矿系统得到实际应用和验证，该技术所用之处寿命均延长了2～6倍以上。GR潜伏式固体润滑截齿组件专利技术已在陕煤集团朱家河煤矿应用，大大延长了截齿的使用寿命。华冶公司应用GR复合超强耐磨托辊，其使用寿命是传统润滑托辊的2倍以上。天地奔牛为红柳林煤矿制造的刮板输送机配置的1400型GR链轮轴组，应用复合固体润滑工程技术后过煤量达到1582万吨还没有出现故障，而国外著名链轮轴组制造商的该型号过煤量只承诺650万吨。

复合固体润滑工程与技术符合国家能源可持续发展战略，是既能有效减少资源消耗，又能实现高效节能的先进技术。复合固体润滑工程与技术在长达16年的研究与应用过程中，集成了机械设计和制造过程的先进技术，系统化的形成了GR独有的机械绿色设计技术、摩擦副优化设计技术、金属表面精细化工程与工艺技术、激光和超声波制造与再制造技术，从而保障了GR技术系列产品界面有效最大化，平均提高设备寿命二倍以上，解决了机械设备使用过程中破坏性事故发生概率，大量减少设备维护人员劳动强度和维护成本，提高了设备使用效率和效益，促进机械装备技术集成和循环利用。