陶瓷基自修复材料在某型舰用柴油机上的应用研究

郑远春，袁慧五

(92571部队，海南 三亚 572021)

陶瓷基自修复材料
在某型舰用柴油机上的应用研究

郑远春，袁慧五

(92571部队，海南 三亚 572021)

文章运用多种监测技术，综合评价陶瓷基自修复材料应用于某型舰用柴油机后的性能状况，发现陶瓷基自修复材料能有效减缓柴油机摩擦副的磨损，改善柴油机性能，而不对柴油机润滑油粘度产生不良影响。陶瓷基自修复材料在舰用柴油机上具有良好的应用前景。

监测技术；自修复材料；润滑油；柴油机性能

舰用柴油机因工作时间长、强度大，离靠码头时正、倒车启动频繁，极易造成缸套、活塞和活塞环等摩擦副磨损，导致柴油机故障频发。解决这些磨损故障的传统修理方法主要是修刮、研磨和更换摩擦副，但这些方法运用起来费时费力，费用较高，而且经修理后的摩擦部件还会反复出现此类故障[1]。目前，国内外出现了一种金属磨损自修复技术，现已在我国铁路机车、空军飞机和火箭军的军事装备中广泛应用并取得了良好的效果，但在舰用柴油机上的应用尚属空白。将金属磨损自修复材料应用于舰用柴油机润滑油时，能否在不影响柴油机润滑油磨损微粒含量和理化性能指标的前提下，减缓舰用柴油机摩擦副的磨损，从而改善柴油机性能，这是本文要探讨的主要问题。

目前，国内外研发的金属磨损自修复材料种类繁多，其主要分为陶瓷基、金属基和聚合物基这三大类型[2]。由于它们的性能各异，且应用时受到不同条件的影响[3]，将它们应用于舰用柴油机也必将产生不同的效果，这就需要运用合适的技术手段对金属磨损自修复材料的应用效果进行综合评价。本文选用某公司生产的陶瓷基自修复材料，将其按照一定比例添加于某型舰用柴油机中，综合采用振动与噪声监测、动力性能参数监测和油液监测等技术手段，对这种陶瓷基自修复材料在舰用柴油机上的应用效果进行系统研究，为减少装备维修费用，延长装备使用寿命探索一条新的途径，也进一步拓展状态监测技术在舰船维修管理上的应用范围。

1 陶瓷基自修复材料的作用机理

陶瓷基自修复材料的减磨作用机理与润滑油添加剂完全不同，它不与油品发生化学反应，不改变油品的黏度和性质，无毒副作用，在常温下的化学性质十分稳定，是一种全新的表面强化技术。添加陶瓷基自修复材料后，会在金属磨损表面生成保护层，且保护层的生成速度和厚度与摩擦释放的能量和修复颗粒的数量成正比。当修复微粒数量充足且摩擦释放的能量大时，保护层增长速度就快；当摩擦间隙得到补偿，摩擦释放的能量降低，保护层增长速度就放缓；最终置换反应停止，保护层停止生成。因此，修复微粒发生化学反应生成保护层是有选择性的，它只在金属的磨损部位发生，在非磨损部位上，修复微粒是不发生化学反应的，仍然被油液携带着流动。保护层不仅能够补偿缺陷，使零件恢复原始形状，还可以优化配合间隙，利于降低摩擦振动，减小噪音，节约能源，而陶瓷基自修复材料本身不会对试验设备的安全性产生影响[4]。

2 测试方案和结果

选用2台同型号1#、2#舰用柴油机进行试验，在相同工况下，分别测试1#、2#柴油机的整机振动烈度、柴油机舱室噪声、启动性能、动力性能、润滑油磨损元素含量和黏度指标，然后将陶瓷基自修复材料按照一定的比例添加到1#柴油机润滑油中，当2台机器同时运行250 h后，在相同工况下，分别对2台柴油机及其润滑油进行测试，从而对1#柴油机应用陶瓷基自修复材料前后的机器性能进行比较。与此同时，在相同工况下，将未添加陶瓷基自修复材料的2#柴油机与1#柴油机进行性能比较，以此评价陶瓷基自修复材料应用于舰用柴油机后性能状况。为保证测试结果的可比性，试验选定在同一海域、相同海况下进行，测试时柴油机稳定在额定转速运行，始终保持同一台副机工作；柴油机启动性能测试选择舰艇在码头停泊状态下进行。

2.1 振动与噪声测试

为了提高振动与噪声监测数据的可比性，测试按照相关国家标准进行。其中柴油机振动烈度测试采用GB/T 7184—2008《中小功率柴油机振动测量及评价》，测试仪器采用Vibxpert综合故障诊断仪；柴油机机舱的舱室噪声测试采用GB/T 4595—2000《船上噪声测量》，测试仪器用NL-22噪声测量仪。测试结果见表1。

表1 柴油机振动烈度与机舱舱室噪声测试数据

对表1数据分析发现，运行250 h后，1#柴油机的整机振动烈度和柴油机舱室噪声明显降低，未添加陶瓷基自修复材料的2#柴油机的整机振动烈度和舱室噪声有明显恶化。

2.2 启动和运行性能参数测试

柴油机的启动性能参数主要考虑冷态启动时间、换向启动时间和相同气瓶压力下的启动次数，测试仪器为秒表；柴油机的运行性能主要考虑汽缸爆炸压力、压缩压力和排气温度。测试仪器分别为爆炸压力表和温度计，测试结果见表2和表3。

表2 柴油机启动性能参数测试数据

表3 柴油机运行性能参数测试数据

通过对表2和表3 柴油机性能参数测试数据分析发现，添加陶瓷基自修复材料并运行250 h后，1#柴油机的启动和换向时间均减少，相同气瓶压力下的启动次数增加，爆炸压力和压缩压力都有明显的增加，未添加陶瓷基自修复材料的2#柴油机的相同性能指标均没有改善，甚至有所恶化，说明这种陶瓷基自修复材料对改善柴油机性能具有一定的效果。

2.3 润滑油金属磨损元素含量和粘度指标测试

对2#柴油机和添加了陶瓷基自修复材料的1#柴油机运行250 h前后的润滑油取样分析，用超谱M型原子发射光谱仪检测润滑油中磨损金属元素含量，检测数据见表4；用S-FLOW850型自动黏度计检测润滑油100 ℃时的运动黏度。

表4 柴油机润滑油光谱分析数据 μg/g

通过对表4中的柴油机润滑油光谱数据分析发现，1#柴油机添加陶瓷基自修复材料运行250 h时前后，铁、铬、铅、铜、铝、锡和镍等磨损金属元素含量没有明显增加，而未添加陶瓷基自修复材料的2#柴油机运行250 h后，润滑油中的铅、铜含量含量增加明显，尤其是铜元素含量增大有15倍之多，说明陶瓷基自修复材料能有效地减缓柴油机摩擦副的磨损，改善柴油机性能。

对添加陶瓷基自修复材料的1#柴油机运行250 h前、后润滑油的黏度指标进行了测试，发现其100 ℃时运动黏度为13.84 mm2/s和13.55 mm2/s，几乎没有变化，说明陶瓷基自修复材料不会对润滑油的黏度产生不良影响。

3 结束语

通过对舰用柴油机添加陶瓷基自修复材料前后采用振动与噪声监测、启动和运行参数测试、润滑油磨损金属元素光谱分析和黏度指标测试，可以得出如下结论。

1)添加陶瓷基自修复材料后，舰用柴油机整机振动烈度明显减小，舱室噪声明显降低，启动性能和运行性能明显改善。

2)陶瓷基自修复材料能够有效地减缓柴油机摩擦副的磨损，改善柴油机性能，对润滑油不会产生不良影响。

3)在舰用柴油机上应用陶瓷基金属磨损自修复材料，将会产生可观的经济军事效益。

[1]段树林,于洪亮, 魏海军,等. SKL8NVD-36A柴油机应用金属磨损自修复剂的试验研究[J]. 润滑与密封，2007, 32(5): 137-139.

[2]戴乐阳, 孟荣刚, 陈景锋,等. 金属磨损自修复纳米颗粒的研究进展[J].中国修船, 2012, 25(4): 33-36.

[3]王磊, 周新聪. 不同工况对金属磨损自修复层形成的影响[J]. 润滑与密封, 2009, 34(2): 63-65.

[4]秦传江, 洪奕. 金属磨损自修复技术在汽车发动机维修中的应用[J]. 表面技术, 2009, 38(4): 80-82.

The performance of a kind of ceramic-based auto-restoration material was evaluated systematically through various comprehensive monitoring techniques,when it was applied on a marine diesel engine.It was found that the application of the ceramic-based auto-restoration material could slow down the wear of friction pairs and improve the performance of the marine diesel enging without any bad effect on lubricating oil viscosity.The ceramic-based auto-restoration material will have a good application prospect in marine diesel engine.

monitoring technique;auto-restoration material;lubrication oil;performance of diesel engine

U672.2

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.06.014

郑远春(1967-)，男，湖北松滋人，高级工程师，硕士，主要从事舰船装备监测诊断与维修管理工作。

2017-07-31