陶瓷合金润滑技术在消防车辆维护中的应用

CERADIR先进陶瓷在线 2022-03-18 11:50:03

陶瓷合金润滑技术起源于20世纪50年代阿波罗登月计划中使用的金属摩擦副表面纳米陶瓷化改性技术。由于纳米陶瓷化的金属摩擦副表面具有陶瓷材料的高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀等特点,又有纳米材料比表面积大、表面能高、晶粒小尺寸、界面效应的特性,将金属和陶瓷的特性完美的结合起来,形成新的额具有抗蠕变、高韧性、高强度特性的复合材料。

陶瓷合金润滑技术是陶瓷金属润滑改性技术中的一种,核心产品是陶瓷金属润滑油添加剂和纳米陶瓷金属多元共渗剂。两者均是以化学方法实现陶瓷金属多元共渗的纳米级多功能产品。其主要产品为陶瓷金属润滑添加剂,该产品以润滑油为载体,利用机械运行时产生的摩擦压力和摩擦热,使纳米陶瓷离子获得能量、达到金属摩擦副表面纳米陶瓷化改性的方法。主要用于各种机械设备的维护和保养。

科学技术的不断进步也在深刻地影响着消防设备的更新迭代,当今的消防车辆之中,装备性能较之前突飞猛进,正是依靠这些高新技术手段的支持,使广大指战员的灭火作战能力越来越强悍。在火灾及其他紧急情况下,消防车能够及时发挥作用,迅速到达事故现场发挥作用,保卫国家和人民财产安全,是非常重要的环节。消防车能够时刻正确发挥正常效能,做好消防车的维护保养是重要前提。

下文就陶瓷合金润滑技术在消防车辆维护领域的应用进行简要列举:

1 减轻紧急启动对消防车辆的影响

普通载重汽车在出车前有足够的准备时间,对发动机进行润滑预热,而与普通载重汽车不同,消防车辆在接到报警后,要求5min内可以到达责任区边缘,这就决定了消防车每次启动都是紧急起动、起步。普通载重车辆在正常状态下,发动机磨损的70%来自于车辆的冷启动,这还是在有热车时间的情况下造成的磨损,可想而知,每次都要紧急起动的消防车辆,其发动机冷启动磨损必定更严重。因此,能否解决消防车冷启动问题,是保证消防车辆服役时间和正常运行的关键因素。

陶瓷合金润滑技术可以在机具摩擦的压力和摩擦热条件下,在摩擦副表面形成陶瓷化合金层,且可以在机具出现磨损“悬空键”时,对其进行修复。有低价能纳米粒子形成的储备沉积膜以固体润滑的方式解决了设备冷启动、超负荷、交变负荷、冲击负荷、油膜过薄、油膜失效或无油状态时造成的机具磨损、高温熔焊和金属腐蚀磨蚀、金属疲劳等方面的技术难题。这从根本上改变了传统的单层油膜润滑方式,实现了液体润滑和固体润滑的双重作用。另外,陶瓷合金层与油膜不同,不会在车辆停止运行时出现油膜变薄、油膜减少,甚至无机油状态,陶瓷合金层会键结在机具摩擦副表面,在车辆紧急启动时,先对其进行固体润滑,也就是先磨损陶瓷合金层。陶瓷合金层具有极强的抗磨性能,因此可以大大减少机具间的磨损。

2 增大有效功率输出,减少发动机负荷

国产消防车辆中有相当部分的车型在带动车载水泵在额定工况下运行时已基本处于满负荷状态。这种车型在额定工况条件下长期运行的结果是在大型火场往往只能运行2~3h即因故障而退出火场,而消防车辆在火场故障停运将早场灭火战斗失败的严重后果。东风153底盘(包括解放)功率为134kW,该底盘改装的消防车产品在20世纪90年代之前大多配以40L/s的消防水泵,发动机除去附件功率损耗,在消防泵额定配套转速下可提供的功率为80kW。由于没有足够的储备功率,在火场的运行中故障频繁。21世纪初开始,这类消防车将消防泵流量降为30L/s。该举措虽然留有不多的储备功率,然而却限制了消防炮的容量,从而限制了扑灭大型火灾的能力。因此,消防车辆在额定工况下处于非满负荷状况即留有一定的储备功率,是大幅提升在火场时间运行的可靠性的关键因素。

从清华大学摩擦国家重点研究室对陶瓷合金润滑技术的摩擦系数曲线分析得出,由于陶瓷合金层的存在,该技术可使机具摩擦系数降为传统润滑油的十分之一。而摩擦的减小可大大提高发动机的有效功率,一般可将发动机的有效输出功率提高10%以上。这就使得消防车辆在相同的工况下,发动机拥有了更大的储备功率,从而减少了发动机负荷,大大降低了运行故障的出现。

3 降低车辆的维修频率,延长车辆使用寿命

金属磨损、金属腐蚀、金属疲劳是造成机械设备损坏的三大原因,国际权威机构统计认为“金属材料三大损耗约占工业总产值的30%”,陶瓷金属润滑技术和纳米陶瓷金属多元共渗技术由于纳米陶瓷有远高于金属的软化温度,将摩擦产生的千度以上的高温变成纳米陶瓷快速渗入金属晶格实现材料陶瓷化改性的条件,同时压缩金属晶格提高金属基体硬度、强度的必要条件。因而该技术大大降低了消防车辆的维修频率,同时,该技术的自修复特性使得具有陶瓷化摩擦表面的发动机寿命延长2~10倍,由此间接节省的能源消耗和减少的污染物排放更是无法估量。

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