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润滑耐磨梯度材料LGM及其制造技术

发布者:admin 浏览次数:2682 发布日期:2011-4-25 20:18:16
润滑耐磨梯度材料LGM
?
及其制造技术
?
2000年通过国家机械工业局鉴定:具有国际先进水平 获得美国专利权
?
什么是润滑耐磨梯度材料 LGM(Lubrication Gradient Material)——
??? 经过等离子体辉光放电制造技术将硫化物(MS)和氧化物(MO)渗入金属零件,MS与MO在金属中的浓度从表面到内部逐步降低,如同下楼梯由上至下逐步降低,故称梯度材料LGM。LGM在表面具有优良润滑和耐磨性能,而心部又保持了金属材料固有的强韧性;LGM克服了均质材料、复合材料和渗层材料的缺陷,此种梯度分布极大的提高了零件综合机械性能。
LGM及其制造技术—原始创新(详见《机械工程材料》杂志2001年第10期P33-35)
??? LGM“具有良好润滑耐磨的金属基复合梯度材料,其制备方法和用途”国际发明专利的简称。国际专利申请已经公布,国际公布号:WO99/24632。专利申请人:张昕辉、张弋飞;世界知识产权组织国际局PCT检索报告表明:这是一种全新的材料和全新的制造方法。已经取得美国专利权US6,468,679,并进入中国、,欧洲,日本等国家实质审查阶段。这项专利的申请人张弋飞高工同时也是低温离子渗硫专利发明人,离子渗硫专利获得中国、欧洲、日本等七国专利权(表1)。《润滑耐磨梯度材料LGM与低温离子渗硫技术》2000年通过了国家机械工业局的鉴定,中国科学院院士、中国工程院院士为首的鉴定委员会认定:成果达到国际先进水平!
 
表1? LGM专利与低温离子渗硫专利介绍
专利全称
专利简称
专利类型
授权或申请国家
授权或申请号
专利情况
发表论文
具有良好润滑耐磨的金属基复合梯度材料,其制备方法和用途
润滑耐磨梯度材料LGM
发明专利
中国、美国,欧洲(英国、德国、法国、瑞典、意大利),日本
国际公布号:WO99/24632国家申请号98809509.2
欧洲?????? EP1052306
日本特愿
? 2000-519621
美国专利号 US6,468,679
取得美国专利权;其它国家进入实审阶段
5篇
金属零件表面形成硫化物的方法及设备
低温离子渗硫
真空等离子渗硫
发明专利
中国,日本,欧洲(英国,法国,意大利,德国瑞典)
JP1508879
EP0218916
CN85106828.6
?授? 权
11篇
 
LGM应用领域——
??? 润滑耐磨梯度材料
LGM专利可以应用到钢、铁,铜、钛、镍、钴、钼及其合金、硬质合金等金属及各种形状、各种用途的零件上,涵盖了机械、冶金、纺织、汽车等多个领域,见表2
表2??? LGM应用范围

机 械
汽车、摩托车、农用车;起重、挖掘、运输等工程机械;热轧机、冷轧机、高速线材轧机、连铸机等冶金机械;减速机、柱塞泵、油泵、叶片泵、滑片泵等液压机械传动等关键零件
零部件
缸套、活塞环、凸轮轴、齿轮、蜗轮、蜗杆、传动链、定子、转子、叶片、纺纱机用钢领、罗拉、工具、模具、油泵油嘴、配流盘;生产线用各种测量头、芯轴等


创新的高附加值LGM工业产品——
e?? LGM滑动轴承:较铜合金、巴氏合金,耐磨性提高3~6倍;
e?? 45钢LGM轴承:达到GCr15轴承标准;价格低
e?? LGM汽车轮毂轴承:已通过桑塔纳汽车制造厂1000小时寿命实验。
e?? LGM轧辊轴承:使用寿命提高一倍以上。
e?? LGM干摩擦轴承:超过世界先进水平、国外轴承公司没有的产品,我们能批量供应。
e?? LGM工模具: 刀具(高速钢、硬质合金)、多种模具、辊环、轧辊寿命长1~10倍。
e?? LGM精密齿轮、曲轴、液压件、气动件、缸套、活塞环
e??
LGM汽车减震器:
LGM制造技术——
???
针对分属于不同行业、不同使用条件各类零件,根据企业生产的定型产品,从该产品材料、冷热加工工艺、产品尺寸及精度、用途、实际工作状况等五个方面进行综合分析评测后,制订出该产品LGM工艺的最佳参数值、特定工艺装备(或产品专用设备)及生产流程;
图1?? LGM零件生产工艺流程
待处理零件
—→
清洗液浸泡
—→
第二道清洗
液清洗
—→
第三道清洗
零件升温
←—
离子轰击清洗
←—
工件放入真空室
←—
干燥
零件?LGM
合成
—→
检验
—→
涂覆
—→
再检验
—→
L G M成品
??? LGM零件生产工艺流程:已经清洗过的零件按照工艺码放在真空室阴极板中;用真空泵抽到工作真空度时,在零件上加高电压产生辉光放电,零件被高能量密度等离子体覆盖,表面再次被离子轰击清洗;按工艺参数通入LGM专用硫和氧气氛产生物理化学反应,零件达工艺温度后保温一段时间从真空炉取出,经过检验、涂覆及再检测的工序,制造出LGM产品。
LGM特点与性能——
对于钢、铁、铜、钛、镍、钴、钼等及合金,钢铁的渗碳、渗氮、碳氮共渗等材料制造的零件都可得到润滑耐磨梯度材料LGM。LGM制造技术用于机械零件后:
? A)保证零件尺寸精度?? B)提高表面光洁度?
e? ?LGM材料的硫化物及氧化物呈梯度分布,梯度层最高达200微米(0.2毫米)。
e? ?常温、油脂润滑状态下摩擦系数降低1/3~2/3
e? ?常温、油脂润滑状态下LGM零件耐磨性能高2~9倍;通过LGM滚动轴承四球试验的对比数据表明,LGM钢球磨损面积减少55.7%;在高负荷下磨损面积减少83%。无法用油脂润滑而干摩擦运行的机械零件(如轴承)采用LGM后,干摩擦耐磨性能达到200倍以上。

e???
硫化物和氧化物均能耐1200℃高温:在高温下耐磨性与润滑性能更好,而二硫化钼只能用到400℃(MoS2在300℃甚至更低的温度即开始分解氧化)

e???
LGM零件具有高的疲劳性能:如接触疲劳、弯曲疲劳等
e???
LGM材料具有一定防蚀能力,尤其是钢铁材料。
e??? LGM是绿色环保技术。
LGM解决真空设备工业化生产的难题—— ?
???
在工业化生产过程中,零件加热是通过辐射、气体流动、炉内导体导热等三种方式使温度均匀的;而在真空中,气体稀薄(气体含量仅有大气环境的万分之一),几乎不存在气体流动传热;又由于零件温度低(在200℃左右),辐射很少,且不存在导体传热的环境,所以在低温、真空的工业设备中零件均温是个难题。以真空回火炉为例:炉内工作区的最高温度是700℃,最低工作温度是350℃。工作时循环通入氮气(作用:保护气氛、气体流动),炉内分别安装加热风扇和冷却风扇,用在工件加热及冷却阶段,强制对流以保证工件的温度均匀。如果工作温度低于350℃,整个工作区的温度均匀性无法保证。对于LGM工业化生产,采用了专有生产工艺及设备,如在LGM-500型设备中一次装入1万件出油阀座进行LGM生产,工作温度只有150℃,整个工艺流程和零件检验都经过客户严格审核,最终达到了满意的结果。
LGM工业化生产应用实例—— ?
??? 在十余年的研发过程中,LGM走过了实验室——中间试验——大规模工业化生产三个阶段,并在实践中解决了低温条件下(150℃)硫氧大原子渗入金属;真空及低温条件下数万只零件的均温;外型尺寸差异悬殊的零件混合装炉处理等困扰行业的难题,为LGM推向市场铺平了道路。
l? 2000年5月,伟森轴承有限公司做为第一家获得LGM专利许可的企业投入生产,主要包括LGM冶金轧辊承、LGM轧机专用导位轴承等系列21种型号的产品,供应京津、河北、河南、江苏、湖北、湖南等省轧钢企业。 l??无锡威孚集团威孚吉大新材料公司经一年多的试验,用LGM45钢取代GCr15钢制造出油阀座(柴油机喷油泵零件)已经获得成功,可靠性对比试验已经通过2500小时(JB/751171.1标准)。分别将GCr15钢和LGM45钢两种材料出油阀座装在济南和南昌两地的公交车及邮政车上使用,共装车6辆,平均每月行程5000km;自2000年10月起运行,未发现出油阀偶件任何故障。而45钢价格较GCr15钢低,LGM的生产成本很低,批量生产将明显降低产品成本,具有可观的经济效益。日前,该公司获得润滑耐磨梯度材料LGM专利普通许可及成套生产技术,两台LGM-500型成套设备已经投入使用;该设备标准装炉量达到10000件,最大日处理能力为3万件。这是该技术首次应用到AW系列喷油泵零件中,增加了同类零件的技术含量与产品附加值,同时也印证了LGM更适用于精密及关键零部件。(详见第八次全国热处理大会论文集) ?
l??LGM硬质合金轧辊(辊环)在首钢线材厂一条生产线(共9架次)通过工业化生产试验,LGM辊环使用周期是普通硬质合金辊环的1.5倍。(详见《轧钢》杂志2001年第4期P61)
表3? 开发出LGM新产品

名称
所处阶段
使用效果
LGM轧机轴承、导位轴承等各类轴承
工业化生产
寿命延长30%-100%;已经投入生产
LGM柴油机喷油泵零件(包括AW泵出油阀座、VE泵端面凸轮、PW泵拉杆、A泵及AW型柱塞偶件等产品零件和风磨套管、风磨芯轴、气动锥度量头、针阀体内腔量具等工装)
投入批量化生产
部分零件实现用LGM45钢替代轴承钢;实际应用寿命提高2-10倍;在无锡投入生产
LGM硬质合金辊环
小批量生产
使用周期延长1.5倍
LGM汽车减震器
中试阶段
寿命提高50%以上

l? 润滑耐磨梯度材料LGM零部件合作生产
l? 润滑耐磨梯度材料LGM零部件加工
l?? 润滑耐磨梯度材料LGM专利、专有技术、专利设备普通许可
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