羥基硅酸鎂潤滑材料的行車試驗研究

(中國中車股份有限公司，北京 100036)

羥基硅酸鎂潤滑材料的行車試驗研究

安曉

(中國中車股份有限公司，北京 100036)

采用羥基硅酸鎂作為潤滑油添加劑進行實車試驗，研究了添加劑對氣缸壓縮壓力、燃油消耗和尾氣排放的影響，SEM及EDX測試分析摩擦副的表面形貌及表面成分組成。結果表明，羥基硅酸鎂粉體添加至潤滑油中，可顯著改善發動機的磨損，從而使汽缸壓縮壓力顯著上升，燃油消耗明顯降低，尾氣排放大幅改善。

羥基硅酸鎂，潤滑油添加劑，行車試驗，自修復

磨損是相互接觸的物體在相對運動中表層材料不斷損傷的過程，它是伴隨摩擦而產生的必然結果。磨損是機械零件失效的三大原因(磨損、腐蝕和斷裂)之一。據統計，在全世界工業部門目前使用的能源中，大約有三分之一最終以各種形式消耗在磨損上，由摩擦造成磨損的損失是驚人的，在失效的機械零件中，大約有60%～80%是由于各種形式的磨損造成的[1-2]。

微納米減摩自修復技術[3]是一種高效、環保的表面工程領域新技術，可在機器運行狀態下不解體地原位修復零件磨損表面，對于解決零部件的磨損失效問題及提高裝備的可靠性、穩定性，延長服役壽命具有重要意義，該技術也是維修與再制造領域的前沿技術之一，應用前景廣闊[4-9]。目前研究大多圍繞的是在實驗室條件下對羥基硅酸鎂礦物材料的摩擦學性能和自修復性能進行分析。

為檢測羥基硅酸鎂礦物材料的實際應用效果，本文以公交車為試驗對象，對羥基硅酸鎂的自修復和摩擦學效果進行評價和研究。

1 試驗內容

1.1 試驗車輛

選擇青島交運集團巴士分公司的3輛長江6850型公交車為試驗車輛，發動機型號為：東風6100-Ⅱ型汽油機，功率為99kW。

1.2 試驗方法

采用對比方法，車輛在相同工況和道路條件下運行，測量記錄車輛在添加羥基硅酸鎂自修復材料前后的相關數據，即發動機汽缸工作壓力、尾氣排放和百公里平均耗油量。

(1)試驗前統計每輛車一個月的行駛里程、實際油耗，計算出平均每百公里的耗油量；采用缸壓測試儀測試發動機缸壓，汽車發放分析儀測試尾氣排放。

(2)對車輛進行保養，更換潤滑油，按照與潤滑油體積比為5%的比例分別向發動機油箱、變速器、后橋差速器添加羥基硅酸鎂礦物材料。

(3)試驗階段，統計每輛車每月的行駛里程、實際油耗，計算出平均每百公里的耗油量；行駛15000公里后，采用缸壓測試儀測試發動機缸壓，汽車分析儀測試尾氣排放。

2 試驗結果分析

2.1 功效結果分析

對車輛在添加羥基硅酸鎂礦物材料前后進行測量，測量數據如表1所示。

表1 添加礦物材料前后相關數據匯總表Table 1 Summary of relevant data before and after adding mineral materials

表1測量數據表明，添加羥基硅酸鎂礦物材料后，發動機氣缸工作壓力明顯增加，缸壓提高約4.02%，說明摩擦表面發生了物質和體積的增長，從而縮小了活塞環與缸套之間的縫隙，提高了密封性，證明添加劑具有自修復效果。

而百公里耗油量下降是因為修復層的存在提高了密閉性，使燃油燃燒更加充分，同樣的油耗會生產更大的功率，即相當于降低了單位油耗。同時，尾氣排放有明顯改善，CO排放量降低39.53%，CH排放量下降29.5%，這是因為加入添加劑后，接觸表面形成金屬陶瓷保護層，密封性增強，氣缸內氧氣量相應增加，有機物燃燒更加充分。

2.2 表面分析

圖1所示為添加潤滑油添加劑的摩擦副表面形貌的SEM照片。可以看出，表面非常光滑平整；局部磨痕區域有修復的痕跡如圖1(c)、(d)中虛線圈所示。修復區域內表面平整，存有少量的點坑。為進一步分析，對該區域進行元素考察。

圖2為不同區域元素的分布情況，表2所示為不同區域元素含量對比。可以看出，修復區域表面元素分布與相鄰區域比較，除Fe元素以外，C元素含量大幅升高，還含有較多的Al元素，少量的Mg、Si元素等，O元素有所升高；點狀物中除特征Si、Al元素外，其它元素如C、Fe含量并沒有減少，因此可能不是單一的化合物。說明表面已經初步形成修復層。

圖1 摩擦副表面形貌SEM照片Fig.1 SEM image of the surface of friction pairs

圖2 不同區域表面元素分布：(a)區域1；(b)區域2；(c)點狀物(1)；(d)點狀物(2)Fig.2 Surface element distribution in different regions：(a)Region 1；(b)Region 2；(c) Point(1)；(d)Point(2)

表2 表面及點狀物各元素質量百分含量(%)Table 2 Element percentage in different regions

3 結論

(1)通過實車考核對羥基硅酸鎂礦物材料的減摩修復效果、節能效果和環保效果進行了檢測。結果表明，通過添加羥基硅酸鎂礦物材料，降低了汽車發動機燃油消耗，減少了尾氣排放，表現出優異的綜合效益。

(2)表面分析結果表明，在零部件表面形成了高硬度的光滑修復層，降低了摩擦系數；同時修復層的存在使缸套和曲軸的間隙減小從而提高了缸壓，降低油耗，減少尾氣排放。

[1] 溫詩鑄，黃平.摩擦學原理[M].北京：清華大學出版社，2002.

[2] 徐濱士.表面工程與維修[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3] 尼基丁·伊戈爾·符拉基米洛維奇.機械零件摩擦和接觸表面之選擇補償磨損保護層生成方法的發明：RU，2135638[P]. 1998.

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[5] 劉家浚，郭鳳煒.一種摩擦表面自修復技術的應用效果及分析[J].中國表面工程，2004(3)：42-45.

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[7] 顧艷紅.新型陶瓷潤滑油添加劑的應用與作用機理[D].北京：中國地質大學，2005.

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TheFieldTestofMagnesiumSilicateHydroxideasLubricatingOilAdditive

AN Xiao

(China Railing Rolling Stock Corporation Limited，Beijing 100036，China)

The field test was carried out on three buses to research the friction-reducing and self-repair behaviors of the magnesium silicate hydroxide as lubricating oil additive. The morphologies and element distributions of the worn surface were investigated by means of scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive Xray spectrometry (EDX). Application test showed that the protecting layer of the self-reconditioning material on metals increases markedly the compression pressure of steam cylinder and reduces greatly the exhausts emission of CO，HC and poison matter.

magnesium silicate hydroxide，lubricating oil additive，field test，self-repairing

TB 383.1