全合成纳米陶瓷自修复剂-智能在线自修复

在工业领域，约占世界1/3的一次性能源被摩擦过程消耗；由于磨损造成60%机械装备失效，因摩擦损失可以占到GDP总量的5%~7%；摩擦降低18%，燃油消耗可节约900亿美元，CO₂排放减少2.9亿吨。

传统减摩抗磨手段
.润滑油脂添加剂：摩擦改进剂、油性剂、极压抗磨剂、清净分散剂等
.二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）和二烷基二硫代氨基甲酸钼(MoDTC），生物毒性;硫酸盐灰分、磷、硫污染环境
.固体润滑剂：二硫化钼、石墨、PTFE等
.机械设备面临日益严苛的服役工况环境：宽温域、极限高/低速、极限重/轻载、腐蚀、高真空、强辐射等

新型减摩抗磨手段
.表面织构技术
.纳米材料添加剂
.先进的涂层
.新型耐磨材料
.表面膜技术
.新型润滑介质

含有的P,S等元素会对尾气催化剂(三元催化剂)产生毒害作用：产生严重犁沟现象。在5.55 MPa产生200 ℃ ZDDP 混合油。

ZDDP作为极压抗磨剂的代表，其劣势表现：

1. ZDDP中的磷会使催化转化器中的贵金属催化剂中毒。

2. 在一些恶劣条件下（接触应力超过70MPa，温度超过200℃的）都面临着抗磨性能不足的困境。

传统的添加剂在抗磨性能也面临着严重的挑战。

3. 由于环境污染等原因，磷化物和硫化物是被严格限制使用，逐步被替代是大势所趋。

全合成纳米陶瓷自修复剂

经过近20年的科技攻关，突破国外技术壁垒，解决我国高端装备发展中摩擦磨损问题而研发产品。

本发明专利源自为解决航天和军工领域国外技术壁垒而开发，解决工业领域的摩擦、磨损领域问题而开发的颠覆性技术产品，是解决国外“卡脖子”的关键技术。

研发团队负责人在清华大学摩擦学国家重点实验室博士期间、清华大学汽车系博士后期间，北京交通大学任教期间，经过20多年的不断研发突破，已可实现全人工合成制备纳米级别智能在线自修复剂产品。

产品由全人工合成工艺制备，性能稳定，性价比高。生产环节及应用环节可全过程实现“0”排放，符合国家“3060”双碳战略目标鼓励的高端装备领域发展的新材料技术。

应用案例

一、在轨卫星轴承测试 

某所在轨卫星在轨期间轴承不能维修，所处环境恶劣，为增加其可靠性，采用本产品。

高低温：火星表面温度-63℃，月面最高温度123 ℃；

高真空：10^-3Pa以上；

大载荷：接触应力超过1GPa；

达到的关键指标：

在内外圈滚道形成厚度大于2µm的自修复膜，修复膜表面干摩擦系数小于0.1；相同工况条件下，纳米硅酸盐自修复剂的使用将轴承寿命提高50%，可靠性提高30%。

二、某航空发动机某轴承

应用对象为涂覆有含有纳米硅酸盐材料的润滑涂层，试验介质为含有微量污染物包括三氧化二铁、氧化亚铁、工业粉尘等（含量为11.254mg/L）的RP-3型航空煤油

转速8,000rpm，

接触载荷0.85~1.36GPa。

达到的关键指标为：

相同工况条件下，含纳米硅酸盐自修复剂的涂层较传统涂层磨损量降低大于50%，服役寿命提高4倍。

三、新能源车测试

联合长城润滑油公司研制了新能源公交车用变速箱油。该油在原来齿轮箱油的基础上提高了抗高温氧化安定性，并顺利通过了清华大学汽车系电动车的台架试验。

为了进一步验证该油的性能，做了如下测试：

1. 2010年4月份，在上海世博会上运行的3辆燃料电池车上使用了此油，经过半年多的试验表明该油表现良好，尤其是经过了上海炎热夏季的考验后进一步证明了此油的可靠性。

2. 2011年6月至2012年6月，在北京市的新能源公交车上进行了行车试验。对8辆纯电动公交车的AMT内加注了齿轮油75W/90，作为对比另外选取了一辆同样的车型和齿轮箱加注了GL-5。

3. 2012年6月份，德州公交集团选取5辆混合动力公交行车试验。

四、台架试验

试验台架：清华大学汽车系电动大客车动力总成试验台。

试验所用变速箱：清华汽车系电动车组与綦江齿轮厂共同研发。

整个试验分为4组：

试验1: 低速高扭矩试验;

试验2: 高速低扭矩试验;

试验3: 冲击试验;

试验4: 高速冲击试验。

试验目的：

通过试验1和试验2来考察齿轮油的抗磨损、抗檫伤和抗疲劳性能。

通过试验3和试验4评定齿轮油在加速和冲击下的抗擦伤性能。

结论：台架试验表明MTF75W/90商用车手动变速箱专用油具有良好的抗磨损、抗疲劳和抗擦伤性能。

五、新能源车测试1

上海世博会燃料电池车（氢能）测试结果：

2010年4月份，在上海世博会上运行的3辆燃料电池车（氢能）上使用了此油，经过半年多的试验表明该油表现良好，尤其是经过了上海炎热夏季的考验后进一步证明了此油的可靠性。

六、新能源车测试2

北京纯电动公交车测试结果：

1.所检测的8辆公交车加入了75W/90的纯电动车，除一辆车因变速箱密封件损坏润滑油被污染无法作为参考外，其余7辆车在不同行驶里程取油样进行铁谱分析表明：油液中无明显大磨粒存在，小磨粒的浓度较低，表明齿轮箱磨损状态良好，没有发现异常的磨损。

2.加入GL-5的齿轮箱运行8,103公里以后油液的铁磁颗粒就达到了很高的浓度，运行到11,144和20,000公里以后油液中铁磁颗粒出现堆积现象，表明磨损严重。

3.比较GL-5和75W/90的铁谱结果可以很明显的看出后者的性能远远优于前者。因此使用75W/90能够减轻变速箱的磨损，提高变速箱的使用寿命，提高整车的性能。

4.试验表明75W/90在纯电动车公交车上具有优良的使用性能。

七、新能源车测试3

德州混合动力公交车测试结果：

75W/90齿轮油在5辆混合动力公交车变速箱上运行30,000公里后，取油样进行铁谱分析，结果发现铁磁力线稀疏，磨粒浓度较低，磨粒尺寸细小。表明该齿轮油在混合动力公交车上的性能优良。

应用场景

内燃机：汽车、发动机、火车内燃机机车、军工装甲车等；

齿轮箱：风机齿轮箱、汽车变速箱、减速机、特殊传动变速器等；

轴承：风机水泵传统行业轴承润滑、电动机轴承润滑、压缩机空分机械领域润滑、大型传动与压延机械领域润滑等；

航空机械与燃气轮机：飞机发动机轴承润滑、汽轮机润滑、燃气轮机润滑、透平膨胀机等领域。

高可靠性难维护装备：航空航天飞行器、风电装备、核电装备等

苛刻工况（高温、重载等）：航空发动机等

要求长寿命高可靠性的装备：高铁

对节能环保及长寿命有特殊要求的装备：工程机械等

腐蚀严重的动部件：船舶、舰艇等

专业的解决方案

智能健康管理平台全面润滑管理：提供监测、诊断、风险提示以及改善方案，帮助用户实现主动运维。

举例：运输货车

1. 按照每辆车年行驶里程150,000万公里，油耗33元/100公里，取10%的节能计算，一年的节油费用是：150,000公里/100*33L/100公里*10%*7元/L=34,650元

按照车队1,000辆车规模核算：利润预计增加3,465万元（近4,000万元）

2.服役寿命增加30%，由100万公里，增加到130万公里，那么单车在服役寿命期间创造

效益多30%。

3.大大减少因尾气排放不达标而面临环保处罚停运风险。

举例：风力发电

纳米陶瓷智能自修复剂以润滑油/脂为载体，可实现风电装备零部件的在线磨损自修复，从而提高风机工作可靠性，减少维修频次，提高发电效率2%以上，延长设备服役寿命30%以上。风机运行工况非常恶劣，维护难度高，运行过程中需要承受极大载荷，且经常受到冲击、振动、高低温等恶劣工况的影响，这使得传统润滑油脂不能形成稳定有效的润滑膜，导致风机齿轮箱内的轴承和齿轮等磨损加剧，效率下降，能耗增加，严重的情况下造成设备无法运转。

纳米陶瓷智能自修复技术针对风机轴承和齿轮等关键零部件的润滑，可在设备不拆解的情况下实现对零部件损伤部位的自修复，在零件对磨表面生成纳米级或微米级厚度的高硬度、高耐磨低摩擦陶瓷修复层，大大提高风机的工作可靠性，降低风机的维修费用，提高能源产出。

纳米智能在线自修复剂，由于其强大的在线自修复功能，可大幅实现降本增效：

1.降本：减少因装备齿轮箱故障停机维修，大大降低维修支出。——降低运维成本

2.增效：延长整机设备使用寿命，增加发电效率——提高净发电量

3.实现降低度电成本——主机厂与业主单位双赢

说明：

以5MW风电机组为例，主齿轮箱润滑油用量350升左右，年运行2,000小时计算，提高齿轮箱效率2%，

年投入成本：20,000元，年收益：5,000kW*2,000h*2%=200,000kWh，每kWh按0.5元计算，年收益100,000元。

风电机组损坏到一定程度，将不可逆。

在风电机组早期开始使用产品，将会起到防微杜渐的效果，整机回报率大幅提高。

装备再制造平台

替换下零部件进行装备再制造，延长部件使用寿命。

1.纳米陶瓷固体润滑涂层：解决高温、抗磨、防腐等。

2. 激光增材再制造。

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