一種新型金屬抗磨自修復劑的實船應用

彭永富，殷寶峰，邵 新

(長江南京航道工程局，南京210011)

“金魔”牌金屬抗磨自修復劑(以下簡稱“金魔”材料)是擁有自主知識產權(專利號:ZL200510041221.4)、通過中國科學技術成果鑒定的智能節能自修復材料，該產品已在安陽鋼鐵、杭州鋼鐵、星騰化工、徐礦集團、寶鋼集團等數十家企業進行了試驗和試用，節油率高，反響良好。經過多方面的考察和論證，長江南京航道工程局率先在船舶行業開展“金魔”材料的實船試驗及推廣工作，效果顯著。

1 “金魔”材料性能分析及主要特點

1.1 “金魔”材料的性能

“金魔”材料是國內外惟一采用化學合成法制備的一種新型金屬抗磨自修復劑，它以潤滑油(脂)為載體，在設備運轉過程中，納米狀態的“金魔”材料隨潤滑油進入摩擦副，能夠在金屬摩擦面形成高硬度的金屬陶瓷改性層，在設備不解體、正常工作狀態中自動修復磨損面，從而實現“使用中的修養合一”的理想目標，可避免停工損失，提高設備的精度、壽命，降低摩擦系數，減少機械摩擦無用功，是一種使用方便、節能環保的高科技產品。其修復機理如下。

摩擦副運動表面“鋸齒”狀的凸凹體將加入潤滑油(脂)中的“金魔”材料進一步研磨，并使其充分細化(見圖1)，細化后的“金魔”材料吸附、滲透到摩擦表面，摩擦副表面凹坑處存留的污染物被“金魔”材料中的磷酸鹽玻璃體清除，并由被研磨細化的修復劑微粒填充(見圖2)。

當摩擦副相對運動時，其摩擦面間可產生瞬間閃溫，促使“金魔”材料在催化劑、活化劑作用下發生微燒結、微冶金作用，形成一層金屬陶瓷修復層(見圖3)。摩擦面磨損嚴重時表面凸凹更明顯，運動時就有較多機會產生更高的閃溫，“金魔”材料發生微燒結、微冶金的機會也越多;隨著磨損部位的逐漸修復，當其運動不能提供形成修復層所需要的摩擦能時，修復層厚度不再增加，見圖4。

1.2 “金魔”材料的主要特點

1)摩擦系數低?；A油的摩擦系數較高，約為0.125，而在基礎油中加入不同含量的抗磨修復劑后，摩擦系數均明顯降低。含量在每升基礎油中加入10%時，摩擦系數最小，約為0.048 7。

2)硬度高。磨損表面納米壓痕測試，45#鋼基體硬度為3.85 GPa，“金魔”潤滑下的磨損表面硬度達到5.97 GPa，硬度值顯著升高，表明“金魔”可以在金屬磨損表面生成一層具有較高硬度的表面修復層，提高零部件的抗磨性能。

3)耐磨性好。

4)操作簡單易行。

5)具有自修復功能。

6)節油效果明顯，投入產出比高。

2 實船試驗

2.1 安全性試驗

為驗證“金魔”材料的安全性，在試驗初期采用船舶有代表性的小型輔助設備進行試用。將材料加入1 500 r/min的小型空壓機機油中，用電度表測量耗電量，雖然由于功率小、空壓機連續運轉時間短，節油效果未能準確測定，但經過試驗，未見空壓機運動部件異常，說明“金魔”材料運用到機械設備中是安全的。

2.2 節油試驗

2.2.1 節油試驗技術方案

對某一特定機組，在功率保持恒定的情況下，分別測量添加“金魔”材料前后的單位時間油耗，然后進行比對，確定節油率。對疏浚工程單位而言，用耙吸式挖泥船泥泵打清水試驗來測定節油率的方法簡單易行，其具體技術方案簡述如下。

1)確保試驗條件穩定。試驗全程船舶處于停泊狀態，泥泵柴油機驅動泥泵打清水入泥艙，泥門微開，保證試驗期間船舶的浮態不變，保證試驗期間柴油機轉速一致，保證泥泵吸排閥開度維持不變;盡可能保證試驗環境一致。

2)試驗準備。若試驗前設備經過大修，須對大修過的柴油機進行空轉磨合，磨合時間不少于2 h，帶負荷運轉時間不少于2 h。將柴油機日用油柜油添加到預先指定的高度略高的位置。有高速離心機油濾清裝置的，在添加“金魔”材料后須拆除或旁通，以防“金魔”材料被分離而失去或削弱其功能。

3)監測儀器安裝。柴油機燃油進機管和燃油回油總管上各接入一只流量計(對于回油直接循環進機的情況，僅在進機管上接一只流量計)，管路須預制或現場配，流量計兩端帶軟管避震;在油柜油尺上固定一刻度尺，通過記錄油位變化對比艙容表確定燃油消耗，與流量計同時監測油耗變化。

4)啟動泥泵柴油機，按正常程序合泵運轉(打清水保持恒定負載)，使泥泵柴油機保持在恒定轉速下穩定運轉至少1 h以上。

5)“金魔”材料使用前初態記錄。在油位下降到預定高度或預定時間(用流量計時)時，開始計時和拍照(油位及流量計讀數)，同時記錄泥泵柴油機運轉中各參數及環境溫度。此后每隔30 min記錄一次并拍照。若試驗中出現故障性中斷，則停止記錄，待故障排除、加油至預定高度、轉速達到試驗轉速后再開始記錄;連續運轉5 h后，整理記錄數值，計算出初態時段累計油耗值Δ1(消除時間誤差)。

6)“金魔”材料試驗。添加“金魔”材料產品到柴油機、齒輪箱及泥泵軸承箱的油底殼中，添加數量及方法參見《金屬抗磨修復劑在車輛、船舶行業的使用規范》;繼續帶負荷至少運轉4～5 h，使各運動摩擦副處形成減磨層，然后停機4 h以上。

8)試驗結束，以累計油耗計算出節油率δ。上述試驗所有記錄數據以相機拍攝流量計讀數為準，并須消除時間偏差，人工記錄及油位讀數為輔。

2.2.2 實船節油試驗記錄及結果

1)以2011年5月14～15日“航浚11”沖水泵柴油機(型號TBD620V8，820 kW，1 500 r/min)打清水試驗為例，試驗記錄見表1。

表1 實驗記錄

2)節油試驗結果，見表2。

考慮到計量的精確性，用兩次流量計計量的結果為依據，得出“金魔”材料實船平均節油率δ=(8.42+9.21)/2=8.815%。

3 “金魔”材料使用的成本分析

3.1 節能減排量測算的依據和方法

由于各工程施工環境不同、施工工藝各異、疏浚土質千差萬別、船舶設備使用率等諸多因素都會影響船舶設備施工油耗，因此靠添加“金魔”材料前后的長時間累計耗油量對比來測算節能減排量將會導致很大的偏差。鑒于此，采用后兩次試驗精確計量得出的平均節油率δ為基準，乘以船舶平均年度耗油量，得出總節能減排量。

3.2 節能減排量的測算

3.2.1 項目實施前的能耗基本情況

長江南京航道工程局現有船舶51艘，挖泥船18艘，挖泥船總裝機功率92 153 kW。近年來工程施工任務飽滿，船舶時間利用率高，船舶油耗高(見表3)。

魚腥草在醫學實踐中應用的范圍在不斷擴大，臨床上其對動物的乳腺炎、發燒等也有很好的治愈效果，同時對魚類患有的急性以及慢性腸炎、對由細菌引發的蝦類疾病也有很好的治愈效果。此外魚腥草還可以治療動物的炎癥，對腎病綜合征、蛋白尿等病癥也有一定的療效。

3.2.2 項目實施后的節能減排量

1)柴油節能減排量。若以前幾年的平均年耗油為基準進行計算，則每年的節油總量Q1為

2)機油節能減排量。考慮到“金魔”材料產品減磨、清洗、自修復功能，按添加“金魔”材料后柴油機機油換油時間延長1倍計，則機油節能減排量Q2為

3.3 成本分析

1)資金投入。根據各船設備潤滑油量(指設備的系統循環潤滑油量)及《金屬抗磨修復劑在車輛、船舶行業的使用規范》進行配比添加，全年共需投入資金約計人民幣480.49萬元。

表2 節油試驗結果

表3 油耗統計

2)節約費用估算。按柴油均價0.85萬元/t、機油均價1.5萬元/t計，全年節約油費:F=3 093.57×0.85+167.32×1.5=2 880.52萬元。

經估算，在全局工程船使用此產品共需投入資金約480.49萬元(包括齒輪箱)，除了延長設備維修周期、減少配件消耗和減少停工損失外，僅節約燃油、機油費用1年可達約2 880.52萬元，扣除投放成本，結余2 400.03萬元，投資回收期約2個月。

另外需要注意的是，上述關于節能減排量的計算及成本分析僅以初始年為依據來進行量化計算，而按“金魔”材料使用說明書，其實際添加周期為12個月，第二年以后的每次添加量為首次添加量的30%～50%，故實際的投入產出比會更高，經濟效益相當可觀。

另外，使用“金魔”材料可降低備件的消耗，延長設備的大修周期，延長設備的潤滑油使用時間，降低潤滑油的消耗，當然，這需要進一步的研究與試驗，需要通過進一步的更完善的數據積累和統計，方能確定其發揮最佳效能的方案。

4 項目推廣存在的問題及建議

2011年國家發布的《節能減排綜合工作方案》，明確中國實現節能減排的目標要求。國家重視和發展燃油節能減排產品的推廣使用，國家環保部、質檢總局、各省市等主管部門也曾制訂和頒布有關政策，促進該產業發展。

雖然國家高度重視節能減排工作，但由于以下種種原因，近年來，一些好的節能技術和項目在開展過程中遇到阻力大，推廣難的尷尬局面。

1)部分企事業單位節能憂患意識、危機意識和責任意識不強。

2)交通運輸節能減排技術創新與服務體系仍需健全。節能減排科技研發投入不足，節能減排技術、產品推廣應用進展較為緩慢;現代信息技術應用推廣還比較滯后;交通運輸節能減排技術服務體系尚未建立，節能減排技術產品和服務市場還有待進一步規范。

3)交通運輸節能減排監管能力還有待提升。專職管理機構和人員缺乏，體制、機制性障礙尚未根本消除;引導性資金投入明顯不足，節能減排長效機制尚未形成;政策法規和標準規范體系不完善;節能減排統計計量、檢測監測與考核評價等基礎性工作薄弱。

尤其對于經濟狀況不是特別樂觀的企事業單位，如果不重視使用節能技術后的經濟及社會效益，而僅僅將眼光放在前期資金投入上，將很難取得實質性的進展。