润滑耐磨“领异”争先———润滑耐磨梯度材料LGM及其制造技术研制推广纪实

　　LGM：原始创新的结晶
　　LGM的国际专利申请已经公布（公布号： WO99／24632）。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。目前它已进入中国、美国、日本及欧洲五国（英国、德国、法国、瑞典、意大利）的专利实质审查阶段。根据国际专利组织 P CT专利的数据统计，中国每年向 P CT申请专利件数仅有两百余件。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、日本及欧洲五国等七国专利权（见表1）。《润滑耐磨梯度材料 L GM与低温离子渗硫技术》2000年通过了国家机械工业局的鉴定，以两院院士为首的鉴定委员会认定：成果达到国际先进水平！
　　LGM研发思路是什么？
　　科技发展进程给人们提供了这样一个思路：如果要提高金属零件的使用寿命，通常是研制更高硬度的材料来制造零件，从铜到铁，到碳钢、合金钢、高速钢乃至硬质合金，材料硬度不断提高。 L GM的发明人是否也沿着这一思路呢？答案是否定的。 LGM提供的是增加零件表面润滑性和耐磨性的方法，而不增加金属表面硬度。这就像计算机中硬件与软件的关系。零件提高硬度和增加润滑的方法对机器延长寿命、节约能源是同等重要的。
　　LGM解决了工业生产中的难题
　　在工业生产中，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L GM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（无锡威孚集团威孚吉大新材料公司）严格审核，最终达到了满意的结果。
　　LGM的特点是什么？
　　机械零件经生产合成 L GM新零件后：
　　1、LGM零件表面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）。
　　2、常温、油脂润滑状态下摩擦系数降低1／3—2／3。
　　3、常温、油脂润滑状态下 L GM零件耐磨性能高2—9倍；通过 L GM滚动轴承四球试验的对比数据表明， L GM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 L GM后，干摩擦耐磨性能达到200倍以上。
　　4、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）。
　　5、LGM零件具有高的疲劳性能：如接触疲劳、弯曲疲劳等。
　　6、LGM材料具有一定防蚀能力：尤其是钢铁材料。
　　LGM用在哪里？
　　润滑耐磨梯度材料 L GM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）。
　　LGM的应用实例
　　在多年的研发过程中， L GM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；外形尺寸差异悬殊的零件混合装炉处理等困扰行业的难题，为 L GM推向市场铺平了道路。
　　2000年5月，伟森轴承有限公司作为第一家获得 L GM专利许可的企业，投入生产主要包括 L GM冶金轧辊轴承、 L GM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，该公司已经实现工业产值900万元。无锡威孚集团所属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月起运行至今，未发现出油阀偶件任何故障。而45钢价格仅为 GCr15钢的一半， 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 L GM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 A W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L GM更适用于精密及关键零部件。
　　L GM硬质合金轧辊（辊环）是 L GM应用的又一主要零件，在首钢线材厂一条生产线（共9架次）通过工业化生产试验， L GM辊环使用周期是普通硬质合金辊环的1．5倍。
　　LGM零件是怎样生产出来的？
　　针对分属于不同行业、不同使用条件各类零件，首先制订生产工艺流程。然后，根据企业生产的定型产品，从该产品材料、产品尺寸及精度、用途、实际工作状况以及大批量生产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；以 LGM－500型温度程控型成套设备为例，已经清洗过的零件按照工艺码放在真空室阴极板中；开动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 L GM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， L GM产品就是这样制造出来。北京领异表面材料工程公司与北京坚润表面材料研究所共同向市场推出系列 L GM专有技术和工艺及成套生产设备，包括年产量600吨的 L GM—500温度程控型成套设备及工艺；自动型 LGM—1600成套设备及工艺，面向中小企业推出年加工零件125吨 L GM—125工业型成套设备及工艺，以及 L GM刀具模具专用设备；根据不同 L GM产品提供检验方法等专有技术。同时在北京、武汉分别建立了零部件 LGM加工中心，提供完善的零件加工服务，这一系列新举措可以充分满足各层面用户的需求。与业界知名的技术推广单位———中国热处理生产力促进中心建立良好合作关系，携手将 LGM新技术推向市场。