銅基粉體新材料發展背景
純銅習慣稱為紫銅,外觀呈紫紅色,原子量63.55,密度8.92g/cm3,熔點1083±0.2℃,沸點2576℃.
金屬銅以卓越的導熱,導電,質軟,耐磨,耐腐,耐蝕,無磁性,抗菌與美麗色彩,以及容易與其他材料開成合金等特點,在現代工業與現代生活中起著十分重要的作用,被廣泛地套用於電氣,輕工,機械製造,化學,建築,國防等各個工業領域。隨著經濟的快速發展,2008年我國金屬銅總消費量已超過500萬噸,占全球消費量的27%,位於世界首位。
銅粉是具有高科技含量與高附加值的功能性基礎粉體材料,也是材料領域發展最快的熱點產品之一。銅粉除具有金屬銅良好的導電,導熱,耐蝕,表面光潔與無磁性等優外,作為一種功能性粉體材料,銅粉廣泛套用於粉末冶金,摩擦材料,含油軸承,電接觸材料,導電材料,金剛石製品和機械零件等,以及新興的石油催化劑,潤滑劑,導電與裝飾塗料和電磁禁止材料等。
市場需要方面,世界銅粉的需求量在迅速增加,每年增幅超過15%,2008年總量已經超過10萬噸,以些計算,每年有超過數十億元的市場供需缺口。
但是,銅粉的加工生產與套用技術一直是影響行業發展的主要瓶頸。由於銅粉質軟,研磨加工困難,在潮濕空氣中容易氧化變質,傳統機械研磨法也只能生產2500目(~10um)以上的大顆粒銅粉,現在主要的生產方法有電解法和水霧法,其中電解法生產純度高,但粒徑大,武裝不規則,水霧法成本高,收率低,粒子不均勻,質量不穩定。另外,很多新開發的一些生產技術,由於存在工藝複雜,電氣設備要求高,投資大,產品收率低,成本高,粒子分布寬,環境污染,能耗大,質量不穩等問題,還沒有成為主流技術。
目前,新開發的化學還原法只能生產級銅粉,其生產工藝還處在實驗室的研究階段,由於原料成本高,二次污染物嚴重,再處理困難,產品收率低,成本高,導致了產品售價奇高(每噸超微細銅粉的市場價格在150~5000萬元)使客戶難以接受,特別是在很多領域納米級銅粉效果並不理想。
此外,由於超微細銅粉不像金屬銅材料,在空氣中容易氧化成為氧化銅,只能採用氮氣保護,密封包裝也影響了超微細銅粉的大規模推廣與套用。
2010年亞微米超細銅粉取得重點突破
由太魯研發的超微細銅粉粒徑達到0.5~1.0微米(超過18000目),近球形,粒徑均勻,純度高(能譜分析銅含量達到99.94%以上,高於電解銅粉的99.8%),晶格穩定,抗氧化性能突出。
它有如下特點;
1,粒子細度合適;直徑為0.1~3.0um,約18000目以上,突破了傳統銅粉10um。
2,純度高,可達到99.94%以上。
3,粒度分布相對集中,粉體性能好。
4,粒子球型度較好,便於分散。
5,複合抗氧化能力極強,便於儲存與使用。
不但突破了長期以來金屬銅粒子不能超過2500目的技術瓶頸,同時解決了納米銅粒子在保存與使用中的難題,填補了世界超微細銅粉產業化的空白,超微細銅粉的大規模工業化清潔生產,也為超微細銅粉在相關高科技領域的套用打開了一扇方便之門,在發展節能,環保與綠色經濟的新一輪大潮中,為下游產業的提升與產口性價比的提高,提供了物質基礎與技術支持。
太魯研發人員在天津大學,重慶大學,重慶市科學技術研究院,中國發明協會,重慶市發明協會專家教授大力支持下,歷時4年,依託自主研發並申請國家發明專利(國家發明專利號:200810070259.8 201010225297.3 201010225280.8)的“化學循環還原合成技術”,“粒子控制與提純技術”,“複合抗氧化技術”等核心技術,破解了超微細銅粉製備與規模化生產的系列難題,將超微細銅粉規模化生產變成了現實,成為國際上唯一能規模化工業生產亞微米銅基新材料的企業。
銅基在國家十二五 七大新興產業中的作用
一,節能環保
1,修復保護髮動機與運轉機械,實現節能減排;
2,處理水中細菌污染,保護水資源;
3,作為燃燒催化劑,用於城市垃圾焚燒處理,降低燃燒溫度,形成含銅肥料;
4,大幅增加發動機與機械設備使用壽命,實現設備再造,節約大量資源;
二,新能源
通過自動磨合修復風力與水力發動機運轉部分,減少摩擦,明顯提高風力與水力發電效率,降低成本,產生更多自然純潔的綠色能源,滿足生產與生活需求。
三,新材料
集合工業銅粉的金屬特性與納米銅粉的粉體性能,成為新一代功能性基礎金屬粉體新材料,廣泛套用於傳統產業的升級改造與新產品的開發,解決原來無法解決的一些重大技術難題。
四,信息技術
亞微米超微細銅粉具有良好的導熱,導電性能,與油性,非油性材料混合,可以實現液體信息傳輸。
五,高端裝備製造
1,作為研磨修復銅膏,用於設備的精密研磨與精加工;
2,通過發動機的磨合修復,在摩擦金屬面上形成耐磨銅合金保護層,提高發動機的加工精度與相關性能指標。
六,生物醫藥
1,亞微米銅粉具有較高的活性與殺菌性能,可以順利穿過人體細胞自動進入人體不同區域,彌補人體銅的自然流失,作為高性能催化劑促進人體免疫酶的合成,提高人體免疫能力,抑制老年痴呆及體質性疾病的產生;
2,亞微米超微細銅粉可以高效殺死細菌病毒。
七,新能源汽車
1,提供清潔便利的綠色能源;
2,與潤滑油搭配使用,變滑動摩擦為滾動摩擦,減少摩擦阻力,增加新能源汽車的運行里程。
亞微米銅基套用及產品
亞微米銅基潤滑修護油(PJ-130)為節能減排與發展低碳經濟提供核心技術與產品支撐
亞微米銅基潤滑修護油液PJ-130系是一種高科技新型產品。
亞微米銅基潤滑液PJ-130系列產品,作為發動機摩擦修復與潤滑保護領域新一代高科技複合潤滑材料,自2009年9月面世以來,經過了大量的企業用戶和個體用戶的數千輛汽車套用試驗,以及中國汽車工程研究院的專業檢測認定,充分證明該新型科技產品不僅使用安全可靠,而且節能減排增效明顯。
PJ-130不僅具備現在市場上各種潤滑油的潤滑與減磨功能,更具備獨特的摩擦修復與銅基潤滑保護功效,是潤滑油品質提升歷史上的又一次重大飛躍。
PJ-130產品作為一種高科技套用型新產品,其產業化套用的獨特性主要體現在:
一、PJ-130產品在基礎理論上突破了傳統“潤滑油”的單一“潤滑減磨”功效,而將其直接轉變為“摩擦修復”,攻克了摩擦學與套用領域最基礎的課題,為節能減排提供了核心技術與新產品支撐。
目前,世界上有近50%的一次性煤炭石化能源被白白浪費在了摩擦損耗中,有50%的重大安全事故直接或間接是由機械摩損造成的,每年更有大量的機械設備與裝置不是因為空氣氧化,而是由於機械磨損被迫報廢,所造成的能源與資源的巨大浪費是不可計數的,更加劇了對氣候與自然環境的嚴重破壞程度。
早在上世紀六十年代形成的摩擦學屬於一門交叉科學,摩擦、潤滑與磨損作為摩擦學的三大基礎課題,其中如何解決摩損一直是工程與材料學不斷尋求解決的難題。現在,人們已經習慣了使用潤滑油來減少磨損、保護髮動機,但是潤滑油只能延緩發動機的磨損,卻無修復與保護功能,所以即使用當今最好的潤滑油,用於世界最好的車發動機的潤滑,發動機最終還是要不斷磨損並最後導致報廢,這種現象似乎已經被人們所習慣並認可。
PJ-130利用亞微米銅粉質軟、粒子小、高活性、高粘附性、易導熱性等特點,藉助摩擦產生的高溫、高壓環境,逐步形成銅合金修復保護層,改摩擦損耗為摩擦修復,實現了機械摩擦與潤滑保護根本性質的逆轉,屬於重大基礎技術進步。
按照潤滑經濟學的概念,一旦摩擦潤滑技術有實質性的突破,投入產出比將高達百倍以上,這遠遠高於現在正常的經濟投入與收益比.由於摩擦修復與潤滑保護幾乎涉及所有行業,特別是在發動機精加工與保護領域,PJ-130在發動機及工業行業所帶來的影響將是巨大的,所產生的效益更是不可限量的。
PJ-130的推廣使用,在本質上是為新發動機精加工與舊發動機銅合金修復和潤滑保護提供了一條新的精加工技術與銅基保護新材料,特別是利於減少尾氣排放,這對我國發動機行業趕超世界先進水平與產品出口提供了更好的技術選擇。
二、PJ-130銅基潤滑修護油液產品與普通潤滑油產品在潤滑機理上的本質區別明顯。
目前,無論是國產潤滑油還是國外進口潤滑油,均是用基礎油加七大類添加劑調和而成。雖然合成基礎油較礦物油在耐久性與穩定性方面有明顯的提高,潤滑油也從SF級逐步發展到了SL、SM甚至SN級,說到底潤滑油只有潤滑減磨效果而沒有修復功能。所以,這些改進只屬於產品質量的最佳化,屬於量的提高,而不是質變,不同品牌之間的競爭只是品牌、質量穩定性與服務之間的競爭與差異,在質量上沒有根本性的差異。
亞微米銅基潤滑修護液的問世給人們帶來新的希望,也引起了人們的不斷重視。
PJ-130不僅是在組分上引入亞微米銅基新材料及其它材料,在功能上更具有實質性的突破。PJ-130除了具有普通潤滑油的滑動摩擦,減少磨損功用外,利用亞微米銅基材料的諸多特性,藉助摩擦產生的高溫高壓環境條件,在發動機運行過程中逐步實現自動摩擦修復與潤滑保護的有機統一。特別是經過一定時間的充分磨擦修復後,會達到系統磨損與自動修復的最佳平衡,發動機的綜合性能會恢復並達到最佳水平,真正實現節能減排與發動機壽命的大幅提高。所以PJ-130遠不是潤滑油從SN到SO級的升級,而是產品質量與功能的重大提升。
另外,現在市場上的各種潤滑油添加劑只有發動機摩擦金屬面保護作用,一是無法與金屬面有效結合成為合金層,關鍵是修復量不夠,不能減少磨損間隙。PJ-130具備銅合金修復功能,與發動機基體充分結合,提供修復要求厚度所需要的材料。
三、PJ-130與普通潤滑油在實際套用上也有五大顯著區別。
使用亞微米銅基潤滑液較使用普通潤滑油相比,會發生如下明顯變化:
1、利用PJ-130中亞微米銅粉的高粘附性能,保護髮動機,並提高發動機易啟動性;
2、利用亞微米銅粉的彈性間隔保護作用,將保護髮動機金屬面將不再直接磨擦;
3、普通潤滑油是滑動摩擦,使用PJ-130後變為亞微米彈性銅球滾動摩擦,摩擦係數大大減少,摩擦動力損失也明顯降低,摩擦產生的熱量也少的多;
4、PJ-130利用亞微米銅粉提高潤滑油的導熱性,將摩擦產生的少量熱量快速帶走,保持粘溫性與較強動力輸出,可保護長距離、高負荷、頻繁啟動等極端狀況下汽車的動力與行駛安全性;
5、利用亞微米銅粉及銅合金的保護作用,即使運行20000公里後,潤滑油仍保持較好的粘度與棕紅顏色,而不是普通潤滑油的灰黑色。
四、PJ-130使用方法簡單方便
用最簡單辦法解決最複雜的難題,這既是哲學的概念,也是現代商務中的“功效學”概念。PJ-130在使用最顯著的特點之一,就在它的“解決複雜問題的簡便性”。
使用PJ-130前只要認真檢查並用柴油嚴格清洗髮動機裡面的油垢與積碳,將PJ-130充分混合均勻後,按照潤滑油正常方式添加即可。
添加PJ-130後,運行到5000、10000、15000、20000公里進行例行檢查並補加。
一般情況下,添加PJ-130運行到15000公里後基本完成發動機的銅基修復,到30000公里發動機處於最佳平衡狀態,動力、節油、減排與噪音降低效果會很好地展現出來。
10000-20000公里換機油後,處於很好地保護狀態,按照每5000公里例行檢查。
五、PJ-130使用已獲得五大效果驗證。
添加PJ-130銅基潤滑修護油液後,開啟發動機,空擋運行10分鐘效果逐步展現出來,觀察發動機噪音與振動會明顯下降,怠速下降更明顯,尾氣汽油味道也會發生明顯變化,發動機動力逐步提升,運行1000公里後這五大效果會更加明顯與穩固,節油效果也會逐步體現出來。
隨著發動機不斷自行修復,發動機性能參數將進一步最佳化,發動機性能恢復並逐步達到最佳狀態,甚至可以超過出廠時的水平。
對於新車可解決發動機磨合安全性這一行業性難題,提高加工精度,縮短磨合周期,減少磨損量,發動機性能也會得到進一步提高。這對於像北京、廣州這些限購新車與尾氣排放強制達標的城市,使用PJ-130進行舊車修復與保護,會給客戶帶來很多實際價值。
太魯科技最早使用PJ-130的北京現代伊蘭特1.6排量手動檔車,已經4.8萬公里沒有換潤滑油,總行駛里程已經超過17.8萬公里,添加PJ-130後一直使用90號汽油,送重慶汽車尾氣檢測站檢查,尾氣排放均低於標準數值90%左右,減排效果非常明顯。
六、使用PJ-130A產生的效益分析
1、安全可靠:亞微米銅粉質軟,顆粒小於3微米,可順利通過濾芯,不會傷害發動機;
2、降低潤滑油採購成本:使用PJ-130可連續運行30000公里以上不換機油,低於進口潤滑油每公里潤滑油運行成本,更低於市場複合潤滑油的費用;
3、節約燃油與燃氣,產生巨大直接經濟效益:重慶市某計程車公司正在做試驗,節氣率在4%到30%不等,如果使用90號汽油替代93號汽油,按照重慶市價,可節約5.3%;
4、間接效益明顯:增加動力,降低噪音與振動,減少發動機維修費用;
5、社會效益顯著。“黃牌”變“綠牌”,減少尾氣排放,增加發動機壽命,解決大量製造新汽車的寶貴資源。
七、讓用戶直接可觀察到產品品相。
用戶能直接看到亞微米銅粉的棕紅顏色,看到亞微米銅基材料良好的懸浮性能,這也是與普通潤滑油與其它潤滑油的明顯區別。
八、市場前景展望
PJ-130套用於汽車發動機的摩擦修復與銅基潤滑保護,這是摩擦潤滑基本理論與基礎潤滑材料的一次重大創新,將會對汽車維護,對當前世界節能減排與資源、氣候保護將起到巨大的推動作用,將充分體現科學技術是第一生產力的巨大魅力。
在後危機時代,在世界節能減排與發展低碳經濟的重大競爭中,通過亞微米銅粉這種具有廣泛用途的功能型基礎潤滑材料的科技開發與工業化生產,可為國家十二五規劃中重點發展的七大新興產業中的“節能減排產業”發展提供核心技術支持和示範性新產品支撐,PJ-130對傳統汽車工業的產業升級也會起到巨大的作用。
PJ-130產品有作為一家 “以科技創新促產業報國,用先導技術惠國利民”為理念的重慶太魯科技公司這樣的新成長型企業做支撐,將不斷會用更新的升級換代技術推進該新產品升級換代,以滿足社會可持續向前發展的新要求。