浸漬石墨材料磨損性能研究進(jìn)展

姜清軍 姜超 商劍

摘 要：浸漬石墨材料越來越多地應(yīng)用于動(dòng)密封領(lǐng)域。該文主要綜述了浸漬石墨材料磨損性能的研究進(jìn)展，提出了浸石墨材料研究的一些建議，對(duì)今后浸漬石墨材料的研究方向和重點(diǎn)進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：浸漬石墨 密封 磨損 研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：TH117 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）10（a）-0145-02

石墨和焦炭等可以經(jīng)過壓制、燒結(jié)、石墨化等工藝制備成石墨制品，但是其氣孔率較大。因此需要通過浸漬的方法充填孔隙，降低材料中的氣孔率。浸漬就是將浸漬物在一定的溫度與壓力下壓入到材料的開口氣孔中去，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，封堵孔隙，提高材料性能[1]。浸漬石墨材料可以分為浸漬樹脂石墨和浸漬金屬石墨。浸樹脂石墨可獲得較高的密度，但其使用溫度低，高溫摩擦磨損性能較差，適合作腐蝕環(huán)境中的密封件。浸金屬石墨繼承了石墨材料的耐高溫，耐磨損等特性，同時(shí)提高了機(jī)械強(qiáng)度，拓展了浸漬石墨在高溫動(dòng)密封領(lǐng)域中的應(yīng)用[2]。

1 磨損性能

周序科等[3]研究發(fā)現(xiàn)浸銀石墨磨損過程中存在四種磨損機(jī)理：粘著磨損、磨粒磨損、摩擦氧化及表面疲勞。四種磨損機(jī)理共同交替發(fā)生作用，并且在不同的時(shí)期作用效果亦不同；粘著磨損發(fā)生在電刷接觸的早期；表面疲勞在晚期比較明顯；而磨粒磨損和摩擦氧化在電刷整個(gè)滑動(dòng)接觸過程中都起作用；電氣磨損使機(jī)械磨損增加。

周序科等[4]研究還發(fā)現(xiàn)M209浸銀炭石墨配氣閥座在密封表面上形成了一層具有抗磨性質(zhì)的潤(rùn)滑膜，使摩擦處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。浸銀炭石墨復(fù)合材料在高溫下炭石墨基體不發(fā)生熱變形，浸漬在炭石墨基體孔隙中的金屬銀會(huì)產(chǎn)生熔化析出和塑性流動(dòng)形成大面積連接，不僅降低了摩擦，而且有利于密封。

董宗玉等[5]在研究RC合金與浸漬銻石墨、浸漬巴氏合金石墨、浸漬鋁合金石墨對(duì)磨時(shí)發(fā)現(xiàn)RC合金/浸銻石墨的摩擦系數(shù)相對(duì)較大，RC合金/浸巴氏石墨次之，RC合金/浸鋁合金石墨摩擦系數(shù)最小。浸金屬石墨環(huán)磨損量都不大，其中較大的是浸鋁合金石墨，浸巴氏合金次之，浸銻石墨最小。在水潤(rùn)滑條件下，RC合金與浸銻石墨顯示出良好的摩擦磨損性能。

孫佳鵬[6]在研究浸漬巴氏合金石墨、浸漬環(huán)氧樹脂石墨、浸漬銻石墨、浸漬呋喃樹脂石墨與硬質(zhì)合金YG6對(duì)磨時(shí)發(fā)現(xiàn)：摩擦系數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的增大而減??；隨著載荷的增大而增大；隨著試驗(yàn)中真空度的降低而減??；隨著溫度的升高比較平穩(wěn)。而磨損表面形貌表征發(fā)現(xiàn)：浸漬巴氏合金石墨的磨損表面平整光滑，磨痕較淺，如圖1a所示；浸漬銻石墨、浸漬環(huán)氧樹脂石墨及浸漬呋喃樹脂碳石墨磨損表面呈現(xiàn)明顯的粘著磨損形貌特征，磨損機(jī)制以粘著磨損為主；磨損表面發(fā)生了塑性變形，表面形成了含石墨摩擦層，如圖1b所示。而純碳石墨粘著磨損形貌嚴(yán)重，局部材料斷裂，如圖1c所示。

何敏[7]等研究了未浸漬銻石墨、浸漬銻石墨密封材料的摩擦磨損性能：相比于未浸漬石墨材料，石墨浸銻后其磨損量減少了96.6%，摩擦系數(shù)降低了45%，如圖2所示。說明浸銻處理提高了石墨材料的摩擦磨損性能。胡亞非[8]等為了研究石墨密封材料潤(rùn)滑膜形成規(guī)律，對(duì)浸漬金屬銻、浸漬樹脂和人造石墨進(jìn)行了摩擦磨損試驗(yàn)。結(jié)果表明浸銻石墨密封材料摩擦磨損狀態(tài)最佳時(shí)潤(rùn)滑膜呈現(xiàn)快速形成、迅速穩(wěn)定的特點(diǎn)，穩(wěn)定階段的摩擦系數(shù)在0.08左右。沒有浸漬處理的人造石墨密封材料由于材質(zhì)軟，其磨粒磨損非常嚴(yán)重，摩擦系數(shù)在0.25左右。有膜耐磨性能最好，貧膜耐磨性能不穩(wěn)定，無膜摩擦磨損嚴(yán)重。胡亞非[9]等還對(duì)比研究了EK3205、M170D和T163D三種浸銻石墨材料摩擦磨損性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)T163D 和M170D摩擦因數(shù)（0.130和0.135）要比 EK3205的（0.140）低；濕摩擦條件下三種浸石墨材料長(zhǎng)時(shí)累計(jì)磨損量均為0.5m/ （100h）。作者認(rèn)為浸銻石墨材料摩擦學(xué)性能并不是銻的含量越高越好，而是基體材料越致密、孔隙度分布的越均勻，摩擦因數(shù)越??；另外基體配方中加入超細(xì)粉體更有利于潤(rùn)滑膜的形成和穩(wěn)定，石墨粒度越小，其摩擦因數(shù)越小。

2 結(jié)語

目前國(guó)內(nèi)對(duì)于浸漬石墨材料的研究主要集中于其制備工藝，但是由于各個(gè)生產(chǎn)廠家對(duì)材料的浸漬工藝進(jìn)行保密，目前公開發(fā)表的論文中很少有制備工藝方面的詳細(xì)介紹，因此參考資料較少。我國(guó)對(duì)于浸漬石墨材料的研究仍處于起步階段。國(guó)內(nèi)外對(duì)浸漬石墨密封材料的摩擦性能研究大部分在常溫常壓介質(zhì)的條件下進(jìn)行，而在高溫、真空及腐蝕性環(huán)境下的摩擦磨損性能研究卻很少涉及。而浸漬石墨材料在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵和核主泵等領(lǐng)域的潛在應(yīng)用，浸漬石墨材料的抗氧化、耐高溫磨損、濕熱環(huán)境老化及耐腐蝕性能的研究將進(jìn)一步深入。同時(shí)應(yīng)該針對(duì)苛刻的應(yīng)用條件及特殊的工況應(yīng)用，積極開展新型浸漬石墨材料的制備研究。

參考文獻(xiàn)

[1] 羅偉.淺談炭石墨密封材料在機(jī)械密封中的應(yīng)用與發(fā)展[J].炭素，2005（2）：35-38.

[2] 馮勇祥.國(guó)外浸金屬碳-石墨材料的發(fā)展概況[J].新型碳材料，1989（1）：4-13.

[3] 周序科.浸銀炭石墨復(fù)合材料的密封摩擦特性[J].新型碳材料，2001（16）：33-39.

[4] 周序科.浸銀石墨電刷的顯微組織結(jié)構(gòu)與摩擦磨損的研究[J].新型碳材料，2000（3）：28-33.

[5] 董宗玉，陳匡民，王偉，等.密封材料RC合金的摩擦磨損特性[J].流體機(jī)械，1998（27）：3-5.

[6] 孫家鵬.浸漬碳石墨密封材料在真空條件下的摩擦性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012：4-8.

[7] 何敏，王啟立，孫智.浸銻石墨摩擦磨損特性研究[J].潤(rùn)滑與密封，2006（181）：155-156.

[8] 胡亞非，王啟立.石墨密封材料潤(rùn)滑膜形成規(guī)律及摩擦磨損研究[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（39）：223-226.

[9] 胡亞非，劉頎，蔣文武，等.3種浸銻石墨材料的摩擦磨損性能實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2011（3）：352-354.