浸漬石墨材料磨損性能研究進展

姜清軍 姜超 商劍

摘 要：浸漬石墨材料越來越多地應用于動密封領域。該文主要綜述了浸漬石墨材料磨損性能的研究進展，提出了浸石墨材料研究的一些建議，對今后浸漬石墨材料的研究方向和重點進行了展望。

關鍵詞：浸漬石墨 密封 磨損 研究進展

中圖分類號：TH117 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）10（a）-0145-02

石墨和焦炭等可以經過壓制、燒結、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，形成網狀結構，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，同時提高了機械強度，拓展了浸漬石墨在高溫動密封領域中的應用[2]。

1 磨損性能

周序科等[3]研究發現浸銀石墨磨損過程中存在四種磨損機理：粘著磨損、磨粒磨損、摩擦氧化及表面疲勞。四種磨損機理共同交替發生作用，并且在不同的時期作用效果亦不同；粘著磨損發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滑動接觸過程中都起作用；電氣磨損使機械磨損增加。

周序科等[4]研究還發現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的潤滑膜，使摩擦處于邊界潤滑狀態。浸銀炭石墨復合材料在高溫下炭石墨基體不發生熱變形，浸漬在炭石墨基體孔隙中的金屬銀會產生熔化析出和塑性流動形成大面積連接，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、浸漬鋁合金石墨對磨時發現RC合金/浸銻石墨的摩擦系數相對較大，RC合金/浸巴氏石墨次之，RC合金/浸鋁合金石墨摩擦系數最小。浸金屬石墨環磨損量都不大，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、浸漬環氧樹脂石墨、浸漬銻石墨、浸漬呋喃樹脂石墨與硬質合金YG6對磨時發現：摩擦系數隨著轉速的增大而減小；隨著載荷的增大而增大；隨著試驗中真空度的降低而減小；隨著溫度的升高比較平穩。而磨損表面形貌表征發現：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、浸漬環氧樹脂石墨及浸漬呋喃樹脂碳石墨磨損表面呈現明顯的粘著磨損形貌特征，磨損機制以粘著磨損為主；磨損表面發生了塑性變形，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滑膜形成規律，對浸漬金屬銻、浸漬樹脂和人造石墨進行了摩擦磨損試驗。結果表明浸銻石墨密封材料摩擦磨損狀態最佳時潤滑膜呈現快速形成、迅速穩定的特點，穩定階段的摩擦系數在0.08左右。沒有浸漬處理的人造石墨密封材料由于材質軟，其磨粒磨損非常嚴重，摩擦系數在0.25左右。有膜耐磨性能最好，貧膜耐磨性能不穩定，無膜摩擦磨損嚴重。胡亞非[9]等還對比研究了EK3205、M170D和T163D三種浸銻石墨材料摩擦磨損性能，結果發現T163D 和M170D摩擦因數（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時累計磨損量均為0.5m/ （100h）。作者認為浸銻石墨材料摩擦學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，摩擦因數越小；另外基體配方中加入超細粉體更有利于潤滑膜的形成和穩定，石墨粒度越小，其摩擦因數越小。

2 結語

目前國內對于浸漬石墨材料的研究主要集中于其制備工藝，但是由于各個生產廠家對材料的浸漬工藝進行保密，目前公開發表的論文中很少有制備工藝方面的詳細介紹，因此參考資料較少。我國對于浸漬石墨材料的研究仍處于起步階段。國內外對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的條件下進行，而在高溫、真空及腐蝕性環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動機、火箭發動機渦輪泵和核主泵等領域的潛在應用，浸漬石墨材料的抗氧化、耐高溫磨損、濕熱環境老化及耐腐蝕性能的研究將進一步深入。同時應該針對苛刻的應用條件及特殊的工況應用，積極開展新型浸漬石墨材料的制備研究。

參考文獻

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

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

[3] 周序科.浸銀炭石墨復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構與摩擦磨損的研究[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：哈爾濱工業大學，2012：4-8.

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

[8] 胡亞非，王啟立.石墨密封材料潤滑膜形成規律及摩擦磨損研究[J].中國礦業大學學報，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驗研究[J].煤炭學報，2011（3）：352-354.