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(lái)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(guò)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(guò)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(kāi)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(shù)脂石墨和浸漬金屬石墨。浸樹(shù)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(guò)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(guò)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(shù)脂石墨、浸漬銻石墨、浸漬呋喃樹(shù)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)速的增大而減小；隨著載荷的增大而增大；隨著試驗(yàn)中真空度的降低而減小；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(shù)脂石墨及浸漬呋喃樹(shù)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(shuō)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(shù)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(méi)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(wú)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)越小；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(yǔ)

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(kāi)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(kāi)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.