浸渍石墨材料磨损性能研究进展

姜清军 姜超 商剑

摘 要：浸渍石墨材料越来越多地应用于动密封领域。该文主要综述了浸渍石墨材料磨损性能的研究进展，提出了浸石墨材料研究的一些建议，对今后浸渍石墨材料的研究方向和重点进行了展望。

关键词：浸渍石墨 密封 磨损 研究进展

中图分类号：TH117 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）10（a）-0145-02

石墨和焦炭等可以经过压制、烧结、石墨化等工艺制备成石墨制品，但是其气孔率较大。因此需要通过浸渍的方法充填孔隙，降低材料中的气孔率。浸渍就是将浸渍物在一定的温度与压力下压入到材料的开口气孔中去，形成网状结构，封堵孔隙，提高材料性能[1]。浸渍石墨材料可以分为浸渍树脂石墨和浸渍金属石墨。浸树脂石墨可获得较高的密度，但其使用温度低，高温摩擦磨损性能较差，适合作腐蚀环境中的密封件。浸金属石墨继承了石墨材料的耐高温，耐磨损等特性，同时提高了机械强度，拓展了浸渍石墨在高温动密封领域中的应用[2]。

1 磨损性能

周序科等[3]研究发现浸银石墨磨损过程中存在四种磨损机理：粘着磨损、磨粒磨损、摩擦氧化及表面疲劳。四种磨损机理共同交替发生作用，并且在不同的时期作用效果亦不同；粘着磨损发生在电刷接触的早期；表面疲劳在晚期比较明显；而磨粒磨损和摩擦氧化在电刷整个滑动接触过程中都起作用；电气磨损使机械磨损增加。

周序科等[4]研究还发现M209浸银炭石墨配气阀座在密封表面上形成了一层具有抗磨性质的润滑膜，使摩擦处于边界润滑状态。浸银炭石墨复合材料在高温下炭石墨基体不发生热变形，浸渍在炭石墨基体孔隙中的金属银会产生熔化析出和塑性流动形成大面积连接，不仅降低了摩擦，而且有利于密封。

董宗玉等[5]在研究RC合金与浸渍锑石墨、浸渍巴氏合金石墨、浸渍铝合金石墨对磨时发现RC合金/浸锑石墨的摩擦系数相对较大，RC合金/浸巴氏石墨次之，RC合金/浸铝合金石墨摩擦系数最小。浸金属石墨环磨损量都不大，其中较大的是浸铝合金石墨，浸巴氏合金次之，浸锑石墨最小。在水润滑条件下，RC合金与浸锑石墨显示出良好的摩擦磨损性能。

孙佳鹏[6]在研究浸渍巴氏合金石墨、浸渍环氧树脂石墨、浸渍锑石墨、浸渍呋喃树脂石墨与硬质合金YG6对磨时发现：摩擦系数随着转速的增大而减小；随着载荷的增大而增大；随着试验中真空度的降低而减小；随着温度的升高比较平稳。而磨损表面形貌表征发现：浸渍巴氏合金石墨的磨损表面平整光滑，磨痕较浅，如图1a所示；浸渍锑石墨、浸渍环氧树脂石墨及浸渍呋喃树脂碳石墨磨损表面呈现明显的粘着磨损形貌特征，磨损机制以粘着磨损为主；磨损表面发生了塑性变形，表面形成了含石墨摩擦层，如图1b所示。而纯碳石墨粘着磨损形貌严重，局部材料断裂，如图1c所示。

何敏[7]等研究了未浸渍锑石墨、浸渍锑石墨密封材料的摩擦磨损性能：相比于未浸渍石墨材料，石墨浸锑后其磨损量减少了96.6%，摩擦系数降低了45%，如图2所示。说明浸锑处理提高了石墨材料的摩擦磨损性能。胡亚非[8]等为了研究石墨密封材料润滑膜形成规律，对浸渍金属锑、浸渍树脂和人造石墨进行了摩擦磨损试验。结果表明浸锑石墨密封材料摩擦磨损状态最佳时润滑膜呈现快速形成、迅速稳定的特点，稳定阶段的摩擦系数在0.08左右。没有浸渍处理的人造石墨密封材料由于材质软，其磨粒磨损非常严重，摩擦系数在0.25左右。有膜耐磨性能最好，贫膜耐磨性能不稳定，无膜摩擦磨损严重。胡亚非[9]等还对比研究了EK3205、M170D和T163D三种浸锑石墨材料摩擦磨损性能，结果发现T163D 和M170D摩擦因数（0.130和0.135）要比 EK3205的（0.140）低；湿摩擦条件下三种浸石墨材料长时累计磨损量均为0.5m/ （100h）。作者认为浸锑石墨材料摩擦学性能并不是锑的含量越高越好，而是基体材料越致密、孔隙度分布的越均匀，摩擦因数越小；另外基体配方中加入超细粉体更有利于润滑膜的形成和稳定，石墨粒度越小，其摩擦因数越小。

2 结语

目前国内对于浸渍石墨材料的研究主要集中于其制备工艺，但是由于各个生产厂家对材料的浸渍工艺进行保密，目前公开发表的论文中很少有制备工艺方面的详细介绍，因此参考资料较少。我国对于浸渍石墨材料的研究仍处于起步阶段。国内外对浸渍石墨密封材料的摩擦性能研究大部分在常温常压介质的条件下进行，而在高温、真空及腐蚀性环境下的摩擦磨损性能研究却很少涉及。而浸渍石墨材料在航空发动机、火箭发动机涡轮泵和核主泵等领域的潜在应用，浸渍石墨材料的抗氧化、耐高温磨损、湿热环境老化及耐腐蚀性能的研究将进一步深入。同时应该针对苛刻的应用条件及特殊的工况应用，积极开展新型浸渍石墨材料的制备研究。

参考文献

[1] 罗伟.浅谈炭石墨密封材料在机械密封中的应用与发展[J].炭素，2005（2）：35-38.

[2] 冯勇祥.国外浸金属碳-石墨材料的发展概况[J].新型碳材料，1989（1）：4-13.

[3] 周序科.浸银炭石墨复合材料的密封摩擦特性[J].新型碳材料，2001（16）：33-39.

[4] 周序科.浸银石墨电刷的显微组织结构与摩擦磨损的研究[J].新型碳材料，2000（3）：28-33.

[5] 董宗玉，陈匡民，王伟，等.密封材料RC合金的摩擦磨损特性[J].流体机械，1998（27）：3-5.

[6] 孙家鹏.浸渍碳石墨密封材料在真空条件下的摩擦性能研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2012：4-8.

[7] 何敏，王启立，孙智.浸锑石墨摩擦磨损特性研究[J].润滑与密封，2006（181）：155-156.

[8] 胡亚非，王启立.石墨密封材料润滑膜形成规律及摩擦磨损研究[J].中国矿业大学学报，2010（39）：223-226.

[9] 胡亚非，刘颀，蒋文武，等.3种浸锑石墨材料的摩擦磨损性能实验研究[J].煤炭学报，2011（3）：352-354.