石墨轴承的润滑基理、分类和性能分析

石墨轴承的润滑基理、分类和性能分析

     从碳原子结构分析石墨材料的润滑性。石墨材料本身就存在润滑性能，这是石 墨的晶体结构所决定的。石墨的润滑性能除晶格的特定原因有先天可供润滑的结构 外，就是水和空气对它的良好润滑作用的发挥。水和空气的存在使石墨的工作面上 吸附了水和气体分子，增大了石墨互相滑动的解理面间的距离，从而减弱了它们间 的结合力。

石墨轴承有滚动轴承和滑动轴承之分，材质上又有金属、非金属、复合材料之别。 石墨轴承多用于滑动轴承，滑动轴承又分为径向轴承和止推轴承。文中主要对炭石 墨轴承、青铜石墨含油轴承和镶嵌石墨轴承进行分析。

石墨轴承以石墨材料为主要基材，应用于食品、饮料、纺织、化工等工业部门 中的运输机、干燥机、纺织机、潜水泵电机等轴承方面，这些部位如用油脂润滑剂 不可避免会引起污染，而石墨轴承的自润滑性很强，耐腐蚀，可不使用润滑油而进 行长期运转。石墨轴承的磨损与载荷、温度和速度的平方成比例，当压力为0--0. 49MPa时，各种材质的石墨轴承均能满足需要。为了提高制品的机械强度，特别是 为了提高耐冲击韧性，常用一些耐磨性能好的易熔金属进行浸渍处理。浸锑石墨轴 承允许的工作温度可达500C，锑与铜对磨时不易沾着，在大负荷和快速的情况下工 作，其耐磨性能可提高2--3倍。石墨材料的强度随温度升高而增加的趋势一直保持 到2600C左右，在高温时强度是室温的3倍。滑动轴承存在着两种摩擦形式，即静摩 擦和动摩擦，一般炭石墨轴承的静摩擦比同样情况下的金属轴承要小一些。普通炭 石墨轴承在干运转情况下，动摩擦系数在0.08-0.3之间，湿运转情况下由于存在着 边界润滑，所以动摩擦系数一般在0.01-0.1范围内。在炭刷与换向器的摩擦中，换 向器表面可产生一层褐色、深紫色、浅兰色的薄膜，这层薄膜可起润滑过程中的保 护作用。分析可知，这层薄膜主要由两部分组成，其一是与金属结合在一起的金属 氧化膜和金属氢氧化物，称为氧化薄膜。其二是炭素薄膜，在运行过程中的炭块上 剥离下来的极其细小的炭、石墨粒子、炭块材料中所含的不纯物、空气中浮游的尘 埃以及被吸附的水分和氧所组成。由此可见，保护膜的形成可起更好的润滑作用， 但也离不开水分和氧的环境。滑动轴承具有普通机械零件之间滑动接触的特征。除 摩擦、磨损发热外，还要有一定的机械强度。虽然可对石墨轴承材料进行浸渍处理 以增强其机械强度、抗冲击性，但在较大的载荷条件下，往往仍达不到所要求的机 械强度，从而人们开始用粉末冶金方法制造青铜石墨含油轴承。

 青铜石墨含油轴承采用粉末冶金法制造，在保持原有石墨轴承的主要特征外， 增加了机械强度。自承重轴承一般使用铅青铜或锡青铜/石墨基。铜/铅/石墨轴承 能耐极高的转速。铅、锡/铜主要用来合成铅、锡青铜，以增加制品的机械强度。 加入过量的锡和铅是不必要的，一般加入量在5%--10%(重量)范围，过量的铅、锡 将显著降低制品的机械强度。 

粉末冶金法制造青铜石墨含油轴承采用铜粉/石墨粉，经混合、压型、烧结而 成，选用呈树状结构的电解铜粉，其最大特点是经高温烧结之后能使轴承具有均匀 的网体结构和开放性孔穴。润滑油可充满轴承所有孔穴，并和轴承中的固体润滑剂 --石墨形成润滑性能很高的石墨胶体润滑剂。当机械运转时，轴承因摩擦升温而膨 胀导致孔穴容积缩小，加之润滑油亦因受热膨胀而溢出，起到了对轴与轴承间润滑 作用。当停止运转后，温度降低孔穴和润滑油恢复原来状态，油便被重新吸入孔穴 ，从而形成了自动润滑现象。在万一油量不足的情况下，石墨也可以单独地担当起 润滑作用，仍可保持轴承有较低的摩擦系数和较好的耐磨性能。随着轴承载荷要求 的进一步提高，青铜石墨含油轴承也难达到要求，随后人们又开发出了镶嵌石墨轴承。

镶嵌石墨轴承的制造是以金属材料为基体，它的机械强度基本取决于采用的金 属材质的机械性能，石墨作为一种固体润滑材料镶嵌在石墨轴承的摩擦面金属基体上， 用于石墨轴承工作状态下的润滑材料，但石墨也有含油效果。石墨的镶嵌可采取二种方 法，一种是熔融金属液浇铸法，另一种是在金属基材上先按照一定的排列方式加工 一些孔洞，然后将固体润滑剂嵌入其中，镶嵌石墨轴承的抗压强度、抗折强度、热 膨胀系数一般取决于基体金属材质。但镶嵌石墨轴承的强度大大提高，可在重载荷下运行。

石墨轴承是机械工业中常用的一种滑动机件。石墨轴承是随着机械设备的性能要求 ，在金属轴承的基础上开发并发展起来的炭质轴承。炭质轴承有不同于金属轴承的 特性，如自润滑、耐高温、耐腐蚀、质轻等。随着科学技术的发展，人们又开发了 陶瓷球轴承、炭化硅轴承等，石墨轴承也得到了进一步的拓展，制造出了青铜石墨 含油轴承、镶嵌石墨轴承。为各种工况条件下的轴承选择提供了更大空间，满足了 不同技术条件的要求。另外，炭复合材料轴承由于它的可设计性和特有的材料功能 将是今后轴承材料的发展方向。石墨轴承有着一定的发展基础和应用市场，在此基 础上进一步研究炭石墨轴承、青铜石墨含油轴承、镶嵌石墨轴承有利于炭石墨类轴 承的发展，因为石墨轴承在制造工艺上和技术性能上都有其独特的方面，在今后的 发展中有一定的扩展性，在此做进一步分析研究，为的是得到进一步开发，在应用 中得到更加广阔的市场。