帶你全面了解石墨軸承

1.石墨軸承的設(shè)計與制造

碳結(jié)構(gòu)的多樣性來源于碳與碳原子之間化學(xué)鍵的多樣性，這也提供了碳材料的可設(shè)計性。石墨軸承由于其生產(chǎn)工藝和原材料的可設(shè)計性為設(shè)計制造提供了一定的空間，可以生產(chǎn)出不同性能、適用于各種技術(shù)條件和使用環(huán)境的石墨軸承。PV值是軸承設(shè)計中的一個重要參數(shù)PV=P*V，P-單位面積的載荷壓力，MPa；v——軸的線速度，米/秒

當(dāng)PV值超過各種材料的極限值時，會引起異常溫升和磨損。設(shè)計中一般要留有余量，PV值應(yīng)為極限值的50%-70%。在實際工作中，軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)因環(huán)境不同可分為干運(yùn)轉(zhuǎn)和濕運(yùn)轉(zhuǎn)。在干運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，石墨軸承的最大容許載荷受到軸承強(qiáng)度和容許磨損率的限制。最大允許線速度受限于軸承摩擦表面產(chǎn)生的熱量。磨損率受軸承材料、軸和軸承表面加工、負(fù)載、速度和周圍介質(zhì)的影響。在干運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，軸承的允許PV值也直接受到軸承材料的影響，

石墨軸承設(shè)計類型有圓柱形、圓柱形代替法蘭、圓形和特殊結(jié)構(gòu)。但考慮到石墨軸承的強(qiáng)度，碳軸承的厚度必須大于金屬軸承。厚度應(yīng)為內(nèi)徑的1/5-1/7，最小不超過3mm。軸承長度大于內(nèi)徑的2倍。軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時溫度會升高，運(yùn)轉(zhuǎn)間隙可根據(jù)軸和軸承的熱膨脹來確定，一般為軸徑的0.3%左右。

石墨軸承碳的制造工藝和其他碳制品大致相同。基本工藝包括:原料選擇、原料預(yù)處理、原料粉碎、篩分分級、粒狀和粉狀物料配比、粘結(jié)劑選擇、混合、捏合、輥壓、研磨壓制、焙燒、石墨化處理、浸漬、機(jī)械加工等。對于人造石墨產(chǎn)品，一些石墨軸承碳仍然需要金屬，以便增加機(jī)械強(qiáng)度和抗沖擊性。  

2.石墨軸承簡介

軸承是機(jī)械工業(yè)中常用的一種滑動部件。石墨軸承是在金屬軸承的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的具有機(jī)械設(shè)備性能要求的碳軸承。碳軸承具有自潤滑、耐高溫、耐腐蝕、重量輕等不同于金屬軸承的特性。隨著科技的發(fā)展，人們開發(fā)出了陶瓷球軸承、碳化硅軸承等。，而石墨軸承也進(jìn)一步擴(kuò)大了。制備了鑲嵌石墨軸承的青銅石墨含油軸承。由于石墨軸承在制造工藝和技術(shù)性能上有其獨特的方面，并且在未來的發(fā)展中會有一定的擴(kuò)展性，所以在此做進(jìn)一步的分析和研究，以便進(jìn)一步發(fā)展，在應(yīng)用上獲得更廣闊的市場。


3.石墨軸承的潤滑原理、分類及性能分析

從碳原子結(jié)構(gòu)分析石墨材料的潤滑性。材料本身具有潤滑性能，這是由石墨的晶體結(jié)構(gòu)決定的。石墨的潤滑性能除了晶格的固有結(jié)構(gòu)外，是由于水和空氣良好的潤滑作用。水和空氣的存在使石墨的工作表面吸附了水和氣體分子，增加了石墨的解理面之間相互滑動的距離，從而削弱了它們之間的結(jié)合力。軸承分為滾動軸承和滑動軸承，材料有金屬、非金屬和復(fù)合材料。
石墨軸承以石墨材料為主要基材，應(yīng)用于運(yùn)輸機(jī)、干燥機(jī)、紡織機(jī)、潛水泵電機(jī)等的軸承。在食品、飲料、紡織和化學(xué)工業(yè)部門。如果在這些部位使用油脂和潤滑劑，必然會造成污染。而石墨軸承具有很強(qiáng)的自潤滑性和抗腐蝕性，可以長時間不使用潤滑油運(yùn)行。為了提高產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度，特別是提高沖擊韌性，常對一些耐磨性好的易熔金屬進(jìn)行浸塑。浸銻石墨軸承的允許工作溫度可達(dá)500C C，銻和銅在磨削時不易粘連，在重負(fù)荷、快速度下工作時，其耐磨性可提高2-3倍。石墨的強(qiáng)度隨著溫度的升高而增加，直到大約2600C，高溫下的強(qiáng)度是室溫下的三倍。

滑動軸承中有兩種摩擦形式，即靜摩擦和動摩擦。一般情況下，碳石墨軸承的靜摩擦力比同等條件下的金屬軸承小。普通碳石墨軸承的動摩擦系數(shù)在干工況下為0.08-0.3，濕工況下由于邊界潤滑為0.01-0.1。碳刷與換向器摩擦過程中，換向器表面會產(chǎn)生一層褐色、深紫色、淺藍(lán)色的薄膜，在潤滑過程中能起到保護(hù)作用。據(jù)分析，這部電影主要由兩部分組成。一種是金屬氧化膜和金屬氫氧化物，與金屬結(jié)合，稱為氧化膜。二是碳膜，由極細(xì)的碳、運(yùn)轉(zhuǎn)時從碳塊上剝落的石墨顆粒、碳塊材料中含有的雜質(zhì)、空氣中的浮塵、吸附的水分和氧氣組成。

石墨軸承嵌體的制造以金屬材料為基礎(chǔ)，其機(jī)械強(qiáng)度基本取決于所采用的金屬材料的機(jī)械性能。石墨作為一種固體潤滑材料，鑲嵌在軸承摩擦面的金屬基體上，作為軸承在工作狀態(tài)下的潤滑材料，但石墨也有含油作用。嵌入石墨的方法有兩種，一種是熔融金屬澆鑄法，另一種是在金屬基體上按照一定的排列加工出一些孔，然后將固體潤滑劑嵌入其中。石墨軸承鑲嵌體的抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和熱膨脹系數(shù)一般取決于基底金屬的材料。但inlay 石墨軸承的強(qiáng)度大大提高，可以在重載下運(yùn)行。



4.討論

綜上所述，對碳/石墨軸承進(jìn)行了簡要的研究和分析，證實了碳石墨軸承的優(yōu)良特性。根據(jù)不同條件下的特殊潤滑要求，可以研制出不同性能、適用于各種條件的滑動石墨軸承。目前廣泛應(yīng)用于食品、紡織、印染、化工等行業(yè)，如輸送機(jī)軸承、離心泵軸承、潛水泵軸承、齒輪軸承、汽車、航空、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。

此外，還可以對碳材料的改性做進(jìn)一步的研究，開發(fā)一些新材料。如果采用碳合金法對碳材料的表面和體相進(jìn)行化學(xué)改性，其結(jié)果必將影響所得材料的結(jié)構(gòu)和性能，極有可能創(chuàng)造出一種制造潤滑石墨軸承的新型功能材料。比如碳化硅軸承的研究，有很強(qiáng)的硬度，耐高溫等特性，但是成本很高，沒有得到推廣。如果用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制造軸承，抗壓強(qiáng)度和精度會進(jìn)一步提高。

碳+有很強(qiáng)的生命力。在石墨軸承發(fā)展的同時，將研究插層石墨、石墨涂層軸承等新技術(shù)，拓展其研究和應(yīng)用領(lǐng)域。石墨軸承在未來會得到更大、更廣、更新的發(fā)展。