石墨軸承的潤滑基理、分類和性能分析
石墨軸承的潤滑基理、分類和性能分析
從碳原子結構分析石墨材料的潤滑性。石墨材料本身就存在潤滑性能，這是石 墨的晶體結構所決定的。石墨的潤滑性能除晶格的特定原因有先天可供潤滑的結構 外，就是水和空氣對它的良好潤滑作用的發揮。水和空氣的存在使石墨的工作面上 吸附了水和氣體分子，增大了石墨互相滑動的解理面間的距離，從而減弱了它們間 的結合力。
石墨軸承有滾動軸承和滑動軸承之分，材質上又有金屬、非金屬、復合材料之別。 石墨軸承多用于滑動軸承，滑動軸承又分為徑向軸承和止推軸承。文中主要對炭石 墨軸承、青銅石墨含油軸承和鑲嵌石墨軸承進行分析。
石墨軸承以石墨材料為主要基材，應用于食品、飲料、紡織、化工等工業部門 中的運輸機、干燥機、紡織機、潛水泵電機等軸承方面，這些部位如用油脂潤滑劑 不可避免會引起污染，而石墨軸承的自潤滑性很強，耐腐蝕，可不使用潤滑油而進 行長期運轉。石墨軸承的磨損與載荷、溫度和速度的平方成比例，當壓力為0--0. 49MPa時，各種材質的石墨軸承均能滿足需要。為了提高制品的機械強度，特別是 為了提高耐沖擊韌性，常用一些耐磨性能好的易熔金屬進行浸漬處理。浸銻石墨軸 承允許的工作溫度可達500C，銻與銅對磨時不易沾著，在大負荷和快速的情況下工 作，其耐磨性能可提高2--3倍。石墨材料的強度隨溫度升高而增加的趨勢一直保持 到2600C左右，在高溫時強度是室溫的3倍。滑動軸承存在著兩種摩擦形式，即靜摩 擦和動摩擦，一般炭石墨軸承的靜摩擦比同樣情況下的金屬軸承要小一些。普通炭 石墨軸承在干運轉情況下，動摩擦系數在0.08-0.3之間，濕運轉情況下由于存在著 邊界潤滑，所以動摩擦系數一般在0.01-0.1范圍內。在炭刷與換向器的摩擦中，換 向器表面可產生一層褐色、深紫色、淺蘭色的薄膜，這層薄膜可起潤滑過程中的保 護作用。分析可知，這層薄膜主要由兩部分組成，其一是與金屬結合在一起的金屬 氧化膜和金屬氫氧化物，稱為氧化薄膜。其二是炭素薄膜，在運行過程中的炭塊上 剝離下來的極其細小的炭、石墨粒子、炭塊材料中所含的不純物、空氣中浮游的塵 埃以及被吸附的水分和氧所組成。由此可見，保護膜的形成可起更好的潤滑作用， 但也離不開水分和氧的環境。滑動軸承具有普通機械零件之間滑動接觸的特征。除 摩擦、磨損發熱外，還要有一定的機械強度。雖然可對石墨軸承材料進行浸漬處理 以增強其機械強度、抗沖擊性，但在較大的載荷條件下，往往仍達不到所要求的機 械強度，從而人們開始用粉末冶金方法制造青銅石墨含油軸承。
青銅石墨含油軸承采用粉末冶金法制造，在保持原有石墨軸承的主要特征外， 增加了機械強度。自承重軸承一般使用鉛青銅或錫青銅/石墨基。銅/鉛/石墨軸承 能耐極高的轉速。鉛、錫/銅主要用來合成鉛、錫青銅，以增加制品的機械強度。 加入過量的錫和鉛是不必要的，一般加入量在5%--10%(重量)范圍，過量的鉛、錫 將顯著降低制品的機械強度。
粉末冶金法制造青銅石墨含油軸承采用銅粉/石墨粉，經混合、壓型、燒結而 成，選用呈樹狀結構的電解銅粉，其最大特點是經高溫燒結之后能使軸承具有均勻 的網體結構和開放性孔穴。潤滑油可充滿軸承所有孔穴，并和軸承中的固體潤滑劑 --石墨形成潤滑性能很高的石墨膠體潤滑劑。當機械運轉時，軸承因摩擦升溫而膨 脹導致孔穴容積縮小，加之潤滑油亦因受熱膨脹而溢出，起到了對軸與軸承間潤滑 作用。當停止運轉后，溫度降低孔穴和潤滑油恢復原來狀態，油便被重新吸入孔穴 ，從而形成了自動潤滑現象。在萬一油量不足的情況下，石墨也可以單獨地擔當起 潤滑作用，仍可保持軸承有較低的摩擦系數和較好的耐磨性能。隨著軸承載荷要求 的進一步提高，青銅石墨含油軸承也難達到要求，隨后人們又開發出了鑲嵌石墨軸承。
鑲嵌石墨軸承的制造是以金屬材料為基體，它的機械強度基本取決于采用的金 屬材質的機械性能，石墨作為一種固體潤滑材料鑲嵌在石墨軸承的摩擦面金屬基體上， 用于石墨軸承工作狀態下的潤滑材料，但石墨也有含油效果。石墨的鑲嵌可采取二種方 法，一種是熔融金屬液澆鑄法，另一種是在金屬基材上先按照一定的排列方式加工 一些孔洞，然后將固體潤滑劑嵌入其中，鑲嵌石墨軸承的抗壓強度、抗折強度、熱 膨脹系數一般取決于基體金屬材質。但鑲嵌石墨軸承的強度大大提高，可在重載荷下運行。
石墨軸承是機械工業中常用的一種滑動機件。石墨軸承是隨著機械設備的性能要求 ，在金屬軸承的基礎上開發并發展起來的炭質軸承。炭質軸承有不同于金屬軸承的 特性，如自潤滑、耐高溫、耐腐蝕、質輕等。隨著科學技術的發展，人們又開發了 陶瓷球軸承、炭化硅軸承等，石墨軸承也得到了進一步的拓展，制造出了青銅石墨 含油軸承、鑲嵌石墨軸承。為各種工況條件下的軸承選擇提供了更大空間，滿足了 不同技術條件的要求。另外，炭復合材料軸承由于它的可設計性和特有的材料功能 將是今后軸承材料的發展方向。石墨軸承有著一定的發展基礎和應用市場，在此基 礎上進一步研究炭石墨軸承、青銅石墨含油軸承、鑲嵌石墨軸承有利于炭石墨類軸 承的發展，因為石墨軸承在制造工藝上和技術性能上都有其獨特的方面，在今后的 發展中有一定的擴展性，在此做進一步分析研究，為的是得到進一步開發，在應用 中得到更加廣闊的市場。