Углеграфитовые материалы

Для узлов трения, работающих в газовых и жидких агрессивных средах в диапазоне температур от –200 до +2000ºС со смазкой и без смазки, широко используются углеграфитовые АФМ.

Графит – полимерный материал кристаллического пластинчатого строения, одна из аллотропических разновидностей углерода. Графит бывает природным и искусственным. Графит по сравнению с другими неметаллическими АФМ обладает высокой тепло- и электропроводностью, термической стойкостью в нейтральных и восстановленных газовых средах (до 3000ºС), химической стойкостью в кислотах, щелочах, растворах солей, органических растворах; свойство самосмазываемости сохраняет от –100 до +600ºС, поэтому его часто используют в химической промышленности. Графитовые АФМ пористые, их получают из нефтяного или пекового кокса, сажи, антрацита с добавками природного графита в разных соотношениях. Но у подшипников, изготовленных из чистого графитового порошка, невысокая несущая способность – до 15 кгс/мм². При скорости скольжения до 1 м/с они плохо сопротивляются ударным и вибрационным нагрузкам. Поэтому графит обычно наполняют стекловолокном, пропитывают антифрикционными сплавами, металлами, полимерами. В результате получаются уникальные материалы, сочетающие присущие графиту высокие антифрикционные свойства, особенно при трении в воде, с достаточной прочностью, высокими упругими и теплофизическими свойствами, водо- и химстойкостью.

Стоит отметить графитопласты – графит, пропитанный эпоксидными или фенольными смолами (АМС-1, АТМ-2, АФ-3Т и др.).

Графитопласты могут работать без смазки и в условиях сухого жаркого климата и влажных тропиков; в условиях запыленности при повышенных температурах; в холодной, горячей и морской воде; в моющих растворах, в сточных водах предприятий. Их применяют в узлах трения, где нет высоких нагрузок и скоростей, но есть нестабильный режим работы с частыми остановками; где нежелательна смазка. Это и бытовая техника: магнитофоны, электробритвы, вентиляторы, стиральные машины; и промышленное оборудование: насосы для перекачивания керосина и жидкого кислорода, турбинные аэраторы сточных вод, барокамеры, рисо- и хлопкоуборочная техника, транспортеры цементных заводов и т.д.

К АФМ на основе углерода относятся углеситалл, силицированный графит, углеграфитовые материалы с различными пропитками. Основное преимущество первых двух материалов – очень высокая износостойкость по сравнению с другими АФМ (выше в 10…100 раз). Основным их потребителем является химическое производство, т.к. они стойки почти в любой агрессивной среде. Углеситалл получают на основе стеклокристаллических материалов и углеродных волокон. Силицированный графит получают пропиткой графита жидким кремнием, в результате чего образуется основа из карбида кремния с включениями кремния и графита. Для работы в гидроабразивном потоке применяют боросилицированный графит, твердость которого ещё выше. Углерод (графит, кокс, углеродные и графитовые волокна и ткани) широко используется как компонент композиционных АФМ на основе металлов и полимеров.

Резины

При смазке узлов трения водой в качестве АФМ часто используют резины.

Резина – продукт специальной обработки (горячей или холодной вулканизации) смеси каучука и серы с различными добавками (до 15). Добавки: ускорители вулканизации, наполнители, противостарители, смягчители, красители и т.п. - при определённых процентных соотношениях улучшают эластичность, морозостойкость и т.д. Другими сдовами, определяют свойства резины. Как конструкционный материал резину отличают высокие эластичность, износостойкость, сопротивление разрыву, газоводонепроницаемость, химическая стойкость, малая плотность.

По назначению резины делятся на несколько групп, одна из которых – антифрикционные резины. Резиновые подшипники в основном работают только при смазке водой и достаточной её прокачке, выдерживают окружную скорость до 20…25 м/с; в паре со сталью, бронзой, латунью имеют высокие антифрикционные свойства. К поверхности некоторых резин прививают фторуглеродные молекулы, что придает им антифрикционные и антиадгезионные свойства при трении без смазки – это специальные скользкие резины.

Податливая резина легко приспосабливается к неточностям геометрической формы сопрягаемой детали и сборки узла без нарушения в зоне нагружения непрерывности смазочного слоя, что особенно важно для узлов трения больших размеров (например, на валах роторов гидротурбин стоят резиновые вкладыши диаметром до 4 м).

Абразивные частицы существенно не влияют на резиновые подшипники, они вминаются в мягкую поверхность резины, перекатываются по ней, не производя режущего действия и выносятся с водой по смазочным канавкам. При наличии песка, ила или грязи в смазывающей и охлаждающей подшипник воде вкладыш изготавливают с большим количеством канавок и подбирают резину с наивысшей износостойкостью. Кроме того, резина хорошо амортизирует ударные нагрузки и гасит вибрации.

К недостаткам резин относятся низкая теплопроводность и склонность к различным видам старения (световое, озонное, тепловое, радиационное и др.).

Резиновые вкладыши устанавливают в узлах трения морских и речных судов, в центробежных песковых насосах, артезианских насосах, гидравлических турбинах, турбобурах и т.п.