Определение коэффициента трения композиционных материалов на основе терморасширенного графита

Внедрение: 2016 г.

В Пермском национальном исследовательском политехническом университете защищена диссертация на тему «Композиционные материалы на основе терморасширенного графита для эксплуатации при температурах до 500 °С».

Для сравнения композиционных материалов (КМ) на основе терморасширенного графита по трибологическим свойствам использовалась машина трения по схеме «палец-диск» (рисунок 1). Тестовые образцы испытывали в смазочной среде и по сухой поверхности образца из стали 20Х13 с твердостью 50 HRC и шероховатостью Ra=0,84 мкм при комнатной температуре, давлении в контакте 1 – 5 МПа и скорости скольжения 0,01 – 5 м/с. Три тестовых образца-пальца (угловой шаг 120 °C) 6 выставляли по высоте и закрепляли в планшайбе с держателем 5. Пальцы 6 истирали по контртелу 7, опорой которому через шарик 9 служила стойка 10 с подшипником 11. Держатель 5 соединяли с валом через торцовую шпонку и приводили в движение через ременную передачу 2 от электродвигателя 1.

Рисунок 1. Лабораторная машина для трибологических испытаний по схеме «палец-диск»: 1 – электродвигатель; 2 – ременная передача; 3 – устройство для нагружения; 4 – опора; 5 – планшайба с держателем; 6 – образец-палец; 7 – контртело - диск с рычагом; 8 – тензометрический датчик силы; 9 – шарик; 10 – стойка; 11 – подшипник.

В процессе экспериментального определения силы трения пальцев 6 при контакте их с контртелом - диском с рычагом 7 стремились повернуть контртело в направлении вращения пальцев, чему препятствовал тензометрический датчик, удерживающий диск силой противодействия. Регистрацию этой силы, возникающей в процессе трибологических испытаний, производили на Установке измерительной LTR-U-8, оснащенной тензометрическим модулем АЦП LTR212 и компьютером. Передачу силы с диска 7 на тензометрический датчик силы 8 осуществляли через жестко прикрепленный к диску рычаг. По регистрируемой с частотой дискретизации АЦП 150,2 Гц силе рассчитывали момент трения, а затем вычисляли коэффициент трения.

Чешуйчатый графит является наиболее геологически распространенным видом природного графита. Этапы технологического процесса получения терморасширенного графита пояснены на рисунках 2, 3, 4.
 

Рисунок 2. Поверхность неинтеркалированной чешуйки графита (натуральный графит без химической обработки).

Рисунок 3. Поверхность интеркалированной чешуйки графита (внедрены молекулы и ионы серной кислоты в присутствии окислителя).

Рисунок 4. Частица терморасширенного графита (интеркалированный графит после термического удара при температуре 1500 ºС, агрегаты чешуек увеличились в объеме в процессе выпаривания интеркалита и молекул воды, что привело к увеличению расстояния между пластинками графита в агрегате чешуек).

Достоверность результатов исследования свойств КМ была обеспечена использованием поверенных средств измерения. Эксперименты проведены в единых условиях с применением статистической обработки экспериментальных данных.

По результатам промышленных испытаний в ООО «Силур» разработанные материалы рекомендованы в качестве седловых уплотнений шаровых кранов, работающих при температурах до 500 °С.

Источник: Караваев Д.М. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук «Композиционные материалы на основе терморасширенного графита для эксплуатации при температурах до 500 °С». – Пермь. – 2016.

Разработчик: Караваев Дмитрий Михайлович (ФГБОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»)