Tác động của hàm lượng than chì và phân phối đối với hiệu suất tự bôi trơn của các tấm bằng đồng than chì

Các tấm bằng đồng than chì được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp khác nhau đòi hỏi ma sát thấp, khả năng chống mài mòn và hoạt động đáng tin cậy trong tải trọng nặng hoặc môi trường khắc nghiệt. Sự kết hợp độc đáo của chúng giữa cường độ hợp kim đồng và tính chất bôi trơn rắn của than chì làm cho chúng lý tưởng cho vòng bi, ống lót và các thành phần trượt trong đó bôi trơn bên ngoài là khó khăn hoặc không mong muốn.

Trọng tâm của chức năng của chúng là hàm lượng than chì và phân phối của nó trong ma trận đồng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất tự bôi trơn, đặc điểm hao mòn và tính toàn vẹn cơ học của vật liệu composite.

Vai trò của than chì trong các tấm bằng đồng: Khái niệm cơ bản về tự tế bào
Chân than hoạt động như một chất bôi trơn rắn do cấu trúc tinh thể nhiều lớp của nó, trong đó các lực Van der Waals yếu giữa các lớp cho phép cắt dễ dàng dưới chuyển động trượt, giảm đáng kể ma sát. Trong một ma trận bằng đồng, các vùi than chì cung cấp bôi trơn liên tục tại giao diện trượt mà không cần dầu hoặc dầu mỡ, dẫn đến bảo trì thấp hơn và tuổi thọ cao hơn.

Hiệu quả của việc tự bôi trơn này phụ thuộc rất nhiều vào:
Nội dung than chì (tỷ lệ phần trăm theo thể tích hoặc trọng lượng)
Kích thước và hình dạng của các hạt than chì
Tính đồng nhất của sự phân tán than chì trong toàn bộ ma trận đồng

Ảnh hưởng của nội dung than chì đến hiệu suất bôi trơn
Một. Hàm lượng than chì thấp (<5%)
Ở mức độ than chì thấp, bôi trơn bị hạn chế vì các hạt than chì thưa thớt và có thể không tạo thành một màng bôi trơn liên tục trên bề mặt trượt.
Giảm ma sát là cận biên, và khả năng chống mài mòn có thể bị ảnh hưởng do sự hiện diện chất bôi trơn không đủ chất rắn.
Ma trận đồng thống trị các tính chất cơ học, bảo tồn độ bền và độ cứng cao hơn nhưng hy sinh bôi trơn.

b. Hàm lượng than chì vừa phải (5 trận15%)
Phạm vi này thường đại diện cho một chế phẩm cân bằng trong đó than chì là đủ để tạo thành các màng bôi trơn ổn định trên bề mặt trong quá trình hoạt động.
Hệ số ma sát giảm đáng kể và tốc độ hao mòn được cải thiện do chuyển than chì liên tục vào bề mặt giao phối.
Sức mạnh cơ học và độ bền vẫn được chấp nhận cho hầu hết các ứng dụng mang và trượt.
Nhiều thương mại Đĩa bằng đồng than chì được xây dựng trong phạm vi này.

c. Nội dung than chì cao (> 15%)
Chân than thừa dẫn đến bôi trơn phong phú nhưng làm tổn hại đến tính toàn vẹn cơ học và khả năng mang tải.
Ma trận bằng đồng suy yếu khi các hạt than chì hoạt động như các khiếm khuyết hoặc khoảng trống, giảm sức mạnh, sức đề kháng mệt mỏi và mặc đồ sống dưới tải trọng nặng.
Hàm lượng than chì cao chỉ được sử dụng khi bôi trơn là rất quan trọng và ứng suất cơ học là vừa phải.

Ảnh hưởng của phân bố than chì và đặc điểm hạt
Một. Phân phối đồng nhất
Sự phân tán đồng nhất của than chì đảm bảo tự bôi trơn nhất quán trên toàn bộ bề mặt ổ trục.
Tránh độ mòn cục bộ và các điểm nóng ma sát xảy ra nếu các cụm than chì hoặc hình thành.
Dẫn đến hành vi ma sát có thể dự đoán và ổn định và tuổi thọ thành phần dài hơn.

b. Phân phối không đồng nhất hoặc phân cụm
Hợp nhất than chì hoặc phân tán không đồng đều gây ra các điểm yếu trong ma trận đồng.
Dẫn đến thất bại cơ học sớm hoặc mệt mỏi bề mặt.
Có thể dẫn đến hiệu suất bôi trơn không nhất quán, với một số khu vực trải qua ma sát cao và những khu vực khác bị bôi trơn quá mức.

c. Kích thước và hình dạng hạt
Các hạt than chì tốt, phân phối tốt cung cấp độ che phủ bề mặt tốt hơn và màng bôi trơn mịn hơn.
Các hạt than chì lớn hơn cải thiện bôi trơn nhưng có thể làm giảm sự gắn kết ma trận.
Các hình dạng than chì hình cầu hoặc vảy ảnh hưởng đến sự dễ cắt và chuyển sang giao diện trượt.

Cơ chế bôi trơn: Sự hình thành màng than chì
Trong quá trình trượt, các hạt than chì gần bề mặt tiếp xúc cắt ra và tạo thành một màng chuyển mỏng trên bề mặt giao phối. Bộ phim này làm giảm tiếp xúc kim loại trực tiếp với kim loại, do đó giảm ma sát và hao mòn. Độ dày, tính liên tục và tính ổn định của màng chuyển này phụ thuộc vào hàm lượng và phân phối than chì:
Mức than chì đầy đủ đảm bảo màng chuyển bổ sung liên tục trong điều kiện hao mòn.
Phân tán than chì thống nhất duy trì sự hình thành màng nhất quán trên khu vực trượt.
Không đủ hoặc không bằng phẳng than chì dẫn đến màng chuyển mỏng hoặc chắp vá, giảm hiệu quả bôi trơn.

Sự đánh đổi giữa chất bôi trơn và tính chất cơ học
Tối ưu hóa nội dung và phân phối than chì là một hành động cân bằng:
Tăng than chì cải thiện bôi trơn nhưng làm suy yếu cường độ cơ học và khả năng chống mài mòn dưới tải trọng cao.
Đảm bảo phân phối đồng đều giảm thiểu suy thoái cơ học và cải thiện hiệu suất tổng thể.
Các nhà sản xuất điều chỉnh các công thức tấm bằng đồng than chì dựa trên nhu cầu ứng dụng cụ thể, cân bằng tải trọng, tốc độ, nhiệt độ và nhu cầu bôi trơn.

Cân nhắc sản xuất cho sự phân tán than chì tối ưu
Luyện kim loại bột: Hầu hết các tấm bằng đồng than chì được sản xuất bởi luyện kim bột, cho phép kiểm soát chính xác số lượng và phân phối than chì bằng cách pha trộn bột trước khi thiêu kết.
Đúc và gia công: Các phương pháp thay thế có thể đấu tranh để đạt được sự phân tán than chì đồng đều, dẫn đến các đặc tính bị tổn thương.
Kiểm soát chất lượng: Các kỹ thuật như kính hiển vi, nhiễu xạ tia X và kiểm tra độ cứng được sử dụng để đánh giá sự phân tán than chì và tối ưu hóa các tham số quá trình.

Hàm lượng than chì và phân phối của nó trong ma trận đồng là các yếu tố quan trọng nhất chi phối hiệu suất tự bôi trơn của các tấm đồng than chì. Hàm lượng than chì vừa phải (51515%) với sự phân tán hạt đồng đều mang lại sự bôi trơn tối ưu trong khi duy trì độ bền cơ học và độ bền. Các kỹ thuật sản xuất phù hợp đảm bảo sự cân bằng này, cho phép các tấm bằng đồng than chì để đáp ứng các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi phải có hoạt động ma sát thấp, không cần thiết là điều cần thiết.