[00117785]一种铜基石墨复合润滑与密封材料

一、课题来源与背景 该课题来源为中国科学院青年创新促进会优秀会员项目“极端环境服役长寿命智能陶瓷润滑材料的构建与性能研究”（项目编号：2013272）。 机械密封是各种机械装备传动系统中必不可少的部分,近年来,随着我国现代工业和高技术的飞速发展,机械部件的运行工况越来越苛刻、条件越来越复杂,对机械密封材料的可靠性和稳定性提出了更高的要求。据不完全统计,机械密封泄漏大约有80%~90%是由于密封端面摩擦副失效造成的,其主要是摩擦副材料的磨损问题。 石墨密封材料是应用最为广泛的一种动密封材料,特别是高纯石墨广泛应用于各种高端装备中作为密封材料,但目前还存在以下问题：由于石墨材料具有低的热导系数,使得装备在高速运转时易产生大的摩擦温升;纯石墨制品机械强度低、冲击韧性差,导致构件可靠性低。因此,迫切需要发展优异自润滑性能和高服役可靠性的润滑与动密封材料。 二、研究目的与意义 该课题旨在研究开发一种具有优异自润滑、耐磨损、高导热和高服役可靠性的润滑与动密封材料,以克服当前石墨动密封件易磨损失效和断裂失效等造成泄漏的问题,满足新一代高端装备传动系统对高性能动密封材料的新需求。 三、主要论点和依据 石墨密封材料广泛应用于各种高端装备传动系统中作为动密封组件,随着服役环境的日益苛刻,其脆性大、抗冲击性能差、导热效率低、以及磨损严重的等问题亟待解决。铜石墨复合自润滑材料具有优异的自润滑和耐磨性能,但均质的铜石墨复合材料存在抗冲击性能较差、服役可靠性差等问题。结合材料性能目标要求,设计开发了具有三维高整体强度的非均质铜石墨复合润滑与密封材料,实现铜相与石墨相结构和功能的互补,铜骨架具有高导热、耐磨损的特性,能提升材料抗冲击性能和服役可靠性,石墨相起到优异自润滑性能。利用两相特定结构的组合实现各个组分优异性能的有机叠加,干摩擦条件下材料摩擦系数可低至0.13,抗冲击韧性和抗压强度分别可高达30000J/m2和400MPa。并根据复合材料结构特点设计了可控制备方法及相界面性能调控技术。 四、创见与创新 （1）首次提出了三维高整体强度铜石墨复合润滑与密封材料的构筑方案,其中石墨相呈颗粒状分布在铜或铜合金的基体中,使得铜基体材料连接为一个连贯的整体骨架,实现优异的抗冲击性能和导热性能;镶嵌在铜骨架中的石墨颗粒可实现复合材料表面自润滑功能,进而实现两者有机统一,有效改善现役石墨密封材料存在的问题。 （2）石墨与铜的界面状态对复合材料整体性能有重要影响,通过原位化学反应改变石墨颗粒表面状态可调控石墨与铜的界面结合强度等特性,实现了对材料性能的有效提升和调控,提出可控制备和调控方法。 五、社会经济效益及存在的问题 动密封机械装备传动系统不可缺少的部分,研制的铜石墨复合润滑与密封材料兼具优异的自润滑、导热、耐磨损、抗冲击等性能,有望改善现役石墨密封材料存在的问题,不仅能够满足新一代高端装备传动系统对动密封材料的需求,还可实现进口替代,具有广泛的市场价值和经济效益。 六、历年获奖情况 无。