การเพิ่มประสิทธิภาพคุณสมบัติของ tribological ของแผ่นคอมโพสิต graphite-Bronze และการใช้งานในตลับลูกปืนหนัก

วัสดุคอมโพสิตของกราไฟท์-บรอนซ์ได้กลายเป็นโซลูชั่นที่สำคัญสำหรับตลับลูกปืนหนักที่ทำงานภายใต้ความเครียดทางกลและความร้อนที่รุนแรง การศึกษาครั้งนี้เป็นการตรวจสอบการเพิ่มประสิทธิภาพของ tribological อย่างเป็นระบบของลามิเนตกราไฟท์-บรอนซ์ผ่านวิศวกรรมโครงสร้างจุลภาคและประเมินประสิทธิภาพของพวกเขาในระบบแบริ่งอุตสาหกรรม ด้วยการรวมเทคนิคการจำแนกลักษณะขั้นสูงการสร้างแบบจำลองการคำนวณและการตรวจสอบความถูกต้องของภาคสนามเราแสดงให้เห็นถึงการลดลง 42% ของอัตราการสึกหรอและการปรับปรุง 28% ในความสามารถในการรับน้ำหนักเมื่อเทียบกับโลหะผสมทองสัมฤทธิ์ทั่วไป ผลเสริมฤทธิ์กันของคุณสมบัติการหล่อลื่นด้วยตนเองของกราไฟท์และความสมบูรณ์ของโครงสร้างของบรอนซ์นั้นได้รับการวิเคราะห์เชิงปริมาณซึ่งเป็นพิมพ์เขียวสำหรับวัสดุแบริ่งรุ่นต่อไปในการขุดพลังงานและเครื่องจักรกลหนัก

1. ตลับลูกปืนที่มีหน้าที่ต้องเผชิญกับความท้าทายอย่างไม่หยุดยั้งจากการสึกหรอที่มีฤทธิ์กัดกร่อนความล้มเหลวของกาวและการย่อยสลายความร้อนโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานเช่นกระปุกกังหันลมโรงงานบดและเครื่องขุดไฮดรอลิก วัสดุดั้งเดิมมักจะล้มเหลวในการปรับสมดุลความแข็งแรงเชิงกลด้วยการหล่อลื่นอย่างต่อเนื่องภายใต้แรงกดดันการสัมผัสสูง (> 2 เกรดเฉลี่ย) จานบรอนซ์ ใช้ประโยชน์จากการหล่อลื่นของ Lamellar Solid และความเหนียวของ Bronze นำเสนอการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ งานนี้อยู่สองช่องว่างหลัก:

การออกแบบอินเตอร์เฟส: วิธีการกระจายตัวของกราไฟท์ทอพอโลยี (สะเก็ดกับก้อน) ควบคุมการสร้าง Tribofilm ที่สาม

ขีด จำกัด การปฏิบัติงาน: การหาปริมาณ PV ที่สำคัญ (ความดันความเร็ว-ความเร็ว) สำหรับการย่อยสลายคอมโพสิตในการโหลดแบบแกว่ง

2. วัสดุและวิธีการ
2.1 การผลิตคอมโพสิต
เมทริกซ์พื้นฐาน: โลหะผสมบรอนซ์ CUSN10 (83 vol%), ได้รับการผสมล่วงหน้าด้วย 0.5% Ni สำหรับการปรับแต่งข้าว

การเสริมแรงกราไฟท์: 17 vol% synthetic graphite (5–20 μmสะเก็ด) จัดเรียงผ่านการเผาด้วยสนามแม่เหล็กช่วย

กระบวนการ: ผงโลหะผสมรวมกับการเผาแบบกดร้อน (850 ° C, 150 MPa, AR ATOMSHERE) เพื่อให้ได้ความหนาแน่นทางทฤษฎี 98.6%

2.2 การทดสอบ tribological
อุปกรณ์: tribometer pin-on-disc (ASTM G99), 3D profilometry และ thermography อินฟราเรดในแหล่งกำเนิด

เงื่อนไข:
โหลด: 50–400 N (ความดันติดต่อ Hertzian: 1.2–3.5 GPA)
ความเร็วในการเลื่อน: 0.1–1.5 m/s
การหล่อลื่น: ระบอบการปกครอง (ที่เก็บน้ำมัน)

2.3 การวิเคราะห์โครงสร้างจุลภาค
FIB-SEM สำหรับการทำแผนที่การเปลี่ยนรูปแบบใต้ผิวดิน
Raman spectroscopy เพื่อกำหนดลักษณะการทำกราฟิคของ Tribofilm

3. ผลลัพธ์และการอภิปราย
3.1 พฤติกรรมการเสียดสีและการสึกหรอ
การกระจายตัวของกราไฟท์ที่ดีที่สุด: การจัดตำแหน่งเกล็ดขนานกับทิศทางการเลื่อนลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน (μ) จาก 0.38 ถึง 0.21 (รูปที่ 3A)
การเปลี่ยนกลไกการสึกหรอ: การสึกหรอที่โดดเด่นต่ำกว่า 2 GPA เทียบกับการสึกหรอของออกซิเดชั่นเหนือ 2.8 GPA (รูปที่ 3B)
การจัดการความร้อน: แผ่นคอมโพสิต จำกัด อุณหภูมิ จำกัด เป็น 126 ° C ที่ 3 GPa เทียบกับ 218 ° C ในบรอนซ์เสาหิน

3.2 Tribofilm Dynamics
เลเยอร์การรักษาตัวเอง: XPS ยืนยันองค์ประกอบของ Tribofilm เป็น nanocrystalline Graphite (ID/IG = 0.18) อนุภาคนาโน CUO เติมเต็มทุก ๆ 1,200 รอบ
การแจกจ่ายความเครียด: การสร้างแบบจำลององค์ประกอบไฟไนต์เผยให้เห็นสะเก็ดกราไฟต์ดูดซับ 67% ของความเครียดเฉือนทำให้เกิดการร้าวนิวเคลียส

4. กรณีแอปพลิเคชันอุตสาหกรรม: ตลับลูกปืนเครื่องบดเหมือง
พื้นฐาน: แบริ่ง babbitt-metal แบบดั้งเดิมจำเป็นต้องเปลี่ยนทุก ๆ 1,200 ชั่วโมง
ชุดเพิ่มเติมกราไฟท์-บรอนซ์:
ข้อมูลภาคสนาม: 2,050 ชั่วโมงอายุการใช้งานภายใต้ 2.4 GPA แบบไดนามิกโหลด
การวิเคราะห์ความล้มเหลว: ตัวอย่างสุดท้ายของชีวิตแสดงให้เห็นว่าการสูญเสียกราไฟท์อย่างสม่ำเสมอ (<5% ความหนาสูญเสีย) โดยไม่ต้องเกิดภัยพิบัติ
ผลกระทบทางเศรษฐกิจ: ลดต้นทุนการหยุดทำงาน 31% ต่อปีสำหรับโรงงานแปรรูป 10,000 ตัน/วัน

5. การศึกษานี้สร้างกรอบการออกแบบมัลติฟังก์ชั่นสำหรับคอมโพสิตกราไฟท์-บรอนซ์
Tribological Synergy: การหล่อลื่นของกราไฟท์และความเหนียวของบรอนซ์ผ่านการควบคุม anisotropy
แบบจำลองการทำนาย: สมการ Archard ที่ปรับเปลี่ยนซึ่งรวมอัตราการขัดกราไฟท์ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ (R² = 0.93)
ความสามารถในการปรับขนาดอุตสาหกรรม: การตรวจสอบความถูกต้องในการทดสอบแบริ่งที่สอดคล้องกับ ISO 4378-1 ยืนยันความพร้อมสำหรับการยอมรับ OEM
การทำงานในอนาคตจะสำรวจคอมโพสิตไฮบริดด้วยสารเติมแต่ง MXENE เพื่อเพิ่มขีด จำกัด PV ในการดำเนินงานของอาร์กติกย่อย