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第十节 减摩材料

浏览次数: 日期:2017-06-28

减摩填料

    在摩擦材料中使用的减摩填料包括两类材料,一类是莫氏硬度为1-2的具有各向异性晶形的非金属矿物,如石墨、二硫化钼、滑石、云母等;另一类是软金属,如铅、铜、锌等,它们的特点是硬度很低。剪切强度低,故而具有低摩擦系数和低磨损的特性。

    1,石墨

    石墨(Graphite) 的化学成份: C,系碳的同分异构体。色泽为铁黑或钢灰,有金属的光泽,条痕呈光亮黑色,有滑腻感 。

    石墨质软,莫氏硬度为1-2,密度2.1-2.3 g/cm3,具有良好的导电、导热和耐高温性能。其导电性比一般非金属矿物高一百多倍,导热性超过钢、铁、铅等金属材料。石墨熔点达3850℃左右。因此耐高温性能极为优良。

    石墨属六方晶系,形状呈六角板状或鳞片状,石墨矿物的晶体结构越完整、规则,上述的特性就越明显。在石墨的晶体里,碳原子以闭合的六碳多环状态形成六方晶系结构,其同一平面层内的相邻碳原子之间距离为1.42A。并以较强的共价键相连。而层与层的碳原子距离为3.41A,以结合较弱的范德华力相连。故而层与层的碳原子作用力要比层内者弱得多,当受到与层平行方向的剪切力时,层与层间容易滑动,故而其摩擦系数较低。一般为0.05-0.19,是工业上广泛应用的一种较好的减摩材料 。

    工业上将石墨矿物分为晶质(鳞片状)和隐晶质(土状或称无定形)两大类,通常称它们为鳞片石墨和土状石墨。

    鳞片石墨是摩擦材料中使用最广泛的一种减摩填料。 鳞片石墨结晶较好,晶体粒径大于1μm,一般为0.05-1.5mm,大的可达5-10mm。我国标准中,鳞片石墨分为高纯石墨(纯度在99.9-99.99%)、高碳石墨(纯度在94-99%)、中碳石墨(纯度在80-93%)、低碳石墨(纯度在50-79%)等四种。摩擦材料制品一般使用固定碳含量为80-90%的中碳石墨,合宜的粒径为50-90#

    土状石墨一般呈微晶集合体,晶体粒径小于m,只有在电子显微镜下才能观察到其晶形。光泽较暗淡,它们的减摩作用不如鳞片石墨,但因其价格较低。故也在摩擦材料中得到应用。

     2,二硫化钼

     二硫化钼(MoS2),外观为灰黑色,莫氏硬度1-1.5。比重4.7-4.8,熔炉点1185℃。

     二硫化钼晶形属六方晶系,具有各向异性的性质。

     它由S--Mo--S三个平面构成,这一层基本厚度为6.25A,同一层内的硫原子间距离为3.26A,每一层内部 S--Mo--S 以强的化学键作用。两层之间距离为12.30A,两层之间硫原子之间 S--S 以弱的分子引力(范得华力)作用,故二硫化钼晶体受到平行于层面的切向力作用时,剪切强度小,具有较低的摩擦系数,一般为0.03-0.15。它是工业常用的固体润滑剂。

    二硫化钼在349℃以下可长期使用,快速氧化温度为423℃,氧化产物为MoO3SO2。留下的MoS2的摩擦系数高达0.5-0.6,二硫化钼的这个特性在摩擦材料行业中,被用作高温增摩调节剂,唯其价格很高,用量受到了限制,一般是用于高档摩擦材料制品中,如某些为汽车主机厂配套(OEM)使用的轿车盘式刹车片配方就使用了MoS2

     3,滑石

    滑石(Talc)是一种含水的具有层状结构的硅酸盐矿物,分子式:Mg3[Si4O10](OH)2,属单钭晶系,矿物形态有片状、纤维状和集合体块状。

    滑石外观以灰白、白色为主,也有淡红、浅兰、灰绿等。呈脂肪或珍珠光泽,有滑腻感而得名。莫氏硬度为1,比重2.7-2.81300-1400℃不熔。

    滑石具有良好的滑润、耐热、抗酸碱、绝热及对油类良好的吸附性等特点。

    4,云母

    云母(Mica )系层状含水铝硅酸盐矿物,为 K2O--Al2O3---SiO2---H2O四元化合物。云母矿物种类很多,常用的为白云母 {KAl2CSi3AlO10)(OH,F)2} 、金云母 {KMg[Si3AlO10](OH,F)2}等。

    云母呈片状,有弹性和剥分性,硬度2-3,比重2.8-2.9。有很好的耐热性和绝缘性。

   5,金属

    在软金属铜、黄铜、铅、锌、铝中,常用于摩擦材料中的是黄铜、铜和铝。除了在低温具有一定的减摩作用外,在高温时也有减摩性能,但需注意其熔点与摩擦材料的工作温度相匹配。另外在高温时其金属氧化物会使摩擦系数升高。国内外常用的金属减摩填料有铜和铝的粉状或切屑物。高档刹车片中常加用5-8%的黄铜粉或屑,它们在高温仍具有较稳定的摩擦性能和耐磨损性。

     摩擦材料中加用金属的另一个作用是有利于提高制品的热传导性和降低摩擦表面的温度。

  

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