Tribotechnické listy

 

 

Cu-grafit - klzný materiál pre vysoké prúdové hustoty

Medené zliatiny na báze cínu alebo olova a kompozity Cu zliatina - grafit sa často používajú v bežných klzných kontaktoch. V klzných aplikáciách vyžadujúcich vysoké prúdové hustoty pri nízkom napätí je však nevyhnutné použiť materiál s vysokou elektrickou vodivosťou, dobrou tepelnou vodivosťou a nízkym koeficientom trenia. Kontakty boli v minulosti riešené pomocou ortute, ktorá však predstavuje vysoké ekologické a zdravotné riziko v prípade havárie alebo poruchy.

 

emmer4

Z týchto dôvodov bol navrhnutý a vyrobený Cu-grafitový kompozitný materiál, pripravený z práškov grafitu a čistej medi bez ďalších aditív. Vzhľadom na zloženie bolo pozorované, že so zvyšujúcim sa obsahom grafitu v kompozite koeficient trenia a opotrebenie týchto kompozitov najskôr klesá, keď sa dosiahne určitá kritická koncentrácia koeficient trenia zostáva približne konštantný (obr. 1), opotrebenie však naďalej klesá.

emmer

Obr. 1: Závislosť koeficientu trenia na objemovom podieli grafitu


Počas trenia dvoch kusov materiálu vzniká tribovrstva, ktorá sa zvyčajne označuje ako mechanicky zmiešaná vrstva (MML - mechanically mixed tribolayer). Prítomnosť MML znižuje priamu kontaktnú plochu medzi kompozitom a proťajškom, čím sa zlepšuje odolnosť kompozitu voči opotrebeniu. Nakoľko grafit je dobrý lubrikant, už jeho malé množstvo v medenej matrici vedie k významnému poklesu koeficientu trenia. Je to dôsledok mechanických vlastností grafitu a čisto mechanickej väzby medzi meďou a grafitom (vďaka nízkej rozpustnosti uhlíka v medi, ktorá neprevyšuje 0.02 at.% do vysokých teplôt). Ukázalo sa, že koncentračný prah grafitu významne závisí na štruktúre kompozitu, najmä na veľkosti použitých grafitových práškov.

 

emmer1

emmer2

Obr. 2: Štruktúry kompozitného materiálu Cu - 50 obj.% grafitu: hore - zmes práškov, dole - grafitový prášok povlakovaný meďou

 

Preto bol pripravený nový kompozit z povlakovaného prášku grafitu. Medený povlak za predpokladu úplného pokrytia povrchu grafitového prášku vytvára v štruktúre zhutneného práškovo-metalurgického kompozitného materiálu nekonečný a spojitý medený skelet. Spojitý skelet, ktorý sa vytvorí počas spekania povlakovaných práškových častíc grafitu významne ovplyvňuje výsledné mechanické a fyzikálne vlastnosti kompozitných materiálov (obr. 2).
Získané výsledky umožnili použiť skúmaný časticový kompozitný systém meď-grafit na výrobu elektrických klzných kontaktov do švových zváracích automatov a nahradiť v tomto prípade používanie ortuťových elektrických kontaktov pre vysoké prúdové zaťaženia a nízke napätia.

 

emmer3

Obr. 3: Klzná aplikácia kompozitu Cu-grafit: zvárací stroj na zváranie brzdných doštičiek

 

Integrovaný výskum materiálov a ich aplikácií STU, s. r. o., Bratislava
Š. Emmer - ÚTM, SjF STU, J. Kováčik - ÚMMS SAV

 

 

Späť

 

Pridať komentár

* :
* :
* :
4 + 5 =
Odoslanie formulára

TriboTechnika 4/2019

TriboTechnika_4_2019 by TechPark Vydavatelstvo on Scribd