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机械密封被广泛应用于流程工业、海洋工程和航空航天等领域的旋转机械设备轴端密封中,其密封摩擦副材料常常采用浸渍石墨和硬质材料配对,在实际服役过程中表现出了良好的密封性、可靠性和耐磨性。浸渍酚醛树脂石墨是其中常用的一种浸渍石墨。但是随着上述行业领域的高速发展,对材料的要求进一步提高,如何选择具有优良性能的浸渍酚醛树脂石墨,开展摩擦学特性研究十分必要。本文针对航空航天领域的迫切需求,在该领域常用的石墨密封材料中遴选出三种不同密封厂家生产的浸渍酚醛树脂石墨(分别以B1、H1和X1代号表示),分别与无压烧结碳化硅(Si C)和氮化钢(25Cr3Mo A)两种硬质材料组成配对副,以销-盘模式采用UMT-3摩擦磨损试验机系统开展干摩擦、乏油润滑及富油润滑状态下的变工况试验,研究浸渍酚醛树脂石墨的摩擦学特性。主要研究内容和成果如下:(1)在干摩擦条件下,随着pv值的增加,三种浸渍酚醛树脂石墨与碳化硅对磨的过程中其摩擦系数整体呈现下降趋势,随着时间的延长,摩擦界面温度升高,碳化硅圆盘表面产生了微米级Si O2颗粒,导致摩擦系数下降,磨损机理由轻微的磨粒磨损和粘着磨损转变为较严重的磨粒磨损、粘着磨损,并产生了疲劳磨损;三种石墨与25Cr3Mo A对磨时的摩擦系数变化趋势与其和Si C对磨时一致,但石墨销的磨损率要比同工况下与Si C对磨时低,磨损机理则从轻微的磨粒磨损和粘着磨损变成严重的粘着磨损。石墨化度为45%的H1石墨在与碳化硅或25Cr3Mo A配副对磨时,在三种石墨材料中均表现出最优的综合摩擦学特性;此外,三种石墨材料的磨损率受速度影响大于载荷影响。(2)在乏油润滑条件下,三种石墨与碳化硅或25Cr3Mo A配对的摩擦磨损过程均可分为四个变化阶段:稳定阶段、上升阶段、下降阶段以及再次稳定阶段,相邻阶段的演变受到润滑油膜层在摩擦界面存在的时长以及石墨销对磨硬质材料上石墨转移层的稳定形成过程等因素的影响;当摩擦副处于第二阶段,此时油膜破坏而石墨层未形成,摩擦界面上石墨磨屑和油的混合粘附物的存在导致摩擦副粘性剪切力上升,进而造成温度大幅上升。(3)在富油润滑条件下,随着pv值的增加,三种石墨与碳化硅配对副的摩擦系数基本上保持在0.1以下,而与25Cr3Mo A配对副的摩擦系数在0.04附近波动,磨损机理均表现为粘着磨损和疲劳磨损;油膜的存在使得摩擦界面温度自启动后不久便大幅下降,持续短时间后再呈现缓慢阶梯状的上升趋势。(4)综合考虑不同润滑状态下试验结果,石墨化度适中的石墨材料具有较优秀的综合摩擦学特性。