Tribological 특성 최적화 흑연 복합 플레이트 및 중대 베어링에서의 적용

흑연-브론즈 복합 재료는 극한의 기계적 및 열 응력 하에서 작동하는 중부 베어링을위한 중요한 솔루션으로 등장했습니다. 이 연구는 미세 구조 공학을 통한 흑연-개체 라미네이트의 마련된 최적화를 체계적으로 조사하고 산업 규모 베어링 시스템에서의 성능을 평가합니다. 고급 특성화 기술, 계산 모델링 및 필드 검증을 통합함으로써, 우리는 기존의 청동 합금에 비해 마모 속도가 42% 감소하고 28%의 하중 용량 개선을 보여줍니다. 흑연의 자체 윤활 특성과 청동의 구조적 무결성의 상승 효과는 정량적으로 분석되어 채굴, 에너지 및 중장기 부문의 차세대 베어링 재료에 대한 청사진을 제공합니다.

1. 헤비-듀티 베어링은 특히 풍력 터빈 기어 박스, 크러셔 밀 및 유압 굴삭기와 같은 응용 분야에서 연마 마모, 접착제 고장 및 열 저하로 인한 끊임없는 문제에 직면 해 있습니다. 전통적인 재료는 종종 높은 접촉 압력 (> 2 gpa)에서 지속적인 윤활과 기계적 강도의 균형을 유지하지 못합니다. 흑연-브론즈 플레이트 , 흑연의 라멜라 고체 윤활 및 청동의 연성을 활용하면 패러다임 전환이 발생합니다. 이 작업은 두 가지 핵심 격차를합니다.

인터페이스 디자인 : 그래프 분산 토폴로지 (플레이크 대 결절)가 제 3 바디 트라이 보 필름 형성을 지배하는 방법.

작동 한도 : 진동 하중의 복합 저하를위한 임계 PV (압력계) 임계 값을 정량화합니다.

2. 재료와 방법
2.1 복합 제조
기본 매트릭스 : CUSN10 청동 합금 (83 vol%), 곡물 정제를 위해 0.5% Ni로 사전 합금.

흑연 강화 : 자기장 보조 소결을 통해 정렬 된 17 vol% 합성 흑연 (5-20 μm 플레이크).

공정 : 분말 야금은 98.6% 이론적 밀도를 달성하기 위해 열 프레스 소결 (850 ℃, 150 MPa, AR 대기)과 결합된다.

2.2 Tribological Testing
장비 : PIN-ON-DISC TRIBOROMER (ASTM G99), 3D 프로필 측정 및 현장 내 적외선 열 화상학.

정황:
하중 : 50–400 N (Hertzian 접촉 압력 : 1.2–3.5 GPA)
슬라이딩 속도 : 0.1–1.5 m/s
윤활 : 경계 체제 (오일 굶주림)

2.3 미세 구조 분석
지하 표면 변형 매핑을위한 FIB-SEM.
트리포 필름 흑연화 학위를 특성화하는 라만 분광법.

3. 결과와 토론
3.1 마찰 및 마모 행동
최적의 흑연 분산 : 슬라이딩 방향에 평행 한 플레이크 정렬은 마찰 계수 (μ)가 0.38 내지 0.21로 감소합니다 (그림 3A).
마모 메커니즘 전환 : 2 gpa 미만의 명백한 마모 대 2.8 gpa 이상의 산화 마모 (도 3b).
열 관리 : 복합 플레이트 제한된 온도 제한 온도는 3GPa에서 126 ℃, 모 놀리 식 청동에서 218 ℃로 상승한다.

3.2 Tribofilm 역학
자가 치유 층 : XPS는 나노 결정 흑연 (ID/IG = 0.18) CUO 나노 입자로서 트리 보 필름 조성을 확인했으며, 1,200주기마다 보충되었다.
스트레스 재분배 : 유한 요소 모델링이 밝혀진 흑연 플레이크는 전단 변형의 67%를 흡수하여 균열 핵 생성을 지연시킵니다.

4. 산업 응용 사례 : 광업 분쇄기 베어링
기준선 : 전통적인 Babbitt-Metal 베어링은 1,200 시간마다 교체가 필요했습니다.
흑연 브론즈 개조 :
현장 데이터 : 2.4 GPA 동적 하중 미만의 2,050 시간 서비스 수명.
실패 분석 : 수명 종료 표본은 치명적인 스펠링없이 균일 한 흑연 고갈 (<5% 두께 손실)을 보여 주었다.
경제적 영향 : 10,000 톤/일 가공 공장의 31%의 다운 타임 비용 감소.

5.이 연구는 흑연-브론즈 복합재를위한 다기능 설계 프레임 워크를 확립하여 달성합니다.
Tribological Synergy : 통제 된 이방성을 통한 흑연의 윤활성과 청동의 강인함.
예측 모델 : 온도 의존적 ​​흑연 각질 제거율을 포함하는 수정 된 아치형 방정식 (r² = 0.93).
산업적 확장 성 : ISO 4378-1 준수 베어링 테스트의 검증은 OEM 채택에 대한 준비를 확인합니다.
향후 작업은 MXENE 첨가제가있는 하이브리드 복합재를 탐색하여 저하 북극 작전에서 PV 제한을 더욱 향상시킬 것입니다 .