Графит смазочный

Графит смазочный — порошкообразный кристаллический углеродный материал, применяемый как твёрдая смазка и антифрикционный компонент. Производится при раздельном или совместном обогащении природных графитовых руд, графитсодержащих отходов металлургических производств и производства карбида кремния. Регламентируется действующим ГОСТ 8295-73 «Графит смазочный. Технические условия».

Область применения по стандарту: изготовление графитовых препаратов и паст, электропроводящих покрытий, электропроводящей резины, изделий порошковой металлургии и специального назначения.

Механизм антифрикционного действия графита

Антифрикционные свойства графита обусловлены его слоистой гексагональной кристаллической структурой. Атомы углерода в каждом графеновом слое связаны прочными ковалентными связями, тогда как между слоями действуют слабые ван-дер-ваальсовы силы. При механическом нагружении слои легко сдвигаются относительно друг друга, что обеспечивает низкое сопротивление сдвигу и снижение коэффициента трения.

При нанесении на металлическую поверхность частицы графита заполняют микронеровности и формируют прочную адгезионную плёнку. Плёнка увеличивает фактическую площадь контакта сопряжённых деталей, повышает несущую способность пары трения и препятствует сухому схватыванию металлов.

Смазочные свойства графита зависят от наличия адсорбированных молекул воды и газов на поверхностях слоёв. Эти молекулы дополнительно ослабляют межслоевые взаимодействия и облегчают скольжение. В вакууме или глубоко осушенных средах адсорбция отсутствует, коэффициент трения резко возрастает — графит теряет смазочные свойства. Это принципиальное ограничение: графит смазочный не применяется в вакуумных системах и глубоко осушенных инертных атмосферах.

Марки графита смазочного по ГОСТ 8295-73

Стандарт устанавливает пять марок: ГС-1, ГС-2, ГС-3, ГС-4 и П. Классификация марок — по ГОСТ 17022. Основные различия между марками — зольность, дисперсность, нормирование летучих веществ и содержание серы.

Физико-химические показатели марок ГС-1 — ГС-4 и П

Показатель	ГС-1	ГС-2	ГС-3	ГС-4	П
Зольность, %, не более	0,5	1,0	2,0	5,0	7,0
Выход летучих веществ, %, не более	0,5	не норм.	не норм.	не норм.	1,0
Массовая доля влаги, %, не более	0,5	0,5	0,5	1,0	1,0
Массовая доля серы, %, не более	не норм.	не норм.	не норм.	не норм.	0,2
pH водной вытяжки	6,0–8,2	6,0–8,2	6,0–8,2	6,0–8,2	6,0–8,2
Массовая доля углерода, %, не менее	расч.*	расч.*	расч.*	расч.*	91
Массовая доля частиц > 6 мкм, %, не более	40	не норм.	не норм.	не норм.	не норм.
Остаток на сетке № 0063, %, не более	не норм.	1,0	1,0	не норм.	не норм.
Остаток на сетке № 016, %, не более	не норм.	не норм.	не норм.	1,2	1,5
Остаток на сетке № 02, %, не более	не норм.	не норм.	не норм.	0,1	0,1

* Массовую долю углерода для марок ГС-1 — ГС-4 определяют расчётным путём: 100% минус сумма зольности, летучих веществ и влаги. Для ГС-1 расчётное содержание углерода составляет не менее 98,5 %. Для марки П содержание углерода нормируется явно — не менее 91 %.

Во всех марках не допускается наличие посторонних примесей, видимых невооружённым глазом.

Марка ГС-1 — графит повышенной чистоты

Графит ГС-1 — наиболее чистая марка в линейке смазочных графитов. Зольность не превышает 0,5 %, что обеспечивает минимальное содержание абразивных минеральных примесей. Дополнительно нормируется содержание частиц крупнее 6 мкм — не более 40 % от массы порошка. Такой гранулометрический состав позволяет формировать равномерную тонкую плёнку на сопряжённых поверхностях без абразивного износа.

Применяется как антифрикционный компонент в твёрдых смазочных покрытиях и для изготовления коллоидно-графитовых препаратов, где критичны низкая зольность и химическая нейтральность.

Марки ГС-2 и ГС-3 — графит среднего класса чистоты

Марки ГС-2 (зольность до 1,0 %) и ГС-3 (зольность до 2,0 %) занимают промежуточное положение по чистоте. Дисперсность контролируется по остатку на сетке № 0063 — не более 1,0 %. Летучие вещества и содержание серы стандартом для этих марок не нормируются.

Применяются в производстве электропроводящей резины, изделий порошковой металлургии, графитовых смазочных карандашей и паст, электропроводящих полимерных плёнок.

Марка ГС-4 — графит для высоконагруженных узлов трения

Графит ГС-4 допускает зольность до 5,0 %, что снижает требования к степени обогащения сырья. Дисперсный состав контролируется по остатку на сетках № 02 (не более 0,1 %) и № 016 (не более 1,2 %) — более крупный помол по сравнению с ГС-1 — ГС-3.

Предназначен для изготовления консистентных смазок, применяемых в открытых шестернях прокатных станов, рессорах автомобильного и железнодорожного транспорта, иных высоконагруженных открытых узлах трения.

Марка П — графит общего назначения

Графит марки П обладает наибольшей зольностью в линейке — до 7,0 %. Это единственная марка, для которой стандарт явно нормирует минимальное содержание углерода (не менее 91 %) и максимальную массовую долю серы (не более 0,2 %). Ограничение по сере актуально для узлов, где сернистые соединения недопустимы по условиям совместимости с материалами пары трения.

По требованию потребителя остаток на сетке № 0063 для марки П должен быть не менее 55 %, что характеризует её как относительно крупнозернистый порошок.

Применяется для приготовления смазок общего назначения, добавок к солидолам, графитовых препаратов и паст.

Критерии выбора марки

При выборе марки смазочного графита необходимо учитывать три параметра.

Зольность определяет содержание минеральных примесей (кварц, полевые шпаты, слюда и др.), которые в зоне трения работают как абразив. Для коллоидных препаратов, покрытий точных пар трения, электропроводящих составов — необходима минимальная зольность (ГС-1, ГС-2). Для открытых узлов грубого трения — допустимы ГС-4 и П.

Дисперсность влияет на качество формируемой плёнки. Чем мельче частицы, тем равномернее и тоньше покрытие. ГС-1 с ограничением по частицам крупнее 6 мкм — для тонких плёночных покрытий и коллоидных препаратов. ГС-4 и П с более крупным помолом — для пастообразных и консистентных смазочных составов.

Нормирование серы критично для меднения, никелирования и других гальванических процессов, а также для контакта с цветными металлами, где сера провоцирует коррозию. В этих случаях следует применять марку П с нормируемым содержанием серы не более 0,2 %, либо марки ГС-1 — ГС-4 при подтверждённо низком её фактическом содержании в партии.

Нейтральная реакция водной вытяжки (pH 6,0–8,2) одинакова для всех марок и исключает коррозионное воздействие на металлические поверхности.

Области применения графита смазочного

Смазочные материалы и пасты

Основная область применения — компонент пластичных смазок, паст и твёрдосмазочных покрытий. При высыхании, испарении или вымывании жидкой основы частицы графита продолжают защищать сопряжённые поверхности от износа и схватывания — это свойство называют антиаварийным смазыванием. В пластичных смазках массовая доля графита составляет, как правило, несколько процентов; в пастах — значительно выше, до 40–50 %. Готовые составы на основе смазочного графита выпускаются по отдельным стандартам — например, графитовая паста С-1.

Электропроводящая резина и полимерные плёнки

Графит марок ГС-2 и ГС-3 вводится в резиновые смеси как токопроводящий наполнитель. Электропроводность обеспечивается контактом чешуйчатых частиц, образующих проводящие цепочки в матрице полимера. Аналогичный механизм используется при производстве электропроводящих полимерных плёнок.

Порошковая металлургия

В порошковой металлургии смазочный графит выполняет двойную функцию: служит твёрдой смазкой при прессовании шихты (снижает межчастичное и пристенное трение, облегчает извлечение прессовок из пресс-форм) и одновременно является источником углерода, растворяющегося в железной матрице при спекании.

Коллоидно-графитовые препараты

Тонкодисперсный графит марки ГС-1 применяется для приготовления коллоидно-графитовых препаратов — стабильных суспензий графита в жидкой среде. Такие препараты наносятся на поверхности деталей для формирования разделительных и антифрикционных покрытий в литейном производстве, стекольной промышленности, при горячей обработке металлов давлением.

Ограничения применения

Графит смазочный не обеспечивает антифрикционной защиты в вакууме и в среде глубоко осушенных инертных газов — при отсутствии адсорбированной влаги и газов межслоевое скольжение ухудшается, коэффициент трения существенно возрастает. Для вакуумных применений используют другие классы твёрдых смазочных материалов.

При температурах выше 400–500 °C на воздухе начинается окисление графита. В окислительных средах высокотемпературное применение смазочного графита требует оценки скорости окисления для конкретных условий.

Формы поставки

Графит смазочный поставляется в порошкообразном виде. Стандартная упаковка — четырёх- или пятислойные бумажные мешки по ГОСТ 2226 массой нетто не более 30 кг. По согласованию с потребителем возможна фасовка в мягкие специализированные контейнеры для сыпучих грузов типа МК (биг-бэги). Каждая партия сопровождается документом о качестве с указанием марки, номера партии, даты отгрузки, массы и результатов испытаний по ГОСТ 8295-73.

Хранение — в заводской таре, в сухих закрытых складских помещениях, исключающих воздействие влаги и загрязнение посторонними примесями.