Медно-графитовые материалы

Медно-графитовые материалы — антифрикционные и электротехнические композиты, получаемые методом порошковой металлургии: прессование шихты с последующим спеканием в защитной атмосфере. Структура представляет собой медную матрицу с равномерно распределёнными включениями графита. Такое сочетание обеспечивает высокую электропроводность, низкий коэффициент трения и эффект самосмазывания — за счёт выхода графита на рабочую поверхность в условиях сухого или граничного трения.

Медно-графитовые изделия делятся на два принципиально разных класса с различными требованиями к составу, пористости и нормативной базе: антифрикционные порошковые материалы для узлов трения (подшипники скольжения, втулки, вкладыши) и металлографитные щётки для скользящего электрического контакта. Требования к ним регулируются разными стандартами, и при выборе марки необходимо чётко понимать, к какому классу относится изделие.

Состав медно-графитовых материалов

Антифрикционные порошковые материалы по ГОСТ 26719-85

Основа — медный порошок или порошок оловянистой бронзы. Графит выполняет роль твёрдой смазки, равномерно распределённой в матрице. В зависимости от марки в состав дополнительно входят олово, железо, хром. Марки обозначаются по системе: П — порошковый, А — антифрикционный; далее — основа и легирующие элементы (Бр — бронза, О — олово, Гр — графит, Ж — железо, Х — хром). Цифра после «Гр» указывает на повышенное содержание графита в ряду схожих композиций (например, ПА-БрОГр, ПА-БрОГр2, ПА-БрОГр4, ПА-БрОЖГр).

Пористость спечённого изделия — ключевой технологический параметр. Открытые поры служат резервуаром смазки: при нагреве она выдавливается на рабочую поверхность, при остановке — впитывается обратно. Это обеспечивает работу в режиме «масляного тумана» без постоянной подачи смазки извне. Конкретные значения плотности, твёрдости, пределов прочности и пористости для каждой марки нормированы в таблице ГОСТ 26719-85.

Для специализированных износостойких составов в шихту вводят добавки карбидов тугоплавких металлов (TiC, WC, Cr₃C₂), которые повышают твёрдость матрицы и износостойкость при ударных и повышенных нагрузках.

Металлографитные щётки

Класс металлографитных щёток включает марки МГ, МГСО, МГС, МГС-5 и другие. Основу составляют медный порошок и графит; в зависимости от марки добавляются порошки олова и свинца. Соотношение компонентов варьируется в широких пределах: от преимущественно медных составов (для минимального переходного сопротивления и высокой допустимой плотности тока) до высокографитизированных (для снижения износа и агрессивности к коллектору). Марка МГСО (медь — графит — свинец — олово) обеспечивает повышенную износостойкость скользящего контакта. Состав и требования к каждой марке определяются ТУ предприятия в соответствии с ГОСТ Р 52157-2003.

Физико-механические и электрические свойства

Свойства изделия существенно зависят от марки, соотношения компонентов и режимов спекания. Ниже приведены типичные рабочие параметры для антифрикционных материалов на медной основе.

Параметр	Типичный диапазон	Примечание
Допустимое удельное давление	6–8 МПа	Для подшипниковых узлов; точное значение — по марке ГОСТ 26719-85
Скорость скольжения (втулки, вкладыши)	до 5–8 м/с	Сухое трение, без жидкой смазки
Окружная скорость коллектора (щётки)	до 20–25 м/с	Зависит от марки и конструкции щёткодержателя
Максимальная рабочая температура на воздухе	до 250–300 °C	Выше 300 °C медная матрица начинает интенсивно окисляться; для высокотемпературных узлов требуются чистографитовые материалы
Коэффициент трения (сухой)	0,05–0,15	Снижается при увеличении содержания графита

Применение в узлах трения

Подшипники скольжения, втулки и вкладыши

Медно-графитовые антифрикционные материалы применяются для изготовления втулок и вкладышей подшипников скольжения в узлах, где постоянная подача жидкой смазки невозможна или нежелательна: пищевое и фармацевтическое оборудование, вакуумные установки, химически агрессивные среды, механизмы с редкими пусками и длительными простоями.

Самосмазывающий эффект обусловлен пористой структурой спечённого изделия: масло, пропитывающее поры, при нагреве выходит на контактную поверхность, формируя смазочный слой. При остановке и охлаждении масло возвращается в поры. Это позволяет работать без дополнительных устройств смазки на весь расчётный ресурс изделия.

Области применения: тяжёлое и подъёмно-транспортное машиностроение, судостроение, насосы и компрессоры, металлургическое и горнодобывающее оборудование. При выборе между медно-графитовыми и бронзографитовыми изделиями следует исходить из нагрузки, скорости, среды и требований к ресурсу — у этих материалов различные механические характеристики и области оптимального применения.

Применение в электротехнике

Электроконтактные щётки для электродвигателей и генераторов

Металлографитные щётки на медной основе применяются для скользящего электрического контакта в коллекторных двигателях и генераторах, работающих при невысоких напряжениях и повышенных токовых нагрузках. Медная составляющая обеспечивает низкое переходное сопротивление и высокую допустимую плотность тока; графитовая — снижает коэффициент трения и износ рабочей поверхности коллектора.

Марка МГ применяется в крановых двигателях серий МТФ, МТН, МТКФ, МТКН и аналогичных машинах постоянного тока со средней и высшей сложностью коммутации. Марка МГСО используется преимущественно в низковольтных машинах: стартеры автомобильной и тракторной техники, генераторы малой мощности. Для ответственных узлов с высокой плотностью тока применяются составы с добавлением серебра — это снижает переходное сопротивление и увеличивает ресурс коммутации.

Токосъёмники и скользящие контакты

Медно-графитовые контактные элементы применяются в кольцевых и щёточных токосъёмниках, системах передачи тока на вращающихся узлах металлургического, химического и горнодобывающего оборудования, а также в установках катодной защиты и специальной электротехнике. Требования к конфигурации и размерам контактных пластин определяются ТУ на конкретное изделие.

Применение в сварке и воздушно-дуговой строжке

Омеднённые угольные и графитовые электроды

Для воздушно-дуговой строжки и резки применяются угольные и омеднённые (с медным покрытием) графитовые электроды. Важно: омеднённые электроды для строжки — это не объёмный медно-графитовый композит, а графитовый или угольный стержень с тонким медным покрытием. Покрытие снижает контактное сопротивление в зажиме резака, улучшает токосъём и повышает стойкость к окислению по сравнению с непокрытыми угольными электродами.

Преимущества омеднённых электродов перед чисто угольными: повышенная стойкость к окислению при высоких температурах, минимальное прилипание к основному металлу, стабильность дуги при высокой плотности тока, более низкий удельный расход. Область применения: разделка дефектных мест в отливках, выплавка корня шва, снятие фасок, строжка нержавеющих сталей и цветных металлов. Электроды выпускаются по ГОСТ 10720-75.

Формы поставки

Поставляем медно-графитовую продукцию в следующих формах:

• электроды и стержни для воздушно-дуговой строжки и резки;
• втулки и заготовки под механическую обработку;
• готовые фасонные изделия: вкладыши, щётки, контактные пластины.

Основные отрасли-потребители: тяжёлое и подъёмно-транспортное машиностроение, судостроение, металлургия, автомобильная промышленность, электротехническая промышленность.

Нормативная документация

Обозначение	Наименование	Статус
ГОСТ 26719-85	Материалы антифрикционные порошковые на основе меди. Марки	Действующий
ГОСТ 10720-75	Электроды угольные для воздушно-дуговой резки и сварки металлов. Технические условия	Действующий
ГОСТ Р 52157-2003	Щётки электрических машин. Общие технические условия	Действующий; заменил ГОСТ 24689-85, отменённый в 2015 г.
ГОСТ Р 53617-2009	Щётки электрических машин. Конструкция. Типы и размеры	Действующий
ГОСТ 12232-89	Щётки электрических машин. Размеры и методы определения переходного электрического сопротивления между щёткой и токоведущим проводом	Действующий
ГОСТ 21888-82	Щётки, щёткодержатели, коллекторы и контактные кольца электрических машин. Термины и определения	Действующий