Właściwości tribologiczne kompozytów tlenek grafenu-metal

Cu-C composites are materials used for the production of brushes, contacts, and pressing shoes for electric machines due to their mechanical and wear properties. These characteristics include good thermal and electrical conductivity, a low coefficient of friction, and lubricity under varying operating conditions. Currently, graphite and copper nanopowder based materials are used as a metal-carbon material in different ratios of these components. Graphite content in this kind of material has a positive effect on the smaller consumption of, e.g., rings and commutators. In contrast, a material without graphite content is used at high current densities. The examples of such machines are a DC motor starter or generators for electrolysis characterized by large current and low voltage. The present study tested the effect of graphene oxide (rGO) content on tribological properties in contact with steel in Cu-C composites. Tests were conducted on a ball-on-disk apparatus in conditions of dry friction. Disk wear and surface geometrical structure parameters (SGP) of the samples after tribological tests were determined on the basis of measurements made on the Talysurf.3D contact profilometer from Taylor Hobson. Damage mechanisms were identified and their relationships with structural characteristics were deducted. The hardness of Cu-C materials was higher than in copper. Cu-C based materials produce a better improvement of wear resistance, while the wear resistance of the graphene oxide based composites also decreased.Kompozyty Cu-C są materiałami używanymi do produkcji szczotek, styków i ślizgów do maszyn elektrycznych ze względu na ich dobre właściwości mechaniczne i odporność na zużycie. Cechy te obejmują dobre przewodnictwo cieplne i elektryczne, niski współczynnik tarcia i samosmarność w różnych warunkach roboczych. Obecnie grafit i nanoproszek na bazie miedzi są stosowane jako materiały kompozytowe metal–węgiel w różnych proporcjach. Obecność grafitu w tym rodzaju materiału ma pozytywny wpływ na mniejsze zużycie np. pierścienia i komutatora. Materiały bez dodatku grafitu na ogół są stosowane podczas używania dużych gęstości prądu. Przykładami takich maszyn są rozrusznik silnika prądu stałego lub generatory do elektrolizy charakteryzujące się dużym prądem i niskim napięciem. W niniejszym artykule zbadano wpływ zawartości tlenku grafenu (rGO) w kompozytach Cu-C na właściwości tribologiczne w kontakcie ze stalą. Testy przeprowadzono na urządzeniu z kula–tarcza w warunkach tarcia technicznie suchego. Zużycie tarcz i parametry struktury geometrycznej powierzchni (SGP) próbek po testach tribologicznych wyznaczono na podstawie pomiarów wykonanych na profilografometrze stykowym Talysurf 3D firmy Taylor Hobson. Zidentyfikowano mechanizmy uszkodzeń i powiązano z cechami strukturalnymi. Twardość materiałów Cu-C była wyższa niż w miedzi. Materiały na bazie Cu-C odznaczały się poprawą odporności na zużycie, podobnie jak kompozyty modyfikowane tlenkiem grafenu w porównaniu z materiałem osnowy