石墨材料作为典型的固体润滑材料,发挥其优良的自润滑性能和突出的耐磨性,广泛应用于不宜使用润滑油或润滑脂的场合,在机械密封领域占据非常重要的地位。有关石墨材料的制备工艺和性能的研究比较多,取得了丰富的成果,但对石墨材料在摩擦过程中的润滑规律研究和认知不足,在工程实践中多以大量实验积累经验,缺乏科学指导。本文以不同类型的石墨材料为研究对象,通过实验测定其力学性能和微观结构,结合实验研究和数值研究,探索材料、转速、载荷、温度及对磨副材料等因素对摩擦和润滑过程的影响规律,提炼石墨材料在恶劣工况下的润滑规律,为材料制备和密封结构装配提供理论依据和科学指导。首先,通过金相和扫描电镜实验,获得二维视角下材料的微观结构组成,分析浸渍剂和碳基体的分布和联结方式;并通过原子力显微镜实验,获得三维视角下浸渍剂和碳基体的空间形态和分布。其次,通过摩擦磨损实验,研究浸锑石墨、纯石墨、浸树脂石墨3种典型的石墨材料在不同转速、不同载荷、不同对磨副、不同环境温度的恶劣工况下的磨损性能。使用单因素和正交分析法,分析影响润滑膜成膜的最优因素和主要因素,初步揭示其润滑规律。然后,通过ABAQUS数值模拟,研究接触面在不同工况下的应力分布特征,进一步完善石墨材料的润滑规律。最后,针石墨材料在磨煤机旋转密封结构中应用开展模拟,推算其磨损量,预测其耐磨性能。研究结果表明:(1)纯石墨材料呈现为逆向性成膜,无效性润滑的成膜规律;浸树脂石墨材料多呈现震荡性成膜,滞后性润滑的残膜规律;浸锑石墨材料多呈现迅速性成膜,稳定性润滑的成膜规律。(2)通过单因素和正交分析法研究可知,浸锑石墨在大载荷(600 N)、高转速下(500 r/min)及以硬质合金为对磨副的工况下展现出最佳润滑性能。(3)不同工况的模拟结果表明,销模型的温度分布和接触应力分布不受高转速及高载荷工况影响,仅产生数值上的差异;在0℃、25℃、50℃的环境温度下的模拟结果表明,环境温度为25℃下浸锑石墨材料展现出最佳磨损性能。(4)通过对实际工况模拟表明,中速磨煤机额定转速为30 r/min,载荷为50 N的工况下,密封环1年内的磨损高度仅为5.86 mm,耐磨损性能极佳。论文有图75幅,表12幅,参考文献96篇。