バビット含浸グラファイト：軟質金属含浸の低摩擦特性と媒体の制限

含浸グラファイトの中に軟質金属系があり、その代表がバビットです。樹脂や硬質金属の代わりに溶融した鉛-スズ合金が孔を満たし、密封とせん断可能な固体潤滑剤の役割を果たします。この低摩擦の由来、使用可能な最高温度、そして使用禁止の媒体について、本記事で明確にします。

I. 低摩擦の由来

1.1 微視的メカニズム

焼成されたカーボングラファイトは10～20％の孔隙率を持って炉から出てきます。真空圧力含浸により溶融バビットが孔に注入され、孔隙率は2％以下に低減されます。慣らし運転後、孔内の軟質金属はフェース上に超薄膜の転写膜を形成し、そのせん断強度はグラファイト基材自体より低いため、摩擦は基材との界面ではなく軟質金属層内で発生します。これは境界潤滑における低せん断膜の原理と同じです。

1.2 グラファイト本来の潤滑性との相乗効果

グラファイトの層状構造はすでに乾摩擦係数0.04～0.15を示します。バビット膜は以下の2点を付加します：低速かつ高荷重でグラファイト転写膜の形成が困難な場合に荷重を担い、また始動時に液膜が形成される前の摩耗ピークを緩和します。

II. 守るべき2つの限界

2.1 温度：およそ120～150 ℃

スズおよび鉛-スズ系バビットの融点は180～240 ℃ですが、機械的強度は120～150 ℃を超えると急激に低下し、フェースの接触応力により軟質金属が孔から押し出されます。これを超えて長期使用すると含浸材が失われ、シールの密閉性も損なわれます。より高温ではアンチモン含浸（熱油ポンプで約400 ℃まで対応可能）や樹脂含浸に切り替えます。

2.2 媒体：水系流体は不可

鉛-スズ相は水中で2つの問題を抱えます：腐食保護が不十分（不純物相がグラファイトとガルバニックカップルを形成）および軟質金属転写膜が水膜により不安定化されることです。適用範囲は非水系の境界潤滑流体、すなわち潤滑油、油圧油、ディーゼル燃料、そして弱腐食性のプロセス媒体です。

III. 他の含浸方式との比較

1.樹脂含浸：最も広い腐食対応範囲と低コストだが、摩耗・温度性能は中程度で熱伝導率はやや低い

2.バビット含浸：最低摩擦、始動・停止に優しいが、約120～150 ℃までの非水系媒体に限定される

3.アンチモン含浸：400 ℃クラスまで対応し硬質だが、バビットより摩擦は高い。熱油用途向け

4.PTFE含浸：ほぼ全ての媒体に耐性があり食品・医薬品衛生用途に適するが、熱伝導率と強度は最低

選択順序：まず媒体が水系かどうかを確認し、水系ならバビットは除外。次に温度が150 ℃を超えるかを確認し、超えるならアンチモンを使用。両方クリアし、かつ中低速で頻繁な始動がある場合はバビットが最良の低摩擦解となることが多い。

IV. まとめとアドバイス

バビット含浸グラファイトを一言で言えば、軟質金属のせん断による低フェース摩擦を得る代わりに、温度と媒体という2つの赤線を守る必要があるということです。Huahao Sealingはバビット、アンチモン、フラン樹脂、PTFEなど複数の含浸方式を持つカーボングラファイトリングを供給し、図面対応の特注品も承ります。使用温度と媒体に応じた含浸方式の推奨も可能です。