机械密封摩擦副硬质材料介绍

机械密封2018-05-15 06:28:37


    一、金属材料
    在某些机械密封中,由于金属的加工性能好,常常使用金属材料作为密封面材料。一般情况下都使用合金来制造密封,如,镍合金(镍合金铸铁)、硬质合金(含钻、铬和钦的合金)等;对于一些不耐腐蚀的如,铸铁、模具钢和轴承钢等特殊钢常用于低负荷、油类液体。在大亚湾核电站中,有一些使用金属做机械密封密封面的例子。CRF循环水泵机械密封的动环,它使用耐海水铸铁制造:SRI冷却水泵机械密封的静环,使用不锈钢制造。现在主要的机械密封硬环材料主要有硬质合金(YG6), SiC、三氧化二铝等,在船用机械密封中还有更硬的材料碳化棚,由于其硬度更高,加工难度较大,故使用量较少。


 

二、工程陶瓷(氧化铝)

    氧化铝硬度高、耐磨性好,但是耐热冲击能力低。在氧化铝中添加少量金属元素制成氧化铝金属陶瓷。其成分中88~92%是AL203,其余为Fe, Cr, Ni等金属元素。加入金属元素可以改善氧化铝金属陶瓷的导热率和降低脆性,但其耐腐蚀性有所下降。这种陶瓷常用于批量较大的汽车冷却水泵机械密封中。
    工业陶瓷在机械密封中使用以来,继续被高性能的碳化硅所替代,只有耐腐蚀性能最佳的、纯度为99.5%的氧化铝在石油化工中有一定量的应用。

三、硬金属(碳化钨)

    烧结碳化钨由坚硬的碳化物颗粒与韧性金属(钻、镍)粘结剂烧结而成。通常用于重载  (高PV值)场合。尽管其价格较贵,但是,因为它韧性和刚性大、耐磨性好而越来越多地应用在机械密封中。6%钻基碳化钨使用范围最广;镍基碳化钨由于耐腐蚀性更好而在石油化工中使用更多,但其综合性能较钻基碳化钨差一些,但其耐腐蚀性较钻基碳化钨好一些。  

四、新型陶瓷(碳化硅、氮化硅)
    相对于碳化硅,氮化硅的硬度和耐腐蚀性有些欠缺,更主要的是材料脆性大,在加工和安装过程中较易损坏,所以在机械密封中应用较少。
    碳化硅的硬度接近金刚石并具有突出的耐磨性。碳化硅是在机械密封中应用最广泛的材料之一。


    

    碳化硅除在高温下溶融强碱和强氧化气体外,在全浓度硫酸和沸点接近的苛性碱中也能稳定地使用,特别是在很大的温度范围内保持耐腐蚀性和耐磨性。

    碳化硅的制造方法很多,下面介绍几种:
    1.常压烧结碳化硅(无压烧结sic )
    采用粉末冶金的制造方法,得到高纯度的整体碳化硅坯件。碳化硅烧结后可能产生不同的结晶组织,其中a相为粒状结晶;0相为针状结晶。烧结a型就是将高密度a相碳化硅经模制和高温烧结而形成一个整体的碳化硅原坯件。这种材料不含游离硅,是所有碳化硅材料中最硬并且耐腐蚀性也很好。其极限温度为13700℃
    2.反应烧结碳化硅(细粒反应烧结sic)
    反应烧结碳化硅是用多孔碳型材与溶融金属反应烧结成整体碳化硅坯件。这类材料含有10~12%的游离硅。某些酸和碱类介质可以引起游离硅浸析,所以不建议用于强酸碱类介
质。在所有高硬度密封材料中,它的减摩性最好,同碳石墨配对成最优异的密封副,AP1682标准中规定优先采用这种密封副。
    3.化学汽相反应硅化石墨
    将碳石墨型材暴露在一氧化硅蒸汽中,化学蒸汽反应过程中使表面碳转化成碳化硅,有百分之几的石墨散布在表面上。这种材料在润滑性和耐磨性上有所改善。
   4.化学汽相沉积硅化石墨
    将碳石墨型材暴露在一氧化硅蒸汽中,化学沉积过程中使表面高纯度、高密度碳化硅表层。
   5.热压烧结碳化硅
    它由粒度:1 um的sic粉加入适当的添加剂,装入石墨模具内,在 2000~2100℃的热压炉内加压(30~50Mpa)制成。由于在氧化环境下,表层产生保护性的Si02膜的缘故,它是sic中化学稳定性最好的一种。这种材料常常用于耐腐蚀密封副。
    6.转换型碳化硅
    将多孔的碳石墨基体材料的表层部分与硅气体反应生成碳化硅。由于这种材料的基体是碳,所以它的力学性能低于固体碳化硅,主要用于轻载。各种碳化硅材料的主要性能见表1-5(高质密封公司数据)。    现在国外一些sic生产厂家也推出一种加碳加硅的一种,其中含有大约10~20%的游离碳和硅,这种材料较上面所说的sic其硬度和强度有所降低,但其自润滑性能有大幅提高,这对延长机械密封的运行寿命有很大帮助。

表 各种碳化硅材料的主要性能


 


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