(1) 为保证密封摩擦副具有长久的使用寿命和密封性能,在选用摩擦副材料组对时,应注意以下几项原则:
① 耐磨性强,②耐腐蚀性好,③机械强度高,④良好的耐热性和热传导性能, ⑤摩擦系数小且有一定的自润滑性,⑥气密性好,⑦易成型和加工.
(2)种类:
1.碳石墨 (CARBON)
碳石墨是用量最大,适用范围最广的摩擦副组对材料.
因为它具有下列特性:具有良好的自润滑性和低的摩擦系数;耐腐蚀性能良好;具有良好的耐温性能;导热性好且具有低的线膨胀系数;组对性能好;易于加工.
机械密封用碳石墨材料大致分为如下几类:
① 焙烧石墨(车制石墨) 从某种意义上讲,焙烧石墨分为硬质石墨和软质电化石墨。所用浸渍物有三大类:有机树脂、无机物和金属。表3-27和表3-28为机械密封用碳石墨的牌号和性能。
② 树脂结合石墨(热压石墨) 它是将烧结后的石墨粉碎,以酚醛树脂或环氧树脂等作粘结剂,混合后经压制烧结成制品。它的导热性较差,线胀系数大;适用于大批量生产,成本低廉;主要用于汽车冷却水泵、家用电器等低负荷的密封。
③ 热解石墨 国产热解石墨是用丙烯等碳氢化合物在高温下经热解,使碳蒸气渗透到碳石墨坯体的气孔中,起堵孔作用,开成高密、少孔、低透气性的纯碳石墨材料。适用于高温、强腐蚀工况。同于它不适于批量生产,故成本较高。
2.硬质合金(TUNGSTEN CARBIDE)
硬质合金具有很多优异性能,如高硬度、耐磨损、耐高温、线膨胀系数小,摩擦系数低和
组对性能好等综合优点,是机械密封不可缺少的摩擦副材料。
常用的硬质合金材料有:
① 钴基硬质合金 钨钴合金是以碳化钨为主体,钴为粘结相所组成的合金,用粉末冶金
方法压制烧结而成。基耐磨性比最好的高速钢高15~20倍,热导率高1~2倍。但易氧化,耐腐蚀性能差。国产主要牌号有YG6,YG8,YG15。
② 镍基硬质合金 是以碳化钨为主体,镍为粘结相所组成的合金,用粉末冶金方法压制烧结而成。耐腐蚀性好,但强度仅为钴基硬质合金的70~80%。国产主要牌号有YWN8。
③ 镍铬基硬质合金 耐腐蚀性好,强度及硬度高,并且具有无磁性的独特性能。国产主要牌号有W7。
④ 堆焊硬质合金 堆焊硬质合金有钴基和铬基两种,用作机械密封摩擦副环以前者居多。国外根据这类合金具有光泽的特性命名为“Stellite”(司太立特)。由于它的硬度不高且不均匀,所以耐磨性较差,因而泵用机械密封已很少采用;但在PV值不高的釜用机械密封中,仍然占有重要地位。
⑤ 另外还有钢结硬质合金,RC硬质合金和碳化铬硬质合金。
3. 工程陶瓷(CERAMIC)
工程陶瓷具有极好的化学稳定性,硬度高,耐磨损,是耐腐蚀机械密封理想的摩擦副组对材料。但工程陶瓷共有的缺点是抗冲击韧性低,脆性大。
机械密封用工程陶瓷有:氧化铝陶瓷、氧化铝金属陶瓷、铬钢玉陶瓷、碳化硼陶瓷等。
① 氧化铝陶瓷 根据纯度不同分为99瓷和95瓷,其性能的差异主要为99CE抗弯强度高,硬度高,热膨胀系数小。
② 氧化铝金属陶瓷(黑瓷) 氧化铝基金属陶瓷是在Al2O3中添加了少量的金属元素而构成。金属陶瓷成分中,Al2O3含量为88%~92%,余量为Fe、Cr、Ni等。其硬度在HRA84~88之间。陶瓷中加入金属可改善其热导率,降低脆性,但耐腐蚀性有所下降。目前主要用于批量较大的汽车冷却水泵以及潜水泵的机械密封上。
③ 喷涂陶瓷 等离子喷涂技术及其耐磨耐蚀陶瓷涂层是国外70年代用于机械密封的新技术和新材料。Cr2O3陶瓷涂层具有硬度高,耐磨、耐蚀等优点。但开口气孔多。喷涂陶瓷密封环的组对材料多为碳石墨,碳石墨的硬度低于70HS为宜。这组配对材料使用的pv值较低,使用温度应在200℃以下,广泛用于醋酸等有机介质。
4.碳化硅 (SILICON CARBIDE)
碳化硅陶瓷是继上述各种陶瓷之后开发的新型陶瓷。它重量轻、比强度高、摩擦系数小、抗辐射性能好,具有一定的自润滑性、组对性能好、化学稳定性和耐热性以及热传导性能都很优异。碳化硅是一种脆性材料,抗机械冲击性较差。
由于制造工艺不同,SiC制品的性能有差异.目前有4种类型:
①反应烧结SiC 它是SiC+Si组成的致密烧结体。反应烧结SiC中含有10%~20%的游离硅,游离硅是材料中的无用物,不耐强碱和氧化性介质的腐蚀。反应烧结SiC的优点是制品的收缩率小,耐热冲击性好,因而适用于批量生产,成本低。
②无压烧结SiC 它是采用超细SiC粉加适量的添加剂,粘结剂压制成型,然后在2000~22000C的温度下烧结而成。适合用于数量少,规格品种多的机械密封环。
③热压烧结SiC 它由粒度≤1μm的SiC粉加上适当的添加剂,装入石墨摸具内,在2000~21000C的热压炉内加压(30~50MPa)制成。它是SiC中化学稳定性最好的一种。这种SiC用作耐腐蚀密封摩擦副环性能最好。
④气相渗透SiC 它既具有碳石墨的优点,又兼有碳化硅的特性,因此是一种有前途的碳基复合材料。
5.金属材料 主要有合金铸铁,铜合金,不锈钢。有一定的强度与硬度,但耐腐蚀差,因此不能用于水类液体和药液,通常用于低负荷,油类液体。
6.用作摩擦副的材料还有填充聚四氟乙稀,酚醛夹布塑料以及橡胶等。 |