机械密封技术的水平与密封材料有着密切的联系。随着材料科学的迅速发展,品种日益增多,促进了机械密封水平不断提高。同时由于近代工业发展,高温密封、低温密封、超低温密封、高压密封、高速密封以及易燃、易爆、有毒、强腐蚀性介质、含有固体悬浮颗粒介质密封提出了更高要求,为了保证密封性能及长久的使用寿命,除了应合理的设计密封结构及完善制造工艺之外,更主要的是选用密封材料。因此,对于密封装置来说,密封结构设计是基础的话,材料则是关键的环节。目前机械材料发展趋势是:提高密封材料的性能、开发新型工程陶瓷材料、大力发展和多用复合材料。
机械密封由若干个机械零件组成,所用材料大致可分为摩擦副组对材料、辅助密封圈材料、弹性元件和其它结构件材料。
第一节 摩擦副组对材料
摩擦副组对是材料力学性能、化学性能、摩擦特性的综合应用。为保证密封摩擦副具有长久的使用寿命和良好的密封性能,在选择摩擦副材料组对时,应注意:
1.必须具有耐磨性。
机械密封的一个特点就是具有长久的使用寿命,由于使用的条件不同,使用寿命也不一样,但一般都在一年以上。因此摩擦副材料的耐磨性从使用寿命上考虑应是材料选择的第一个重要条件。
2.必须具有耐腐蚀性。
机械密封的端面泄漏量由E、Mayar的漏泄量计算方式,密封端面在边界润滑条件下运行,端面泄漏量q为
q=πDm.ΔP.h2.s/Pb2
式中Dm—端面平均直径;
ΔP—密封端面两侧压差;
h—折合间隙;
S—间隙系数;
Pb—端面比压。
由此可以看出,端面漏泄量与端面的折合间隙二次方成正比,因此,即使端面材料由于少量的腐蚀使折合间隙增大,也会使端面泄漏量增加很多。腐蚀对密封性能的影响外,腐蚀磨损的结果也会使平均寿命大大减少。在选择摩擦副材料时要根据密封介质的性质来考虑材料的耐蚀性问题。
3.机械强度高。
为防止产生强度破坏和端面变形,必须选择具有一定机械强度的材料。
4.良好的耐热性和热传导性能。摩擦热会给摩擦副的磨损带来不利影响。端面材料必须具有良好的耐热性和导热性。
5.摩擦系数小且有一定的自润滑性。摩擦系数直接影响到摩擦热的大小。在许多情况下端面摩擦不是处于充分的润滑状态,因此摩擦副组对材料的选择必须考虑这两个因素。
6.气密性好。
密封材料组织紧密、无空隙、不渗漏是密封性能良好的先决条件。
7.摩擦副组对的相容性。
不同摩擦副组对材料,由于材料表面分子结构不同,相互摩擦磨损机理不同,在密封不同介质时会有不同的密封效果及使用寿命。因此两种材料组成摩擦副要有好的相容性。由于密封工况多样化,摩擦副组对的相容性在使用上的经验还是很重要的。
8.易成形和加工。这有利于降低成本,保证加工精度。
目前,还没有一种材料能同时满足上述各项要求。选材时,应针对影响密封性能的主要因素,并以合理的结构设计来弥补其材料本身的不足,扬长避短,充分发挥材料的优点来满足密封的要求。