CN102094165A - 高耐磨机械密封动环及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高耐磨机械密封动环及其制备方法，属于机械密封技术领域。是采用新型等离子喷涂技术在机械密封动环工作面制备一层耐磨陶瓷层。其特征在于：采用Al2O3～TiO2陶瓷粉，此材料具有优异的耐磨、减磨、耐蚀、绝缘和精加工等综合性能，并利用新型等离子喷涂技术制备带有纵向裂纹的耐磨陶瓷涂层，此涂层具有均匀的微细颗粒组织，涂层致密，气孔率低，涂层与基体的结合强度和涂层自身的结合强度良好，能够磨削并研磨至镜面粗糙度。试验结果表明，采用新型陶瓷涂层在旋转摩擦中表现出特有的自密封能力，又改善了表面粗糙度，填充了涂层孔隙，显示出优异的耐磨损性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐磨损机械密封动环及其制备方法，尤其涉及一种采用新型等离子喷涂工艺在机械密封动环摩擦密封面制备耐磨损的陶瓷涂层及其制备方法，属于机械密封技术领域。
背景技术
机械密封(亦称端面密封)是输送各类液体介质用旋转机械的先进动密封部件。它通常有机械密封动环和静环组成一对旋转摩擦副。静环常用摩擦系数小、化学性能十分稳定的填充石墨制造；而动环在传统上则多是采用手工堆焊CoCrW硬质合金的方法制造。在使用中，动环相对于静环做高速旋转，并利用弹簧的压力使动环和静环密封面紧密配合，以防止被输送的液体介质泄露。因此，输送腐蚀性液体介质的端面密封涂层必须具有高硬度、耐摩擦磨损、耐腐蚀、摩擦系数小、对静环的摩擦力小、磨损小等特点。
目前国内机械密封动环多采用手工堆焊CoCrW硬质合金，国外均采用陶瓷涂层技术。
发明内容
本发明的目的是提出一种采用新型等离子喷涂工艺制备陶瓷涂层及其制备方法，制得的陶瓷保护层能显著提高机械密封动环的使用寿命。
本发明的高耐磨机械密封动环，其特征在于，在机械密封动环工作面喷涂有陶瓷涂层，陶瓷层材料的化学式为AL2O3～xTiO2，x为TiO2摩尔百分比，值为1～20，熔点1840℃，密度在3.4～3.6g.cm-3。涂层具有垂直裂纹结构。陶瓷涂层镜面粗糙度Ra0.05～0.03μm。
本发明的一种高耐磨机械密封动环的制备方法，其特征在于，采用等离子喷涂工艺制备具有垂直裂纹结构的耐磨损陶瓷涂层的方法，具体包括以下步骤：
第一步，基体前处理
对选取的基体(图1中1)进行喷砂，使基体表面粗糙度Ra＜0.8；
第二步，采用等离子喷涂工艺制过渡层
将经第一步处理后的基体安装在喷涂设备的工作台上，在第一组等离子喷涂工艺条件下制得过渡层厚度为80～120μm的第一基体；
所述第一组等离子喷涂工艺条件为：喷涂距离为100～120mm，喷枪的移动速度为500～900mm/s，等离子喷涂电压为60～80V，电流为400～600A，过渡层原料为粒径50～150μm的NiAl粉末，送粉量为20～40g/min；
第三步，采用等离子喷涂工艺制备陶瓷层
将经第二步制得的所述第一基体预热到400～600℃，然后在第二组等离子喷涂工艺条件下制得陶瓷层(图1中2)厚度为150～200μm垂直裂纹结构的第二基体；
所述第二组等离子喷涂工艺条件为：喷涂距离为60～90mm，喷枪的移动速度为300～800mm/s，等离子喷涂电压为50～80V，电流为400～600A，陶瓷层原材料为粒径为50～150μm的陶瓷空心粉材，送粉量为30～60g/min。
采用等离子喷涂陶瓷涂层的机械密封动环涂层具有均匀的微细颗粒组织，涂层致密，气孔率低，涂层与基体的结合强度和涂层自身的结合强度良好，能够磨削并研磨至镜面粗糙度(Ra0.05～0.03μm)。试验结果表明，在机械密封动环工作面，采用新型等离子喷涂制备的陶瓷涂层在旋转摩擦中表现出特有的自密封能力，在表面牢牢地粘附着一层石墨薄膜，起减磨自润滑作用；又改善了表面粗糙度，填充了涂层孔隙，因而显示出优异的耐磨损性能。
附图说明
图1是本发明机械密封动环的结构示意图。
图1中1为机械密封动环2为耐磨层
图2是本发明陶瓷涂层的截面形貌的扫描照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：
第一步将市售的铝钛粉AL2O3-13TiO2在100℃的干燥箱中干燥后取出，待用；
第二步基体前处理
对选取的基体进行喷砂，使基体表面粗糙度Ra＜0.8；
第三步等离子喷涂工艺制过渡层
取沈阳金属所制备的NiAl 500g，将经第一步处理后的基体安装在喷涂设备的工作台上，在第一组等离子喷涂工艺条件下制得过渡层第一基体，设定喷涂距离为100mm，喷枪的移动速度为800mm/s，等离子喷涂电压为75V，电流为550A，送粉量为30g/min，沉积过渡层为80μm；
第四步等离子喷涂工艺制陶瓷层
取沈阳硅酸盐研究所制备的空心铝钛粉500g，将经第二步制得的所述第一基体预热到400～600℃，然后在第二组等离子喷涂工艺条件下制得垂直裂纹结构的第二基体，设定喷涂距离为70mm，喷枪的移动速度为500mm/s，等离子喷涂电压为65V，电流为500A，送粉量为30g/min，沉积陶瓷层为150μm。
将其磨削并研磨至镜面粗糙度Ra0.05～0.03μm，其具有垂直裂纹结构见图2。喷涂新结构的陶瓷涂层AL2O3～13TiO2机械密封动环使用寿命比堆焊CoCrW提高3倍以上，比传统等离子喷涂提高1倍左右。
Claims (4)
1.高耐磨机械密封动环，其特征在于，在机械密封动环工作面喷涂有陶瓷涂层，陶瓷层材料的化学式为AL2O3～xTiO2，x为TiO2摩尔百分比，值为1～20，涂层具有垂直裂纹结构。
2.按照权利要求1的机械密封动环，其特征在于，陶瓷涂层镜面粗糙度Ra0.05～0.03μm。
3.按照权利要求1的机械密封动环，其特征在于，陶瓷涂层熔点1840℃，密度在3.4～3.6g.cm-3。
4.按照权利要求1高耐磨机械密封动环的制备方法，其特征在于，采用等离子喷涂工艺制备具有垂直裂纹结构的耐磨损陶瓷涂层的方法，具体包括以下步骤：
第一步，基体前处理
对选取的基体进行喷砂，使基体表面粗糙度Ra＜0.8；
第二步，采用等离子喷涂工艺制过渡层
将经第一步处理后的基体安装在喷涂设备的工作台上，在第一组等离子喷涂工艺条件下制得过渡层厚度为80～120μm的第一基体；
所述第一组等离子喷涂工艺条件为：喷涂距离为100～120mm，喷枪的移动速度为500～900mm/s，等离子喷涂电压为60～80V，电流为400～600A，过渡层原料为粒径50～150μm的NiAl粉末，送粉量为20～40g/min；
第三步，采用等离子喷涂工艺制备陶瓷层
将经第二步制得的所述第一基体预热到400～600℃，然后在第二组等离子喷涂工艺条件下制得陶瓷层厚度为150～200μm垂直裂纹结构的第二基体；
所述第二组等离子喷涂工艺条件为：喷涂距离为60～90mm，喷枪的移动速度为300～800mm/s，等离子喷涂电压为50～80V，电流为400～600A，陶瓷层原材料为粒径为50～150μm的陶瓷空心粉材，送粉量为30～60g/min。
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