CN108150651A - 艉轴用喷涂密封环、喷涂材料及制作喷涂密封环的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种艉轴用喷涂密封环，包括密封环本体，所述密封环本体的密封面上设置有喷涂槽，该喷涂槽为圆环槽，在该喷涂槽中设有合金喷涂层，合金喷涂层的外表面与密封面处于同一平面上，且该平面粗糙度Ra0.6μm—1.0μm。其喷涂层材料为：TiC：3.0—5.0，Co:4.0—6.0，SiC:1.0—2.0，Al2O3:0.1—0.15，Cu：0.5—0.8，Ni：0.8—1.0，Mn：0.9—1.20，Cr:0.8—1.0，余为WC。本发明还提供了艉轴用喷涂密封环的密封环本体坯件和合金层喷涂制作方法。本发明不仅成本低，结构合理，而具有高硬高耐磨、抗冲击性能优，广泛适用于船舶艉轴密封装置中。
Description
技术领域
本发明涉及一种船舶艉轴密封装置，尤其涉及具有端面密封结构的艉轴密封装置，具体地说涉及端面密封结构密封环密封面的合金喷涂层。本发明还涉及合金喷涂层的喷涂材料及喷涂密封环制作加工方法。
背景技术
在采用螺旋桨推进的船舶中，艉轴是其推进系统中的重要部件，艉轴的一端连接螺旋桨，另一端连接桨轴动力系统。艉轴密封装置则是艉轴推进系统中的关键设备，用于轴系穿出船体部位的密封，是用以密封舷外海水与船体艉轴之间的装置。
船舶艉轴密封装置的工作条件十分恶劣，它除受到剧烈磨损及摩擦高温作用外，还受到海洋、江河含泥沙水体的作用。在大型船舶吃水较深时，船舶艉轴密封装置还要承受舷外水压和润滑静压两者压力差的作用；螺旋桨回转时，又会产生悬臂及不均匀载荷，致使艉轴产生径向跳动及偏心振动；船舶倒车时，艉轴还会产生一定的横向振动。
由于端面密封结构不仅具有密封可靠，泄漏量小和功耗低的优点，而且抗震性能好，对旋转轴的振动不敏感，因此端面密封也常用于艉轴密封装置中。用于艉轴的端面密封结构同样包括有动环、静环及弹性补偿等部件，它依靠动、静环相对滑动接合的密封面而达到阻漏的轴封装置；在艉轴密封装置中端面密封中的动、静环构成的密封面，不仅处于低速重载状况和振动冲击，而且遭受剧烈磨损、高温摩擦，以及泥砂渗入所产生的磨料磨损，很容易在密封环相对滑动面位置形成粘着磨损形成犁沟，使动静环密封工作面遭受破坏，导致艉轴装置出现运行故障而发生泄漏现象。理论上可以通过改变密封环材料来提高其硬度来阻止粘着磨损现象的过早发生，但实际结构中单纯硬度的提高，往往会带来冲击韧性和整体机械性能下降、成本变高等诸多不足，因此开发一种具有低成本、高耐磨、抗冲击的密封环结构及其材料是提高艉轴密封装置性能的重要途径。
发明内容
针对现有技术所存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种艉轴用喷涂密封环，不仅成本低，结构合理，而具有高硬高耐磨、抗冲击性能优。本发明另一要解决的技术问题是提供喷涂密封环的喷涂材料。本发明又一解决的技术问题是提供一种喷涂密封环的制作加工方法。
为了解决上述技术问题，本发明的本发明公开了一种艉轴用喷涂密封环，包括密封环本体，所述密封环本体的密封面上设置有喷涂槽，该喷涂槽为圆环槽，在该喷涂槽中设有合金喷涂层，合金喷涂层的外表面与密封面处于同一平面上，且该平面粗糙度Ra0.6μm—1.0μm。
在上述结构中，由于在密封环本体的密封面上设置有合金喷涂层，从而构成了双材料密封环结构，喷涂的合金喷涂层正巧对应于滑动的动静环密封面位置，合金喷涂层具有高硬度、高耐磨性能，有效增强端面密封结构的耐磨性，延长使用寿命，并且能抵卸海水腐蚀和泥砂对密封摩擦损坏；而密封环本体材料则采用冲击韧性好、机械强度高的材料，且便于铸造加工，成本相对较低，因此本发明采用双材料的密封环结构兼具了高耐磨、抗冲击、使用寿命长的优点，而且制作加工容易。也由于仅在密封环本体上相对滑动的密封面位置采用成本较高的硬质合金材料，而本体部分则采用相对廉价的材料，使密封环在获得高耐磨性，高使用寿命的同时，又有效地降低了使用和制造成本。合金喷涂层表面粗糙度控制在Ra0.6μm—1.0μm之间，如此高的表面光洁度不仅降低了密封滑动面的摩擦阻力，而且有效减轻了动静环相对运动的磨损，有利于端面密封使用寿命的延长和高密封性能的稳定。
本发明的优选实施方式，所述合金喷涂层的厚度为0.4mm—0.5mm，所述合金喷涂层的喷涂材料至少含有质量比70%的碳化钨。采用碳化钨为主体的合金材料具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀的优良性能。
本发明的优选实施方式，所述密封环本体采用剖分式结构。该结构便于维护和安装。
本发明的优选实施方式，所述密封环本体上设置有本体中孔，在本体中孔的孔壁上至少设有一道密封槽。具有合理的结构。
用于制造权利要求1所述艉轴用喷涂密封环的合金喷涂层材料，该合金喷涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：TiC：3.0—5.0，Co:4.0—6.0，SiC:1.0—2.0，Al2O3:0.1—0.15，Cu：0.5—0.8，Ni：0.8—1.0，Mn：0.9—1.20，Cr:0.8—1.0，余为WC。
优选地，所述合金涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：WC：86.98，TiC：3. 5，Co:5.0，SiC:1.2，Al2O3:0.12，Cu：0.6，Ni：0.6，Mn：1.1，Cr：0.9。
本发明的合金喷涂层材料，由于以碳化钨为主体并辅以TiC等难熔性金属的碳化物作为硬质相，用过渡族金属Co、Ni作为粘结相，并且其合理恰当的粘结相使硬质合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐高温、线膨胀系数小等诸多优点，尤其是其硬度和抗压强度得到大幅提高。合金材料中的SiC和Al2O3具有高耐磨性、高强度、高硬度和低膨胀系数，SiC在高温下仍能保持其固有的硬度和强度，因此相对滑动摩擦的密封面即使因摩擦升温也能保持较好的硬度和强度，在合金材料中添加SiC使其导热率高，热膨胀系数小，而添加Al2O3和Cu又具有良好的导热性能，使摩擦密封面所产生的热量能够得到迅速的散发，Cu的添加提高了合金材料耐酸、碱腐蚀性，Cu还能增强材料的抗热冲击性能。Mn和Cr的联合使用又提高了合金材料的常温强度和耐蚀性。
为了制作加工所述艉轴用喷涂密封环，其制作加工方法包括以下步骤：
⑴铸造具有半圆环结构的密封环半坯件；
⑵取两个密封环半坯件，对每一密封环半坯件的结合面进行机加工后，将两个经机加工后的密封环半坯件组合成密封环坯件；
⑶对上述密封环坯件的外圆、中心孔及密封面进行机加工，使其密封面垂直于外圆和中心孔的中心线；
⑷在密封面上加工圆环形喷涂槽而形成密封环本体；
⑸对密封环本体探伤无缺陷后，清洗密封环本体上的密封面及喷涂槽，并对喷涂槽进行喷砂处理，使喷涂槽的槽面粗糙度为Ra6μm—8μm；
⑹配制如权利要求5所述的合金喷涂材料，将配制好的合金喷涂材料制备成合金粉末；
⑺将合金粉末预热至120℃—150℃并放置120min—150 min，使其成为干燥合金粉末；
⑻采用热喷涂工艺将干燥的合金粉末喷涂至喷涂槽中；
⑼对密封环本体上的密封面和喷涂面一并进行磨削至粗糙度Ra0.6μm—1.0μm。
进一步地，所述喷涂槽所在圆环的中心线与中心孔的中心线共线。
优选地，采用高能球磨机械将配制的合金喷涂材料制成合金粉末。
优选地，所述热喷涂工艺为超音速火焰逐层喷涂，每次喷涂厚度控制在0.10—0.13mm。
采用上述的加工制作工艺，由于采用以半圆环组合成密封环本体，形成剖分式的密封环结构，不仅便于铸造和加工制作，更有利于密封环的安装和维修，这对于大型船舶中的艉轴密封结构维护修理尤其重要。更由于在密封环坯件密封面上加工圆环形的喷涂槽，且在喷涂前对喷涂槽进行喷砂处理，而形成粗糙槽面，使得喷涂的合金材料与密封环本体具有极强的结合附着力，避免合金喷涂层与密封环本体的分离和脱落，保证密封结构中密封面的高强、高耐磨和稳定的工作性能，同时将合金喷涂层设置于密封环本体的对应槽中，既强化了合金材料与密封环本体的结合牢度，又提高了喷涂材料的集中度，减少合金材料在喷涂过程中的散失浪费，节约了合金用料，节约了成本。将喷涂合金材料进行粉末化并进行预热干燥，使合金材料在喷涂过程中能均匀受热而形成熔化或半熔化状况，并随高温热流而喷射沉淀在喷涂槽形成致密的合金喷涂层。在喷涂后将密封面和喷涂面磨削至高光洁度的表面，既减少滑动摩擦阻力，降低功耗。采用超音速火焰喷涂工艺增加了密封面间的密封效果，能获得结合强度高、致密的高质量涂层，涂层不仅结合强度高，且致密、耐磨损性能优越。采用高能球磨机械对合金喷涂材料进行合金粉末化，有利于合金材料的细化，并且使颗粒之间的成分和各种组织的分布相对均匀，形成匀质化的合金粉末，有利于提高和保证合金喷涂层的机械性能。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是本发明艉轴用喷涂密封环一种具体实施方式的主剖视图；
图2是图1所示结构的左视图；
图中，1—密封环本体、2—合金喷涂层、3—接合凸台、4—密封槽、5—本体中孔、6—驱动销孔、7—密封面。
具体实施方式
如图1、图2所示的艉轴用喷涂密封环，密封环本体1是两半环相对接合而成，密封环本体1由锡青铜合金铸造而成。在密封环本体1的半环接合口部设置有接合凸台3，在接合凸台3上设置有螺栓孔，连接螺栓穿过螺栓孔将两个半环接合固定为呈圆环结构的密封环本体1，故密封环本体1呈剖分式结构。密封环本体1的背面除设置有接合凸台3还设置有驱动销孔6，驱动销轴插入到驱动销孔6中以带动密封环本体1转动。密封环本体1的正面为密封面7，在密封面7上设置有圆环状的喷涂槽，在该喷涂槽中设置有合金喷涂层2，合金喷涂层2的外表面与密封面处于同一平面上，该平面的粗糙度Ra0.8μm，但其粗糙度应控制在Ra0.6μm—1.0μm范围内。合金喷涂层2磨削后的厚度保持在0.4mm—0.5mm之间。合金喷涂层2以合金复合粉末通过热喷涂工艺喷涂而成，合金复合粉末中碳化钨不少于70%（质量比），在合金复合粉末中还含其他金属成分。在密封环本体1的中心位置设有本体中孔5，本体中孔5用于穿过艉轴，在本体中心5的孔壁上设置有二道密封槽4，安装时密封槽4中填充橡胶密封件。
用于喷涂上述合金层的合金喷涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：TiC：3.0—5.0，Co:4.0—6.0，SiC:1.0—2.0，Al2O3:0.1—0.15，Cu：0.5—0.8，Ni：0.8—1.0，Mn：0.9—1.20，Cr:0.8—1.0，余为WC。
实施例1：
合金涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：WC：86.98，TiC：3. 5，Co:5.0，SiC:1.2，Al2O3:0.12，Cu：0.6，Ni：0.6，Mn：1.1，Cr：0.9。
实施例2：
合金喷涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：WC：88.9，TiC：3.0，Co:4.0，SiC:1.0，Al2O3:0.1，Cu：0.5，Ni：0.8，Mn：0.9，Cr:0.8。
实施例3：
合金喷涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：WC：82.85， TiC： 5.0，Co: 6.0，SiC:2.0，Al2O3: 0.15，Cu：0.8，Ni：1.0，Mn： 1.20，Cr: 1.0。
制作加工具有合金喷涂层的艉轴用密封环本体工艺方法，该制作方法包括以下步骤：
1、以锡青铜ZQSn10-1为材料铸造具有半圆环结构的密封环半环坯件，该密封环半坯件的背面铸造有接合凸台和驱动销孔凸筋，该接合凸台用于连接螺栓接合两个密封环半环，驱动销孔凸台用于加工驱动销孔。
2、对密封环半坯件的结合面进行机加工，取两个加工后的密封环半坯件并将两密封环半坯件的结合面相对接合固定后在接合凸台钻削螺栓孔，连接螺栓穿过该螺栓孔而将两个密封环半坯件组合固定为密封环坯件。
3、对上述的密封环坯件的外圆盘面、中心孔及密封面进行车削加工，使密封环坯件上的密封面垂直于外圆面和中心孔的中心线。
4、在密封面上车削出圆环形的喷涂槽而形成密封环本体，密封面上圆环形喷涂槽所在圆环的中心线与中心孔的中心线共线，喷涂槽的深度控制在0.4mm—0.6mm之间，
5、对上述的密封环本体进行探伤确认无裂纹等缺陷后，进行烘烤并用丙酮擦拭喷涂槽面以去除油污，在密封面上除喷涂位置外全面贴上高温贴纸或涂敷其他保护层，以保护非喷涂面，在贴敷保护层后对喷涂槽进行喷砂粗糙化处理。喷砂材料为白刚玉，喷砂至喷涂槽面粗糙度Ra6μm—8μm。
6、按设定的合金喷涂材料组份和质量比配制合金喷涂材料，采用高能球磨机将配制的合金喷涂材料制成合金粉末，经过高能球磨的复合合金粉末的颗粒成分和组分大体均匀。
7、将上述经球磨的合金粉末预热至120℃—150℃，并放置120min—150 min使其脱除水分等杂质而成为干燥的合金粉末。
8、采用超音速火焰喷涂工艺将合金粉末逐层喷涂至喷涂槽中，直至填满喷涂槽；超音速火焰喷涂，设备型号JP-5000;工艺参数表如下：氧气1800-2000scfh，煤油5.2-6.0gph，送粉气18-25scfh，送粉率100-120g/min，枪距300-400mm，每遍涂层厚度0.10-0.13mm；喷涂前用喷枪火焰预热一遍，再进行喷涂，并注意喷涂过程中每遍间的冷却；涂层厚度0.4-0.6mm。
9、在喷涂槽的喷涂合金冷却至室温后，揭去密封面上的高温贴纸，清理密封面和喷涂层表面，对密封面和喷涂层表面一并进行磨削加工，使其粗糙度达到Ra0.8μm。磨削砂轮为金刚石砂轮，磨削至图纸尺寸要求。
Claims (10)
1.一种艉轴用喷涂密封环，包括密封环本体（1），其特征在于：所述密封环本体（1）的密封面（7）上设置有喷涂槽，该喷涂槽为圆环槽，在该喷涂槽中设有合金喷涂层（2），合金喷涂层（2）的外表面与密封面（7）处于同一平面上，且该平面粗糙度Ra0.6μm—1.0μm。
2.根据权利要求1所述的艉轴用喷涂密封环，其特征在于：所述合金喷涂层（2）的厚度为0.4mm—0.5mm，所述合金喷涂层（2）的喷涂材料至少含有质量比70%的碳化钨。
3.根据权利要求1或2所述的艉轴用喷涂密封环，其特征在于：所述密封环本体（1）采用剖分式结构。
4.根据权利要求1或2所述的艉轴用喷涂密封环，其特征在于：所述密封环本体（1）上设置有本体中孔（5），在本体中孔（5）的孔壁上至少设有一道密封槽（4）。
5.一种制造权利要求1所述艉轴用喷涂密封环的合金喷涂层材料，其特征在于：该合金喷涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：TiC：3.0—5.0，Co:4.0—6.0，SiC:1.0—2.0，Al2O3:0.1—0.15，Cu：0.5—0.8，Ni：0.8—1.0，Mn：0.9—1.20，Cr:0.8—1.0，余为WC。
6.根据权利要求5所述的合金喷涂层材料，其特征在于：所述合金涂层材料的组份及质量百分比（Wt%）为：WC：86.98，TiC：3. 5，Co:5.0，SiC:1.2，Al2O3:0.12，Cu：0.6，Ni：0.6，Mn：1.1，Cr：0.9。
7.一种制作加工权利要求1所述艉轴用喷涂密封环的方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：
铸造具有半圆环结构的密封环半坯件；
取两个密封环半坯件，对每一密封环半坯件的结合面进行机加工后，将两个经机加工后的密封环半坯件组合成密封环坯件；
对上述密封环坯件的外圆、中心孔及密封面进行机加工，使其密封面垂直于外圆和中心孔的中心线；
在密封面上加工圆环形喷涂槽而形成密封环本体；
对密封环本体探伤无缺陷后，清洗密封环本体上的密封面及喷涂槽，并对喷涂槽进行喷砂处理，使喷涂槽的槽面粗糙度为Ra6μm—8μm；
配制如权利要求5所述的合金喷涂材料，将配制好的合金喷涂材料制备成合金粉末；
将合金粉末预热至120℃—150℃并放置120min—150 min，使其成为干燥合金粉末；
采用热喷涂工艺将干燥的合金粉末喷涂至喷涂槽中；
对密封环本体上的密封面和喷涂面一并进行磨削至粗糙度Ra0.6μm—1.0μm。
8.根据权利要求7所述的制作加工方法，其特征在于：所述喷涂槽所在圆环的中心线与中心孔的中心线共线。
9.根据权利要求7所述的制作加工方法，其特征在于：采用高能球磨机械将配制的合金喷涂材料制成合金粉末。
10.根据权利要求7所述的制作加工方法，其特征在于：所述热喷涂工艺为超音速火焰逐层喷涂，每遍喷涂厚度控制在0.10—0.13mm。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201810032795.2A CN108150651B (zh) | 2018-01-13 | 艉轴用喷涂密封环、喷涂材料及制作喷涂密封环的方法 |
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| CN108150651A true CN108150651A (zh) | 2018-06-12 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110805696A (zh) * | 2019-10-31 | 2020-02-18 | 武汉鑫华封机械制造有限责任公司 | 超耐磨浮封环及其加工方法和装置 |
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