RU2639437C1 - Method for producing slip ring of end seal - Google Patents
Method for producing slip ring of end seal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639437C1 RU2639437C1 RU2017102874A RU2017102874A RU2639437C1 RU 2639437 C1 RU2639437 C1 RU 2639437C1 RU 2017102874 A RU2017102874 A RU 2017102874A RU 2017102874 A RU2017102874 A RU 2017102874A RU 2639437 C1 RU2639437 C1 RU 2639437C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder mixture
- slip ring
- end seal
- silicon carbide
- titanium
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 22
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 2
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 3
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000013011 mating Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000004227 thermal cracking Methods 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
- F16J15/00—Sealings
- F16J15/16—Sealings between relatively-moving surfaces
- F16J15/34—Sealings between relatively-moving surfaces with slip-ring pressed against a more or less radial face on one member
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Sealing (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
Description
Изобретение используется в машиностроении, а именно в торцевых уплотнениях вращающихся валов насосов.The invention is used in mechanical engineering, namely in mechanical seals of rotating pump shafts.
Известна пара трения торцевого уплотнения, одно из колец которой изготовлено из технической керамики ЦМ-332 (Мельник В.А. Торцовые уплотнения валов. Справочник. М.: Машиностроение. 2008, с. 59).A known pair of friction of the mechanical seal, one of the rings of which is made of technical ceramics TsM-332 (V. Melnik. Mechanical shaft seals. Handbook. M .: Engineering. 2008, p. 59).
Недостатком известного торцевого уплотнения является ненадежность его работы. Техническая керамика, обладающая низкой теплопроводностью, склонна к терморастрескиванию при быстром нагреве в случае кратковременного прекращения подачи центробежным насосом охлаждающей жидкости к торцевому уплотнению, что приводит к появлению течи в торцевом уплотнении.A disadvantage of the known mechanical seal is the unreliability of its operation. Technical ceramics, which have low thermal conductivity, are prone to thermal cracking during rapid heating in the event of a short interruption in the supply of cooling fluid to the mechanical seal by a centrifugal pump, which leads to leakage in the mechanical seal.
Известна пара трения торцевого уплотнения, в которой применяется кольцо из карбида кремния (Мельник В.А. Торцовые уплотнения валов. Справочник. М.: Машиностроение. 2008, с. 58).A known pair of friction mechanical seals in which a silicon carbide ring is used (V. Melnik. Mechanical shaft seals. Handbook. M .: Mechanical Engineering. 2008, p. 58).
При положительных эксплуатационных характеристиках карбида кремния, его высокой теплопроводности и износостойкости, недостатком карбида кремния является его хрупкость.With the positive operational characteristics of silicon carbide, its high thermal conductivity and wear resistance, the disadvantage of silicon carbide is its fragility.
Наиболее близким техническим решением является кольцо скольжения низкого трения, имеющее экономичное алмазное покрытие. Уплотнительное кольцо для механического уплотнения содержит алмазный слой на поверхности скольжения базового тела, в частности, из карбида кремния (SiC) или карбида вольфрама (WC), с минимальным количеством добавок, и/или связующих материалов и/или возможно содержащихся примесей (Патент РФ №2531486, кл. F16J 15/34, 2014).The closest technical solution is a low friction slip ring having an economical diamond coating. The mechanical seal o-ring contains a diamond layer on the sliding surface of the base body, in particular of silicon carbide (SiC) or tungsten carbide (WC), with a minimum amount of additives and / or binders and / or possibly impurities (RF Patent No. 2531486, CL F16J 15/34, 2014).
Недостатками указанного кольца скольжения является то, что алмазный слой наносится посредством способа химического осаждения из паровой фазы на поверхность базового тела, при этом для обеспечения высокой адгезии покрытия с базовым телом предъявляются жесткие требования к качеству поверхности базового тела по допустимым размерам, количеству и концентрации трещин и пор, а также требования к шероховатости Ra поверхности базового тела. Тем самым усложняется процесс получения и уменьшается выход годных готовых изделий из-за необходимости проведения отбраковки базовых тел, при этом остается риск получения покрытия с недостаточной адгезией к базовому телу, что приводит к отслоению покрытия и снижению качества поверхности.The disadvantages of this slip ring is that the diamond layer is deposited by a chemical vapor deposition method onto the surface of the base body, while in order to ensure high adhesion of the coating with the base body, stringent requirements are imposed on the surface quality of the base body in terms of size, number and concentration of cracks and pore, as well as the requirements for roughness R a the surface of the base body. This complicates the process of obtaining and reduces the yield of finished products due to the need to reject the base bodies, while there remains the risk of obtaining a coating with insufficient adhesion to the base body, which leads to delamination of the coating and lower surface quality.
Изобретение направлено на улучшение качества поверхности кольца скольжения торцевого уплотнения.The invention is aimed at improving the quality of the surface of the slip ring of the mechanical seal.
Указанный технический результат достигается получением кольца скольжения торцевого уплотнения методом плазменно-искрового спекания (ПИС) порошкового композиционного материала на основе титана, карбида кремния и графита, включающем приготовление порошковой смеси в соотношении ее компонентов: 50 мас. % Ti, 35 мас. % SiC, 15 мас. % C, предварительную механоактивацию порошковой смеси в планетарной мельнице в прерывистом режиме в течение 180 мин при частоте вращения барабана 240-280 об/мин, проведение процесса ПИС порошковой смеси в вакууме при температуре 1300-1400°C, давлении 15-25 МПа и выдержке 3-10 мин.The specified technical result is achieved by obtaining a mechanical seal slip ring by plasma-spark sintering (IPS) of a powder composite material based on titanium, silicon carbide and graphite, including the preparation of a powder mixture in the ratio of its components: 50 wt. % Ti, 35 wt. % SiC, 15 wt. % C, preliminary mechanical activation of the powder mixture in a planetary mill in intermittent mode for 180 minutes at a rotational speed of the drum 240-280 rpm, the IPR process of the powder mixture in vacuum at a temperature of 1300-1400 ° C, pressure 15-25 MPa and exposure 3-10 minutes
Подготовка порошковой смеси к процессу ПИС заключается в следующем: приготовление порошковой смеси, исходя из их заданной пропорции компонентов, процесс механоактивации порошковой смеси, включающий сухое измельчение и перевод ее компонентов в высоконеравновесное состояние в вакуумированных кюветах планетарной мельницы.The preparation of the powder mixture for the IPR process consists in the following: preparation of the powder mixture based on their predetermined proportion of components, the process of mechanically activating the powder mixture, including dry grinding and the conversion of its components to a highly nonequilibrium state in evacuated planetary mill cells.
Пример осуществления изобретения. Для исходной порошковой смеси используют порошки титана с размером частиц менее 300 мкм, карбида кремния с размером частиц менее 100 мкм, графита с размером частиц менее 4 мкм. Порошковую смесь титана, карбида кремния, графита (в соотношении 50 мас. % Ti, 35 мас. % SiC, 15 мас. % C) помещают в кювету планетарной мельницы совместно с мелющими титановыми шарами в соотношении смесь : шары = 1:(7,5 - 12), которую потом вакуумируют до остаточного давления не более 10 Па.An example embodiment of the invention. For the initial powder mixture, titanium powders with a particle size of less than 300 microns, silicon carbide with a particle size of less than 100 microns, graphite with a particle size of less than 4 microns are used. A powder mixture of titanium, silicon carbide, graphite (in a ratio of 50 wt.% Ti, 35 wt.% SiC, 15 wt.% C) is placed in a cuvette of a planetary mill together with grinding titanium balls in the ratio mixture: balls = 1: (7, 5 - 12), which is then vacuumized to a residual pressure of not more than 10 Pa.
Проводят процесс механоактивации в планетарной мельнице в течение 180 мин при частоте вращения барабана мельницы 260 об/мин в прерывистом режиме.The process of mechanical activation is carried out in a planetary mill for 180 min at a rotational speed of the mill drum 260 rpm in intermittent mode.
Затем порошковую смесь извлекают из кюветы, засыпают в графитовую пресс-форму и подвергают высокотемпературному процессу ПИС до получения композиции карбида кремния и карбида титана. В процесс ПИС осуществляют нагрев в вакууме (остаточное давление порядка 10 Па) порошковой смеси до температуры 1400°C со скоростью нагрева 80 град/мин, основанный на пропускании через порошковую смесь в графитовой пресс-форме импульсов электрического тока большой мощности. При этом одновременно осуществляют сдавливание порошковой смеси с усилием 20 МПа. При достижении температуры 1400°C осуществляют выдержку в течение 6 мин при давлении 20 МПа.Then the powder mixture is removed from the cuvette, poured into a graphite mold and subjected to a high-temperature IPR process to obtain a composition of silicon carbide and titanium carbide. In the IPR process, the powder mixture is heated in vacuum (residual pressure of the order of 10 Pa) to a temperature of 1400 ° C with a heating rate of 80 deg / min, based on the transmission of high-power electric current pulses through the powder mixture in a graphite mold. In this case, simultaneously compressing the powder mixture with a force of 20 MPa. Upon reaching a temperature of 1400 ° C, exposure is carried out for 6 minutes at a pressure of 20 MPa.
После охлаждения и извлечения кольца из пресс-формы проводят шлифование его рабочей поверхности до требуемых параметров шероховатости поверхности колец пары трения торцевого уплотнения.After cooling and removing the ring from the mold, grinding of its working surface is carried out to the required surface roughness parameters of the rings of the friction pair of the mechanical seal.
Механоактивация порошковой смеси во вращающейся планетарной мельнице позволяет получить такую степень измельчения порошков, которая обеспечивает повышенную реакционную способность взаимодействия компонентов порошковой смеси. В процессе ПИС при прохождении импульсов электрического тока большой мощности в контакте между частицами порошковой смеси концентрируется энергия высокой плотности, обеспечивающая однородность спекаемого материала.The mechanical activation of the powder mixture in a rotating planetary mill allows to obtain such a degree of grinding powders, which provides increased reactivity of the interaction of the components of the powder mixture. In the IPR process, during the passage of high-power electric current pulses, high-density energy is concentrated in the contact between the particles of the powder mixture, which ensures uniformity of the sintered material.
Кроме того, получаемый композиционный материал в процессе трения имеет свойство притирания, которое обеспечивает снижение шероховатости поверхности и понижение коэффициента трения. Это, в свою очередь, обеспечивает более плотное прилегание кольца к ответной детали пары трения и повышает герметичность контакта в паре трения.In addition, the resulting composite material in the process of friction has a rubbing property, which provides a decrease in surface roughness and a decrease in the coefficient of friction. This, in turn, provides a more snug fit of the ring to the mating part of the friction pair and increases the tightness of the contact in the friction pair.
Предлагаемое изобретение позволяет получить кольцо скольжения торцевого уплотнения на основе карбидов кремния и титана с минимальной пористостью и отсутствием трещин. Наличие карбида титана повышает прочность кольца и снижает его хрупкость. Предлагаемый композиционный материал за счет свойства притирания обеспечивает снижение шероховатости поверхности и коэффициента трения в контакте.The present invention allows to obtain a slip ring mechanical seal based on silicon carbide and titanium with minimal porosity and the absence of cracks. The presence of titanium carbide increases the strength of the ring and reduces its fragility. The proposed composite material due to the grinding properties provides a decrease in surface roughness and coefficient of friction in contact.
Таким образом, изобретение обеспечивает улучшение качества поверхности кольца скольжения торцевого уплотнения.Thus, the invention provides improved surface quality of the sliding ring of the mechanical seal.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102874A RU2639437C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Method for producing slip ring of end seal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017102874A RU2639437C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Method for producing slip ring of end seal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2639437C1 true RU2639437C1 (en) | 2017-12-21 |
Family
ID=63857590
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017102874A RU2639437C1 (en) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | Method for producing slip ring of end seal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2639437C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5626908A (en) * | 1992-01-28 | 1997-05-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for producing silicon nitride based member coated with film of diamond |
RU2169640C1 (en) * | 2000-07-17 | 2001-06-27 | Хамзин Шамиль Хурматович | Method for making contact surfaces of end friction pairs |
DE202006006425U1 (en) * | 2006-04-21 | 2006-06-29 | Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg | Sealing arrangement`s slide ring, has composite body comprising substrate layer formed from carbide material, and diamond layer formed on substrate layer to form wear-resistant surface |
DE202007016868U1 (en) * | 2007-12-04 | 2008-02-14 | Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg | Sliding ring of a mechanical seal assembly |
RU2531486C1 (en) * | 2010-12-17 | 2014-10-20 | Иглбургманн Джермани Гмбх Унд Ко. Кг | Low friction sliding ring with cost-efficient diamond coating |
-
2016
- 2016-06-15 RU RU2017102874A patent/RU2639437C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5626908A (en) * | 1992-01-28 | 1997-05-06 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Method for producing silicon nitride based member coated with film of diamond |
RU2169640C1 (en) * | 2000-07-17 | 2001-06-27 | Хамзин Шамиль Хурматович | Method for making contact surfaces of end friction pairs |
DE202006006425U1 (en) * | 2006-04-21 | 2006-06-29 | Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg | Sealing arrangement`s slide ring, has composite body comprising substrate layer formed from carbide material, and diamond layer formed on substrate layer to form wear-resistant surface |
DE202007016868U1 (en) * | 2007-12-04 | 2008-02-14 | Burgmann Industries Gmbh & Co. Kg | Sliding ring of a mechanical seal assembly |
RU2531486C1 (en) * | 2010-12-17 | 2014-10-20 | Иглбургманн Джермани Гмбх Унд Ко. Кг | Low friction sliding ring with cost-efficient diamond coating |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4261130B2 (en) | Silicon / silicon carbide composite material | |
CN107778012A (en) | A kind of preparation method of carborundum composite-phase ceramic | |
US20170121230A1 (en) | Tungsten carbide-cubic boron nitride composite material and preparation method thereof | |
Zygmuntowicz et al. | Alumina matrix ceramic-nickel composites formed by centrifugal slip casting | |
CN103011836A (en) | Carbon material surface coat composition and preparation method of coat | |
WO2018115649A1 (en) | Method for manufacturing a red ceramic material | |
RU2625618C1 (en) | Method of making multi-layer compositive coating | |
RU2639437C1 (en) | Method for producing slip ring of end seal | |
CN106132907A (en) | Slip ring containing Graphene | |
TW202313521A (en) | Method for preparing coated substrates and coated substrate and the use thereof | |
EP3394002B1 (en) | Manufacturing process of a ceramic via a chemical reaction between a disilicide and a reactive gaseous phase | |
JP5637513B2 (en) | Sliding material and mechanical seal | |
CN108218474B (en) | CfOptical coating on surface of/SiC composite material and preparation method thereof | |
JP6196136B2 (en) | Sliding device | |
FR2989970A1 (en) | DENSE SILICON CARBIDE PRODUCT | |
CN104140265A (en) | Method adopting liquid phase sintering for manufacturing silicon carbide ceramics with zirconium oxide as toughening phase | |
RU2614006C1 (en) | Method for producing nanoceramics by method of combining self-propagating high-temperature synthesis and spark plasma sintering | |
CN117836257A (en) | Method for producing a coated substrate, coated substrate and use thereof | |
Herrmann et al. | Silicon-carbide-bonded diamond components for harsh environments—cost effective components with outstanding properties | |
CN110746202B (en) | Graphite material surface TaB2Preparation method of-SiC superhigh temperature ceramic coating | |
JP6578427B1 (en) | Silicon carbide for sliding material of mechanical seal and manufacturing method thereof | |
JP2007283435A (en) | Silicon-carbide-based polishing plate, manufacturing method, and polishing method for semiconductor wafer | |
JP2002011653A (en) | Ceramic member and its manufacturing method, and table for wafer polishing device | |
RU2443659C1 (en) | Manufacturing method of items from ceramic material by hot pressing based on silicon nitride | |
JP2001139376A (en) | Silicon carbide sintered compact, and mechanical seal and segment seal using the silicon carbide sintered compact |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20181130 Effective date: 20181130 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210826 Effective date: 20210826 |