專利名稱：機(jī)械密封件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于密封件，特別是一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的機(jī)械密封件。
背景技術(shù)：
機(jī)械密封是一種用來解決旋轉(zhuǎn)軸與機(jī)體之間的密封裝置，它是由至少一對(duì)垂直于 旋轉(zhuǎn)軸線的端面，在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力(或磁力)的作用及輔助密封的配合下，保持 貼合并相對(duì)滑動(dòng)而構(gòu)成防止流體泄露的裝置，常用于泵、壓縮機(jī)、反應(yīng)攪拌釜等旋轉(zhuǎn)式流體 機(jī)械，也用于齒輪箱、船舶尾軸等密封。機(jī)械密封最常用的結(jié)構(gòu)式端面密封，端面密封的旋 轉(zhuǎn)密封環(huán)(動(dòng)環(huán))、非旋轉(zhuǎn)密封環(huán)(靜環(huán))組成一對(duì)摩擦副，其作用是防止介質(zhì)泄露。它要 求旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和非旋轉(zhuǎn)密封環(huán)具有良好的耐磨性，旋轉(zhuǎn)密封環(huán)可以在軸向靈活地移動(dòng)，自 動(dòng)補(bǔ)償密封面磨損，使之與非旋轉(zhuǎn)密封環(huán)良好地貼合；非旋轉(zhuǎn)密封環(huán)具有浮動(dòng)性，起緩沖作 用。機(jī)械密封環(huán)件為了具有長(zhǎng)久的使用壽命和良好的密封性能需要具備耐磨、耐腐蝕、機(jī) 械強(qiáng)度高、良好的耐熱性和熱傳導(dǎo)性能、摩擦系數(shù)小且有一定的自潤(rùn)滑性、氣密性好、易成 型和易加工等性能，但是迄今還沒有一種材料能同時(shí)滿足上述各項(xiàng)要求。一般國(guó)內(nèi)外機(jī)械 密封件的密封環(huán)的材料主要采用石墨、超硬合金、碳化硅陶瓷、氧化鋁陶瓷等，近年來，采用 具有高硬度且高耐腐蝕性、滑動(dòng)摩擦系數(shù)小的碳化硅陶瓷材料制造的密封環(huán)件日益增多。 但是目前碳化硅陶瓷材料的缺點(diǎn)是斷裂韌性較低，能夠承受的熱沖擊溫度不夠高，而且碳 化硅陶瓷是用碳化硅粉，用粉末冶金法經(jīng)反應(yīng)燒結(jié)或熱壓燒結(jié)工藝制成，能耗較高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種容易實(shí)現(xiàn)且廉價(jià)的，強(qiáng)度高，耐磨性好，減少裂紋 和崩碎的密封環(huán)件。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為本實(shí)用新型機(jī)械密封件，包括一對(duì)相對(duì) 滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和非旋轉(zhuǎn)密封環(huán)，該對(duì)密封環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封面為陶瓷層，該 陶瓷層為密封環(huán)基底經(jīng)過微弧氧化而生成的陶瓷層。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(1)以鋁、鎂、鈦金屬及其合金為基底 材料可以低成本地大批量生產(chǎn)，微弧氧化處理操作簡(jiǎn)便穩(wěn)定。獲得的微弧氧化陶瓷層屬于 基體原位生長(zhǎng)陶瓷層，結(jié)合牢固，陶瓷層致密均勻、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨 性，且斷裂韌性高，不易崩碎，延長(zhǎng)了密封環(huán)件的使用壽命。(2)以鋁、鎂、鈦金屬及其合金 為基底的易機(jī)械加工的材料比碳化硅等燒結(jié)成形的陶瓷材料容易實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以為 剖分式機(jī)械密封、密封面開槽密封等機(jī)械密封的設(shè)計(jì)提供更多方案和更加容易實(shí)現(xiàn)的手 段。(3)獲得的微弧氧化陶瓷層可以包含直徑為0.5微米-40微米的微孔結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn) 5% -40%的孔隙率。

圖1為本實(shí)用新型機(jī)械密封件的機(jī)械密封環(huán)示意圖。[0007]圖2為本實(shí)用新型機(jī)械密封件的機(jī)械密封面的一部分的縱向截面圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。結(jié)合圖2，本實(shí)用新型機(jī)械密封件，包括一對(duì)相對(duì)滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和非旋轉(zhuǎn)密封 環(huán)，所述密封環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封面為基底12經(jīng)過微弧氧化生成的陶瓷層11。本實(shí)用新型機(jī)械密封件，所述密封環(huán)的基底12為鋁合金，所述氧化鋁陶瓷層11的 厚度為3微米-180微米。本實(shí)用新型機(jī)械密封件，所述密封環(huán)的基底12為鎂合金，所述陶瓷層11的厚度為 3微米-160微米。本實(shí)用新型機(jī)械密封件，所述密封環(huán)的基底12為鋁基復(fù)合材料，所述陶瓷層11的 厚度為3微米-180微米。本實(shí)用新型機(jī)械密封件，所述密封環(huán)的基底12為純鈦，所述陶瓷層11的厚度為3 微米-170微米。本實(shí)用新型機(jī)械密封件，所述密封環(huán)的基底12為鈦合金，所述陶瓷層11的厚度為 3微米-170微米。微弧氧化是一種在含有特定離子的電解液中通過高壓放電處理和電化學(xué)氧化的 共同作用，在鋁、鎂、鈦等有色金屬及其合金材料表面原位產(chǎn)生陶瓷層的表面處理技術(shù)。微 弧氧化技術(shù)處理工藝簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無污染，處理工件能力強(qiáng)，而且大幅度提高了鋁、鎂、鈦等 有色金屬及其合金材料的性能，達(dá)到了第二代工程材料(金屬)和第三代工程材料(陶瓷) 的完美結(jié)合，是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的輕合金表面處理技術(shù)。微弧氧化技術(shù)的突出特點(diǎn)是1大幅度地提高了材料的表面硬度，顯微硬度在 1000至2000HV，最高可達(dá)3000HV，可與硬質(zhì)合金相媲美，大大超過熱處理后的高碳鋼、高合 金鋼和高速工具鋼的硬度；2良好的耐磨損性能；3良好的耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上 克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)，因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景；4有良好的絕 緣性能；5溶液為環(huán)保型，符合環(huán)保排放要求；6工藝穩(wěn)定可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單；(7)反應(yīng)在常溫 下進(jìn)行，操作方便，易于掌握；8基體原位生長(zhǎng)陶瓷膜，結(jié)合牢固，陶瓷膜致密均勻。微弧氧化膜主要由致密層和疏松層組成，致密層與基體結(jié)合良好與外部疏松層犬 牙交錯(cuò)在一起。致密層晶粒細(xì)小，孔隙率很小，無明顯氣孔和其他缺陷，硬度和絕緣電阻均 很大；疏松層晶粒較粗大，存在很多孔洞和其他缺陷，比較粗糙疏松，孔隙率較大，且孔洞周 圍又有很多微裂紋向內(nèi)擴(kuò)展。但是，致密層和疏松層并沒有明顯的分界線。試驗(yàn)表明，在微弧氧化初期，陶瓷膜較為致密，幾乎觀察不到疏松層，但隨著處理 時(shí)間的延長(zhǎng)及膜層的增厚，逐漸形成疏松的表層，最終疏松層所占比例可高達(dá)膜層總厚度 的90%左右。形成疏松表層的原因是由于微弧氧化后期，較高的微弧放電電壓對(duì)原有膜層 的重復(fù)擊穿，一方面使得內(nèi)層的氧化過程得以進(jìn)行，另一方面較大尺寸的放電孔洞存在形 成疏松層。因此可以通過控制微弧氧化的電壓，電流以及時(shí)間來將孔隙率控制在5% -40% 之間。以鋁合金為基底的密封環(huán)件為例，這里用鋁合金2219鍛造成型，經(jīng)過機(jī)械加工， 整型，磨削，熱處理，即可制成密封環(huán)毛胚；再經(jīng)過除油，清洗，微弧氧化，清洗，研磨等后續(xù)
4處理后即可完成。 其中微弧氧化電解液為以水玻璃為主要成分，將PH值調(diào)整在11-13之間。溶液通 過循環(huán)冷卻系統(tǒng)在電解槽內(nèi)流動(dòng)。不銹鋼電解槽接電源陰極，鋁合金密封環(huán)毛胚接電源陽 極。利用氣泵的攪拌冷卻電解液溫度為20-50°C，處理時(shí)間為30-50分鐘，在密封環(huán)表面原 位生長(zhǎng)一層致密的氧化鋁陶瓷層，經(jīng)過檢測(cè)，其表面硬度達(dá)到HV1100。
權(quán)利要求一種機(jī)械密封件，包括一對(duì)相對(duì)滑動(dòng)的旋轉(zhuǎn)密封環(huán)和非旋轉(zhuǎn)密封環(huán)，其特征在于該對(duì)密封環(huán)中至少一個(gè)密封環(huán)的密封面為陶瓷層，該陶瓷層為密封環(huán)基底(12)經(jīng)過微弧氧化而生成的陶瓷層(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械密封件，其特征在于所述密封環(huán)的基底(12)為鋁合 金，所述氧化鋁陶瓷層(11)的厚度為3微米-180微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械密封件，其特征在于所述密封環(huán)的基底(12)為鋁基復(fù) 合材料，所述陶瓷層(11)的厚度為3微米-180微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械密封件，其特征在于所述密封環(huán)的基底(12)為鎂合 金，所述陶瓷層(11)的厚度為3微米-160微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械密封件，其特征在于所述密封環(huán)的基底(12)為純鈦， 所述陶瓷層(11)的厚度為3微米-170微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械密封件，其特征在于所述密封環(huán)的基底(12)為鈦合 金，所述陶瓷層(11)的厚度為3微米-170微米。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械中的機(jī)械密封件，用鋁、鎂、鈦金屬及其合金與鋁基復(fù)合材料作為機(jī)械密封環(huán)的基底材料，并通過微弧氧化而生成的致密均勻的陶瓷層作為密封面。本實(shí)用新型可以低成本地大批量生產(chǎn)；微弧氧化處理操作簡(jiǎn)便穩(wěn)定，獲得的微弧氧化陶瓷層屬于基體原位生長(zhǎng)陶瓷層，結(jié)合牢固，陶瓷層致密均勻、致密度高、硬度高、具有非常好的耐磨性，且斷裂韌性高，不易崩碎，延長(zhǎng)了密封環(huán)件的使用壽命。
文檔編號(hào)F16J15/16GK201636323SQ20092028327
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者林潔, 柯全, 江劍 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué);柯全;林潔