机械密封摩擦副材料的选择

机械密封摩擦副材料摩擦副材料是指动环和静环的端面材料.机械密封的泄翻80%--95%是由于密封端面引起的，除了密封面相互的平行度和密封面与轴心的垂直度等以外.密封端面的材料选择非常重耍.只有正确选择康擦网材料配对.才能保证机械密封具有稳定可靠的留封性能。

一.摩擦副材料的荃本要求通常堆娜剐的动环和静环选用一硬一软两种材料配对使用，只有在特殊情况下(如介质有固体颐位等)才法用硬对硬材料配对使用。

血该副组对是材料物理力学性能、化学性能、摩擦特性的峥合应用.在选择摩擦朗材料组对时.应愈以下几点基本要求。

1.物理力学性能弹性模盆大.机械强度高，密度小.导热性好.热那肤系数低.耐热裂和热冲击性好.耐寒性和耐沮度的急变性好。

2.化学性能耐腐蚀性好.抗溶胀、老化。

3.摩擦学性能自润滑性好，康擦系数低.能承受短时间的干摩擦，耐磨性好.相容性好.由于摩擦副密封端面耍进行相对滑动，仅各自的材料耐磨性好还不够，还要考虑摩擦副材料组对的相容性问题。

相容性差的两种材料组成摩擦副时，易发生黏着磨损.只有相容性良好的材料组对，才能得到良好的自润滑性和耐磨性。

4.其他性能切削加工性好.成形性能好，材料来源方便。

目前用做摩擦副的材料很多。

最常用的摩擦副材料，软质材料主要有:碳石墨、聚四氟乙烯、铜合金等。

硬质材料主要有:硬质合金、工程陶瓷、金属等。

二.碳石墨碳石墨是机械密封摩擦副软质材料中用里最大、应用范圈最广的基本材料。

它具有许多优良的性能.如良好的自润滑性和低的摩擦系数，优良的耐腐蚀性能(除了强氧化性介质如王水、铬酸、浓硫酸及卤素外.能耐其他酸、碱、盐类及一切有机化合物的腐蚀)，导热性好、线璐胀系数低、组对性能好，且易于加工、成本低。

碳石墨是用焦炭粉和石墨粉(或炭墨)作基料，用沥青作钻结洲.经模压成形在高温下烧结而成。

然而，碳石墨存在肴气孔率大((18%~22%)，机械强度低的缺点。

因此.碳石墨用作密封环材料时，需要用浸渍等办法来填塞孔隙，并提高其强度。

机械密封的设计和选用
减少与腐
弹簧应加保
危险大的介质选用双端面密封；
耐酸机械密封
1—静环 2—动环 3—弹簧 4—波纹管
说明：
1)此结构为单弹簧聚四氟乙烯波纹管，外装式；2)摩擦副由氧化铝陶瓷与填充玻璃纤维聚四氟乙烯组对，填充聚四氟乙烯耐磨端与纯聚四氟乙烯波纹管制成一体；
3)弹簧可采用普通不锈钢制造
低摩擦系数和热膨胀系数的材
如选用热膨胀热油泵用高温机械密封1—内冲洗节流套2—轴套3—动环 4—金属
波纹管静环组件 5—导流套 6—填料密封
说明：
1)采用冲洗、冷却结构以提高冷却效果，设置导流套增加冷却面积； 2)采用金属波纹管结构；
3)采用低膨胀合金镶装石墨静环；。

机械密封选材要求
机械密封的发展与机械密封技术的进步有着密切的关系。

初期，机械密封所用的材料品种很少，仅有铸铁、青铜、橡胶等。

因而密封性能难以提高，应用的范围受至限制。

所以密封的技术进步和性能的提高，有赖于各种新材料的应用。

近二十年来，密封材料学的发展十分迅速，机械密封用的材料种类日益增多，使用参数不断提高，其应用领域也不断拓宽。

随着现代工业的发展，液体旋转机械的运转条件越来越苛刻，如高压和高真空，高温和低温，强腐蚀、剧毒、易燃易爆、放射性介质以及含颗粒介质的种类增多。

同时，设备容积大型化和高速化。

因此，机械密封对材料的要求是越来越高，从而促进了材料的研究和发展。

如：提高高分子材料的性能，开发新型陶瓷材料，发展并使用复合材料。

机械密封是由若干个零件组成的，其用材是按零件所起的作用、机械结构的需要和使用条件来选择的。

所用材料大致分为四大类：摩擦副材料、辅助密封圈材料、弹性元件和其它结构件材料。

一、摩擦副材料的要求：
1、耐磨性强，
2、耐腐蚀性好，
3、机械强度高，
4、良好的耐热性和
热传导性能，5、摩擦系数小且有一定的自润滑性，6、气密性好，7、
易成型和加工
二、辅助材料的性能要求：
1、良好的弹性，硬度合适且压缩永久变形小。

2、耐高、低温的老化性能好。

3、与介质相容，不易产生溶胀、溶解、分解用硬化。

4、较小的摩擦系数，耐磨损和有一定的抗撕裂强度。

三、弹性元件的性能要求：材料强度高，弹性极限高，耐疲劳，耐腐蚀和耐
低温。

四、其它结构件用材料的要求：机械强度高、耐腐蚀。

机械密封系统的摩擦学分析摩擦学是研究物体之间相对运动中的摩擦现象的一门学科。

在机械密封系统中，摩擦学分析具有重要意义。

机械密封系统广泛应用于各个工业领域，用于防止液体或气体从容器中泄漏。

而摩擦学分析可帮助我们理解机械密封系统中的摩擦力，减少能量损失，并提高密封性能。

1. 摩擦学基础摩擦是物体在相对运动过程中由于接触面之间产生的阻碍相对滑动的力。

摩擦力的大小取决于接触面的粗糙程度、压力、材料性质等因素。

在机械密封系统中，摩擦力的大小对密封性能有直接影响。

2. 摩擦副参数的选择在机械密封系统中，摩擦副的参数选择是至关重要的。

例如，材料的选择、表面光洁度的要求、润滑方式等都会影响到摩擦力的大小。

摩擦副参数的选择需要综合考虑密封要求、工作环境以及经济性等因素。

3. 摩擦力的计算为了准确估计摩擦力的大小，需要进行摩擦力的计算。

摩擦力的计算方法多种多样，常见的有经验公式法、理论计算法和试验法等。

不同的计算方法适用于不同的情况，需要根据实际需要进行选择。

4. 润滑的作用润滑是减少接触面之间摩擦的一种常用方法。

在机械密封系统中，润滑可以减少摩擦力，提高密封性能。

常见的润滑方式有干摩擦润滑、液体润滑和气体润滑等。

正确选择润滑方式有助于降低摩擦系数、减少能量损失。

5. 摩擦噪声的控制在机械密封系统中，由于摩擦力的存在，常常会有摩擦噪声产生。

摩擦噪声对工作环境和工作人员都有一定的影响，因此需要采取措施进行控制。

例如，在设计过程中合理选择摩擦副参数，采用减震措施等，可以有效降低噪声。

6. 摩擦损失的分析摩擦力会引起能量的损失，称为摩擦损失。

摩擦损失会带来能量的浪费和温升，降低系统效率。

因此，对摩擦损失进行分析有助于减少能量损失，提高整个系统的效率。

7. 摩擦磨损的预防摩擦力还会导致物体表面的磨损现象。

磨损会降低密封性能、缩短使用寿命，并可能引发更严重的故障。

预防摩擦磨损的方法包括润滑、材料的选择和表面处理等。

机械密封系统的摩擦学分析是保证其正常工作和提高性能的重要步骤。

机械密封的材料机械密封的材料机械密封的摩擦副（密封副）主要由动、静环组成，它要求具有耐磨、耐腐蚀、机械强度高、良好的耐热性、气密性好、易加工等优点，其材质常用的如下。

1、硬质合金硬质合金简称WC。

硬质合金是含有钴、铬和钛的一类合金，其中钴是一种粘合剂，钻的含量越高材料的强度就越低。

牌号有：YG-6，硬度为89、5HRA；YG-8，硬度为89HRA；YG-15,?更度为87HRA。

硬质合金有很高的硬度，它的硬度是高速钢的20倍，耐髙温、线胀系数小、摩擦因数低和组对性能好，是机械密封不可缺少的材料。

2、合金钢、高硅铁合金钢经过热处理后，硬度和耐磨性大大增高，加工制造比较容易，成本比较低，常用的材料有3013、4Crl3、9Crl8、W18&4V。

高硅铁是含碳10%〜17%的硅铁合金，它是一种优良的耐酸材料，对硫酸、硝酸、有机酸等介质有良好的耐腐蚀性，但不耐强碱、盐酸，硬度45〜50HRC。

3、碳化硅（SiC)材料碳化硅（SiC)是国际上目前最先进的材料，它的减摩性能特别好，摩擦因数小，硬度高，一般与硬质合金组对。

4、石墨材料①碳石墨，代号M121、耐温3501。

②浸环氧树脂，代号有M106H、M120N、M220N，使用温度200C。

③浸呋喃树脂，代号有M106K、M120K，使用温度200X：。

④碳石墨浸铝，代号有M232L,使用温度400X：；还有浸锑、浸银、浸铜等。

石墨是在石油炭黑、油烟炭黑中加入焦油、沥青等混合经粉碎压制成坯、经高温焙烧2400〜2800X：而成。

在高温焙烧时出现10%〜30%气孔，所以要浸渍一些材料。

碳石墨材料是用处最大的摩擦副组对材料，其特点是：有良好的自润滑性、耐腐蚀性、耐高温、组对性能好、易加工、摩擦因数小。

碳石墨、烧石墨、热解石墨这三种材料都有较好的减摩性、自润滑性，是机械密封主要用到的石墨材料。

它一般与硬材料组对，如硬质合金、碳化硅-耐腐蚀性能好，耐温好、线胀系数低、组对性能好、易加工。

机械密封常用摩擦副材料的选用机械密封是一种常见的密封装置，广泛应用于各种工业设备中。

它通常由密封元件和摩擦副组成。

摩擦副是机械密封的核心部件，它的选用对密封性能和使用寿命有着重要的影响。

常用的摩擦副材料有无机材料、有机材料和金属材料。

无机材料是指由无机物质组成的摩擦副材料，如陶瓷、碳化硅和碳化钨等。

无机材料具有硬度高、耐磨损、抗腐蚀、耐高温等优点，适用于高速、高温、高压或腐蚀性介质的密封。

陶瓷是一种广泛应用的无机材料，它具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和低摩擦系数，适用于各种工况下的密封。

碳化硅和碳化钨是高硬度的无机材料，适用于高速、高温和腐蚀性介质的密封。

有机材料是指由有机物质组成的摩擦副材料，如橡胶、塑料和聚四氟乙烯等。

有机材料具有良好的弹性、密封性和抗冲击性，适用于低速、低温、低压或不含腐蚀性介质的密封。

橡胶是一种常用的有机材料，它具有良好的密封性能和弹性，适用于一般工况下的密封。

塑料具有良好的耐腐蚀性和耐磨性，适用于一些特殊工况下的密封。

聚四氟乙烯是一种低摩擦系数的有机材料，适用于高速、高温和腐蚀性介质的密封。

金属材料是指由金属组成的摩擦副材料，如不锈钢、黄铜和铜合金等。

金属材料具有良好的导热性、耐腐蚀性和耐磨性，适用于高温和高压的密封。

不锈钢是一种常用的金属材料，它具有耐腐蚀性和耐磨性，适用于一般工况下的密封。

黄铜和铜合金具有良好的导热性和耐磨性，适用于高温和高压的密封。

在选择摩擦副材料时，需要考虑密封介质的性质、温度、压力和速度等因素，以及摩擦副材料的物理性质和化学性质等因素。

一般情况下，密封材料的摩擦副应具有相对低的摩擦系数、良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及适当的硬度和弹性。

综上所述，机械密封常用的摩擦副材料有无机材料、有机材料和金属材料。

根据不同的工况和密封要求，可以选择相应的材料以实现良好的密封效果和长期的使用寿命。

机械密封常用的材料机械密封的密封性能和使用寿命，与各零件的材料有关，尤其是端面密封（摩擦副）的材料，辅助密封的材料和弹簧的材料。

一、端面密封摩擦副的材料摩擦副材料有石墨、陶瓷、堆焊硬质合金、碳化钨合金、SiC、填充聚四氟乙烯、锡青铜、钢结硬质合金、不锈钢、酚醛塑料、尼龙等。

常用材料的性质如下：1、石墨石墨的优点是耐腐蚀性和自润滑性好，摩擦系数小，耐热冲击性好并容易加工，缺点是机械强度低，有孔隙。

石墨的这两个缺点可以用浸渍和渗碳的方法改善。

浸渍石墨可分为浸树脂和浸渍金属两种。

浸树脂石墨耐腐蚀性好，但不耐高温（耐温约170~200℃）；浸渍金属石墨高温性好（浸青铜、铝、铅等耐高温可达400~500℃），但耐腐蚀性差。

石墨是使用最广泛的非金属材料，用作中低转速机械密封的动环和高速机械密封的静环。

好的石墨，肉眼看来致密，手指摸上去不大脱粉，不大染黑手指。

2、陶瓷陶瓷的优点是耐腐蚀性好，硬度很高，耐磨性好，缺点是脆性大以及硬度过高而难以加工。

应用较多是氧化铝陶瓷，还有金属陶瓷。

陶瓷多用于腐蚀性介质、中低速的场合。

3、堆焊硬质合金在碳钢、铬钢和铬镍钢的密封面上堆焊硬质合金，优点是硬度高，耐磨性好，耐温性好（500℃以下），耐腐蚀或汽蚀性好，缺点是易产生气孔、夹渣和表面硬度不均匀。

4、碳化钨合金由碳化钨、碳化钛等硬度高、熔点高的金属碳化物，是用加粘结剂粉末冶金的办法，压制烧结成型。

优点是硬度、强度都很高，耐磨、耐高温、耐腐蚀，线膨胀系数低，缺点是性脆，加工困难。

碳化钨是应用最广泛的端面密封副材料，多用作中低转速机械密封的静环，高速机械密封的动环。

二、辅助密封圈的材料对辅助密封材料的要求是弹性好，摩擦系数小，耐磨、耐热和低温性好，抗介质腐蚀、溶解和老化等，此外还要求在压缩后和长期使用中残余变形好。

常用的辅助密封圈材料是橡胶和聚四氟乙烯，此外还有软聚氯乙烯。

1、橡胶橡胶有较好的弹性、缓冲性、吸振性、耐热性、耐腐蚀性。

机械密封的摩擦副的材料选择一、机械密封的摩擦副材料的选用要求机械密封的材料是其赖以存在和发展的基础。

摩擦副在高速旋转中要抵抗介质的腐蚀，承受一定的压力，进行热交换。

1)在防腐蚀方面要有良好的化学稳定性，能抵抗介质的腐蚀、磨蚀、溶解和溶胀;2)在物理机械性能方面要有较高的弹性模量、强度及许用PV值，低的摩擦系数和线膨胀系数，优良的耐磨性和自润滑性以及良好的不渗透性等;3)在热力性能方面要有很好的导热性，耐热，耐寒性和耐温度的急变性;4)材料来源方便，加工制造容易，成本低廉。

二、机械密封摩擦副的材料选择常用的非金属材料有碳一石墨、陶瓷、聚四氟乙烯和塑料等;常用的金属材料有硬质合金、镍铬钢、铬钢、青铜、碳钢和铸铁等;此外还用堆焊、烧结、喷涂等表面处理及复合工艺改变或改善摩擦副的表面性能。

各种材料都具有一定的特性，在选择摩擦副材料时，应扬长避短，根据具体条件合理选用。

1、碳—石墨来做摩擦副碳—石墨(以下简称石墨)是摩擦副中经常选用的材料，具有以下优良性能。

1)较高的导热性。

碳的导热系数20~40W/(m.K)，石墨的导热系数40~128w/(m.K)，仅次于银、铜和铝，是非金属材料中唯一具有高导热率的材料，比某些金属(例如司太利硬质合金和哈氏合金等)的导热率高得多。

因此能及时将产生的摩擦热散失，从而降低密封端面的温度，这对提高其可靠性和使用寿命都是非常必要的。

2)较低的线膨胀系数。

石墨的线澎胀系数为2×10¯6～6×10¯8/℃，大约是金属的1/2～1/4。

在温度升高时，其热变形较小，对保持密封端面的平行是有利的。

低的膨服系数加上高的导热率，使其具有良好的热稳定性，耐热、耐寒和耐热冲击性能好·在承受温度剧变的时候不产生裂纹。

3)良好的耐腐蚀性。

石墨的化学稳定性很好，在空气中400℃以下稳定，除强氧化性介质如王水、铬酸、浓硫酸及卤族无素外，可耐其它酸、碱、盐及一切有机化合物的腐蚀。