一种机械密封摩擦副材料及其制备方法技术

一种机械密封摩擦副材料及其制备方法。其特点在于，该密封摩擦副材料是以泡沫金属茏状筛网为主结构、以硬质耐磨导热的微米尺寸以下的粉未状或纤维状的金属材料或/和非金属材料为填充物，以高聚物为粘结剂而合成的复合材料。可作为结构材料使用或机械密封摩擦副材料使用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，该密封摩擦副材料是一种 具备金属-非金属-高聚物粘结剂综合性能的复合材料。本专利技术还涉及一种用于该密封 摩擦副材料的填充物碳纳米管在泡沫金属茏状筛网内生长的方法。
技术介绍
机械密封起源较早，但大量实际应用却始于20世纪20年代后期。作为代替软 填料环形式的转轴密封的一种。早期的工程师尝试将机械密封用于船舶推进器轴系，但 由于没有合适的密封材料，密封不能达到令人满意的效果。随着科技的发展，机械密封 装置越来越多地被应用于船舶轴系中。机械密封是通过外部的压力作用使动静密封环的 密封面结合在一起而起到密封作用的，而作用在密封面上的接触力和摩擦热会引起密封 面的变形和接触状况的改变，导致泄漏，所以对机械力和摩擦热耦合变形一直是密封研 究的重点。根据统计，机械密封的泄漏大约有80% 95%是由于密封端面摩擦副造成的。 作为旋转设备中不可缺少的密封装置，机械密封因其工作可靠、泄漏量小、使用寿命 长、功率消耗少等特点，在泵、压缩机、反应釜、搅拌器、转盘塔、离心机和过滤机等 工艺设备上得到了广泛应用。据统计，为阻止动力输入轴与壳体间介质的泄漏，国外化 工流程中95%左右的旋转设备采用了机械密封。机械密封摩擦副材料应具备下列条件 1)机械强度高，能耐压和耐压力变形；2)具有耐干磨性，耐高载荷性，自润滑性好； 3)配对材料的磨合性好，无过大的磨损和对偶腐蚀；4)耐磨性好，寿命长；5)导热性 和散热性好；6)耐高温性能好；7)抗热裂性能好；8)耐腐蚀性强；9)线膨胀系数小， 能耐热变形和尺寸稳定性好；10)切削加工性好，成型性能好；11)气密性好；12)密度 小。一般认为浸渍树脂或金属的石墨材料，其导热性和自润滑性都很好，应优先考虑 选用；强氧化性介质，应选用陶瓷材料；介质含颗粒，应选用硬对硬摩擦副材料，如碳 化钨、碳化钛；强腐蚀介质，应选用填充聚四氟乙烯-陶瓷等。1992年A.Blomberg为了提高密封面耐磨性研制出了碳化钨-石墨-氧化铝涂 层。并为了评价这些硬薄涂层性能，提出摩擦性试验中应该主要从以下几个方面着手， 一是涂层的耐磨性，二是颗粒磨损和滑动摩擦。对于常规的无机密封面材料，成本更 为低廉的聚四氟乙烯和尼龙纤维被应用到制做静环的密封面，而且机械性能与摩擦性能 也较为理想。此举为后来的静环密封面设计与制造拓宽了思路。2004年，&AJ0neS 横向对比了机械用石墨、陶瓷块、金刚石微粉和金刚砂-石墨在无润化状态下的干摩擦 性能，并建立优选模型以供机械密封设计者使用。从2000年到现在，另一个被广泛研 究的机械密封摩擦材料是以氮化硅作为基体，金刚砂-石墨材料作为涂层的复合材料。 F.Mubarok在文章中指出金刚砂_石墨可在提高基体硬度的同时，增加自润滑性和密封效 果。为了得到更为优越的性能材料，从静环原料的选择配比上转化到制备工艺上。最早 出现的有通过化学气相沉积法(CVD)在密封面上制备金刚石微粉涂层，到温度更高效率更快的等离子增强化学气相沉积法(PECVD)，这些工艺都以提高表面硬度从而达到耐磨 损的目的。高聚物粘结剂因具有优异的物理机械性能和独特的不粘性、低摩擦因数等特 性，在各工程领域得到了广泛的应用，但是用在泵、轴承、活塞环等机械领域时却出现 耐磨性差、压缩蠕变大、尺寸稳定性和导热性差等缺点。聚醚醚酮(PEEK)，聚酰亚胺 (PI)与聚四氟乙烯(PTFE)共混，能够改善PTFE的耐磨性能和耐蠕变性能，拓宽共使用 范围。但是由于其结构的差异，使得聚合物与PTFE的相容性较差，填充后的复合材料 比纯PTFE的物理机械性能有所下降，国内外对于密封面的研究主要集中在静环密封面的 失效分析、静动环端之0间的热效应、摩擦磨损形貌和改进静环材料与制备工艺上。而 材料的制备主要向着三个方向发展。一是利用超硬材料如金刚石微粉、碳化钨等作涂层 强化基体表面；二是注重自润滑性，如一些以碳-石墨为材料的静环密封面；三是在超 硬材料内加入石墨以达到保证硬度的同时又能起到自润滑的效果。为此，针对前述罗列的机械密封材料应用条件本专利技术研制出一种机械密封摩 擦副材料，该密封摩擦材料为一种金属_非金属_高聚物粘结剂的复合材料。特点是以 金属茏状筛网为主结构、以硬质、耐磨、导热性好的微米尺寸以下的金属或/和非金属 材料为填充物填充金属茏状筛网主结构，以高聚物粘结剂粘结金属茏状筛网主结构及所 述的填充物而制成的一类机械密封摩擦副材料。截止目前资料显示，尚未有本专利技术研制出的类似机械密封摩擦副材料资料的相 关报道。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种应用于机械密封的机械密封摩擦副材料及其制备方法； 同时提供一种在泡沫金属茏状筛网内生长填充物-碳纳米管的方法。本专利技术的机械密封摩擦副材料，是以导热性好、延展性好的泡沫金属茏状筛网 为主结构、以硬质耐磨性好的微米尺寸以下的粉未状或纤维状的金属材料或/和非金属 材料为填充物，以高聚物为粘结剂而合成的复合材料。具备金属-非金属-高聚物粘结 剂综合性能。本专利技术所述的为主结构的泡沫金属茏状筛网是市售泡沫金属板材料，或自制泡 沫金属板材料，所述的泡沫金属板材料具备导热性和延展性综合性能，包括铝、铁、 铜、钴、锌、镍或钛金属的泡沫金属板材料，或铝、铁、铜、钴、锌、镍或钛的复合金 属泡沫金属材料，铁钴镍可伐合金泡沫金属材料。本专利技术所述的市售泡沫金属材料茏状筛网，国内外巳大量生产，国内厂家，如 长沙力元新材料有限责任公司，北京金艾伯特泡沫金属有限公司。本专利技术所述的硬质耐磨导热金属或/和非金属材料填充物，包括微米尺寸以下 的粉未状或纤维状的铝、铁、铜、钴、锌、镍或钛金属材料，或氧化铝、氧化硅、氧化 锆、氮化铝或氮化硅陶瓷材料，或氧化锌纳米管材料，或玻璃纤维材料，或碳纤维材 料，或金刚石颗粒，或碳颗粒、碳化硅或碳化钛材料，或碳纳米管材料，或直接在泡沫 金属茏状筛网内生长出的碳纳米管材料。本专利技术所述的直接在泡沫金属茏状筛网内生长出的碳纳米管材料填充物，按下 述方法制备；以市售碳纳米管为载体，以硝酸钴或硝酸铁浸润碳纳米管载体，载体与硝酸钴或硝酸铁重量比为100 1 20 ；以氨水中和至PH为8 10，过滤，水洗至中性 干燥后，经氩气或氮气保护，40(TC条件下保温30 90分钟烧结而制得碳纳米管生长的 催化剂，将催化剂均勻填于泡沫金属板材料茏状筛网一端面内，经氩气或氮气及氢气及 甲烷气体综合保护，于500 900°C条件下保温30 90分钟，即得到在泡沫金属茏状筛 网内生长出的碳纳米管材料填充物。本专利技术所述的高聚物粘结剂，为液体状的聚四氟乙烯、液体状的橡胶、液体状 的环氧类树脂、液体状的聚酯类树脂、尼龙类塑料、或者固体状的聚酰亚胺(PI)、固体 状的酚醛类树脂高聚物粘结剂。本专利技术所述的机械密封摩擦副材料的制备方法，只需将本专利技术所述的泡沫金属 茏状筛网和微米尺寸以下的粉未状或纤维状的硬质耐磨导热填充物材料，以及高聚物粘 结剂，以常规合成方式或常规物理热压方式以常规工艺组合、共固化，即可制得适用的 机械密封摩擦副材料。其制备步骤包括1)、取权利要求2所述的任一种泡沫金属茏状筛网为主结构；2)、将权利要求3所述的硬质耐磨导热性材料中的任一种或多种填充物与权利 要求4所述的任一液体高聚物粘结剂，或固体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械密封摩擦副材料，其特征在于，该密封摩擦副材料是以泡沫金属茏状筛网为主结构、以硬质耐磨导热的微米尺寸以下的粉未状或纤维状的金属材料或／和非金属材料为填充物，以高聚物为粘结剂而合成的复合材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：木士春，任婕，肖逵，杨金龙，董学斌，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83