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题名金刚石涂层的干摩擦性能及在机械密封应用
被引量：1
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作者
欧正雄
夏岳
王凯悦
宋惠
西村一仁
李赫
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机构
太原科技大学材料科学与工程学院
中国科学院宁波材料技术与工程研究所海洋关键材料重点实验室
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出处
《中国表面工程》
CSCD
北大核心
2024年第6期257-270,共14页
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基金
国家重点研发计划(2022YFB3706200)
宁波科技创新2025重大项目(2023Z009)
+1 种基金
中国科学院青年培育基金(JCPYJJ-22030)
国家自然科学基金(U21A2073)。
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文摘
机械密封件是阻止旋转设备中介质泄漏的关键部件,在机械行业中广泛应用。随着服役工况日益苛刻,密封界面出现摩擦加剧(如高温、高速以及启/停阶段下出现干摩擦)、泄漏量增多以及寿命降低等问题,直接影响了关键密封摩擦部件的服役性能。通过机械密封部件工作面引入表面防护涂层可以极大改善密封界面的润滑行为,提升服役寿命。化学气相沉积(CVD)金刚石涂层兼具优异的力学性能与化学稳定性,是典型陶瓷密封环理想的端面防护材料。首先通过采用热丝化学气相沉积(HFCVD)在Si C陶瓷密封环上分别设计制备微米金刚石(MCD)涂层和超细纳米金刚石(UNCD)涂层,在自主搭建的高性能机械密封测试设备上进行不同晶粒尺寸金刚石涂层改性密封环的摩擦学行为测试。试验表明:(1)金刚石涂层改性机械密封环与Si C陶瓷密封环相比,摩擦因数降低4~5倍,磨损率降低20倍(其中MCD涂层摩擦因数约为0.24,磨损率为0.67×10^(-6 )mm^(3)/(N·m);UNCD涂层摩擦因数约为0.22,磨损率为3.43×10^(-6 )mm^(3)/(N·m));(2)与UNCD涂层相比,MCD涂层在相同干摩擦环境下具有较高的膜基结合力与抗磨损性能,但摩擦因数较高。随后通过引入研磨抛光手段降低制备金刚石涂层的表面粗糙度,系统探究研磨抛光后MCD涂层和UNCD涂层在干摩擦环境下的摩擦磨损性能。通过研磨抛光降低MCD涂层表面粗糙度后可有效改善其摩擦因数,与摩擦稳定时UNCD摩擦因数0.07保持一致,其中Si C球磨损率从3.21×10^(-6 )mm^(3)/(N·m)降低到0.09×10^(-9) mm^(3)/(N·m)。这与MCD涂层经过表面粗糙度优化后,有效改善干摩擦过程中磨粒磨损与黏着磨损有关。上述研究不仅为金刚石涂层在干摩擦环境中改性与摩擦机理分析提供了简洁有效的思路,同时进一步扩展了MCD作为防护涂层在机械密封中的应用。
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关键词
机械密封
微米金刚石(MCD)涂层
超细纳米金刚石(uncd)涂层
研磨
抛光
干摩擦
表面防护
摩擦机理
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Keywords
mechanical seal
microcrystalline diamond(MCD)coating
ultrafine nanocrystalline diamond(uncd)coating grinding
polishing
dry friction
surface protection
friction mechanism
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分类号
TH136
[机械工程—机械制造及自动化]
TG178
[金属学及工艺—金属表面处理]
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