[发明专利]一种机械端面动密封铁基金属动环表面镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种表面镀膜处理的方法，特别涉及一种机械端面动密封铁基金属动环表面镀膜方法。

技术背景

机械端面动密封是流体机械中应用最广泛的一种接触式密封，密封时动环与静环的端面在弹簧预紧力作用下贴合构成摩擦副。密封动环材料常由硬质合金、碳化硅陶瓷及高速钢等材料构成，静环材料常用浸渍石墨构成。对于需要频繁启停的机械密封，在启停机阶段摩擦副常处于干摩擦状态，产生较大的摩擦力和摩擦力矩，导致剧烈磨损。较高的启动力矩会引起启停机阶段的冲击振动，较大的磨损会导致机械密封的过早失效。在机械密封工作过程中，因介质参与，密封面除了摩擦磨损、疲劳还会发生腐蚀等，严重影响密封的服役寿命和机械系统运行的可靠性。传统的高速钢动环材料与静环浸渍石墨材料配副时，表现出较高的摩擦系数和磨损量。密封摩擦副材料在启停机阶段摩擦系数较高，不利于平稳启停机。

为了改善机械密封动环表面的耐磨性，常常采用特殊的机械动环密封表面处理方法或者端面密封动环材料。在机械密封端面上堆焊硬质合金，优点是硬度高，耐磨性好，耐温性好，耐腐蚀或气蚀性好，缺点是易产生气孔、夹渣和表面硬度不均匀；在机械密封动环密封面上设置氧化铝陶瓷（中国申请专利CN200620074402.7），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；填充聚四氟乙烯密封材料密封件具有优良的化学稳定性能、耐高低温、耐化学腐蚀性能、润滑防粘性能、电绝缘性能、抗老化性能，并具有极低的摩擦系数。PTFE因较低的摩擦系数有利于降低启动力矩，缺点是机械强度较低。

上述硬度高的镀层往往不具备自润滑性，在启停机阶段机械密封需要克服较大摩擦力矩；聚四氟乙烯密封材料具有优良自润滑性能及低的启动摩擦力，机械强度却不足。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种机械端面动密封铁基金属动环表面镀膜方法，以克服机械密封运行中的密封失效问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种机械端面动密封铁基金属动环表面镀膜方法，包括以下步骤：

步骤一、配制复合镀液，复合镀液由基础镀液和PTFE复合液构成，基础镀液由20~40g/l的NiSO₄·6H₂O，20~40g/l的NaH₂PO₂·H₂O，1~10g/l的CH₃COONa·3H₂O，20~40ml/l的乳酸，1~5ml/l的丙酸，1~5g/l的琥珀酸，1~2mg/l的Pb(Ac)₂·3H₂O组成；PTFE复合液的成分为5~30g/l PTFE，0.01~0.03g/l的全氟烷基季胺碘化物或/和0.01~0.05g/l的N-羟乙基全氟辛基磺酰胺；在使用前按1：1的比例将PTFE复合液加入基础镀液中，充分混合得到复合镀液；

步骤二、镀膜前机械密封动环预处理，机械密封铁基金属在镀膜之前需在酸性电解液下进行电解抛光、微酸蚀活化一步完成，使其表面粗糙度达到Ra≤0.1μm；

步骤三、镀膜，调节复合镀液的pH值为4.0~5.0，通过水浴加热使镀液温度达到90-95℃，然后将预处理之后的试件放入复合镀液中，镀膜持续时间为1小时；

步骤四、镀后处理，将化学镀后的机械密封动环试件清水清洗，热风烘干，置于高温炉中，在空气中加热，升温速率200℃/h，缓慢升温至150~200℃，保温1小时后随炉冷却至室温，即可取出备用。

经本发明处理后的机械端面密封动环表面薄膜成分为Ni-P-PTFE,经该镀膜处理之后，在PV值5-30MPa·m/s范围内，密封动环端面面与浸渍石墨对磨时的稳定阶段的平均摩擦系数（0.16-0.18）显著降低；铁基金属试样与石墨在摩擦启动阶段，摩擦系数随时间变化曲线上存在超调量（0.1）,Ni-P-PTFE复合膜的起始摩擦系数较高速钢小，复合膜几乎没有磨合阶段，这一特性有利于机器的平稳启动及延长机械密封使用寿命。

本发明结合Ni-P镀层高强度和PTFE低摩擦系数的优点，在机械密封高速钢类铁基金属动环表面复合镀Ni-P-PTFE镀层，本方法处理效率高，适用各种尺寸的、形状复杂的机械端面密封表面。由于膜层薄，镀膜后的表面仍然保持原来的型线。镀膜之后镀层既拥有减摩、自润滑、不粘着、易于启停等特点，也具有耐磨损、耐腐蚀、耐高温等特性。

附图说明

图1为复合膜表面形貌。