机械密封典型零件的制造——堆焊、喷涂及RC合金密封环

机械密封的摩擦副组对材料常用堆焊、喷涂、熔结RC合金等，构成密封环的耐磨面层。

一、司太立特合金堆焊

堆焊是用焊接的方法在金属基体表面上堆敷一层具有一定性能的材料。将表面覆盖，而形成一种新的表面层，作为机械密封摩擦副的耐磨端面。其中主要的一种是用氧乙炔焰进行司太利特合金堆焊，堆焊的温度一般为1700 ~ 1800℃。

1、堆焊前的准备

加工堆焊基体通常在堆焊基体端面上开一凹槽(见图9-9）。

堆焊前，要将焊条放在烘箱内烘烤.以除去水分.烘烤为250~300℃，时间为1~2h。被堆焊基体表面应清理，不应有油污、锈迹等缺陷。

2、操作注意事项

（1）将工件置于加热回转装置之上，堆焊基体表面必须放平，以保证焊液均匀分布.堆焊前，先用氧乙炔焰预热工件表面（预热800–900℃，随基体钢种和大小而异)，预热时工件随回转装置转动(堆焊时亦同)。

（2）堆焊时，应用还原焰。氧：乙炔<1. 0~1. 3，即使用微过量的乙炔，以保证焊层表面及堆焊层不被氧化，同时可以使燃烧尽的碳及其他成分最少。

（3）堆焊时焊枪位置见图9-10。堆焊时采用的喷嘴.要根据堆钾基体的大小来选择。喷嘴出口处的第一节焰为未完全燃烧的氧乙炔混合物，这部分火焰极为明亮，呈圆柱状，长度为5~20mm(视喷嘴大小而不同)，称为焰芯；紧接着的第二节由半燃烧的一氧化碳和氢气组成称为还原焰；第二节为燃烧过程中的最终产物，即二氧化碳和水蒸气，这一节又可叫做外焰。堆焊时火焰的调整，以还原焰为焰芯长度的2.5~3倍为宜。

（4）为了避免司太特合金被氧化，焰芯与被堆焊基体表面之间的距离应保持1.5~3mm。为了尽快加热堆焊表面，而又不使其面层过热，焊枪中心线与堆焊表面约成45°~75°倾角。

（5）堆焊时，将合金熔液滴入堆焊基体凹槽中，用焊焰吹动，使合金溶液不致冷凝且畅快地流动，这样一滴滴地使凹槽逐渐熔满合金，然后用焊焰烫平。此间还应注意调节氧气的工作压力和焊焰的情况。使用的乙炔要适量，否则会增加孔隙和皮层，同时还会降低熔化温度，氧气的工作压力为0.3~0.35MPa。

（6）在整个堆焊过程中，应注意堆焊温度。温度过高或过低及堆焊时间过长，都会影响质量，堆焊完成后，要将焊焰作涡旋状离开或使火焰沿熔敷面平行地慢慢离去。

（7）堆焊完成后，置于石棉和云母的混合物中保温并进行缓慢冷却。

二、等离子喷涂Cr2O3

等离子喷涂是利用喷枪中的钨(或钍钨合金)阴极与铜质环形阳极之间产生强大的电弧，而电离气体产生等离子束，同时将待喷粉末送入等离子束中熔化而成液体，并随着等离子束喷射到工件表面上，形成所需的具有特殊性能的涂层(厚度一般为0. 3~0. 5mm)。

等离子喷涂的装置原理如图9-11所示。当高频振荡器产生的高压高频振荡击穿喷枪嘴和电极之间的气体介质时，气体放电电离而导电，然后将具有一定压力的气体导入喷嘴。这时电源供给强大的电流将气体介质加以高温电离，形成电子和离子。这些电子和离子夹杂着未电离的中性原子和分子一起，形成一个宏观上中性的等离子弧。在喷嘴和电极之间的电场中，等离子体得到加速，且在通过喷嘴时产生热收缩效应、电磁收缩效应以及机械压缩效应，这样就形成一个能量集中、温度高达15000~20000℃的高速刚性等离子弧。由于这种方法产生的温度很高，任何难熔的粉末材料在等离子束中均被熔化，且周围设有保护气体，故涂层的黏着性好，强度高。

喷涂时，通常用氮气输送粉末，输送速度必须精确控制。喷涂条件可通过改变输人功率和工作气体的流速加以调节。

采用等离子喷涂法得到涂层密度仅为理论密度的90%~92%。

1、基体的加工

在喷涂基体表面开凹槽（见图9-12），圆周方向留有极小的边缘，它可防止机加工时损伤喷涂面另外，还需在基体上设置通冷却水的工艺夹具，力求使工件不变形，此外，喷涂面倒角处及轴向总长度应留磨量0.1~0.2mm。其他尺寸都按图纸要求加工。

为使涂层具有黏着力，必须将基体凹槽表面打毛去油，进行喷砂处理。

2、Cr2O3粉末的制备

制备Cr2O3粉末的原料及配比为：纯度为98%的氧化铬粉5kg与纯度为99%的硅溶液1590mL加水1136mL，球磨机中进行球磨加工。经球磨后的浆液用压缩空气喷射到500℃左右的干燥箱内，干燥收存。干燥后块状粉料在1450~1600℃中焙烧，然后经破碎、筛分。

3、等离子喷涂设备

等离子喷涂主要设备有电源控制箱、气源、水冷系统、送粉器、喷枪、动力头转台等。

4、喷涂工序及工艺参数

（1）喷涂工序

先装上工件，开启冷却水，旋转工件；同时接通主电源、输气、高频引弧，调节电流、电压及送粉。

（2）喷涂Cr2O3陶瓷的工艺参数

等离子体发生气H20.8MPa，等离子体气生气N20.8MPa，枪端电压9V，电流30A，喷涂枪距10mm。

三、不锈钢烧覆RC合金

这种合金是以下不锈钢作基体，用铸造碳化钨粉末加入铜，利用渗透法制成耐磨表面层的复合材料。其密封环的制作工艺如下。

1、基体加工

将不锈钢环端面车出矩形截面的环槽（见图9-13）。环槽的深度根据需要而定，一般为1.5~3mm。粉料压实前高度h可按下式确定

h=&S+C1+C2

式中：

S——所需表面层厚度，mm；

&——松装比，用60~80目的铸造碳化钨以300~350MPa的压力压制时&=2；

C1——磨削余量，取C1=0.5mm为宜；

C2——模具导向余量，亦可不留余量。

2、压制

在槽内均匀填一层碳化钨粉末，模压用300~350MPa的压力压实。在被压实的碳化钨上面覆盖一层99.99%的纯铜粉，仍以同样的压力压实。压制与脱模工装如图9-14所示。

3、烧结

将坯件放人真空炉，加温烧结.使铜粉在1150~1200℃下熔化，熔融的铜渗入被压实的碳化钨层。表面层中的含铜量一般为11%~12%。

4、烧结温度曲线

如图9-15所示。工件随炉冷却到200℃以下取出，然后再进行机械加工。