Reparación de sellos mecánicos, pares de fricción

Sellos finales. Materiales del anillo de par de fricción

A principios del siglo XX aparecieron los primeros sellos mecánicos que, a diferencia de las empaquetaduras de prensaestopas, no requerían mantenimiento periódico, no desgastaban el eje y tenían un alto nivel de estanqueidad. Cambiar las cargas actuales de la unidad de sellado, el uso de los materiales necesarios para los anillos del par de fricción y la posibilidad de búsqueda fueron las principales ventajas de esta solución técnica.

Grafito y grafito de carbono

El grafito y el grafito de carbono son materiales "blandos" que se han comenzado a utilizar en los sellos debido a su propiedad autolubricante característica. Para eliminar la porosidad, el grafito se impregnaba con metales, sales inorgánicas, resinas y otros compuestos.

Los materiales de grafito impregnados con resinas tienen dureza moderada, buena resistencia química y resistencia a temperaturas suficientemente altas, lo que depende de las características de la composición de impregnación. Los grafitos de carbono impregnados con metales tienen la propiedad de aumentar la resistencia y la conductividad térmica. Como materiales alternativos para la impregnación de anillos de carbono-grafito se utilizan babbits blandos: cobre, bronce, estaño, antimonio y níquel. El ámbito de aplicación de dichos sellos depende de la temperatura de fusión del metal impregnado con grafito.

Bronce de estaño

Para algunas aplicaciones, se utilizan muchos otros materiales "blandos", como el bronce al estaño, que tiene la ventaja sobre el grafito de una mayor dureza, resistencia y conductividad térmica. A pesar de estas cualidades indudablemente positivas, estos materiales no tienen la propiedad de "autolubricación", por esta y otras razones, la gama de aplicaciones de tales materiales es insignificante y las cualidades positivas no superan sus desventajas. Los plásticos como el caprolón o las composiciones fluoroplásticas a base de PTFE tienen un uso limitado debido a su bajo punto de fusión, baja conductividad térmica y bajo módulo de elasticidad.

Con el fin de ampliar el rango de áreas de aplicación de los sellos mecánicos, se ha investigado un número significativo de materiales resistentes al desgaste, así como composiciones cerámicas, que se utilizan en pares de fricción de estas aleaciones de precisión. Dichos materiales tienen buenas características tribológicas cuando se combinan con materiales de grafito y carbono-grafito.

Óxido de cromo

La especificidad desarrollada de aplicar óxido de cromo con un espesor de aproximadamente 0,2 ... 0,3 mm como recubrimiento de los anillos de trabajo del par de fricción permitió aumentar la dureza de la superficie de trabajo a 54 HRC. En el futuro, la tecnología de proyección por llama de carburo de tungsteno, carburo de cromo y titanio permitió mejorar la resistencia al desgaste [dureza de la superficie hasta 65...72 HRC], resistencia a la corrosión, resistencia a las cargas de impacto.

Óxido de aluminio

Posteriormente, la tecnología de recubrir los anillos de un par de fricción con una fina capa de óxido de aluminio ["oxidación por microarco"] encontró un uso práctico. Los anillos del par de fricción con este recubrimiento tienen una dureza y una resistencia química insuperables en comparación con los materiales basados en metales duros.

A pesar de las ventajas obvias de aumentar la dureza de las superficies de trabajo, las desventajas de usar tales tecnologías y materiales son: una alta probabilidad de agrietamiento térmico y una posible pérdida de planeidad debido a las diferentes propiedades físicas del recubrimiento y el material base, lo que reduce la Alcance de los sellos mecánicos con pequeños valores de PV y bajas caídas de temperatura. Además, tales cerámicas son propensas a la destrucción como resultado del "choque térmico".

El material se utiliza para anillos de fricción debido al costo de fabricación relativamente bajo, principalmente para sellos con valores bajos de PV y bajas velocidades de deslizamiento.

Carburo de silicio sinterizado de reacción ReSiC (SiC)

Debido a la presencia de silicio libre, tiene un bajo coeficiente de fricción, pero una resistencia química limitada en ácidos y álcalis concentrados. El carburo de silicio SSiC [DSSiC] sin silicio libre se ha desarrollado para mejorar la resistencia química. El sello mecánico de carburo de silicio tiene resistencia mecánica al desgaste ya las inclusiones abrasivas y resistencia al calor.

Se han desarrollado tecnologías para la fabricación de composiciones que incluyen carbono. Los materiales son una mezcla heterogénea de grafito libre y carburo de silicio sinterizado por reacción o carburo de silicio puro. Sin duda, las ventajas de tales composiciones de carburo de silicio con inclusiones de grafito son un coeficiente de fricción reducido, una alta conductividad térmica, lo que hace posible producir anillos de fricción pares de sellos mecánicos para operar en condiciones operativas especiales. Las tecnologías para la producción industrial en masa de grafito siliconado prometedor se desarrollaron y dominaron impregnando el grafito original en todo el volumen con silicio líquido. El material tiene características únicas: alto PV, bajo coeficiente de fricción, más resistente a los cambios de temperatura en comparación con las cerámicas de carburo de silicio. Sin embargo, la presencia de silicio libre no permite su uso cuando se trabaja en álcalis.

Nitruro de silicio Si3N4

En los últimos diez años, se han utilizado nuevas tecnologías para la producción de material avanzado de nitruro de silicio Si3N4 en conjuntos de sellos mecánicos. La ventaja de este material es una mayor resistencia al agrietamiento por fatiga en comparación con las cerámicas de carburo de silicio. Estas cualidades determinan el uso de nitruro de silicio para anillos de pares de fricción de sellos mecánicos especiales, que tienen una alta confiabilidad en la operación.

Carburo de wolframio

El uso de carburo de tungsteno con un enlace de cobalto y níquel como material nuevo para sellos comenzó inicialmente como un recubrimiento en piezas de acero inoxidable debido a lo económico de la fabricación. Posteriormente, se estableció el uso de este material en anillos de fricción de pares totalmente sinterizados, los cuales tienen un módulo de elasticidad muy alto, resistencia al desgaste, conductividad térmica y características de resistencia 3-5 veces superiores al carburo de silicio y cerámicas a base de óxido de aluminio, como así como alta resistencia a las cargas térmicas. A pesar de las ventajas significativas, este material no funciona en condiciones de fricción seca y tiene una resistencia química limitada de un aglutinante de níquel o cobalto en ácidos y álcalis concentrados.

La elección racional de los materiales para los anillos de los pares de fricción de los sellos mecánicos se basa en cálculos de ingeniería y análisis de la experiencia operativa. No existe una única combinación universal de materiales para trabajar en todas las condiciones.