脉冲面密封件工作表面纳米结构电火花合金涂层的形成

《Scientific Reports》：Formation of nanostructured electrospark-alloyed coatings on the working surfaces of impulse face seals

　　

摘要

脉冲面密封件是在高压、高转速以及严苛的热学和摩擦学条件下工作的泵类及压缩机设备中的关键部件。这类密封件的耐用性与可靠性在很大程度上取决于其工作表面的特性，这也推动了先进表面改性技术的发展。本研究通过采用含有单壁碳纳米管的特殊工艺介质，通过电火花合金化技术在Armco铁和HS6-5-2工具钢表面形成纳米结构层。所采用的加工流程包括：首先使用钼电极进行电火花合金化处理，然后涂覆含有碳纳米管的工艺介质，再次进行电火花合金化处理。随后从微观结构、元素分布、表面粗糙度、显微硬度以及耐磨性等方面对所得涂层进行了分析。此外，还进行了与氟塑料端面摩擦的摩擦学测试，以及脉冲气体面密封件的实际应用测试，以评估其性能。研究结果表明，在工艺介质中添加0.01重量%的碳纳米管能够显著改善材料的微观结构。在HS6-5-2钢表面上形成的纳米结构涂层的显微硬度可达到1650 HV，其耐磨性比未使用该工艺介质的涂层高出三倍以上。实际应用测试显示，这种密封件具有稳定的密封性能、较低的泄漏率，且工作时温度状况良好。所提出的电火花合金化纳米结构化方法有效提升了高负荷压缩机中脉冲面密封件的耐磨性和使用寿命。