高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件及其加工方法与流程

文档序号:11100216
本发明涉及碳化硅密封件,具体地,涉及高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件及其加工方法。
背景技术
:泵密封件是泵中的重要组成部分,主要起到密封的作用。由于泵的特殊性,密封件不仅要有优异的密封性能,同时还要求优异的力学性能。除了一般的泵,还涉及化工泵,化工泵(不锈钢材质)广泛用于石油、化工、冶金、合成纤维、制药、食品、合成纤维等部门用于输送腐蚀介质,在这种泵中,密封件还需要具有优异的耐腐蚀性能;但是现有的泵密封件难以同时具有优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性。技术实现要素:本发明的目的是提供一种高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件及其加工方法,通过该方法制得的碳化硅密封件具有优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,同时加工方法具有工序简单,易于操作的优点。为了实现上述目的,本发明提供了一种高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件的加工方法,包括:1)将碳化硅、硼砂、碳纳米管和偶联剂进行初步混合以制得混合物I;2)将混合物I、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水进行二次混合,接着进行研磨、喷雾造粒以制得雾化料;3)将雾化料置于密封件模具中进行压制以制得密封件坯,接着进行第一次焙烧、冷却以制得半成品密封件,然后将半成品密封件进行第二次焙烧、冷却以制得高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件;其中,相对于100重量份的碳化硅,硼砂的用量为3-7重量份,碳纳米管的用量为0.5-2.5重量份,偶联剂的用量为5-12重量份,膨润土的用量为150-200重量份,氧化钐的用量为15-22重量份,白钨矿粉的用量为30-47重量份,氧化铝粉的用量为9-18重量份,锌粉的用量为4-10重量份,钨粉的用量为1.5-3重量份,碳酸锶的用量为10-16重量份,丁苯橡胶的用量为25-29重量份。本发明还提供了一种高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件,该高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件通过上述的加工方法制备而得。在上述技术方案中,本发明提供的加工方法通过各原料以及各步骤的协同作用使制得的碳化硅密封件具有优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,同时加工方法具有工序简单,易于操作的优点。本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。本发明提供了一种高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件的加工方法,包括:1)将碳化硅、硼砂、碳纳米管和偶联剂进行初步混合以制得混合物I;2)将混合物I、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水进行二次混合,接着进行研磨、喷雾造粒以制得雾化料;3)将雾化料置于密封件模具中进行压制以制得密封件坯,接着进行第一次焙烧、冷却以制得半成品密封件,然后将半成品密封件进行第二次焙烧、冷却以制得高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件;其中,相对于100重量份的碳化硅,硼砂的用量为3-7重量份,碳纳米管的用量为0.5-2.5重量份,偶联剂的用量为5-12重量份,膨润土的用量为150-200重量份,氧化钐的用量为15-22重量份,白钨矿粉的用量为30-47重量份,氧化铝粉的用量为9-18重量份,锌粉的用量为4-10重量份,钨粉的用量为1.5-3重量份,碳酸锶的用量为10-16重量份,丁苯橡胶的用量为25-29重量份。在上述加工方法中,水的用量可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,相对于100重量份的碳化硅,水的用量为300-500重量份。在上述加工方法的步骤1)中,初步混合的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤1)中,初步混合至少满足以下条件:混合温度为15-35℃,混合时间为2-4h。在上述加工方法的步骤1)中,偶联剂的具体种类可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤1)中,偶联剂选自偶联剂KH550、偶联剂KH560、偶联剂KH570和偶联剂KH792中的至少一者。在上述加工方法的步骤2)中,二次混合的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤2)中,二次混合至少满足以下条件:混合温度为45-65℃,混合时间为2-4h。在上述加工方法的步骤2)中,研磨后的混合物中的固体颗粒的粒径可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤2)中,研磨后的混合物中的固体颗粒的粒径为1-5μm;雾化料的含水量为1.3-1.4重量%。在上述加工方法的步骤2)中,喷雾造粒的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤2)中,喷雾造粒至少满足以下条件:进口温度为210-230℃,出口温度为110-120℃;并且,出口后的产物通过两层筛网进行筛取,上层筛的目数为80-100目,下层筛的目数为210-230目,取两层筛中间的颗粒为雾化料。在上述加工方法的步骤3)中,焙烧的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤3)中,第一次焙烧至少满足以下条件:焙烧温度为220-240℃,焙烧时间为2-4h;第二次焙烧至少满足以下条件:焙烧温度为2270-2320℃,焙烧时间为9-15h。在上述加工方法的步骤3)中,压制的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,在步骤3)中,压制至少满足以下条件:压制压力为255-265MPa,压制时间为60-80min。在上述加工方法的步骤3)中,冷却的具体条件可以在宽的范围内选择,但是为了使制得的碳化硅密封件具有更优异的力学性能、耐磨损性和耐腐蚀性,优选地,半成品密封件成型前的冷却为自然冷却且半成品密封件的温度为15-35℃,冷却的时间为20-24h。本发明还提供了一种高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件,该高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件通过上述的加工方法制备而得。以下将通过实施例对本发明进行详细描述。实施例11)将碳化硅、硼砂、碳纳米管和偶联剂(偶联剂KH550)进行于25℃下初步混合3h以制得混合物I;2)将混合物I、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水于55℃下二次混合3h,接着进行研磨(研磨后的混合物中的固体颗粒的粒径为3μm)、喷雾造粒(进口温度为220℃,出口温度为115℃;并且,出口后的产物通过两层筛网进行筛取,上层筛的目数为90目,下层筛的目数为220目,取两层筛中间的颗粒)以制得雾化料(含水量为1.35重量%);3)将雾化料置于密封件模具中于260MPa下压制70min以制得密封件坯,接着于230℃下第一次焙烧3h、25℃下冷却22h以制得半成品密封件,然后将半成品密封件于2300℃下第二次焙烧12h、25℃下冷却22h以制得高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件A1;其中,碳化硅、硼砂、碳纳米管、偶联剂、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水的重量比为100:5:1.5:8:180:18:37:12:8:2:13:27:400。实施例21)将碳化硅、硼砂、碳纳米管和偶联剂(偶联剂KH560)进行于15℃下初步混合2h以制得混合物I;2)将混合物I、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水于45℃下二次混合2h,接着进行研磨(研磨后的混合物中的固体颗粒的粒径为1μm)、喷雾造粒(进口温度为210℃,出口温度为110℃;并且,出口后的产物通过两层筛网进行筛取,上层筛的目数为80目,下层筛的目数为210目,取两层筛中间的颗粒)以制得雾化料(含水量为1.3重量%);3)将雾化料置于密封件模具中于255MPa下压制60min以制得密封件坯,接着于220℃下第一次焙烧2h、15℃下冷却20h以制得半成品密封件,然后将半成品密封件于2270℃下第二次焙烧9h、15℃下冷却20h以制得高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件A2;其中,碳化硅、硼砂、碳纳米管、偶联剂、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水的重量比为100:3:0.5:5:150:15:30:9:4:1.5:10:25:300。实施例31)将碳化硅、硼砂、碳纳米管和偶联剂(偶联剂KH792)进行于35℃下初步混合4h以制得混合物I;2)将混合物I、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水于65℃下二次混合4h,接着进行研磨(研磨后的混合物中的固体颗粒的粒径为5μm)、喷雾造粒(进口温度为230℃,出口温度为120℃;并且,出口后的产物通过两层筛网进行筛取,上层筛的目数为100目,下层筛的目数为230目,取两层筛中间的颗粒)以制得雾化料(含水量为1.4重量%);3)将雾化料置于密封件模具中于265MPa下压制80min以制得密封件坯,接着于240℃下第一次焙烧4h、35℃下冷却24h以制得半成品密封件,然后将半成品密封件于2320℃下第二次焙烧15h、35℃下冷却24h以制得高强度抗腐蚀耐磨碳化硅密封件A3;其中,碳化硅、硼砂、碳纳米管、偶联剂、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水的重量比为100:7:2.5:12:200:22:47:18:10:3:16:29:500。对比例1按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B1,不同的是,步骤1)中未使用硼砂。对比例2按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B2,不同的是,步骤1)中未使用碳纳米管。对比例3按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B3,不同的是,步骤2)中未使用氧化钐。对比例4按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B4,不同的是,步骤2)中未使用白钨矿粉。对比例5按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B5,不同的是,步骤2)中未使用氧化铝粉。对比例6按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B6,不同的是,步骤2)中未使用锌粉。对比例7按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B7,不同的是,步骤2)中未使用钨粉。对比例8按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B8,不同的是,步骤2)中未使用碳酸锶。对比例9按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B9,不同的是,步骤2)中未使用丁苯橡胶。对比例10按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B10,不同的是,碳化硅、硼砂、碳纳米管、偶联剂、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水的重量比为100:8:3::8:180:18:37:12:8:2:13:27:400。对比例11按照实施例1的方法制得碳化硅密封件B11,不同的是,碳化硅、硼砂、碳纳米管、偶联剂、膨润土、氧化钐、白钨矿粉、氧化铝粉、锌粉、钨粉、碳酸锶、丁苯橡胶和水的重量比为100:5:1.5:8:180:18:37:20:11:4:17:30:400。检测例1检测上述密封件的莫式硬度、抗压强度(GPa)、抗弯强度(MPa)、以及断裂韧性(MPa·m1/2),具体结果见表1。另外,将上述密封件分别置于pH为2.0的酸液中浸泡30天,接着置于pH为14的碱液中浸泡30天,然后检测密封件的重量的变化率Δm(重量%),其中,表1莫式硬度抗压强度(GPa)抗弯强度(MPa)Δm(重量%)A110.26.1619-0.03A210.36.0622-0.02A310.45.9627-0.02B19.84.1525-0.95B29.94.2533-0.82B39.74.4512-0.79B410.04.0517-0.80B59.54.2520-0.77B69.44.0523-0.65B79.64.2508-0.67B89.74.3505-0.72B99.93.8486-0.59B1010.14.4545-0.80B119.94.5551-0.79通过上表中的抗压强度、抗弯强度、以及断裂韧性可以看出,本发明提供的密封件具有优异的力学强度,同时通过莫式硬度可以看出本发明提供的密封件具有优异的耐磨性;另外通过Δm也得知该密封件具有优异的耐腐蚀性。以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。当前第1页1 2 3 
再多了解一些
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