Подробное объяснение процессов обработки поверхности графитовых уплотнений: технические этапы от пропитки до покрытия

Обработка поверхности графитовых уплотнений является ключевым процессом для повышения их эксплуатационных характеристик. Правильная обработка поверхности значительно улучшает износостойкость, коррозионную стойкость, теплопроводность и самосмазывающиеся свойства графитовых уплотнений. За годы исследований и разработок технологических процессов компания Huahao Sealing Co., Ltd. (霍邱县华豪密封件有限公司) создала полную систему процессов обработки поверхности. В данной статье систематически представлены принципы, параметры и области применения различных процессов обработки поверхности.

1. Процессы пропитки

1.1 Металлическая пропитка

Металлическая пропитка заключается во введении расплавленного металла в поры графита под вакуумом или давлением, где металл охлаждается и образует металлические наполнители, улучшающие плотность, прочность и теплопроводность.

#### 1.1.1 Процесс пропитки сурьмой

Сурьма (Sb) — наиболее часто используемый металлический пропиточный материал для уплотнительных колец из углеродного графита, температура плавления 630°C, плотность 6,68 г/см³. Параметры процесса:

• Температура предварительного нагрева: 400-450°C (удаление газов)
• Температура пропитки: 650-700°C (плавление сурьмы)
• Давление пропитки: 0,5-2,0 МПа (пропитка под давлением)
• Время выдержки: 2-4 часа
• Метод охлаждения: охлаждение в печи до 200°C, затем воздушное охлаждение

Характеристики после пропитки:

• Плотность увеличивается с 1,70 г/см³ до 2,3-2,4 г/см³
• Степень пропитки (заполнение пор) ≥85%
• Прочность на сжатие увеличивается с 120 МПа до 200-280 МПа
• Теплопроводность увеличивается с 70 Вт/(м·К) до 110 Вт/(м·К)

#### 1.1.2 Процесс пропитки медью

Медь (Cu) имеет температуру плавления 1083°C, плотность 8,96 г/см³. Графит, пропитанный медью, обладает более высокой теплопроводностью, но стоимость выше. Параметры процесса:

• Температура пропитки: 1100-1150°C
• Давление пропитки: 1,0-3,0 МПа
• Время выдержки: 3-5 часов

Теплопроводность после пропитки достигает 140-160 Вт/(м·К), однако медь легко окисляется на воздухе, что ограничивает рабочую температуру ниже 400°C.

#### 1.1.3 Пропитка баббитовым сплавом

Баббитовый сплав — это оловянный или свинцовый сплав с температурой плавления 240-400°C. Графит, пропитанный баббитом, обладает отличной конформностью и способностью к встраиванию, подходит для условий низкой скорости и высокой нагрузки.

1.2 Пропитка смолой

Пропитка смолой заключается во введении жидкой смолы в поры графита под вакуумом с последующим нагревом для отверждения.

#### 1.2.1 Пропитка фенольной смолой

Фенольная смола — самый экономичный материал для пропитки, температура отверждения 150-180°C.

• Температура пропитки: комнатная температура
• Вакуум: ≤-0,09 МПа
• Время пропитки: 30-60 мин
• Температура отверждения: 150-180°C × 4-6 часов
• Термостойкость после пропитки: 200°C

#### 1.2.2 Пропитка фурановой смолой

Фурановая смола обладает лучшей коррозионной стойкостью по сравнению с фенольной, температура отверждения 160-200°C. Термостойкость после пропитки достигает 220°C, выдерживает большинство органических и неорганических кислот.

#### 1.2.3 Пропитка PTFE

Пропитка PTFE достигается методом суспензионной пропитки с последующим спеканием при температуре 360-380°C. После пропитки материал обладает отличной химической инертностью, но теплопроводность снижается до 50-55 Вт/(м·К).

2. Процессы нанесения поверхностных покрытий

2.1 PVD покрытие из алмазоподобного углерода (DLC)

Покрытие DLC образует аморфную углеродно-водородную пленку толщиной 1-5 μm на поверхности уплотнительных колец из графита методом физического осаждения из паровой фазы (PVD). Параметры процесса:

• Температура осаждения: 200-300°C
• Время осаждения: 4-8 часов
• Толщина покрытия: 1-5 μm
• Твердость покрытия: HV 3000-5000
• Коэффициент трения: 0,05-0,08 (при масляной смазке)
• Износостойкость: в 10 раз выше, чем у непокрытого материала

Покрытие DLC подходит для условий с высокими значениями PV, требующих низкого трения, однако тонкое покрытие не выдерживает ударных нагрузок.

2.2 Керамическое покрытие, нанесенное плазменным напылением

Покрытие из оксида алюминия (Al₂O₃) или оксида хрома (Cr₂O₃) толщиной 50-200 μm наносится на поверхность уплотнительных колец из графита методом плазменного напыления. Твердость покрытия может достигать HV 1000-1500, что значительно повышает износостойкость, однако адгезия покрытия к графиту слабая, существует риск отслоения.

2.3 Бесконтактное никелирование

Бесконтактное никелирование наносит слой никель-фосфорного сплава толщиной 10-30 μm на поверхность уплотнительных колец из графита, с твердостью HV 500-700, улучшая износостойкость и коррозионную стойкость. Температура процесса 85-95°C, без термического воздействия на графитовую основу.

3. Сульфидирование

3.1 Принцип процесса

Сульфидирование формирует на поверхности уплотнительных колец из графита пленку дисульфида молибдена (MoS₂) посредством химической реакции. MoS₂ имеет слоистую структуру с слабыми межслойными связями, обеспечивая отличные самосмазывающие свойства.

3.2 Методы процесса

1.Погружение графитовых уплотнений в раствор молибдата с содержанием серы

2.Нагрев до 150-200°C с выдержкой 2-4 часа

3.На поверхности образуется пленка MoS₂ толщиной 1-5 μm

3.3 Влияние на характеристики

• Коэффициент сухого трения снижается с 0,20 до 0,05-0,10
• Подходит для вакуумных, низкотемпературных и других условий без смазки
• Максимальная температура длительной эксплуатации не превышает 300°C (выше 300°C MoS₂ начинает окисляться)

4. Лазерная обработка поверхности

4.1 Лазерное наплавление

Высокоэнергетические лазерные лучи плавят металлический порошок (например, никелевые или кобальтовые сплавы) на поверхности графита, формируя наплавочный слой толщиной 100-500 μm. Твердость наплавочного слоя достигает HV 600-1000, при этом адгезия прочнее, чем при плазменном напылении.

4.2 Лазерное текстурирование

Импульсные лазеры формируют регулярные массивы микровпадин на уплотнительных поверхностях (диаметром 50-200 μm, глубиной 20-50 μm) в виде масляных карманов, улучшая удержание масляной пленки и снижая коэффициент трения на 20-30%.

5. Руководство по выбору процесса

| Процесс | Улучшение характеристик | Применимые сценарии | Стоимость |

|-----------------------|------------------------------|-----------------------------|-----------|

| Сурьмяная пропитка | Прочность + теплопроводность | Общие, высокотемпературные | Средняя |

| Медная пропитка | Теплопроводность | Высокоскоростные, тяжелонагруженные | Высокая |

| Пропитка смолой | Коррозионная стойкость | Химические, кислотные/щелочные среды | Низкая |

| Пропитка PTFE | Химическая инертность | Сильная коррозия | Средняя |

| Покрытие DLC | Износостойкость + низкое трение | Высокоскоростные прецизионные | Высокая |

| Сульфидирование | Самосмазывающиеся свойства | Вакуум, низкие температуры | Низкая |

Заключение

Процессы поверхностной обработки графитовых уплотнений являются важным средством повышения их комплексных эксплуатационных характеристик. Huahao Sealing Co., Ltd. располагает полной системой процессов поверхностной обработки и может предоставить индивидуальные технологические решения на основе условий эксплуатации заказчика. Пожалуйста, свяжитесь с нашей технической командой — мы обеспечим оптимальные услуги по обработке поверхностей уплотнений на основе профессиональных технологических знаний.