คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการบำบัดผิวแหวนซีลกราไฟต์: เส้นทางเทคนิคจากการอัดซึมถึงการเคลือบ

การบำบัดผิวของซีลกราไฟต์เป็นกระบวนการสำคัญในการปรับปรุงสมรรถนะของซีลเหล่านี้ การบำบัดผิวที่เหมาะสมสามารถเพิ่มความต้านทานการสึกหรอ ความต้านทานการกัดกร่อน การนำความร้อน และการหล่อลื่นตัวเองของซีลกราไฟต์ได้อย่างมีนัยสำคัญ ในการวิจัยและพัฒนากระบวนการหลายปีที่ผ่านมา Huahao Sealing Co., Ltd. (霍邱县华豪密封件有限公司) ได้จัดตั้งระบบกระบวนการบำบัดผิวที่ครบถ้วน บทความนี้จึงแนะนำหลักการ พารามิเตอร์ และการประยุกต์ใช้ของกระบวนการบำบัดผิวต่างๆ อย่างเป็นระบบ

1. กระบวนการอัดซึม

1.1 การอัดซึมด้วยโลหะ

การอัดซึมด้วยโลหะเป็นการนำโลหะหลอมเหลวเข้าสู่รูพรุนของกราไฟต์ภายใต้สุญญากาศหรือความดัน จากนั้นปล่อยให้เย็นตัวจนเกิดตัวเติมโลหะซึ่งช่วยเพิ่มความหนาแน่น ความแข็งแรง และการนำความร้อน

#### 1.1.1 กระบวนการอัดซึมด้วยแอนติโมนี

แอนติโมนี (Sb) เป็นโลหะที่ใช้ในการอัดซึมสำหรับแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์มากที่สุด โดยมีจุดหลอมเหลว 630℃ และความหนาแน่น 6.68 กรัม/ซม.³ พารามิเตอร์กระบวนการ:

• อุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้า: 400-450℃ (การปล่อยก๊าซ)
• อุณหภูมิการอัดซึม: 650-700℃ (แอนติโมนีหลอมเหลว)
• ความดันการอัดซึม: 0.5-2.0 MPa (การอัดซึมด้วยความดัน)
• ระยะเวลาคงที่: 2-4 ชั่วโมง
• วิธีการทำความเย็น: ทำความเย็นในเตาอบจนถึง 200℃ จากนั้นทำความเย็นด้วยอากาศ

ประสิทธิภาพหลังการอัดซึม:

• ความหนาแน่นเพิ่มจาก 1.70 กรัม/ซม.³ เป็น 2.3-2.4 กรัม/ซม.³
• อัตราการอัดซึม (อัตราการเติมรูพรุน) ≥85%
• ความแข็งแรงอัดเพิ่มจาก 120 MPa เป็น 200-280 MPa
• การนำความร้อนเพิ่มจาก 70 W/(m·K) เป็น 110 W/(m·K)

#### 1.1.2 กระบวนการอัดซึมด้วยทองแดง

ทองแดง (Cu) มีจุดหลอมเหลว 1083℃ และความหนาแน่น 8.96 กรัม/ซม.³ กราไฟต์ที่อัดซึมด้วยทองแดงมีการนำความร้อนสูงกว่าแต่มีต้นทุนสูงกว่า พารามิเตอร์กระบวนการ:

• อุณหภูมิการอัดซึม: 1100-1150℃
• ความดันการอัดซึม: 1.0-3.0 MPa
• ระยะเวลาคงที่: 3-5 ชั่วโมง

การนำความร้อนหลังการอัดซึมอยู่ที่ 140-160 W/(m·K) แต่ทองแดงเกิดการออกไซด์ได้ง่ายในอากาศ จึงจำกัดอุณหภูมิการใช้งานไม่เกิน 400℃

#### 1.1.3 การอัดซึมด้วยโลหะผสมบาบบิตต์

โลหะผสมบาบบิตต์เป็นโลหะผสมที่มีดีบุกหรือสารตะกั่วเป็นฐาน มีจุดหลอมเหลว 240-400℃ กราไฟต์ที่อัดซึมด้วยบาบบิตต์มีความสามารถในการปรับตัวและฝังตัวได้ดี เหมาะสำหรับสภาวะความเร็วต่ำและภาระหนัก

1.2 การอัดซึมด้วยเรซิน

การอัดซึมด้วยเรซินเป็นการนำเรซินเหลวเข้าสู่รูพรุนของกราไฟต์ภายใต้สุญญากาศ จากนั้นทำความร้อนเพื่อให้แข็งตัว

#### 1.2.1 การอัดซึมด้วยเรซินฟีนอลิก

เรซินฟีนอลิกเป็นวัสดุอัดซึมที่ประหยัดที่สุด โดยมีอุณหภูมิการแข็งตัว 150-180℃

• อุณหภูมิการอัดซึม: อุณหภูมิห้อง
• สุญญากาศ: ≤-0.09 MPa
• ระยะเวลาอัดซึม: 30-60 นาที
• อุณหภูมิการแข็งตัว: 150-180℃ × 4-6 ชั่วโมง
• ความต้านทานอุณหภูมิหลังการอัดซึม: 200℃

#### 1.2.2 การอัดซึมด้วยเรซินฟูราน

เรซินฟูรานมีความต้านทานการกัดกร่อนดีกว่าเรซินฟีนอลิก โดยมีอุณหภูมิการแข็งตัว 160-200℃ ความต้านทานอุณหภูมิหลังการอัดซึมสูงถึง 220℃ ทนทานต่อกรดอินทรีย์และอนินทรีย์ส่วนใหญ่

#### 1.2.3 การอัดซึมด้วย PTFE

การอัดซึมด้วย PTFE ทำได้โดยการอัดซึมแบบแขวนลอยร่วมกับการซินเตอร์ โดยมีอุณหภูมิการซินเตอร์ 360-380℃ หลังการอัดซึมมีความเฉื่อยทางเคมียอดเยี่ยม แต่การนำความร้อนลดลงเหลือ 50-55 W/(m·K)

2. กระบวนการเคลือบผิว

2.1 การเคลือบ PVD Diamond-Like Carbon (DLC)

การเคลือบ DLC สร้างฟิล์มคาร์บอน-ไฮโดรเจนอัมฟอรัสหนา 1-5 μm บนพื้นผิวแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ผ่านกระบวนการการตกตะกอนไอสารทางกายภาพ (PVD) พารามิเตอร์กระบวนการ:

• อุณหภูมิการตกตะกอน: 200-300°C
• เวลาการตกตะกอน: 4-8 ชั่วโมง
• ความหนาของชั้นเคลือบ: 1-5 μm
• ความแข็งของชั้นเคลือบ: HV 3000-5000
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน: 0.05-0.08 (หล่อลื่นด้วยน้ำมัน)
• ความต้านทานการสึกหรอ: สูงกว่าชั้นที่ไม่เคลือบ 10 เท่า

การเคลือบ DLC เหมาะสำหรับสภาวะที่มีค่า PV สูงซึ่งต้องการแรงเสียดทานต่ำ แต่ชั้นเคลือบบางไม่สามารถทนต่อแรงกระแทกได้

2.2 การเคลือบเซรามิกด้วยการพ่นพลาสมา

การเคลือบอะลูมินา (Al₂O₃) หรือโครเมียมออกไซด์ (Cr₂O₃) หนา 50-200 μm ถูกสร้างขึ้นบนพื้นผิวแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ผ่านการพ่นพลาสมา ความแข็งของชั้นเคลือบสามารถสูงถึง HV 1000-1500 ซึ่งช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรออย่างมาก แต่การยึดเกาะของชั้นเคลือบกับกราไฟต์ค่อนข้างอ่อนแอและมีความเสี่ยงต่อการหลุดลอก

2.3 การชุบด้วยนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า

การชุบนิกเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าจะตกตะกอนชั้นโลหะผสมนิกเกิล-ฟอสฟอรัสหนา 10-30 μm บนพื้นผิวแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ โดยมีความแข็ง HV 500-700 ช่วยเพิ่มความต้านทานการสึกหรอและความต้านทานการกัดกร่อน อุณหภูมิของกระบวนการอยู่ที่ 85-95°C โดยไม่มีผลกระทบทางความร้อนต่อวัสดุกราไฟต์พื้นฐาน

3. การบำบัดด้วยซัลไฟด์

3.1 หลักการของกระบวนการ

การบำบัดด้วยซัลไฟด์สร้างฟิล์มถ่ายโอนโมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS₂) บนพื้นผิวแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ผ่านปฏิกิริยาเคมี MoS₂ มีโครงสร้างเป็นชั้นซ้อนกันโดยมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างชั้นต่ำ จึงให้คุณสมบัติหล่อลื่นตัวเองที่ยอดเยี่ยม

3.2 วิธีการของกระบวนการ

1.แช่แหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์ในสารละลายโมลิบเดตที่มีซัลเฟอร์ผสม

2.ให้ความร้อนที่ 150-200°C ค้างไว้ 2-4 ชั่วโมง

3.ฟิล์ม MoS₂ หนา 1-5 μm จะก่อตัวบนพื้นผิว

3.3 ผลกระทบต่อสมรรถนะ

• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบแห้งลดลงจาก 0.20 เป็น 0.05-0.10
• เหมาะสำหรับสภาวะสุญญากาศ อุณหภูมิต่ำ และสภาวะที่ไม่มีการหล่อลื่น
• อุณหภูมิใช้งานระยะยาวไม่เกิน 300°C (MoS₂ เริ่มเกิดการออกซิเดชันเมื่อเกิน 300°C)

4. การบำบัดผิวด้วยเลเซอร์

4.1 การเคลือบด้วยเลเซอร์

ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงหลอมผงโลหะ (เช่น โลหะผสมนิกเกิลหรือโคบอลต์) ลงบนพื้นผิวกราไฟต์ สร้างชั้นเคลือบหนา 100-500 μm ความแข็งของชั้นเคลือบสามารถถึง HV 600-1000 โดยมีการยึดเกาะที่แข็งแรงกว่าการพ่นพลาสมา

4.2 การสร้างลวดลายด้วยเลเซอร์

เลเซอร์แบบพัลส์สร้างแอเรย์หลุมจิ๋วที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50-200 μm และความลึก 20-50 μm บนผิวหน้าแหวนซีล เพื่อเป็นแหล่งกักเก็บน้ำมัน ช่วยเพิ่มการกักเก็บฟิล์มน้ำมันและลดค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานลง 20-30%

5. คู่มือการเลือกกระบวนการ

| กระบวนการ | การปรับปรุงสมรรถนะ | สถานการณ์ที่เหมาะสม | ค่าใช้จ่าย |

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

| การอัดซึมด้วยแอนติโมนี | ความแข็งแรง + การนำความร้อน | ทั่วไป, อุณหภูมิสูง | ปานกลาง |

| การอัดซึมด้วยทองแดง | การนำความร้อน | ความเร็วสูง, โหลดหนัก | สูง |

| การอัดซึมด้วยเรซิน | ความต้านทานการกัดกร่อน | ปั๊มเคมี, กรด/เบส | ต่ำ |

| การอัดซึมด้วย PTFE | ความเฉื่อยทางเคมี | การกัดกร่อนรุนแรง | ปานกลาง |

| การเคลือบ DLC | ความต้านทานการสึกหรอ + แรงเสียดทานต่ำ | ความแม่นยำความเร็วสูง | สูง |

| การบำบัดด้วยซัลไฟด์ | หล่อลื่นตัวเอง | สุญญากาศ, อุณหภูมิต่ำ | ต่ำ |

สรุป

กระบวนการบำบัดผิวสำหรับแหวนซีลคาร์บอนกราไฟต์เป็นวิธีสำคัญในการปรับปรุงสมรรถนะโดยรวมของชิ้นงาน Huahao Sealing Co., Ltd. มีระบบกระบวนการบำบัดผิวที่ครบถ้วนและสามารถให้บริการโซลูชันกระบวนการที่ปรับแต่งตามสภาพการใช้งานของลูกค้า กรุณาติดต่อทีมเทคนิคของเรา — เราจะให้บริการบำบัดผิวแหวนซีลที่เหมาะสมที่สุดโดยอาศัยเทคโนโลยีกระบวนการระดับมืออาชีพ