ch4 密封材料改1

1、1 第四章第四章 密封材料密封材料 教学重点：教学重点： 拓展学生知识面拓展学生知识面 教学难点：教学难点： 无无 2 第一节第一节 密封材料的选用原则密封材料的选用原则 一、密封工作特点对材料的要求一、密封工作特点对材料的要求 耐蚀性：耐蚀性：能抵抗大多数介质的腐蚀性，能抵抗大多数介质的腐蚀性， 且不易老化、溶胀；且不易老化、溶胀； 综合机械性能：综合机械性能：高的抗拉强度，良好的高的抗拉强度，良好的 塑性，抗冲击能力强，硬度适中，且弹塑性，抗冲击能力强，硬度适中，且弹 性模量较大；性模量较大； 耐磨性：耐磨性：耐磨，有自润滑性，摩擦系数耐磨，有自润滑性，摩擦系数 小；小； 传热系数大传热系

2、数大，热膨胀系数小，且能承受，热膨胀系数小，且能承受 温度的波动；温度的波动； 良好的良好的经济经济加工性能，来源广泛。加工性能，来源广泛。 3 二、密封材料的耐磨性及其评定方法二、密封材料的耐磨性及其评定方法 耐磨性是密封材料应该具备的主要性能。材耐磨性是密封材料应该具备的主要性能。材 料的耐磨性是指某种材料在一定的摩擦条件料的耐磨性是指某种材料在一定的摩擦条件 下抵抗磨损的能力。材料硬度大，越耐磨，下抵抗磨损的能力。材料硬度大，越耐磨， 材料的磨损率与它的硬度成反比，同时也与材料的磨损率与它的硬度成反比，同时也与 它的减摩性成反比。因此它的减摩性成反比。因此不能简单的认为硬不能简单的认为硬

3、 材料比软材料耐磨。材料比软材料耐磨。例如聚四氟乙烯、浸渍例如聚四氟乙烯、浸渍 石墨。石墨。 材料的磨损特性并不是材料的固有特性，而材料的磨损特性并不是材料的固有特性，而 是摩擦学系统的特性。因此材料的耐磨性必是摩擦学系统的特性。因此材料的耐磨性必 定与工作条件有关，如载荷、速度、温度、定与工作条件有关，如载荷、速度、温度、 材料性质和润滑状态等等，撇开具体的环境材料性质和润滑状态等等，撇开具体的环境 去讨论某种材料的耐磨性是没有意义的。去讨论某种材料的耐磨性是没有意义的。 4 材料的材料的耐磨性耐磨性通常以通常以 磨损率的倒数来表示，磨损率的倒数来表示， 即：即：W 1 式中式中 -材料耐磨

4、性材料耐磨性 W-磨损率，即材料在单位时间或单位滑动磨损率，即材料在单位时间或单位滑动 距离内产生的磨损量距离内产生的磨损量 相对耐磨性相对耐磨性来表示，来表示， 它是试验材料与标准它是试验材料与标准 （或参考）材料在相（或参考）材料在相 同磨损条件下的耐磨同磨损条件下的耐磨 性之比。性之比。 t s s t s t r W W W W 1 1 5 三、密封材料的耐蚀性及其评定三、密封材料的耐蚀性及其评定 1、金属材料的耐蚀能力、金属材料的耐蚀能力 介质的性质、温度和压力介质的性质、温度和压力 根据密封所处的介质（氧化性或还原根据密封所处的介质（氧化性或还原 性）、浓度（低、中、高）及介质对腐

5、蚀速度性）、浓度（低、中、高）及介质对腐蚀速度 的影响。另外要考虑密封所处的温度（高温或的影响。另外要考虑密封所处的温度（高温或 低温）。密封所处的压力（常压、中压、高压低温）。密封所处的压力（常压、中压、高压 还是真空）。还是真空）。 密封的类型与结构密封的类型与结构 根据密封的类型与结构选择材料，如内根据密封的类型与结构选择材料，如内 装式、外装式。装式、外装式。 材料的价格与来源材料的价格与来源 6 2、非金属材料的耐蚀能力、非金属材料的耐蚀能力 无机非金属材料无机非金属材料 耐蚀能力与化学成份、矿物质组成、孔隙率、结构耐蚀能力与化学成份、矿物质组成、孔隙率、结构 类型（无定型或结晶型）

6、以及腐蚀介质的性质有关，类型（无定型或结晶型）以及腐蚀介质的性质有关， 其耐蚀性通常由耐酸度或耐碱度评定。其耐蚀性通常由耐酸度或耐碱度评定。 耐酸度：耐酸度：表示无机非金属材料耐酸能力的指标。表示无机非金属材料耐酸能力的指标。 %100 1 2 g g K g2-试验后重量，试验后重量，g1-原重原重 7 有机非金属材料有机非金属材料 种类种类 非金属材料，如木材、炭精、石墨；非金属材料，如木材、炭精、石墨； 塑料，如缩聚塑料、聚合塑料、沥青混合物塑料，如缩聚塑料、聚合塑料、沥青混合物 等；等； 衬里及覆盖层，如橡皮、涂料等；衬里及覆盖层，如橡皮、涂料等； a. 胶凝材料，如酚醛胶泥；胶凝材料

7、，如酚醛胶泥； 8 有机非金属材料有机非金属材料 耐蚀性耐蚀性 a材料材料 分子结构为饱和，耐蚀性高。，不饱和的耐蚀性分子结构为饱和，耐蚀性高。，不饱和的耐蚀性 较差；分子为立体结构，耐蚀性好，线性结构，较差；分子为立体结构，耐蚀性好，线性结构， 耐蚀性较差；分子量越大越耐蚀。耐蚀性较差；分子量越大越耐蚀。 b介质介质 除氧化性介质和有机溶剂外，耐酸、碱、盐。除氧化性介质和有机溶剂外，耐酸、碱、盐。 9 四、密封材料的耐热冲击性能四、密封材料的耐热冲击性能 耐热冲击性能表示材料抗热冲击的能力，它耐热冲击性能表示材料抗热冲击的能力，它 是由耐热冲击系数体现出来的。耐热冲击能是由耐热冲击系数体现出

8、来的。耐热冲击能 力越大，越不容易产生热裂。力越大，越不容易产生热裂。 对介质温度和对介质温度和PV值过高的场合，要选择耐值过高的场合，要选择耐 热冲击系数大的材料。耐热冲击系数可参看热冲击系数大的材料。耐热冲击系数可参看 下表。下表。 10 0.39聚四氟乙烯聚四氟乙烯 590.9碳石墨（浸锑）碳石墨（浸锑） 321.9碳石墨（浸酚醛树脂）碳石墨（浸酚醛树脂） 145.2碳石墨（浸呋喃树脂）碳石墨（浸呋喃树脂） 20.5金属陶瓷金属陶瓷 （77%Cr,23% Al2O3） 33.1Al2O3（99%） 156.9179.3锡青铜锡青铜 11.324.8斯太得合金斯太得合金 142.7WC（Y

9、G-8） 51.468.5C15高硅铸铁高硅铸铁 77.03Cr13（油淬）（油淬） 177.445（淬火回火）（淬火回火） ThSp（J/cmSec） 密封材料密封材料 表表4-1常用密封摩擦副材料的耐热冲击系数常用密封摩擦副材料的耐热冲击系数 11 五、密封材料的种类及用途五、密封材料的种类及用途 这类材料具有低的弹性模量，高泊桑比，在较低这类材料具有低的弹性模量，高泊桑比，在较低 压力作用下可获得较大的弹性变形。主要用于软压力作用下可获得较大的弹性变形。主要用于软 填料、成型寺料、垫片、油封等元件的主体材料。填料、成型寺料、垫片、油封等元件的主体材料。 如石棉、橡胶、聚四氟乙烯及膨胀石墨

10、等。如石棉、橡胶、聚四氟乙烯及膨胀石墨等。 1、纤维及弹塑性体材料、纤维及弹塑性体材料 2、抗磨及减摩材料、抗磨及减摩材料 这类材料耐磨性好，或有减摩性。在较高这类材料耐磨性好，或有减摩性。在较高PV值值 下使用，耐热、耐寒，导热系数大，主要用于下使用，耐热、耐寒，导热系数大，主要用于 机械密封、硬填料密封、间隙密封等的摩擦副机械密封、硬填料密封、间隙密封等的摩擦副 元件。例不透性石墨、硬质合金、陶瓷等。元件。例不透性石墨、硬质合金、陶瓷等。 12 五、密封材料的种类及用途五、密封材料的种类及用途 主要是用于制造要求较高的摩擦副材料，其它机主要是用于制造要求较高的摩擦副材料，其它机 械零件也可

11、使用。械零件也可使用。 3、金属及非金属结构材料、金属及非金属结构材料 4、油、脂及固体润滑剂、油、脂及固体润滑剂 作为密封润滑系统及作为软填料的浸渍剂作为密封润滑系统及作为软填料的浸渍剂 和添加剂。详细情况参看表和添加剂。详细情况参看表4-2。 13 表表4-2密封材料种类及用途密封材料种类及用途 高真空密封、高压密封、低温密高真空密封、高压密封、低温密 封封 金、银、铟、钽金、银、铟、钽 贵金属贵金属 垫片、软填料、成型填料、活塞环、垫片、软填料、成型填料、活塞环、 机械密封，迷宫密封、间隙密封、机械密封，迷宫密封、间隙密封、 动力密封、防尘密封、全封闭密封动力密封、防尘密封、全封闭密封

12、碳钢、铸铁、高硅铸铁、不锈钢、碳钢、铸铁、高硅铸铁、不锈钢、 高铬镍合金；铜、铝、铅、锌、锡高铬镍合金；铜、铝、铅、锌、锡 及其合金及其合金 黑色及有黑色及有 色金属色金属 机械密封机械密封 碳化钨、斯太利堆焊合金、碳化钨、斯太利堆焊合金、RC耐耐 磨合金、钢结硬质合金磨合金、钢结硬质合金 硬质合金硬质合金 机械密封、硬填料、动力密封、间机械密封、硬填料、动力密封、间 隙密封隙密封 碳碳-石墨；氧化铝瓷、滑石瓷、金石墨；氧化铝瓷、滑石瓷、金 属陶瓷、氮化硅、碳化硅、碳化硼、属陶瓷、氮化硅、碳化硅、碳化硼、 喷涂陶瓷喷涂陶瓷 垫片、软填料垫片、软填料膨胀石墨膨胀石墨 碳石墨、碳石墨、 工程陶瓷工

13、程陶瓷 垫片、成型填料；油封；软填料、垫片、成型填料；油封；软填料、 硬填料、活塞环、机械密封、防尘硬填料、活塞环、机械密封、防尘 密封件、全封闭密封件密封件、全封闭密封件 合成橡胶、天然橡胶；氟塑料、尼合成橡胶、天然橡胶；氟塑料、尼 龙、聚乙烯、酚醛塑料、氯化聚醚、龙、聚乙烯、酚醛塑料、氯化聚醚、 聚苯硫醚聚苯硫醚 橡胶、塑橡胶、塑 料料 垫片、软填料、防尘密封件、成型垫片、软填料、防尘密封件、成型 填料、油封、夹布橡胶密封件填料、油封、夹布橡胶密封件 毛、毡、皮革；棉、麻、纸、软木；毛、毡、皮革；棉、麻、纸、软木； 石棉；有机合成纤维、玻璃纤维、石棉；有机合成纤维、玻璃纤维、 碳纤维、陶瓷

14、纤维碳纤维、陶瓷纤维 动、植、矿动、植、矿 物纤维及人物纤维及人 造纤维造纤维 用途用途材料名称材料名称种类种类 14 一、橡胶一、橡胶 第二节第二节 高分子材料高分子材料 1、橡胶的力学与热性能、橡胶的力学与热性能 所有的高分子材料与金属相比，强度低得多，力所有的高分子材料与金属相比，强度低得多，力 学性能受温度的影响很大。学性能受温度的影响很大。 对于橡胶，无论是否硫化，其结构基本都是线型对于橡胶，无论是否硫化，其结构基本都是线型 的。线型高聚物分子结构具有二种运动单元，一的。线型高聚物分子结构具有二种运动单元，一 种是大分子链的整体，另一种是链中的个别链段。种是大分子链的整体，另一种是链

15、中的个别链段。 线性高聚物在不同的范围呈现出线性高聚物在不同的范围呈现出玻璃态、高弹态、玻璃态、高弹态、 粘流态粘流态三种不同的力学状态。三种不同的力学状态。 15 2、橡胶的摩擦特性、橡胶的摩擦特性 与其它高聚物一样，在干的状态下，刚性表面越与其它高聚物一样，在干的状态下，刚性表面越 光滑，接触面越大，粘着磨损增大。如果在湿的光滑，接触面越大，粘着磨损增大。如果在湿的 状态下，界面被一层很薄的液膜隔离，可以大大状态下，界面被一层很薄的液膜隔离，可以大大 降低粘着作用。另外，粗糙的表面相对光滑有表降低粘着作用。另外，粗糙的表面相对光滑有表 面具有更大的粘着可能性。面具有更大的粘着可能性。 16

16、 3、橡胶的耐蚀性、橡胶的耐蚀性 高聚物的腐蚀形式高聚物的腐蚀形式 一种形式是溶剂分子渗入材料内部破坏大分一种形式是溶剂分子渗入材料内部破坏大分 子之间的次价键，产生溶解和溶胀；另一种形式子之间的次价键，产生溶解和溶胀；另一种形式 是由于活性分子与大分子发生化学反应，引起大是由于活性分子与大分子发生化学反应，引起大 分子链的主价键断裂。分子链的主价键断裂。 橡胶的耐蚀性橡胶的耐蚀性 一般不耐氧化性介质，在醛、醚、酮等很多一般不耐氧化性介质，在醛、醚、酮等很多 溶剂中要发生溶胀和溶解，但在非氧化性酸、碱、溶剂中要发生溶胀和溶解，但在非氧化性酸、碱、 盐类溶液中有很高的化学稳定性。同时，它的腐盐类

17、溶液中有很高的化学稳定性。同时，它的腐 蚀性随温度的升高，耐蚀性降低。蚀性随温度的升高，耐蚀性降低。 17 4、密封用橡胶品种及适用范围、密封用橡胶品种及适用范围 丁腈橡胶丁腈橡胶 丁二烯与丙烯腈的共聚物，抗石油、汽油和丁二烯与丙烯腈的共聚物，抗石油、汽油和 酯族烃的能力是它的主要特点，且有较高好的耐酯族烃的能力是它的主要特点，且有较高好的耐 磨、耐热、抗老化性能，但不耐光照，在芳香族磨、耐热、抗老化性能，但不耐光照，在芳香族 环烃和卤代烃溶剂及有机酸、酮、胺、酯、醚中环烃和卤代烃溶剂及有机酸、酮、胺、酯、醚中 均不能使用。均不能使用。 氟橡胶氟橡胶 含氟原子橡胶的总称。具有优良的耐热和耐含氟

18、原子橡胶的总称。具有优良的耐热和耐 腐蚀性能，良好的耐磨和抗撕裂性，但回弹及低腐蚀性能，良好的耐磨和抗撕裂性，但回弹及低 温性能较差。温性能较差。 18 硅橡胶硅橡胶 有极好的耐热性，在低温下仍能保持良好的有极好的耐热性，在低温下仍能保持良好的 抗磨性，适用温度范围宽，良好的抗氧化和耐候抗磨性，适用温度范围宽，良好的抗氧化和耐候 性，但耐磨性及抗溶剂、油、酸、碱等介质的性性，但耐磨性及抗溶剂、油、酸、碱等介质的性 能差。能差。 19 二、聚四氟乙烯二、聚四氟乙烯 1、PTEE的摩擦磨损特性的摩擦磨损特性 在低负荷范围，随负荷的增大，表面分子间距离在低负荷范围，随负荷的增大，表面分子间距离 减小

19、，分子外围的氟原子负电荷相斥作用增加，减小，分子外围的氟原子负电荷相斥作用增加， 分子内聚力减弱，摩擦系数相应降低，但分子间分子内聚力减弱，摩擦系数相应降低，但分子间 距离的减小是有一定限度的，所以在高负荷下，距离的减小是有一定限度的，所以在高负荷下， 摩擦系数将于恒定。摩擦系数将于恒定。 当速度当速度v1.1cm/s时，摩擦系数很小，而当速度达时，摩擦系数很小，而当速度达 到到0.54m/s时，摩擦系数为时，摩擦系数为0.2左右。左右。 而摩擦系数与温度几乎无关，从超低温至而摩擦系数与温度几乎无关，从超低温至PTEE的的 熔点，摩擦系数几乎不变，只有在表面温度高于熔点，摩擦系数几乎不变，只有

20、在表面温度高于 熔点时，摩擦系数才会急剧增大。熔点时，摩擦系数才会急剧增大。 20 二、聚四氟乙烯二、聚四氟乙烯 2、PTEE的耐蚀性的耐蚀性 外围原子是氟原子，表面具有高度惰性，对水和溶外围原子是氟原子，表面具有高度惰性，对水和溶 剂的渗透率都很小，因而几乎不会发生其它高分子剂的渗透率都很小，因而几乎不会发生其它高分子 聚合物常见的溶解和溶胀。聚合物常见的溶解和溶胀。 除熔融的碱金属、无水氢氟酸、三氟化氯及元素氟除熔融的碱金属、无水氢氟酸、三氟化氯及元素氟 在高温及一定压力下能破坏在高温及一定压力下能破坏PTEE外，对各种强酸、外，对各种强酸、 强碱、强氧化剂、有机溶剂甚至沸腾的强碱、强氧化

21、剂、有机溶剂甚至沸腾的“王水王水”都都 有优异的耐蚀性。有优异的耐蚀性。 21 二、聚四氟乙烯二、聚四氟乙烯 3、PTEE的力学与热性能的力学与热性能 易出现高弹形变和塑性形变，服从虎克定律的弹易出现高弹形变和塑性形变，服从虎克定律的弹 性变形只有在较低的应力条件下才存在。性变形只有在较低的应力条件下才存在。 热稳定性是工程塑料中最突出的，其使用温度范热稳定性是工程塑料中最突出的，其使用温度范 围一般在围一般在-180+250。但其线膨胀系数高，导热。但其线膨胀系数高，导热 性低。因此随着温度上升体积膨胀十分显著，因性低。因此随着温度上升体积膨胀十分显著，因 而限制了而限制了PTEE的使用。的

22、使用。 22 一、机械密封碳一、机械密封碳石墨一般性能（抗磨石墨）石墨一般性能（抗磨石墨） 第三节第三节 碳碳石墨石墨 1、生产方法、生产方法 将炭质材料（无烟煤、焦炭、石油焦等）粉将炭质材料（无烟煤、焦炭、石油焦等）粉 碎，加上沥青、煤焦油捏合，再用水压机成碎，加上沥青、煤焦油捏合，再用水压机成 型，在型，在25003000，隔绝空气烧结，就得，隔绝空气烧结，就得 到人造石墨。到人造石墨。 23 2、物理机械性能、物理机械性能 非金属材料中唯一能导电的材料，非金属材料中唯一能导电的材料，有较高的导热性。有较高的导热性。 膨胀系数小，热稳定性高，能经受温度的剧烈变化，膨胀系数小，热稳定性高，能

23、经受温度的剧烈变化， 特别适合作传热设备。但耐温受到浸渍材料的限制，特别适合作传热设备。但耐温受到浸渍材料的限制， 强度不太高，塑性差，质脆，机械加工性能好。在强度不太高，塑性差，质脆，机械加工性能好。在 空气中的最高使用温度为空气中的最高使用温度为400，在还原性或惰性，在还原性或惰性 气氛里，可达气氛里，可达3000。 石墨由于孔隙率很大（石墨由于孔隙率很大（30%），不能用作独立的构），不能用作独立的构 造材料。用各种合成树脂（其它金属、非金属也可）造材料。用各种合成树脂（其它金属、非金属也可） 将石墨浸渍消除孔隙率，这样得到的石墨称为不透将石墨浸渍消除孔隙率，这样得到的石墨称为不透 性

24、石墨，浸渍后孔隙率大为减少，机械强度增加，性石墨，浸渍后孔隙率大为减少，机械强度增加， 而导热性并不降低。主要可车、锯、钻孔和套丝扣，而导热性并不降低。主要可车、锯、钻孔和套丝扣， 但不能焊接、铸造和压力加工。但不能焊接、铸造和压力加工。 24 3、摩擦磨损特性、摩擦磨损特性 碳原子以共价键结合，结合力较大，较稳定。碳原子以共价键结合，结合力较大，较稳定。 石墨本身有一定的自润滑性能和优良的减摩性。石墨本身有一定的自润滑性能和优良的减摩性。 当石墨与金属对磨时摩擦系数为当石墨与金属对磨时摩擦系数为0.040.05（无（无 腐蚀情况）。腐蚀情况）。 除强氧化性介质（如硝酸、浓度除强氧化性介质（如

25、硝酸、浓度60%以上的铬以上的铬 酸、发烟硫酸、溴、氟和过氧化氢等）中会软酸、发烟硫酸、溴、氟和过氧化氢等）中会软 化、膨胀，对各种酸、碱、盐和有机化合物具化、膨胀，对各种酸、碱、盐和有机化合物具 有很高的化学稳定性。有很高的化学稳定性。 25 二、膨胀石墨及碳纤维密封材料二、膨胀石墨及碳纤维密封材料 1、膨胀石墨的性能与应用、膨胀石墨的性能与应用 膨胀石墨又称柔性石墨，可挠性石墨。它是膨胀石墨又称柔性石墨，可挠性石墨。它是 以天然石墨为原料，经净化处理后浸入化学以天然石墨为原料，经净化处理后浸入化学 处理剂中，加热至处理剂中，加热至100，使石墨粒子被筛剂，使石墨粒子被筛剂 充分润湿；用水冼

26、净，于加热炉中升温至充分润湿；用水冼净，于加热炉中升温至 1000左右，使进入石墨粒层间的硫酸氢基左右，使进入石墨粒层间的硫酸氢基 和水分发生爆炸性的分解，气化，造成石墨和水分发生爆炸性的分解，气化，造成石墨 层间急剧膨胀，晶体沿某方向的距离可比原层间急剧膨胀，晶体沿某方向的距离可比原 来扩大来扩大100300倍，最后用一般模压、辊压或倍，最后用一般模压、辊压或 冲压的方法制成板状、带状及填料环等各种冲压的方法制成板状、带状及填料环等各种 规格的制品。规格的制品。 26 1、膨胀石墨的性能与应用、膨胀石墨的性能与应用 膨胀石墨既有普通石墨的优良热稳定性、高膨胀石墨既有普通石墨的优良热稳定性、高

27、 导热率和耐蚀性，同时又具有独特的可压缩导热率和耐蚀性，同时又具有独特的可压缩 性和回弹性。主要用在阀、泵以及各种化工性和回弹性。主要用在阀、泵以及各种化工 设备上的密封垫片和填料中，在磨损后仍具设备上的密封垫片和填料中，在磨损后仍具 有一定的回弹能力，可自动补偿径向间隙，有一定的回弹能力，可自动补偿径向间隙， 保持良好的密封状态。保持良好的密封状态。 膨胀石墨的晶体由于膨胀的结果，其层间距膨胀石墨的晶体由于膨胀的结果，其层间距 离比天然石墨的理论值增大了几十倍甚至上离比天然石墨的理论值增大了几十倍甚至上 百倍，使得层间本来就很弱的范德华力进一百倍，使得层间本来就很弱的范德华力进一 步减弱。因

28、此极易产生切变滑移，即它的强步减弱。因此极易产生切变滑移，即它的强 度很低。度很低。 27 碳纤维是以各种天然纤维或人造纤维为原料，通碳纤维是以各种天然纤维或人造纤维为原料，通 过梳理、预氧化、碳化等步骤制成。主要用聚丙过梳理、预氧化、碳化等步骤制成。主要用聚丙 烯腈作原料。原料以一般纺织机将纤维梳整成卷烯腈作原料。原料以一般纺织机将纤维梳整成卷 后，置于后，置于210230的恒温加热炉中进行预氧化，的恒温加热炉中进行预氧化， 然后在惰性气氛中于然后在惰性气氛中于10001100的高温下进行碳的高温下进行碳 化，最后需在化，最后需在20003000下经过石墨化处理。下经过石墨化处理。 具有很高

29、的比强度和比刚度和优良的导热性、耐具有很高的比强度和比刚度和优良的导热性、耐 蚀性和减摩性，用于阀门、往复泵、离心泵，尤蚀性和减摩性，用于阀门、往复泵、离心泵，尤 其在高温、超低温条件下的应用显示出良好的密其在高温、超低温条件下的应用显示出良好的密 封效果，比普通石棉材料的使用寿命可提高封效果，比普通石棉材料的使用寿命可提高510 倍。但成本较高，适宜工况苛刻的场合。倍。但成本较高，适宜工况苛刻的场合。 2、碳纤维材料、碳纤维材料 28 一、碳钢和普通铸铁一、碳钢和普通铸铁 第四节第四节 金属及其合金金属及其合金 1、耐蚀性、耐蚀性 2、耐磨性、耐磨性 在非氧化性酸中发生析氢腐蚀；在水中构成微

30、电在非氧化性酸中发生析氢腐蚀；在水中构成微电 池或氧的浓差电池而发生吸氧腐蚀，在中性盐溶池或氧的浓差电池而发生吸氧腐蚀，在中性盐溶 液中发生吸氧腐蚀。在液中发生吸氧腐蚀。在PH9.5重量百分比浓度不重量百分比浓度不 超过超过30%的碱溶液中是耐蚀的，在高温的熔融碱的碱溶液中是耐蚀的，在高温的熔融碱 中遭到强烈腐蚀。在浓的强氧化性介质内可钝化，中遭到强烈腐蚀。在浓的强氧化性介质内可钝化， 在高温气体中发生化学腐蚀。在高温气体中发生化学腐蚀。 此类材料有良好的减摩性，故较耐磨。此类材料有良好的减摩性，故较耐磨。 29 二、硅铸铁二、硅铸铁 1、耐蚀性、耐蚀性 2、耐磨性、耐磨性 在氢氟酸、氟化物、

31、碱、卤素、三氯化铁、亚硫在氢氟酸、氟化物、碱、卤素、三氯化铁、亚硫 酸、次氯酸盐和王水中会受到强烈腐蚀，在任何酸、次氯酸盐和王水中会受到强烈腐蚀，在任何 浓度和温度的硫酸、硝酸、室温盐酸、磷酸、醋浓度和温度的硫酸、硝酸、室温盐酸、磷酸、醋 酸、蚁酸及各种有机酸中均可使用，在各种盐类酸、蚁酸及各种有机酸中均可使用，在各种盐类 溶液和有机介质中稳定性也很高。溶液和有机介质中稳定性也很高。 它的硬度大，质脆，耐磨性较好。但物理、它的硬度大，质脆，耐磨性较好。但物理、 机械性能差，机械强度低，热裂倾向大。机械性能差，机械强度低，热裂倾向大。 30 三、不锈钢三、不锈钢 1、耐蚀性、耐蚀性 2、耐磨性、

32、耐磨性 优良的耐蚀性能，主要原因是加入了更易钝化的优良的耐蚀性能，主要原因是加入了更易钝化的 合金元素铬、镍、钼，在氧化性介质中耐蚀，在合金元素铬、镍、钼，在氧化性介质中耐蚀，在 水、大气、中性盐、微酸性中耐蚀，在温度不高，水、大气、中性盐、微酸性中耐蚀，在温度不高， 浓度不高的碱中耐蚀。浓度不高的碱中耐蚀。 奥氏体不锈钢较软，不宜作摩擦副材料，一般奥氏体不锈钢较软，不宜作摩擦副材料，一般 采用沉淀化不锈钢，经热处理后获得较高硬度，采用沉淀化不锈钢，经热处理后获得较高硬度， 耐磨性好。耐磨性好。 31 一、一、WC硬质合金及钢结硬质合金硬质合金及钢结硬质合金 第五节第五节 金属的碳化物及工程陶

33、瓷金属的碳化物及工程陶瓷 1、WC硬质合金硬质合金 常用的常用的WC是由是由WC粉与钴粉按一定比例粉与钴粉按一定比例 混合后，再掺入石蜡或橡胶浆成型剂，混合后，再掺入石蜡或橡胶浆成型剂， 经压制烧结而成。经压制烧结而成。WC的熔点约的熔点约2700， 因此烧结过程主要依靠钴熔融将因此烧结过程主要依靠钴熔融将WC粉粒粉粒 连接成一体。连接成一体。 32 WC-Co合金的硬度基本上取决于碳化物，而合金的硬度基本上取决于碳化物，而 韧性则主要取决于粘结金属。一般合金中的韧性则主要取决于粘结金属。一般合金中的 粘结金属钴量愈高，则标志着合金韧性的抗粘结金属钴量愈高，则标志着合金韧性的抗 弯强度愈高，但

34、硬度降低。用于制造机械密弯强度愈高，但硬度降低。用于制造机械密 封环的封环的WC-Co合金，最常用的合金，最常用的Co含量为含量为6%、 8%、15%及及3%（对应牌号为（对应牌号为YG6、YG8、 YG15及及YG3）。）。 WC-Co合金强度高，线膨胀系数小，导热性合金强度高，线膨胀系数小，导热性 好，热裂倾向小，适宜于高好，热裂倾向小，适宜于高PV值条件和含有值条件和含有 固体颗粒的场合。它与碳固体颗粒的场合。它与碳石墨组对，具石墨组对，具 有良好的摩擦相容性，一般只发生在碳材料有良好的摩擦相容性，一般只发生在碳材料 的表面，碳化钨的磨损非常轻微。的表面，碳化钨的磨损非常轻微。 33 W

35、C-Co耐蚀性主要取决于耐蚀性主要取决于Co，因为，因为WC除了除了 在浓在浓HNO3和浓热碱中会形成可溶性腐蚀产和浓热碱中会形成可溶性腐蚀产 物外，在其它酸、碱、盐中具有很高的化学物外，在其它酸、碱、盐中具有很高的化学 稳定性，而稳定性，而Co的性质类似的性质类似Ni，在碱中有足够，在碱中有足够 的稳定性，但不耐盐酸、氧化性酸和含氧化的稳定性，但不耐盐酸、氧化性酸和含氧化 剂的溶液。所以剂的溶液。所以WC-Co合金主要适用于中性合金主要适用于中性 和微酸性溶液、海水、碱溶液（除热浓碱外）和微酸性溶液、海水、碱溶液（除热浓碱外） 以及有机溶剂。以及有机溶剂。 同样，用其它的金属或非金属代替同样

36、，用其它的金属或非金属代替Co，仍能，仍能 形成形成WC硬质合金。硬质合金。 34 2、钢结硬质合金、钢结硬质合金 以铁粉、钢粉或中间合金等粉末为粘结相，以铁粉、钢粉或中间合金等粉末为粘结相， 碳化伏或碳化钨为硬质相，采用粉末冶金方碳化伏或碳化钨为硬质相，采用粉末冶金方 法制备。法制备。 在淬火状态下有很高硬度，其耐磨性与高钴在淬火状态下有很高硬度，其耐磨性与高钴 含量的硬质合金相当。与其它材料相对摩擦含量的硬质合金相当。与其它材料相对摩擦 时摩擦系数很低，不易发生严重的粘着磨损。时摩擦系数很低，不易发生严重的粘着磨损。 具有高弹性模量、高强度和较好的韧性的综具有高弹性模量、高强度和较好的韧性

37、的综 合特征。耐蚀性主要取决于钢基体的类型，合特征。耐蚀性主要取决于钢基体的类型， 如果选择耐蚀的钢或合金作粘结剂，就能使如果选择耐蚀的钢或合金作粘结剂，就能使 钢获得相应的高耐蚀能力。钢获得相应的高耐蚀能力。 35 二、工程陶瓷二、工程陶瓷 1、氧化铝陶瓷、氧化铝陶瓷 主要成份是主要成份是Al2O3和和SiO2，其中，其中Al2O3含量大于含量大于 46%叫高铝陶瓷，大于叫高铝陶瓷，大于60%叫刚玉，用作机械叫刚玉，用作机械 密封环的多是密封环的多是9599.8% Al2O3的刚玉。的刚玉。 刚玉结构致密，主要以离子键结合，其硬度仅刚玉结构致密，主要以离子键结合，其硬度仅 次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅，次于金刚石、碳化硼、立方氮化硼和碳化硅， 显示出优异的耐磨性，氧化铝陶瓷热膨胀系数显示出优异的耐磨性，氧化铝陶瓷热膨胀系数 小，有较好的导热性，但弹性模量较高，抗拉小，有较好的导热性，但弹性模量较高，抗拉 强度比较低，所以耐热冲击系数小，易发生热强度比较低，所以耐热冲击系数小，易发生热 裂，使用时必须防止环境温度的变化。密封所裂，使用时必须防止环境温度的变化。密封所 用的刚玉陶瓷除氢氟酸和浓热碱外，对其它各用的刚玉陶瓷除氢氟酸和浓