微米Co粒子对磁流体密封水性能的影响

　　为提高耐蚀水泵磁流体旋转密封的承压值，在Fe3O4油基磁流体中添加适量强磁性Co 微米粒子，并研究磁流体中Co 粒子体积分数对磁流体密封水性能和磁流体密封装置温升的影响。研究结果表明，随着磁流体中Co 粒子体积分数增加，因Co 粒子在密封间隙内密封极齿表面聚积形成的“柔性磁极”，导致密封间隙减小，磁流体密封承压值明显增大; 随着磁流体中Co 粒子体积分数的增加，磁流体密封的功耗将增大，磁流体密封装置的温度升高; 磁流体密封装置的温升缘于密封间隙内Co 粒子之间和Co 粒子与旋转轴之间内摩擦所产生的摩擦热。

　　与传统的机械式密封相比，将磁流体用于旋转密封具有密封功耗小、密封部件磨损小以及可用于高速旋转密封和实现被密封介质零泄漏等优良的特性。对于磁流体旋转密封而言，真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为其密封承压值随着密封磁极与被密封轴之间密封间隙径向尺寸的减小而增大。但为防止旋转轴因圆周跳动等而与密封磁极接触产生磨损，密封间隙径向尺寸不能太小(通常控制在0.05 mm 以上) ，否则将导致对磁流体密封部件加工和安装精度要求的大幅提高，增加磁流体密封部件加工和安装的难度。本文作者针对磁流体密封耐蚀水泵旋转轴的要求，如磁流体密封间隙径向尺寸不宜太小，且构成密封磁迴路的导磁材料要求为磁导率较低的不锈钢等，为提高磁流体旋转密封的承压值，在磁流体中添加适量强磁性钴粒子，并研究钴粒子对磁流体密封水介质时密封性能的影响。

1、试验部分

　　1.1、磁流体密封结构

　　图1 所示为旋转密封试验用磁流体多级密封结构。

图1 磁流体多级密封结构示意图

　　密封结构中以2 块钕铁硼永磁体作为磁流体密封磁源，3 个密封磁极上的密封极齿数从左至右依次为5、13、5，共23 级。磁极密封极齿宽为0.6 mm，齿间宽为1.5 mm，密封轴与密封磁极之间的密封间隙径向尺寸为0.2 mm。为防止被密封水介质的腐蚀，密封轴和密封磁极采用磁导率较低的00Cr30Mo2不锈钢制造。旋转轴直径为35mm，转速为3000 r/min，被密封水含盐的质量分数为：NaCl，2.7%，MgCl2，2.0%，MgSO4，3.5%MgSO4。

　　1.2、试验材料

　　密封试验用磁流体为由平均粒径为10 nm 的Fe3O4粒子制备的油基磁流体。为提高磁流体密封的承压值，密封试验时，分别在磁流体中加入了不同体积分数的平均粒径约为1.7 μm 的球形Co 粒子。图2和图3 分别给出了所用纳米Fe3O4粒子和微米Co粒子的形貌，表1 给出了相应Fe3O4粒子和Co 粒子的磁性参数。

图2 Fe3O4粒子TEM形貌

图3 Co粒子SEM形貌

表1 Fe3O4粒子和Co粒子的磁性参数

2、结论

　　(1) 在旋转密封中，以磁流体密封水介质时，通过在磁流体中添加高比饱和磁化强度的Co微米粒子可在密封间隙内形成“柔性磁极”，从而减小密封间隙径向尺寸，显著提高磁流体密封承压值。

　　(2) 在磁流体中添加具有高比饱和磁化强度的Co粒子，相比添加同等体积分数Fe3O4粒子，能更有利于减小密封间隙径向尺寸，从而显著提高磁流体密封承压值。

　　(3) 在试验条件下，随着磁流体中Co粒子体积分数的增加，密封间隙内Co粒子之间及Co粒子与旋转轴之间内摩擦所导致的密封功耗增大，磁流体密封装置的温度相应升高。