تركيبات مواد وجه الختم الميكانيكي

الأختام الميكانيكية تعتمد على وجهين متزاوجين مسطحين للغاية - أحدهما عادةً ما يكون متصلاً بالعمود الدوار والآخر ثابت - لمنع تسرب السوائل. يُعد اختيار مزيج مواد الوجه أمرًا بالغ الأهمية لإطالة عمر الختم وأدائه.

غالبًا ما تُصنف هذه التركيبات إلى "لينة مقابل صلبة" (سطح أنعم ذاتي التشحيم على سطح صلب) أو "صلبة مقابل صلبة" (وجهان صلبان). تُعد الأزواج اللينة/الصلبة (عادةً الكربون على سيراميك صلب) شائعة عند توقع حدوث تلامس بين السطحين أو ضعف التشحيم، لأن الكربون يوفر سطحًا زلقًا وسهل التشحيم.

تُستخدم أزواج صلبة/صلبة (مثل كربيدتين) عند الحاجة إلى الحفاظ على طبقة سائلة متينة (مثلاً في الخدمات الكاشطة أو عالية اللزوجة) لتقليل تلامس السطحين. عموماً، غالباً ما يُصنع أحد السطحين أكثر صلابة من الآخر، مما يُسبب "تآكلاً" - فوجود سطح واحد قابل للتضحية يمنع حدوث تلف شديد لكليهما.

الكربون مقابل السيراميك (الألومينا)

يتكون هذا الاقتران من سطح من الكربون والجرافيت، مُغطى بسيراميك تقني (عادةً أكسيد ألومنيوم عالي النقاء). وجوه الفقمة مركبات ناعمة مسامية مصنوعة من الكربون غير المتبلور والجرافيت، وغالبًا ما تُشرب بالراتنج أو المعدن لتحسين متانتها ونفاذيتها. سيراميك الألومينا مادة صلبة وهشة، تتمتع بمقاومة جيدة للتآكل، لكنها محدودة في تحمل الصدمات.

الوسائط الموصى بها وحالات الاستخدام:

• ✅ مياه نظيفة أو معالجة: مثالي للمياه العذبة ومياه التبريد وأنظمة المياه الصالحة للشرب وحلقات التدفئة/التبريد.
• ✅ الزيوت الخفيفة والسوائل المبردة: مناسب لزيوت التشحيم والكيروسين ومبردات/مضادات التجمد القائمة على الجليكول.
• ❌ السوائل الكاشطة أو الملاطية: لا يُنصح باستخدامه لمياه الصرف الصحي أو المواد الملاطية أو أي سائل يحتوي على مواد صلبة كبيرة (الرمل والطمي وما إلى ذلك).
• ❌ الأحماض/القلويات القوية: تجنب الخدمة الكيميائية الحمضية أو الكاوية.
• ❌ مضخات عالية السرعة أو عالية الضغط: في ظروف PV (الضغط والسرعة) العالية، يعمل هذا المزيج ساخنًا.

الكربون مقابل كربيد السيليكون

يجمع هذا المزيج الشائع للغاية بين سطح من الكربون والجرافيت وسطح من كربيد السيليكون. كربيد السيليكون (SiC) مادة سيراميكية تحظى بالاحترام لصلابتها الاستثنائية (تكاد تضاهي صلابة الماس) ومقاومتها للتآكل. يتوفر بنوعين: كربيد السيليكون المتفاعل (يحتوي على حوالي 10% من السيليكون الحر)، وكربيد السيليكون ألفا المُلبَّد (كربيد السيليكون النقي تقريبًا)، وهذا الأخير أكثر خمولًا كيميائيًا. عادةً ما يكون سطح الكربون في هذا المزيج من جرافيت كربوني عالي الجودة، مشبع بالراتنج أو الأنتيمون، وغالبًا ما يكون من الدرجة "الممتازة" لمقاومة التقرحات. يوفر هذا الكربون الناعم التزليق اللازم لسطح كربيد السيليكون فائق الصلابة.

الوسائط الموصى بها وحالات الاستخدام:

• ✅ المواد الكيميائية والسوائل المسببة للتآكل: توصية ممتازة للأحماض والمواد الكاوية والمذيبات.
• ✅ الهيدروكربونات والزيوت الخفيفة: مناسبة للمضخات التي تنقل البنزين والديزل والنفط الخام والهيدروكربونات الأخرى.
• ✅ الماء الساخن والطين الخفيف: يتم استخدامه في مضخات مياه تغذية الغلايات (تقاوم صلابة SiC الاحتكاك الطفيف الناتج عن حجم الغلاية، كما يتعامل الخمول الكيميائي مع كيمياء الماء)، بشرط أن يتمكن تصميم المضخة من التعامل مع الصدمات الحرارية.
• ❌ جزيئات كبيرة / تآكل شديد: بالنسبة لمواد التعدين أو طين الحفر أو السوائل المملوءة بالحصى، فإن الكربون مقابل كربيد السيليكون قد يتآكلان بسرعة كبيرة لأن سطح الكربون سوف يتآكل.
• ❌الخدمات ذات الاهتزازات العالية أو الصدمات: إذا كانت بيئة المضخة خشنة للغاية (على سبيل المثال، اهتزاز العمود بشكل كبير، أو الطرق المتكرر عند البدء/الإيقاف)، فقد يتشقق سطح SiC.
• ❌غاز جاف أو ظروف تزييت سيئة: إذا كان السائل المختوم عبارة عن غاز أو سائل ذو لزوجة منخفضة للغاية (لا يوفر أي تزييت تقريبًا)، فقد لا يكون الزوج الناعم/الصلب كافيًا.

الكربون مقابل كربيد التنغستن

يستخدم هذا المزيج سطحًا من الكربون والجرافيت مقابل سطح من كربيد التنغستن (WC). كربيد التنغستن مادة مركبة مُلبَّدة: جزيئات كربيد التنغستن شديدة الصلابة مُثبَّتة بمادة رابطة معدنية (كانت تُعرف سابقًا بالكوبالت، والآن غالبًا بالنيكل لتحسين مقاومتها الكيميائية). يُطلق على كربيد التنغستن أحيانًا اسم "المعدن الصلب" وهو يكاد يكون بنفس صلابة كربيد السيليكون، مع فارق رئيسي واحد: يتميز بمتانة كسر أعلى (فهو "أكثر صلابة" وأقل هشاشة بفضل المادة الرابطة المعدنية المطيلة). عادةً ما يكون الكربون المستخدم من نفس الدرجات المستخدمة مع كربيد السيليكون (مُشبّع بالراتنج أو الأنتيمون، إلخ).

الوسائط الموصى بها وحالات الاستخدام:

• ✅ الزيوت والوقود الهيدروكربوني: ممتاز للنفط الخام وزيوت التشحيم والديزل وما إلى ذلك.
• ✅ السوائل المتسخة أو الكاشطة المعتدلة: يتم استخدامه في المياه المنتجة والمياه الحمضية وبعض مخلفات التعدين التي تحتوي على محتوى صلب منخفض إلى متوسط.
• ✅ مضخات الضغط العالي أو السرعة العالية: في مضخات تغذية أو شحن الغلايات ذات الضغط العالي، غالبًا ما يتم اختيار أسطح الكربون/WC لقوتها.
• ❌ خدمات الأحماض القوية أو المواد الكاوية: لا يُنصح باستخدامه مع الأحماض مثل حمض الهيدروكلوريك، أو حمض الكبريتيك، أو الصودا الكاوية القوية.
• ❌ سوائل تشحيم سيئة / غاز جاف: في الخدمات مثل الماء الساخن ذو اللزوجة المنخفضة جدًا أو المضخات التي قد تجف، لا يزال الكربون/الماء المغلي محفوفًا بالمخاطر.
• ❌ المواد الملاطية شديدة الكشط: في الملاط شديد الكشط (على سبيل المثال، الملاط المعدني الثقيل، الملاط الرملي)، حتى مقاومة التنغستن للتآكل قد لا تكون كافية (وسوف يتآكل الكربون بسرعة).

كربيد السيليكون مقابل كربيد السيليكون

كلا وجهي الختم مصنوعان من كربيد السيليكون، وغالبًا من نفس الدرجة (عادةً ما يكون كلاهما من كربيد السيليكون المُلبَّد مباشرةً، أو قد يكون أحدهما من كربيد السيليكون المُحمَّل بالجرافيت لمزيد من التزييت). هذا مزيجٌ صلبٌ على صلب: سطحان سيراميكيان شديدا الصلابة ومقاومان للتآكل متصلان ببعضهما. ولأن أيًا من الوجهين غير مُزيَّف ذاتيًا، تعتمد أختام كربيد السيليكون/كربيد السيليكون على طبقة سائلة متينة أو معالجات سطحية إضافية (مثل الأخاديد الهيدروديناميكية أو الطلاءات الشبيهة بالماس) لتجنب الاحتكاك الجاف.

الوسائط الموصى بها وحالات الاستخدام:

• ✅ المواد الكيميائية العدوانية (الأحماض والمواد الكاوية والمذيبات): بالنسبة للمضخات التي تتعامل مع الأحماض المتصاعدة، أو مخاليط النيتريك/الهيدروفلوريك القوية (مع الحذر بالنسبة لـ HF)، أو المواد الكيميائية عالية النقاء، فإن SiC/SiC غالبًا ما يكون الخيار الوحيد القابل للتطبيق من أجل عمر طويل.
• ✅ المواد الكاشطة (مع التنظيف): في التعدين (على سبيل المثال، ضخ الملاط المعدني أو الرماد السفلي)، SiC/SiC مع خطة التنظيف هو الحل الأفضل لمقاومة التآكل.
• ✅ خدمة الزيت عالي الحرارة أو غير المائي: في بعض المضخات المتخصصة ذات درجة الحرارة العالية (الزيت الحراري، الملح المنصهر، وما إلى ذلك)، قد لا يكون الكربون مناسبًا بسبب خطر الأكسدة.
• ❌الخدمات التي تنطوي على خطر التزييت الجاف أو المختلط: إذا لم يتمكن التطبيق من ضمان فيلم سائل كامل (على سبيل المثال، إذا تم ضخ سائل شبه مشبع قد يتحول إلى بخار عبر الختم، أو إذا كان التشغيل الجاف المتقطع ممكنًا)، لا ينصح باستخدام SiC/SiC دون اعتبارات تصميمية خاصة.
• ❌ البيئات ذات الاهتزازات العالية أو الصدمات: تجنب استخدام SiC/SiC في المعدات ذات الاهتزازات الكبيرة أو التجويف أو احتمالية التأثير على الختم.

كربيد التنغستن مقابل كربيد التنغستن

كلا الوجهين الدوار والثابت مصنوعان من كربيد التنغستن، وعادةً ما يكونان من نفس الدرجة (غالبًا ما يكونان مُغطىً بالنيكل للاستخدامات الكيميائية). هذا مزيج من معدن صلب وكربيد صلب. يُنتج كربيد التنغستن مقابل كربيد التنغستن (يُختصر غالبًا بـ WC/WC) سطحًا صلبًا للغاية، يُشبه في درجة صلابته كربيد السيليكون/كربيد السيليكون، ولكن مع وجود بعض المعدن في كل وجه. يتميز كل وجه بمتانة ميكانيكية فائقة، ويشكلان معًا أحد أكثر الأزواج مقاومة للتآكل المتاحة (باستثناء الخيارات غير التقليدية مثل الأختام ذات الوجه الماسي).

الوسائط الموصى بها وحالات الاستخدام:

• ✅ المواد الثقيلة والمواد الكاشطة: أفضل ما يناسب مخلفات التعدين (الصخور، المخلفات، الرمل)، والتجريف، ورماد الطيران أو ضخ الحصى.
• ✅ السوائل اللزجة: بالنسبة للزيوت أو الشراب أو البوليمرات ذات اللزوجة العالية حيث يكون الفيلم السائل سميكًا وقد ترتفع درجة حرارة الأسطح الكربونية (تتشكل بثور)، يمكن أن يكون WC/WC هو الحل.
• ✅ بعض تطبيقات مياه الصرف الصحي: في مضخات الصرف الصحي، يقدم بعض المصنعين واجهات WC/WC كمعيار أو خيارات.
• ❌ السوائل المسببة للتآكل بشدة: لا تستخدم مرحاض/مرحاض في الأحماض أو المبيضات أو أي خدمة تتطلب مقاومة عالية للتآكل. قد يتلف بسبب التآكل أو التآكل النقطي.
• ❌ ضعف التشحيم / ظروف الجفاف المتقطعة: إذا لم تتمكن من ضمان سد مبلل بالكامل (على سبيل المثال، قد تجف المضخة، أو قد يشتعل السائل)، فإن WC/WC غير آمن.

كربيد التنغستن مقابل كربيد السيليكون

وجه واحد هو كربيد التنغستن (WC) والآخر هو كربيد السيليكون (SiC) مزيج هجين من المواد الصلبة. عادةً ما يكون السطح الدوار مصنوعًا من كربيد التنغستن (للصلابة)، والسطح الثابت مصنوعًا من كربيد السيليكون (للصلابة ومقاومة التآكل)، مع إمكانية تكوينه بأيٍّ من الطريقتين. يجمع هذا المزيج بين خصائص WC وSiC: يتميز باختلاف طفيف في خصائص المادتين الصلبتين، مما يوفر توازنًا مثاليًا بين المتانة والصلابة.

الوسائط الموصى بها وحالات الاستخدام:

• ✅ المياه الرملية أو مياه الصرف الصحي: للمضخات في خدمة المياه القذرة - على سبيل المثال مياه الصرف الصحي مع الرمل، مياه الأمطار مع الحصى - غالبًا ما يوصى باستخدام WC/SiC.
• ✅ السوائل ذات الطور المختلط: في مجال النفط والغاز، تعمل المضخات على تحريك النفط المختلط والماء والغاز (مثل بعض مضخات متعددة المراحل أو مضخات نقل الخام مع الرمل) الاستفادة من WC/SiC.
• ✅ المواد الكيميائية المعتدلة: في العمليات الكيميائية حيث يوجد خليط من المواد الصلبة في محلول كيميائي - على سبيل المثال مضخة التبلور مع بلورات صلبة في محلول أم حمضي إلى حد ما - فإن WC/SiC يتعامل مع تآكل البلورات والمادة الكيميائية إلى حد ما.
• ❌ الأحماض القوية أو المواد الكيميائية فائقة النقاء: إذا كان الهجوم الكيميائي على WC يشكل مصدر قلق، تجنب هذه التركيبة.
• ❌ الحالات التي يكون فيها التزييت غير موثوق به: إذا كان من الممكن أن تفشل مياه التنظيف أو كان السائل عرضة للمراحل (من السائل إلى البخار) التي قد تحرم التشحيم، فسوف يعاني WC/SiC (على الرغم من أنه يمكن القول ليس بنفس سرعة WC/WC).

مزيج وجه الختم	المتانة النسبية (عمر التآكل)	التكلفة النسبية	الاحتكاك وتوليد الحرارة	التوافق الكيميائي ومقاومة التآكل
الكربون مقابل السيراميك (Al₂O₃)	منخفض في حالة الاستخدام الكاشط (يُفضل استخدامه مع السوائل النظيفة فقط). يدوم طويلًا في الماء النظيف، لكن المواد الصلبة تُسبب التآكل بسرعة.	أدنى (تكلفة أولية اقتصادية للغاية). يُعدّ السيراميك والكربون من المواد الشائعة غير المكلفة.	احتكاك معتدل: يُوفر الكربون التزييت، لكن ضعف التوصيل الحراري للسيراميك قد يُسبب حرارة سطحية أعلى مقارنةً بالكربون/كربيد السيليكون. عادةً ما يكون سلسًا في الماء.	محدودة: مناسب للسوائل المحايدة (الماء، الزيت الخفيف، الجليكول). غير مناسب للأحماض/القلويات القوية (يتعرض السيراميك لمواد كيميائية عدوانية). كما أن مُشبّعات الكربون (الراتنجات) تحد من استخدام المواد الكيميائية.
الكربون مقابل كربيد السيليكون	متوسط-عالي: مقاومة ممتازة للتآكل في معظم الخدمات. صلابة كربيد السيليكون تمنحه عمرًا طويلًا، مع أن المواد الصلبة قد تُسبب تآكلًا للسطح الكربوني بمرور الوقت. عمر أطول بكثير من الكربون/السيراميك في المواد الكاشطة.	متوسط: تكلفة أعلى من سيراميك الكربون (SiC غالي الثمن)، ولكنه أرخص من لوحين صلبين. يُبرر ذلك عادةً بعمر افتراضي أطول وتوفير في الطاقة.	الاحتكاك المنخفض: اقتران احتكاكي ممتاز - كربون ذاتي التشحيم + كربيد السيليكون فائق النعومة يُنتج احتكاكًا منخفضًا وحرارة منخفضة. يعمل بكفاءة أعلى من الكربون والسيراميك.	واسع: يتعامل مع مجموعة واسعة من المواد الكيميائية. SiC خامل للغاية (يقاوم الأحماض والقواعد والمذيبات). الكربون خامل عمومًا؛ لذا اختر درجة مناسبة للأحماض القوية (مثلًا: استخدم خالٍ من الراتنج في الأحماض). مناسب للماء والهيدروكربونات والمواد الكيميائية. تجنب حمض HF (هجمات SiC).
الكربون مقابل كربيد التنغستن	متوسط-عالي: متين للغاية في العديد من التطبيقات. صلابة WC تحمي من المواد الكاشطة المتوسطة، مع أن الكربون يتآكل عند تعرضه للمواد الصلبة الثقيلة. يطيل عمره بشكل كبير مقارنةً بالكربون/السيراميك في ظروف الاستخدام المتسخة.	متوسط: نطاق مماثل للكربون/كربيد السيليكون. كربونات الماء مكلفة، لكن أحد جوانبها لا يزال مصنوعًا من الكربون. غالبًا ما يكون السعر مبررًا لخدمات أكثر تطلبًا.	الاحتكاك المنخفض: يُوفر الكربون طبقةً مُزلِّقة، وتساعد الموصلية الحرارية العالية لـ WC على تبديد الحرارة. يعمل بسلاسة عادةً. معامل احتكاكه أعلى بقليل من الكربون/SiC (معامل WC أعلى قليلاً)، ولكنه لا يزال منخفضًا.	معتدل: متوافق مع الماء والزيوت والمواد الكيميائية الخفيفة. غير مخصص للأحماض/المؤكسدات القوية إلا إذا تم استخدام WC المرتبط بالنيكل (حتى في هذه الحالة محدود). تآكل الرابط هو نقطة الضعف. المقاومة الكيميائية جيدة بشكل عام، ولكنها ليست شاملة مثل كربيد السيليكون.
كربيد السيليكون مقابل كربيد السيليكون	عالي جدا: عمر افتراضي استثنائي للمواد الكاشطة - كلاهما يواجهان صعوبة بالغة. في حالة استخدام المواد الملاطية، مع التزييت المناسب، يدوم هذا المزيج لفترة أطول بكثير من أي مادة تحتوي على الكربون (المرجع: عمر افتراضي 5 مرات مقارنةً بالكربون/السيراميك في المواد الكاشطة).	عالي: وجهان من كربيد السيليكون عالي الجودة يجعلانه باهظ الثمن. يُستخدم فقط عند الحاجة لقوته.	احتكاك عالي في حالة ملامسة الحدود: تتمتع مادة SiC/SiC المشحمة باحتكاك منخفض، ولكن صفر تزييت ذاتي أي ملامسة للوجه قد تُولّد حرارةً كبيرة. يتطلب غشاءً سائلاً كاملاً، وإلا فقد ترتفع درجة حرارة الوجه أو تتشقق.	ممتاز: مقاومة كيميائية شبه عالمية كلا الوجهين مصنوعان من السيراميك، وهما مقاومان لمعظم السوائل (الأحماض، والمواد الكاوية، إلخ). لا يتعرضان للمعادن (إذا تم تركيبهما بشكل صحيح)، لذا فهما مثاليان للمواد المسببة للتآكل. قد تُشكل الصدمة الحرارية مشكلة، لكن التآكل ليس كذلك.
كربيد التنغستن مقابل كربيد التنغستن	مرتفع جدًا (في الظروف المثالية): الزوج الأكثر مقاومة للتآكل الشديد. يتحمل سنوات من الاستخدام في الطين إذا تم تزييته جيدًا. مع ذلك، بدون تزييت مناسب، قد تتلف الأسطح رغم صلابتها.	عالي: وجهان للمرحاض مكلفان للغاية. عادةً ما يكون ذلك مبررًا فقط لخدمات الكشط الحرجة.	ميل الاحتكاك العالي: لا يوجد فيلم ناعم قد يسخن كربيد المعدن دون تزييت كامل. قد يُصدر صريرًا أو يُختبر بالحرارة إذا كان التزييت ضئيلًا. يتطلب شطفًا أو طبقة سائلة كافية ليبرد.	محدودة: تجنب المواد المسببة للتآكل. كلا الوجهين مزودان بمادة رابطة معدنية حساسة للأحماض ومياه البحر. يُفضل استخدامها في السوائل غير المسببة للتآكل (الزيوت، المياه النظيفة أو الطينية). التوافق الكيميائي أقل من توافق SiC/SiC، مما يُشكل تآكل المادة الرابطة مصدر قلق في حال سوء الاستخدام.
كربيد التنغستن مقابل كربيد السيليكون	عالي جدا: تآكل ممتاز في ظروف التآكل الكاشطة. يضمن وجهان صلبان عمرًا طويلًا، كما أن استخدام WC مع SiC يُخفف من الهشاشة - خطر تشقق أقل من SiC/SiC، وتآكل أقل من WC/WC في الحصى التآكلية. يُعرف بأداء جيد في مياه الصرف الصحي الرملية والطينية (مع التنظيف).	عالي: كلا الوجهين مصنوعان من مواد صلبة (غالية الثمن)، على قدم المساواة مع التركيبات الصلبة/الصلبة الأخرى. غالبًا ما يُبرر ذلك تحسين موثوقية الخدمات الصعبة.	احتكاك متوسط ​​إلى مرتفع: لا تزال الواجهة صلبة/صلبة، لكن المواد المختلفة تقلل من انزلاق الالتصاق. يجد الكثيرون أن WC/SiC يعمل بشكل أبرد من WC/WC (SiC يقلل الاحتكاك). مع ذلك، يجب الحفاظ على التزييت؛ فقد يسخن بشكل زائد إذا كان جافًا.	واسع (باستثناء التطرف): يوفر جانب SiC حماية من التآكل؛ بينما يُعد جانب WC عاملًا محددًا. يتحمل السوائل التآكلية بشكل أفضل من جانب WC/WC (وجه واحد فقط قابل للتآكل). غير مخصص للحمضيات/الكلور (وجه المرحاض قد يُهاجم). ممتاز للخلط في الماء قليل التآكل، إلخ.