Bij het kiezen van een mechanical seal speelt het materiaal van het loopvlak een grote rol. De juiste keuze bepaalt hoe lang een afdichting meegaat, hoe goed die bestand is tegen het medium en of die past bij de omstandigheden in jouw installatie. In dit artikel beantwoorden we de meest gestelde vragen over seal face-materiaal.
Wat is seal face-materiaal bij een mechanical seal?
Seal face-materiaal is het materiaal waarvan de twee slijtvaste loopvlakken van een mechanical seal zijn gemaakt. Deze loopvlakken draaien tegen elkaar aan en vormen de primaire afdichting. Het materiaal bepaalt de slijtvastheid, chemische bestendigheid en thermische belastbaarheid van de afdichting.
Een mechanical seal voor industriële toepassingen bestaat uit een roterende en een stationaire ring die met minimale kracht tegen elkaar aanliggen. Tussen deze twee ringen bevindt zich een dunne vloeistoffilm die voor smering zorgt. Het loopvlakmateriaal moet bestand zijn tegen de combinatie van mechanische belasting, het gepompte medium en de bedrijfstemperatuur.
De keuze van het afdichtingsmateriaal is niet los te zien van de rest van de seal. Naast de loopvlakken spelen ook de secundaire afdichtingen, de veer en de constructiematerialen een rol. Maar de loopvlakken zijn het hart van de mechanical seal en verdienen daarom de meeste aandacht bij de materiaalkeuze.
Welke seal face-materialen worden het meest gebruikt?
De meest gebruikte seal face-materialen zijn siliciumcarbide (SiC), carbon-grafiet, wolfraamcarbide en keramiek (aluminiumoxide). Siliciumcarbide en carbon zijn verreweg de meest toegepaste combinatie in de industrie, omdat ze elkaar goed aanvullen in hardheid, slijtvastheid en smeringseigenschappen.
Elk materiaal heeft zijn eigen eigenschappen en toepassingsgebied:
- Siliciumcarbide (SiC): Zeer hard, slijtvast en bestand tegen agressieve media. Beschikbaar in twee varianten: reactiegebonden (RBSiC) en sintergebonden (SSiC).
- Carbon-grafiet: Zelfsmerende eigenschappen, goed bestand tegen droge aanloop en thermische schokken. Minder geschikt voor abrasieve media.
- Wolfraamcarbide: Uiterst hard en slijtvast, maar gevoelig voor corrosieve media, tenzij voorzien van een geschikte bindmiddelsamenstelling.
- Keramiek (Al2O3): Goede corrosiebestendigheid en relatief betaalbaar, maar gevoeliger voor thermische schokken dan siliciumcarbide.
In de praktijk worden loopvlakken bijna altijd gecombineerd: een hard materiaal tegenover een zachter, zelfsmerend materiaal. De meest voorkomende combinatie is siliciumcarbide tegenover carbon-grafiet. Voor zware toepassingen met abrasieve media kiest men vaker voor siliciumcarbide tegenover siliciumcarbide.
Wat is het verschil tussen siliciumcarbide en carbon als seal face?
Siliciumcarbide is een hard, slijtvast keramisch materiaal dat bestand is tegen abrasieve en chemisch agressieve media. Carbon-grafiet is een zachter, zelfsmerend materiaal dat goed presteert bij beperkte smering en thermische schokken. Ze worden vaak als paar gebruikt: siliciumcarbide als harde ring, carbon als zachte tegenring.
Siliciumcarbide heeft een hardheid die vergelijkbaar is met diamant en slijt daardoor nauwelijks. Het is bestand tegen de meeste zuren, logen en oplosmiddelen. Sintergebonden siliciumcarbide (SSiC) biedt de beste chemische bestendigheid, terwijl reactiegebonden siliciumcarbide (RBSiC) iets minder bestand is tegen sterk alkalische media, maar wel goedkoper is.
Carbon-grafiet heeft van nature smeringseigenschappen doordat het grafiet vrijgeeft bij wrijving. Dit maakt het materiaal bij uitstek geschikt als tegenring bij beperkte vloeistofsmering. Een nadeel is dat carbon poreus is en daardoor minder geschikt voor bepaalde oplosmiddelen of media die het materiaal kunnen aantasten. Bij abrasieve media slijt carbon ook sneller dan siliciumcarbide.
De keuze tussen een SiC/carbon-combinatie of een SiC/SiC-combinatie hangt af van het medium. Bij schoon water of lichte chemicaliën volstaat SiC/carbon. Bij slurries, abrasieve vloeistoffen of media met vaste deeltjes is SiC/SiC de betere keuze, ook al is de aanschafprijs hoger.
Hoe kies je het juiste seal face-materiaal voor jouw toepassing?
Het juiste mechanical seal-materiaal kies je op basis van vier factoren: het gepompte medium, de bedrijfstemperatuur, de druk en de aanwezigheid van vaste deeltjes. Begin met de chemische compatibiliteit van het medium met het loopvlakmateriaal en stem daarna de overige factoren af.
Doorloop bij de materiaalkeuze de volgende stappen:
- Bepaal het medium: Is het water, een zuur, een loog, een oplosmiddel of een slurry? Raadpleeg een chemische compatibiliteitstabel voor de loopvlakmaterialen die je overweegt.
- Kijk naar de temperatuur: Carbon-grafiet heeft een lagere maximale bedrijfstemperatuur dan siliciumcarbide. Bij hoge temperaturen is SiC of wolfraamcarbide een betere keuze.
- Beoordeel de abrasiviteit: Bevat het medium vaste deeltjes of is het medium zelf abrasief? Kies dan voor een harde combinatie, zoals SiC/SiC.
- Overweeg de smeringssituatie: Bij droge aanloop of beperkte smering presteert carbon beter dan een volledig harde combinatie.
- Houd rekening met certificeringen: Voor de voedingsmiddelen- of farmaceutische industrie zijn FDA- of EC1935/2004-gecertificeerde materialen vereist.
Een veelgemaakte fout is het kiezen van een materiaal puur op basis van prijs. Een goedkopere keramische ring kan in een agressief medium veel sneller falen dan een duurdere siliciumcarbidering, wat uiteindelijk hogere kosten met zich meebrengt door ongeplande stilstand en vervanging.
Waarom gaat een seal face stuk en wat zegt dat over het materiaal?
Een seal face gaat stuk door thermische schokken, droge aanloop, abrasieve slijtage, chemische aantasting of een verkeerde materiaalkeuze. Het type schade geeft direct aan welk probleem er speelt en of het loopvlakmateriaal geschikt was voor de toepassing.
De meest voorkomende schadefenomenen en hun oorzaken:
- Haarscheurtjes of breuk: Wijst op thermische schok, bijvoorbeeld door koude vloeistof op een heet loopvlak. Carbon en keramiek zijn hier gevoeliger voor dan siliciumcarbide.
- Blistering of blaarvorming: Treedt op bij carbon-grafiet wanneer het medium de poriën binnendringt en bij drukwisselingen verdampt. Duidt op een verkeerde carbonkwaliteit voor het medium.
- Abrasieve slijtage (ruw loopvlak): Vaste deeltjes in het medium hebben het loopvlak beschadigd. De oplossing is een hardere materiaalcombinatie of betere filtering van het medium.
- Chemische aantasting: Het loopvlak vertoont putjes of corrosie. Het materiaal is niet chemisch bestand tegen het gepompte medium.
- Vlakheidsafwijking: Het loopvlak is niet meer vlak door overbelasting of onjuiste montage; dit is niet per se een materiaalkwestie.
Schadeanalyse van een defect loopvlak is waardevol. Het vertelt je niet alleen waarom de seal is uitgevallen, maar ook of je bij vervanging hetzelfde materiaal kunt gebruiken of een andere keuze moet maken.
Wanneer is revisie van een seal face een slimme keuze?
Revisie van een seal face is een slimme keuze wanneer het loopvlakmateriaal nog intact is, maar het vlak niet meer voldoet aan de vereiste vlakheid. Door het loopvlak te lappen herstel je de vlakheid en verleng je de levensduur van de seal, zonder nieuw materiaal te hoeven aanschaffen.
Lappen is het mechanisch nabewerken van het loopvlak tot een vlakheid van enkele lichtbanden (minder dan 1 micrometer). Dit is zinvol wanneer het materiaal zelf geen scheuren, chemische aantasting of abrasieve slijtage vertoont. Een loopvlak dat alleen door normale bedrijfsslijtage zijn vlakheid heeft verloren, is een goede kandidaat voor revisie.
Revisie is minder zinvol wanneer het materiaal zelf beschadigd is door thermische schokken, chemische aantasting of diepe krassen door abrasieve deeltjes. In die gevallen is vervanging door een geschikter materiaal de betere investering. Een goede beoordeling van de schade bepaalt welke route de meeste waarde biedt.
Hoe wij helpen bij het kiezen van het juiste seal face-materiaal
Bij Qseals combineren we meer dan 20 jaar ervaring met eerlijk advies. We helpen je niet alleen bij het kiezen van het juiste loopvlakmateriaal, maar ook bij de volledige afdichtingsoplossing voor jouw specifieke toepassing. Dit is wat we voor je kunnen doen:
- Analyse van defecte seals om de oorzaak van falen te achterhalen en de juiste materiaalkeuze te bepalen
- Advies over de beste combinatie van seal face-materialen op basis van medium, temperatuur en druk
- Revisie en lappen van loopvlakken tot 350 mm diameter, inclusief het opspuiten van chroomoxideloopvlakken
- Levering van FDA- en EC1935/2004-gecertificeerde materialen voor de voedingsmiddelen- en farmaceutische industrie
- Maatoplossingen voor toepassingen waarbij standaardmaterialen niet volstaan
Wil je weten welk seal face-materiaal het beste past bij jouw situatie? Neem contact op met Qseals voor concreet advies op maat.
