“零”泄露，获得国家技术发明二等奖，被誉为机械密封行业的技术革命，这项技术牛在哪里？

来源:新材料在线发布时间:2023-06-1412940浏览

1984年印度博帕尔一家农药厂因操作不当引起毒气泄漏，导致超过50万人被夺走生命。

1986年美国“挑战者号”航天飞机因密封橡胶失效，发射升空73秒后在空中解体爆炸，7名航天员全部遇难。

据国际润滑协会统计，化工领域70%的事故是由密封诱发和加剧的。密封技术是工业生产设备安全性、可靠性和耐久性运行的重要保证，密封失效可能带来惨痛的人员伤亡和财产损失。尤其是在高端装备和极端条件下的密封产品和技术，我国长期依赖国外进口。

我国机械密封起步于20世纪60年代，经过多年的研究和探索，相继取得突破性成果。2019年，磁性液体密封技术荣获国家技术发明二等奖。磁性流体密封技术因其“零”泄漏、无磨损、寿命长、免维护、可靠性高等特点，为机械密封行业带来了一场技术革命。

那么，磁性液体密封技术到底是一项什么技术吗？它有何神奇之处？

磁性液体密封技术的应用

磁性液体密封技术，是目前工业生产中能达到“零”泄露的一种新型密封技术。它是利用磁铁、导磁极靴与导磁轴套之间形成旋转磁场回路，将磁性液体牢牢地吸附在极靴尖端和轴套之间，形成类似O形环状的流体环，将间隙完全堵住，达到密封目的。

图片来源:四川兆强钛磁科技

磁性液体密封技术的特点

磁性液体密封技术能有效解决传统工业领域密封介质跑、冒、滴、漏等问题，极大地提高了设备的密封性能，确保设备连续可靠运转，使用寿命延长5倍以上，减少了故障点和运维成本，且具有安全环保无污染的特性。

1、严密的密封性

目前所采用的酯基磁性液体能够对介质(大气或惰性气体) 进行严密的稳定的动密封、静密封。

2、不可测量的泄漏率

在静态实验下, 被密封介质的泄漏率在极限为1×10-11std·cc/s He 的质谱测定法下, 未能检出泄漏, 通常人们称磁性液体密封为零泄漏。

3、寿命长

用于真空场合密封的磁性液体的基础液是一种惰性、稳定、低蒸气压的二酯基有机材料, 挥发量极低, 正常工作寿命一般可在5 年以上。

4、可靠性高

磁性液体密封件在正压情况下产生瞬时过压击穿时, 一旦压力降低到密封可以承受的程度时, 密封效果依然能保持。

5、基本无污染

由于密封件本身不存在机械磨损, 磁性液体饱和蒸气压极低, 即使在高真空状态下使用也不会产生污染。

6、高速性能好

磁性液体在旋转状态下, 内摩擦力极小, 功率损耗小, 具有高速运动的潜力。

7、低摩擦, 低磨损、低发热

在装有轴承的密封件中, 除了轴承在旋转过程中的机械磨损外, 内部磁芯组件和转轴不直接接触,因而摩擦低, 磨损小, 发热低, 所需的运转动力小。

8、良好的修复性

在使用当中, 因某些原因造成磁性液体密封失效,只要内部元件功能正常, 一般在现场用较短的时间即能使磁性液体密封件得以修复。

9、无方向性密封

如果需要改变承压方向, 对于磁性液体密封件来说, 无需增加任何元件即能完成。

不同密封技术的特点

图片来源:四川兆强钛磁科技

磁性液体密封技术的应用

磁性液体密封技术在有毒有害和易燃易爆气体、液体、粉末密封方面，真空密封方面和介质隔离、极端环境密封领域有着广泛且不可替代的的应用。

1、真空密封

工业化应用：磁性液体密封技术最早、最多、最成功的应用是投入各种真空设备的密封。其中转轴或摆动杆的真空动密封目前已经达到标准化、通用化的程度。因为将旋转运动从大气侧传递到真空室时,采用这种液体o型密封圈式动密封装置不但可以克服固体密封中易磨损、功耗大、寿命低、易污染等弊病,而且由于液态的磁流体可以充满整个被密封的空间,从而堵塞了一切可以漏气的通道,实现了运转和停车两个过程中的零泄漏。其节能效果明显,不受轴偏心振动的影响,密封结构简单不需维修。

产品应用：电子显微镜、电子衍射仪、CVD装置、单晶炉、真空加热炉、离子溅射、化学气相沉淀、离子镀膜、液晶再生、电子指示器等。

2、气体密封

工业化应用：磁性液体密封技术作为真空容器抽空后充入工作气体或防止容器内有毒气体或贵重气体的泄漏时还可以用于密封气体。这种密封不但可以有效地防止杂质对真空室的侵入,还可以保护工作气体的纯度,而且也不存在磁流体对密封介质的侵蚀。

产品应用：可用于多种气体密封的场合（如煤气风机转轴部位）。

3、液体密封

工业化应用：由于磁性液体密封具有的零泄漏特性,在防止固体和液体的阻隔密封中,有极大的应用价值。这类密封存在被密封的液体介质易与磁流体接触而引起乳化、变质从而导致密封失效的缺点。在磁流体材料品种少、稳定性差的初期,研究较早较多的是采用辅助手段将密封液体与磁流体分隔开来,阻止二者直接接触以避免对磁流体的侵害,从而将问题转化为各种各样的组合密封结构。另一条有效的技术途径是选用能与被密封液体接触但不受侵害的磁流体,这依赖于开发出专门针对某种特定被密封液体的高稳定性的磁流体。

产品应用：深水泵内部电机的旋转轴密封、舰船螺旋推进器的主轴密封等。

图片来源:四川兆强钛磁科技

4、防尘密封

工业化应用：磁流体密封应用于防尘密封的一个典型例子是计算机硬盘防尘密封。磁流体密封圈应用于具有高密度记忆性能的计算机硬盘时,能将小于 0.1pm 的超微细尘埃挡住,并实现防静电的功能,从而保护磁盘、磁头不受损伤,避免机内珍贵数据资料丢失。

产品应用：计算机硬盘防尘密封、存储IC 的制造工程、彩色打印机步进马达等。

5、磁性液体密封技术在半导体产业的应用

在半导体产业中，各种电子元器件封装、液晶显示屏封装以及物理化学气相沉积技术、溅射技术等，均需要密封工艺，密封技术的高低直接影响半导体产品的性能、质量、使用寿命。

6、磁性液体密封技术在机械产业的应用

在机械产业中，压缩机、离心机、减速机、轴承、泵等零部件也需要密封工艺，以达到空间密封、杜绝介质滴漏等目的。

7、磁性液体密封技术在极端条件下的应用

磁流体密封可以紧密贴合需要密封的装置，建立完整密封圈，密封性能更加优异，可靠性更高，因此其应用领域正在不断拓宽。磁性液体极端条件下有着不可替代的作用。如，探月工程和高端雷达磁性液体圆周非接触式动密封；适应航空发动机高温高速工况的长寿命非接触指尖密封；光电吊舱的密封；钠冷快堆的密封；空间站舷窗的密封等等。

未来，磁性液体密封技术在高端装备领域会朝着极端化、智能化、绿色化、交叉化趋势发展。

极端化：工况更苛刻，寿命可靠性要求更高；

智能化：自我感知、自愈调控；

绿色化：节能减排、超低泄漏和逸出；

交叉化：生物医学微流控。

来源：王玉明院士在《科创中国·院士开讲》演讲

磁性液体密封技术知名企业

磁性液体技术起源于上世纪，在欧美等国比较成熟，我国磁性液体技术起步晚。在工程领域的应用尚属起步阶段。

目前，在全球市场中，磁性液体密封技术供应商主要有：