淺談機械密封的腐蝕類型與防護措施

摘要：簡述了機械密封腐蝕失效的形態(tài)，理論上分析了各種腐蝕的機理、原因、條件及特征，為解決機械密封腐蝕失效的問題提供了重要依據(jù)，并提出了抑制和減緩腐蝕發(fā)生的具體技術(shù)措施。
關鍵詞：機械密封；腐蝕失效；防護方法
       機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。機械密封出現(xiàn)損壞的情況較多，常見的損壞形式主要有腐蝕損壞、熱損壞和機械損壞。其中腐蝕損壞危害性較大，由于機械密封特殊的結(jié)構(gòu)形式及工作環(huán)境和條件不同，腐蝕損壞的形態(tài)也多種多樣。
        1  機械密封的優(yōu)缺點
        機械密封又稱端面密封，是旋轉(zhuǎn)軸用動密封。因機械密封性能可靠，泄露量小，使用壽命長，功耗低，毋須經(jīng)常維修，且能適應于生產(chǎn)過程自動化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強腐蝕性介質(zhì)、含固體顆粒介質(zhì)等苛刻工況的密封要求，故機械密封在化工、石油化工、煉油、醫(yī)藥、國防等部門中以獲得廣泛的應用。
        機械密封與軟填料密封比較，有如下優(yōu)點：①機械密封可靠，在長周期的運行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；②機械密封使用壽命長，在油、水類介質(zhì)中一般可達1～2年或更長時間，在化工介質(zhì)中機械密封通常也能達半年以上；③摩擦功率消耗小，機械密封的摩擦功率僅為軟填料密封的10%～50%；④軸或軸套基本上不受摩損；⑤維修周期長，端面磨損后可自動補償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修；⑥抗振性好，對旋轉(zhuǎn)軸的振動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不敏感；⑦適用范圍廣，機械密封能用于低溫、高溫、真空、高壓、不同轉(zhuǎn)速，以及各種腐蝕性介質(zhì)和含磨粒介質(zhì)等的密封。但其缺點有：①機械密封結(jié)構(gòu)較復雜，對制造加工要求高；②機械密封安裝與更換比較麻煩，并要求工人有一定的安裝技術(shù)水平；③發(fā)生偶然性事故時，機械密封處理較困難；④機械密封一次性投資高。
        2  機械密封的腐蝕類型
        2.1金屬環(huán)腐蝕  第一，表面均勻腐蝕。如果金屬環(huán)表面接觸腐蝕介質(zhì)，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產(chǎn)生表面腐蝕，其現(xiàn)象是泄漏、早期磨損、破壞、發(fā)聲等。第二，應力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進而向縱深，產(chǎn)生破裂，稱為應力腐蝕破裂，選用堆焊硬質(zhì)合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環(huán)，容易出現(xiàn)應力腐蝕破裂。密封環(huán)裂紋一般是徑向發(fā)散型的，可以是一條或多條。這些裂縫溝通了整個密封端面，加速了端面的磨損，使泄漏量增加。
        2.2非金屬環(huán)腐蝕  第一，石墨環(huán)腐蝕。用樹脂浸漬的不透性石墨環(huán)，它的腐蝕有三個原因：一是當端面過熱，溫度大于180℃時，浸漬的樹脂要折離石墨環(huán)，使環(huán)耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質(zhì)中發(fā)生化學變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統(tǒng)的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓浸漬，增加浸漬深度是非常必要的。第二，石墨環(huán)的氧化。在氧化性的介質(zhì)中，端面在干摩擦或冷卻不良時，產(chǎn)生350～40℃的溫度能使石墨環(huán)與氧發(fā)生反應，產(chǎn)生CO2氣體，可使端面變粗糙，甚至破裂。非金屬環(huán)在化學介質(zhì)和應力的同時作用下，也會破裂。第三，聚四氟乙烯（F4）密封環(huán)的腐蝕。F4填充如玻璃纖維、石墨粉、金屬粉等以提高其耐溫性、耐磨性。填充F4環(huán)的腐蝕主要是指填充的選擇性腐蝕、溶出或變質(zhì)破壞。例如在氫氟酸中，玻璃纖維分子熱腐蝕，所以填充何物應視具體情況而定。         2.3 輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕  （1）輔助密封圈的腐蝕。橡膠種類不同，其耐蝕性亦不同。由于橡膠的腐蝕、老化，其失效的橡膠遭腐蝕后表面變粗糙且失去彈性，容易斷裂。橡膠耐油性因品種而異，不耐油的橡膠易脹大、摩擦力增大，浮動性不好，使密封失效。橡膠與F4耐溫性差，硅橡膠耐溫性最好，可在200℃使用。（2）與輔助密封圈接觸部位的腐蝕。機械密封動環(huán)、軸套、靜環(huán)、靜環(huán)座，與橡膠或F4輔助密封圈接觸處沒有大的相對運動，該處液相對靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動環(huán)、靜環(huán)座及密封體等造成了特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸腐蝕，三種腐蝕同時存在，交替進行，所以腐蝕面較寬、較深。觀察其表面深度在1-1.5倍密封圈直徑，蝕度不小于0.01mm時，密封泄漏就嚴重了。
        3  防護方法
        3.1 選材  設計者最清楚產(chǎn)品或零件的用途、位置及所處環(huán)境，因此設計者在進行結(jié)構(gòu)設計時應選擇適合的材料，同時對產(chǎn)品或工件的表面涂層進行設計，在圖紙上提出相應的表面處理方法及技術(shù)要求。當然，這要求設計人員必須對不同材料或不同涂層、鍍層的防腐蝕性能、適用場合、工藝性及性等熟悉。比如，容易發(fā)生點蝕的工件可選用耐點蝕的合金材料，或?qū)Ρ砻孢M行鈍化處理，提高材料的穩(wěn)定性；為防止縫隙腐蝕或電偶腐蝕的發(fā)生，可在接合面上涂上油漆，避免縫隙部位金屬裸露或避免不同金屬的直接接觸。過去推土機的管夾都是普通薄板制作，兩三年就可能嚴重銹蝕，對軟管失去固定作用，導致軟管與其它零件發(fā)生摩擦磨損，最終導致液壓系統(tǒng)漏油。采用不銹鋼材料后，壽命增加，避免了類似問題的發(fā)生。
        3.2 結(jié)構(gòu)設計  工程機械產(chǎn)品在整體布置上要考慮防止腐蝕介質(zhì)的積聚，盡量避免封閉區(qū)域，或保持封閉系統(tǒng)通風和排水良好，如考慮整車的通風、散熱，發(fā)動機尾氣排放要通過凈化、降溫等；在外形設計上注意防護，避免積存水汽和塵土。注意外露件的保護，電器件與接頭布置在內(nèi)側(cè)，或加防護罩殼。整車外露易腐蝕和易進水的部位設防塵罩。零部件設計時考慮其均勻腐蝕，選擇一種或幾種組合防腐方式。
        （1）在設計中盡量采用圓角或在可能時規(guī)定磨圓拐角，整個設計都應考慮到便于對拐角處的打磨。（2）由于表面灰塵會引起金屬的腐蝕，因此應避免裝配后工件表面積存灰塵。（3）對于外露面或可以進入風雨的部位，盡量不采用點焊，而應該采用連續(xù)焊，不僅美觀，而且防腐蝕效果好，能防止縫隙腐蝕的發(fā)生。而且，對于表面形狀來說，對接的防腐蝕性能比搭接要好。（4）焊縫經(jīng)過打磨和清理，會大大改善表面狀態(tài)，提高防腐蝕能力。而且，對工件表面盡可能要求清理，使表面無焊渣、焊疤、焊瘤等表面缺陷。
        3.3 維護與使用  建立封液及冷卻系統(tǒng)，并經(jīng)常更換封液及冷卻液，加強對端面冷卻。檢修與安裝時，嚴禁敲擊密封件，以防止局部相變而為腐蝕提供條件。密封件安裝前，應嚴格地清洗干凈。

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