機械密封腐蝕種類及預(yù)防舉措研究

趙紅祥 江柏橋

摘要：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，常見的損壞形式可分為腐蝕損壞、熱損壞和機械損壞三種，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。

關(guān)鍵詞：機械密封；種類分析；腐蝕防護

1 機械密封的優(yōu)缺點

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）軸或軸套基本上不受摩損；（3）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；（4）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；（5）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；（6）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%；（7）軸或軸套基本上不受摩損；（8）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(fù)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

（1）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。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態(tài)，無膜的金屬腐蝕很危險，腐蝕過程以一定的速度進行，這主要是選材錯誤造成的。成膜的腐蝕，其鈍化膜通常具有保護作用的特性，但金屬密封環(huán)所用材料，如不銹鋼、鉆、鉻合金等其表面的鈍化膜在端面摩擦中破壞，在缺氧條件下新膜很難生成，使電偶腐蝕加劇。

（2）應(yīng)力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應(yīng)力的同時作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進而向縱深發(fā)展，產(chǎn)生破裂，稱為應(yīng)力腐蝕破裂。選用堆焊硬質(zhì)合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化欽等密封環(huán)，容易出現(xiàn)應(yīng)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。

根據(jù)斷裂力學(xué)的觀念，材料內(nèi)部原始裂紋尖端的應(yīng)力場強因子K1=yσ1a（y—系數(shù)）。在開始時由于應(yīng)力σ1小于臨界應(yīng)力σc ，a小于臨界裂紋σc，所以腐蝕作用時，由于原始裂紋a的腐蝕擴展，導(dǎo)致K1的增大。當(dāng)經(jīng)過一段時間后a=σc及K1=K1c時，斷裂就發(fā)生了，只有當(dāng)原始裂紋a足夠小，以致于K1

2.2 非金屬環(huán)腐蝕

（1）石墨環(huán)的腐蝕。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(dāng)端面過熱，溫度>180℃時，浸漬的樹脂要析離石墨環(huán)，使環(huán)耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當(dāng)，就會在介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當(dāng)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。

（2）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350-400℃的溫度能使石墨環(huán)與氧發(fā)生反應(yīng)，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(xué)介質(zhì)和應(yīng)力的同時作用下，也會破裂。

（3）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物的選擇性腐蝕、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(yīng)視具體情況而定。

2.3 輔助密封圈及其接觸部位的腐蝕

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(yán)重了。

3 防護方法

3.1 選材

選材設(shè)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(shè)計者在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)選擇適合的材料，同時對產(chǎn)品或工件的表面涂層進行設(shè)計，在圖紙上提出相應(yīng)的表面處理方法及技術(shù)要求。當(dāng)然，這要求設(shè)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、工藝性及經(jīng)濟性等熟悉。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(yán)重銹蝕，對軟管失去固定作用，導(dǎo)致軟管與其它零件發(fā)生摩擦磨損，最終導(dǎo)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(shè)計

（1）避免與介質(zhì)接觸的設(shè)計。采用內(nèi)裝式、外裝式、隔離液等機械密封，涂層、保護套也可起到與介質(zhì)隔離的作用。（2）端面設(shè)計。采用鑲嵌結(jié)構(gòu)，端面為壓應(yīng)力，可避免應(yīng)力腐蝕破裂。（3）彈簧防腐設(shè)計。從結(jié)構(gòu)上使彈簧不與介質(zhì)接觸是較好的方法，如外裝上噴涂保護層、加保護套等。改旋轉(zhuǎn)型為靜止結(jié)構(gòu)。（4）輔助密封圈。只要縫隙足夠小，所有材料都可能產(chǎn)生縫隙腐蝕。波紋管與軸套接觸面寬且取消輔助密封圈，是一種好的密封。結(jié)構(gòu)設(shè)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(fēng)和排水良好，如考慮整車的通風(fēng)、散熱，發(fā)動機尾氣排放要通過凈化、降溫等；在外形設(shè)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。

3.3 使用與維護

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(yán)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(yīng)嚴(yán)格地清洗干凈。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(yán)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(yīng)嚴(yán)格地清洗干凈。

參考文獻

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