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淺談機(jī)械密封的腐蝕類型與防護(hù)措施
摘要：簡(jiǎn)述了機(jī)械密封腐蝕失效的形態(tài)，理論上分析了各種腐蝕的機(jī)理、原因、條件及特征，為解決機(jī)械密封腐蝕失效的問(wèn)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(guān)鍵詞：機(jī)械密封；腐蝕失效；防護(hù)方法
機(jī)械密封是靠一對(duì)或數(shù)對(duì)垂直于軸作相對(duì)滑動(dòng)的端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達(dá)到阻漏的軸封裝置。機(jī)械密封出現(xiàn)損壞的情況較多，常見(jiàn)的損壞形式主要有腐蝕損壞、熱損壞和機(jī)械損壞。其中腐蝕損壞危害性較大，由于機(jī)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(jī)械密封的優(yōu)缺點(diǎn)
機(jī)械密封又稱端面密封，是旋轉(zhuǎn)軸用動(dòng)密封。因機(jī)械密封性能可靠，泄露量小，使用壽命長(zhǎng)，功耗低，毋須經(jīng)常維修，且能適應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化和高溫、低溫、高壓、真空、高速以及各種強(qiáng)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(jī)械密封在化工、石油化工、煉油、醫(yī)藥、國(guó)防等部門(mén)中以獲得廣泛的應(yīng)用。
機(jī)械密封與軟填料密封比較，有如下優(yōu)點(diǎn)：①機(jī)械密封可靠，在長(zhǎng)周期的運(yùn)行中，密封狀態(tài)很穩(wěn)定，泄漏量很小，按粗略統(tǒng)計(jì)，其泄漏量一般僅為軟填料密封的1/100；②機(jī)械密封使用壽命長(zhǎng)，在油、水類介質(zhì)中一般可達(dá)1～2年或更長(zhǎng)時(shí)間，在化工介質(zhì)中機(jī)械密封通常也能達(dá)半年以上；③摩擦功率消耗小，機(jī)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(zhǎng)，端面磨損后可自動(dòng)補(bǔ)償，一般情況下，毋需經(jīng)常性的維修；⑥抗振性好，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)、偏擺以及軸對(duì)密封腔的偏斜不敏感；⑦適用范圍廣，機(jī)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(diǎn)有：①機(jī)械密封結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，對(duì)制造加工要求高；②機(jī)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(shí)，機(jī)械密封處理較困難；④機(jī)械密封一次性投資高。
2 機(jī)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(huì)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(yīng)力腐蝕破裂。金屬在腐蝕和拉應(yīng)力的同時(shí)作用下，首先在薄弱區(qū)產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而向縱深，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、碳化鈦等密封環(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(gè)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(shù)脂浸漬的不透性石墨環(huán)，它的腐蝕有三個(gè)原因：一是當(dāng)端面過(guò)熱，溫度大于180℃時(shí)，浸漬的樹(shù)脂要折離石墨環(huán)，使環(huán)耐磨性下降；二是浸漬的樹(shù)脂若選擇不當(dāng)，就會(huì)在介質(zhì)中發(fā)生化學(xué)變化，也使耐磨性下降；三是樹(shù)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(shù)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(shí)，產(chǎn)生350～40℃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(shí)作用下，也會(huì)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(yīng)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(dòng)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(jī)械密封動(dòng)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(méi)有大的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，該處液相對(duì)靜止易形成死角，給與之接觸的金屬軸套、動(dòng)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(shí)存在，交替進(jìn)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(shí)，密封泄漏就嚴(yán)重了。
3 防護(hù)方法
3.1 選材 設(shè)計(jì)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(jì)者在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適合的材料，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品或工件的表面涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)人員必須對(duì)不同材料或不同涂層、鍍層的防腐蝕性能、適用場(chǎng)合、工藝性及性等熟悉。比如，容易發(fā)生點(diǎn)蝕的工件可選用耐點(diǎn)蝕的合金材料，或?qū)Ρ砻孢M(jìn)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(guò)去推土機(jī)的管夾都是普通薄板制作，兩三年就可能嚴(yán)重銹蝕，對(duì)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(wèn)題的發(fā)生。
3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 工程機(jī)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(dòng)機(jī)尾氣排放要通過(guò)凈化、降溫等；在外形設(shè)計(jì)上注意防護(hù)，避免積存水汽和塵土。注意外露件的保護(hù)，電器件與接頭布置在內(nèi)側(cè)，或加防護(hù)罩殼。整車外露易腐蝕和易進(jìn)水的部位設(shè)防塵罩。零部件設(shè)計(jì)時(shí)考慮其均勻腐蝕，選擇一種或幾種組合防腐方式。
（1）在設(shè)計(jì)中盡量采用圓角或在可能時(shí)規(guī)定磨圓拐角，整個(gè)設(shè)計(jì)都應(yīng)考慮到便于對(duì)拐角處的打磨。（2）由于表面灰塵會(huì)引起金屬的腐蝕，因此應(yīng)避免裝配后工件表面積存灰塵。（3）對(duì)于外露面或可以進(jìn)入風(fēng)雨的部位，盡量不采用點(diǎn)焊，而應(yīng)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(duì)于表面形狀來(lái)說(shuō)，對(duì)接的防腐蝕性能比搭接要好。（4）焊縫經(jīng)過(guò)打磨和清理，會(huì)大大改善表面狀態(tài)，提高防腐蝕能力。而且，對(duì)工件表面盡可能要求清理，使表面無(wú)焊渣、焊疤、焊瘤等表面缺陷。
3.3 維護(hù)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(qiáng)對(duì)端面冷卻。檢修與安裝時(shí)，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。
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