某船艉轴机械密封轴面腐蚀原因及修理措施

马青华，郭连兔，杨青松

(1.海军装备技术研究所，北京 102442;2.海军湛江地区装备修理监修室，广东湛江 524005)

某船艉轴机械密封轴面腐蚀原因及修理措施

马青华1，郭连兔2，杨青松1

(1.海军装备技术研究所，北京 102442;2.海军湛江地区装备修理监修室，广东湛江 524005)

文章介绍了某船艉轴机械密封装置内部轴面出现严重腐蚀的情况，在对机械密封装置结构、腐蚀部位环境、原防护措施情况及腐蚀产物等方面进行综合分析的基础上，研究了腐蚀因素及腐蚀原因。并针对腐蚀环境因素及电偶腐蚀因素，提出涂覆专用防护胶就地硫化成膜的保护方法，并根据艉轴表面的状况和无法抽出艉轴修理的情况，提出了原位修理技术措施。

机械密封;艉轴;防腐蚀

船舶艉轴机械密封技术是近20年来发展起来的实用技术，该技术与填料函密封技术相比，将轴向径向磨损补偿变为轴向磨损补偿，在弹性结构设计基础上实现了自行磨损补偿，因而船舶艉轴机械密封技术在防漏水方面有着明显的优势，被逐步推广应用，但是一些船舶在改装机械密封装置后，由于防护措施不当，出现了腐蚀问题。

在某船进坞修理时发现，其艉轴机械密封装置内部轴表面出现严重的腐蚀坑槽。据目测，腐蚀坑槽沿轴截面圆周呈带状分布 (图1)，宽约20 mm，平均腐蚀坑深度约为6 mm，最大腐蚀坑深度达到10 mm。由于该处腐蚀影响到艉轴截面强度，危害很大。

1 机械密封装置结构

图1 机械密封装置内部腐蚀情况图

该船机械密封装置采用的是“Ω”环型条簧与橡胶体并用的磨损补偿设计，图2是该船机械密封装置示意图。机械密封装置后端与船体相连接，前端通过固定环与艉轴连接。由图2中可见，腐蚀区域是轴上很小的带状区域，该区域的艉轴表面离动环内侧的距离约2 mm。

图2 机械密封装置结构图

艉轴本体采用低合金高强钢 (钢号:34CrMo1A)，“Ω”环采用镍铬基耐蚀合金，动环采用铜合金，静环采用碳精环，铜套前端的斜坡到固定环之间的300 mm部分轴表面喷涂有镍合金层，过去曾采取过喷涂不锈钢、电刷镀镍等措施。“Ω”环内的铜套及部分轴表面涂有环氧树脂。

工作时，铜合金动环与碳精环静环之间紧贴，在弹力作用下，处于相对运动磨擦状态，依靠碳精的润滑作用和水的润滑作用，进行磨擦密封，起到密封作用。当磨擦面超过弹力磨损补偿时，需停车并移动固定环补偿:松开固定环锁紧螺栓，向前移动固定环使密封部位紧配合，再拧紧锁紧螺栓固定好固定环。

2 腐蚀原因

鉴于腐蚀部位在动环下部轴表面，该腐蚀部位原采用了镍基合金涂层防护措施，腐蚀产物为黄色水锈。钢铁艉轴出现腐蚀是在镍基合金涂层腐蚀之后，腐蚀初始产物是黑色的铁 (Ⅱ)，该部位的黄色腐蚀产物是铁 (Ⅲ)，是机械密封部位打开后初始腐蚀产物进一步氧化的结果。镍基合金涂层是较耐蚀的涂层，却因为自身腐蚀而没有起到保护作用。

分析认为，出现恶性腐蚀的原因主要有以下2种情况:一是恶劣环境腐蚀;二是电偶腐蚀作用。

2.1 恶劣环境腐蚀

恶劣环境腐蚀是镍基合金涂层出现腐蚀的主要原因，机械密封装置空腔内部腐蚀环境主要有如下特点。

1)封闭环境。空腔内部尤其腐蚀部位即动环与轴之间位置狭小，内部相对封闭，存在有形成闭塞电池腐蚀的半封闭环境条件。

2)厌氧环境。空腔内部通过轴与尾封处的缝隙及动密封处的缝隙与外部相通，由于动密封处静态下密封较好，因而内部只有经尾封处很小的缝隙与外部相通，氧扩散通路不畅，可使内部处于厌氧环境。

3)微生物环境。空腔内部海水中有浮游生物，浮游生物死亡后在上述厌氧环境中，可能会产生加速腐蚀的微生物，如硫酸盐还原菌。

4)海水流动。艉轴转动，带动轴表面的海水转动，形成冲刷腐蚀，由于前盖位置带动空腔内部前部的海水在转动，后端与船体固定，海水随轴转动不如前端，这样还形成激烈的湍流，增加了对轴表面的冲刷，这种冲刷促进了腐蚀的传质。

综合上述分析可见，机械密封装置空腔内部不仅处于恶劣的化学环境，而且处于闭塞电池腐蚀环境。2方面腐蚀环境因素叠加，直接导致镍基合金涂层自身的腐蚀。

2.2 电偶腐蚀作用

机械密封装置存在电偶腐蚀要素条件:空腔内部的海水构成腐蚀介质环境;系统整体不可避免地成为电连接体，形成电流通路;海水中电极电位较低的低合金高强钢艉轴本体成为电偶阳极，体系中铜质动环、碳精环静环、镍铬基合金“Ω”环、轴表面镍基合金喷涂层等材料在海水中的电极电位较高，成为电偶阴极。据以住实验数据，这些铜、镍、铬的合金及碳与低合金高强钢在海水中的电极电位差达400～500 mV，有很大的电偶腐蚀驱动力。这样，具备了构成电偶腐蚀的所有要素，导致电偶腐蚀的发生。

该处电偶腐蚀是大阴极小阳极的恶性电偶腐蚀，阳极是腐蚀发生处，即轴上包覆环氧树层的边缘位置，面积较小，阴极是空腔内的铜环、碳环、内表面及镍合金喷涂层，不仅裸露，而且面积较大。

严重的腐蚀是各种不利因素叠加的结果，严重的轴腐蚀是在原来镍合金保护层失效后发生的，镍合金喷涂层、不锈钢、电刷镀镍层等保护层的腐蚀失效，表明需要进行材料的环境适用性研究，保证修理措施的合理性。

3 修理技术措施

艉轴修理要求恢复艉轴的结构尺寸和强度，达到原有设计值，另外要采取可靠的防腐蚀措施。由于待修理部位处于特殊的腐蚀环境，应针对腐蚀因素进行材料选用和防腐蚀设计。

鉴于修理计划原因，不能采取坞内抽出艉轴进行修复的方法，该船采取了“金属修补胶修补+涂刷防腐蚀涂层+涂覆聚胺酯胶层”的原位修理措施。该措施一方面起到在恢复结构尺寸的同时进行适当的轴强度补强作用，另一方面起到防护与绝缘的作用，具有针对性，修理方法及步骤如下。

1)清洗。先用加洗涤剂的清水对整个机械密封装置空腔内部结构及构件表面进行洗涤，去除油污，擦干水珠并晾干后，再用少许丙酮擦拭表面进一步除油，用丙酮除油过程中采用通风的方法防爆。

2)除锈。用电动钢丝刷将腐蚀坑槽内的腐蚀产物清除。

3)清洗。进行如1)的清洗和除油，做到表面干净、干燥。

4)修补胶。采用钢铁基的金属修补胶将腐蚀坑槽修补至尺寸恢复。

5)艉轴表面涂漆。在艉轴表面到固定环位置涂覆环氧防腐漆1道，起防腐蚀作用。

6)艉轴表面涂胶。在艉轴表面到固定环位置涂覆聚胺酯胶2道，这样在机械密封装置内部的艉轴表面就形成较厚的衬里。

7)阴极表面涂屏蔽漆。对铜环、碳环、“Ω”环等阴极结构内表面涂环氧屏蔽漆2道，起到减少裸露阴极表面积的绝缘屏蔽作用。

8)修饰。为了使密封圈顺利安装，先核对一下位置，再用锉刀对超尺寸的部位修饰，使密封圈能用力挤进去即可。

9)安装。在检查确认内表面防护层完整的前提下，进行机械密封装置由后向前的安装。

4 结束语

本文针对该船艉轴机械密封内部腐蚀问题，从机械密封装置结构、腐蚀部位环境特点及电偶腐蚀因素入手，研究提出“金属修补胶修补+涂刷防腐蚀涂层+涂覆聚胺酯胶层”的艉轴原位维修方法。防护涂层和胶层发挥了有机保护层在防护与电绝缘方面的双重优势，起到了较好的保护效果，为局部电偶腐蚀环境的防腐蚀维修提供了一种方便的技术方法。

The status is introduced that severe axes corrosion occurs inner sternward mechanical hermetic device of a ship.The corrosion factors and reasons are researched on the base of analysis to structue of mechanical hermetic device，circumstance of corrosion posistion，primary protective measure and resultant of corrosion.The protective ways are put forward that the specific glue is gelatinized to form protective coating by sulfurating in situation.According to circumstance factors of corrosion and electric coincidence corrosion，the repair measures are put out in situation on the status of sternward axes surface for the circumference that sternward axes can＇t be taken out for repair.

mechanical hermetic device;sternward axes;anticorrosion

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.002

马青华 (1965-)，男，江苏东台人，高级工程师，硕士，主要从事腐蚀与防护技术工作。

2015-01-19