机械密封腐蚀种类及预防举措研究

赵红祥 江柏桥

摘要：机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下，保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置，机械密封出现损坏的情况较多，常见的损坏形式可分为腐蚀损坏、热损坏和机械损坏三种，其中腐蚀损坏危害性较大，由于机械密封特殊的结构形式及工作环境和条件不同，腐蚀损坏的形态也多种多样。

关键词：机械密封；种类分析；腐蚀防护

1 机械密封的优缺点

机械密封与软填料密封比较，有如下优点：（1）机械密封可靠，在长周期的运行中，密封状态很稳定，泄漏量很小，按粗略统计，其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100；（2）轴或轴套基本上不受摩损；（3）维修周期长，端面磨损后可自动补偿，一般情况下，毋需经常性的维修；（4）抗振性好，对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感；（5）机械密封使用寿命长，在油、水类介质中一般可达1～2年或更长时间，在化工介质中机械密封通常也能达半年以上；（6）摩擦功率消耗小，机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%～50%；（7）轴或轴套基本上不受摩损；（8）适用范围广，机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速，以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。但其缺点有：（1）机械密封结构较复杂，对制造加工要求高；（2）机械密封安装与更换比较麻烦，并要求工人有一定的安装技术水平；（3）发生偶然性事故时，机械密封处理较困难；（4）机械密封一次性投资高。

2 机械密封的腐蚀类型

2.1 金属环腐蚀

（1）表面均匀腐蚀。如果金属环表面接触腐蚀介质，而金属本身又不耐腐蚀，就会产生表面腐蚀，其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。金属表面均匀腐蚀有成膜和无膜两种形态，无膜的金属腐蚀很危险，腐蚀过程以一定的速度进行，这主要是选材错误造成的。成膜的腐蚀，其钝化膜通常具有保护作用的特性，但金属密封环所用材料，如不锈钢、钻、铬合金等其表面的钝化膜在端面摩擦中破坏，在缺氧条件下新膜很难生成，使电偶腐蚀加剧。

（2）应力腐蚀破裂。金属在腐蚀和拉应力的同时作用下，首先在薄弱区产生裂缝，进而向纵深发展，产生破裂，称为应力腐蚀破裂。选用堆焊硬质合金及铸铁、碳化钨、碳化钦等密封环，容易出现应力腐蚀破裂。密封环裂纹一般是径向发散型的，可以是一条或多条。这些裂缝沟通了整个密封端面，加速了端面的磨损，使泄漏量增加。

根据断裂力学的观念，材料内部原始裂纹尖端的应力场强因子K1=yσ1a（y—系数）。在开始时由于应力σ1小于临界应力σc ，a小于临界裂纹σc，所以腐蚀作用时，由于原始裂纹a的腐蚀扩展，导致K1的增大。当经过一段时间后a=σc及K1=K1c时，断裂就发生了，只有当原始裂纹a足够小，以致于K1

2.2 非金属环腐蚀

（1）石墨环的腐蚀。用树脂浸渍的不透性石墨环，它的腐蚀有三个原因：一是当端面过热，温度>180℃时，浸渍的树脂要析离石墨环，使环耐磨性下降；二是浸渍的树脂若选择不当，就会在介质中发生化学变化，也使耐磨性下降；三是树脂浸渍深度不够，当磨去浸渍层后，耐磨性下降。所以密封冷却系统的建立，选择耐蚀的浸渍树脂，采用高压浸渍，增加浸渍深度是非常必要的。

（2）石墨环的氧化。在氧化性的介质中，端面在干摩擦或冷却不良时，产生350-400℃的温度能使石墨环与氧发生反应，产生CO2气体，可使端面变粗糙，甚至破裂。非金属环在化学介质和应力的同时作用下，也会破裂。

（3）聚四氟乙烯（F4）密封环的腐蚀。F4填充如玻璃纤维、石墨粉、金属粉等以提高其耐温性、耐磨性。填充F4环的腐蚀主要是指填充物的选择性腐蚀、溶出或变质破坏。例如在氢氟酸中，玻璃纤维分子热腐蚀，所以填充何物应视具体情况而定。

2.3 辅助密封圈及其接触部位的腐蚀

辅助密封圈及其接触部位的腐蚀（1）辅助密封圈的腐蚀。橡胶种类不同，其耐蚀性亦不同。由于橡胶的腐蚀、老化，其失效的橡胶遭腐蚀后表面变粗糙且失去弹性，容易断裂。橡胶耐油性因品种而异，不耐油的橡胶易胀大、摩擦力增大，浮动性不好，使密封失效。橡胶与F4耐温性差，硅橡胶耐温性最好，可在200℃使用。（2）与辅助密封圈接触部位的腐蚀。机械密封动环、轴套、静环、静环座，与橡胶或F4辅助密封圈接触处没有大的相对运动，该处液相对静止易形成死角，给与之接触的金属轴套、动环、静环座及密封体等造成了特种腐蚀，主要有缝隙腐蚀、摩振腐蚀、接触腐蚀，三种腐蚀同时存在，交替进行，所以腐蚀面较宽、较深。观察其表面深度在1-1.5倍密封圈直径，蚀度不小于0.01mm时，密封泄漏就严重了。

3 防护方法

3.1 选材

选材设计者最清楚产品或零件的用途、位置及所处环境，因此设计者在进行结构设计时应选择适合的材料，同时对产品或工件的表面涂层进行设计，在图纸上提出相应的表面处理方法及技术要求。当然，这要求设计人员必须对不同材料或不同涂层、镀层的防腐蚀性能、适用场合、工艺性及经济性等熟悉。比如，容易发生点蚀的工件可选用耐点蚀的合金材料，或对表面进行钝化处理，提高材料的稳定性；为防止縫隙腐蚀或电偶腐蚀的发生，可在接合面上涂上油漆，避免缝隙部位金属裸露或避免不同金属的直接接触。过去推土机的管夹都是普通薄板制作，两三年就可能严重锈蚀，对软管失去固定作用，导致软管与其它零件发生摩擦磨损，最终导致液压系统漏油。采用不锈钢材料后，寿命增加，避免了类似问题的发生。

3.2 结构设计

（1）避免与介质接触的设计。采用内装式、外装式、隔离液等机械密封，涂层、保护套也可起到与介质隔离的作用。（2）端面设计。采用镶嵌结构，端面为压应力，可避免应力腐蚀破裂。（3）弹簧防腐设计。从结构上使弹簧不与介质接触是较好的方法，如外装上喷涂保护层、加保护套等。改旋转型为静止结构。（4）辅助密封圈。只要缝隙足够小，所有材料都可能产生缝隙腐蚀。波纹管与轴套接触面宽且取消辅助密封圈，是一种好的密封。结构设计工程机械产品在整体布置上要考虑防止腐蚀介质的积聚，尽量避免封闭区域，或保持封闭系统通风和排水良好，如考虑整车的通风、散热，发动机尾气排放要通过净化、降温等；在外形设计上注意防护，避免积存水汽和尘土。注意外露件的保护，电器件与接头布置在内侧，或加防护罩壳。

3.3 使用与维护

建立封液及冷却系统，并经常更换封液及冷却液，加强对端面冷却。检修与安装时，严禁敲击密封件，以防止局部相变而为腐蚀提供条件。密封件安装前，应严格地清洗干净。维护与使用建立封液及冷却系统，并经常更换封液及冷却液，加强对端面冷却。检修与安装时，严禁敲击密封件，以防止局部相变而为腐蚀提供条件。密封件安装前，应严格地清洗干净。

参考文献

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