趙紅祥　江柏橋

　　摘　要：機械密封（fēng）是靠一對或數對垂直於軸作相對滑（huá）動的端麵在流體壓力和補償機構的（de）彈力（或磁力（lì））作用下，保持貼合並配以輔助密（mì）封而達到阻（zǔ）漏的軸（zhóu）封裝置，機械密封出現損壞的情況（kuàng）較多，常見（jiàn）的損壞形式可分為腐蝕損壞、熱損壞和機械損（sǔn）壞三種，其中（zhōng）腐蝕損壞危害性較大，由於機械密封特殊的結構形式及（jí）工作環境和條件不同，腐蝕損壞的（de）形態也多種多樣。

　　關（guān）鍵詞：機械密封；種類（lèi）分析；腐蝕防護

　　1　機械密封的優缺點

　　機械密封與（yǔ）軟填料密封比較，有如（rú）下優點：（1）機械密封可靠，在長周期的運行中，密封狀（zhuàng）態很穩定（dìng），泄漏量很小，按粗略統計（jì），其泄（xiè）漏量一般僅為軟填（tián）料密封的1/100；（2）軸或軸套基本上不受摩損；（3）維修周期長（zhǎng），端麵磨損後可自動補償，一般情況下，毋需經常性的維修（xiū）；（4）抗振性好，對（duì）旋轉軸的振（zhèn）動、偏擺以及軸對密封腔的偏斜不（bú）敏感；（5）機械密封使用壽命長，在油、水類介質中一般可達1～2年或更長時間，在化工介質中（zhōng）機械密封通常也（yě）能達半年以上；（6）摩（mó）擦功率消耗小，機械密封的摩擦功率（lǜ）僅為（wéi）軟填料密封的10%～50%；（7）軸或軸套基本上不受摩損（sǔn）；（8）適用範圍廣，機械密（mì）封能用於（yú）低溫（wēn）、高溫、真空、高壓、不同轉速，以及各種腐蝕性介質和含磨粒介質等的（de）密封。但其缺點有：（1）機械密封結構較複雜，對製造加工要求高；（2）機械密封安裝與更換比較麻煩，並要求工（gōng）人（rén）有一定的安裝技術水平；（3）發生（shēng）偶然性事故（gù）時，機械密封處理較困難；（4）機（jī）械密封一次性投資高。

　　2　機械密封的腐蝕類型

　　2.1金屬環腐蝕（shí）

　　（1）表麵均勻腐蝕。如果金屬環表麵接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產生表麵腐蝕，其現象是泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。金屬表麵均勻腐蝕有（yǒu）成膜（mó）和無膜兩種形態，無膜的金屬腐蝕很危險，腐蝕過程（chéng）以一定的速度進行，這主要是選材錯誤造（zào）成的。成膜的腐（fǔ）蝕，其鈍化膜（mó）通常具有保護作用的特性，但金（jīn）屬密封環所用材料，如不鏽鋼、鑽、鉻合金等其表麵的鈍化膜在端麵摩擦中破壞，在缺氧（yǎng）條件下新膜很（hěn）難生成，使電偶腐蝕加劇。

　　（2）應力腐蝕（shí）破裂。金屬在腐蝕和拉應力的（de）同（tóng）時作用下，首先在薄弱區產生裂縫，進而向縱深發展，產生破裂，稱為應力腐蝕破（pò）裂。選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化欽等密封環，容易出現應（yīng）力腐蝕破裂（liè）。密封環裂紋一般是徑向發散型的，可以是一條或多條。這些（xiē）裂縫溝通了整個密封端麵，加速了端麵的磨損，使泄漏量增（zēng）加。

　　根（gēn）據斷（duàn）裂（liè）力學的觀（guān）念，材料內部原始裂紋尖端的應力場強因子K1=yσ1a（y—係數）。在開始時由於應力σ1小於臨界應力σc，a小（xiǎo）於臨（lín）界裂紋σc，所以腐蝕作用時，由（yóu）於原始（shǐ）裂（liè）紋a的（de）腐蝕擴展，導致K1的增大。當經過一段時間後a=σc及K1=K1c時，斷裂就發生了，隻有當原始裂紋a足夠（gòu）小，以（yǐ）致於K1。
　　2.2非金屬環腐蝕

　　（1）石墨環的腐蝕。用樹脂浸漬的（de）不透性石墨環，它的腐蝕有（yǒu）三個原因：一（yī）是當端麵過（guò）熱，溫度>180℃時，浸漬的樹（shù）脂要析離石墨環，使環耐磨（mó）性下降（jiàng）；二（èr）是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質中發生化學變化，也使（shǐ）耐磨性下降；三是樹脂浸漬深（shēn）度（dù）不夠（gòu），當磨去浸漬層後，耐磨性下降（jiàng）。所以密封冷卻係統的建立，選擇耐蝕的浸漬樹脂，采用高壓（yā）浸漬，增加浸漬深度（dù）是非常必要的。

　　（2）石墨環的氧化。在氧化性的介質中，端（duān）麵在幹摩（mó）擦或冷卻不良時，產生（shēng）350-400℃的溫度能使石墨環（huán）與氧發生（shēng）反應，產生CO2氣體，可使端麵變粗糙，甚至破裂。非（fēi）金屬環在化學介質和應力的同時作用下，也（yě）會破裂。

　　（3）聚四氟乙烯（F4）密封環的腐蝕。F4填充如玻璃纖維、石墨粉、金屬粉等以提高其（qí）耐溫（wēn）性、耐磨性。填充F4環的腐蝕主要是指填充物的選擇性腐蝕、溶出或變質破壞。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（ér）定（dìng）。

　　2.3輔助密封圈及其接觸部位（wèi）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。由於橡膠的腐蝕、老化，其（qí）失效的橡膠遭腐蝕後表麵變粗糙且失去（qù）彈性，容（róng）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（lì）增大，浮動性不（bú）好，使密封（fēng）失效。橡膠與F4耐溫性差，矽橡（xiàng）膠耐溫性Z好，可在200℃使用。（2）與輔助密（mì）封圈（quān）接觸（chù）部（bù）位的腐蝕。機械（xiè）密封（fēng）動環、軸套、靜環、靜環座，與橡膠或F4輔助密封圈接觸處（chù）沒有大的相對（duì）運動，該處液相（xiàng）對靜止易形成死角，給與之接觸（chù）的金屬軸套、動環、靜環座及密封體等造（zào）成了特種腐蝕，主要有縫隙腐蝕、摩振腐蝕、接觸（chù）腐蝕，三種腐蝕同（tóng）時存在，交（jiāo）替進行（háng），所以腐蝕麵較寬、較深。觀察其表麵深度在1-1.5倍密封（fēng）圈直徑，蝕度不小於0.01mm時，密封泄漏就嚴重了。

　　3　防（fáng）護方法（fǎ）

　　3.1選材

　　選材設計者Z清楚產品或（huò）零件的用（yòng）途、位置及所處環境，因此（cǐ）設計者在進行結構設計時（shí）應（yīng）選擇適合的（de）材料，同（tóng）時對產品或工件的表麵塗層（céng）進行設計（jì），在圖紙上提出相應的表麵處理方法及技術要求。當然（rán），這（zhè）要求設計人員必須對不同材料（liào）或不同（tóng）塗層（céng）、鍍層的防（fáng）腐蝕性能、適用場合、工藝（yì）性（xìng）及經濟性等熟（shú）悉。比如，容易發生點蝕的工件可選用耐點蝕（shí）的合金材料，或對表麵進行鈍（dùn）化處理（lǐ），提高材料的（de）穩定性；為防止（zhǐ）縫隙腐蝕或（huò）電（diàn）偶腐蝕的（de）發生（shēng），可在接合麵上（shàng）塗上油漆，避免縫隙部位金屬裸露或避免不（bú）同金（jīn）屬的直接接觸。過去推土機的管夾都是普通薄板製作，兩（liǎng）三（sān）年就可能嚴重鏽蝕，對軟管失去固定作用，導致軟管與其它零件發生摩擦（cā）磨（mó）損，Z終導致液壓係統漏油。采（cǎi）用不鏽鋼材料後，壽命增加，避免了類似（sì）問題的發生。

　　3.2結構設計

　　（1）避免與介質接觸的設計。采用內裝式（shì）、外裝式、隔離液等機械密封，塗層、保護套也可起到（dào）與介質隔離的作用（yòng）。　（2）端麵設計。采用鑲嵌結構，端（duān）麵（miàn）為壓（yā）應力，可（kě）避免應力腐蝕破裂。（3）彈簧防（fáng）腐設計。從結構上使（shǐ）彈簧不與介（jiè）質接觸是較（jiào）好的方法，如外裝上（shàng）噴塗保護層、加保護套等（děng）。改旋（xuán）轉型為靜止結構。（4）輔助密封圈。隻要縫隙足夠小（xiǎo），所有材（cái）料都可能產生縫隙腐蝕。波紋管與軸套接觸麵寬且取消輔助密封圈，是一（yī）種（zhǒng）好的密封。結構設計工程機（jī）械產品在整體布置上要考（kǎo）慮（lǜ）防止腐蝕介質的積聚，盡量避免封閉區域，或保持封閉係統通風（fēng）和排水（shuǐ）良好，如考慮整車的通風、散熱，發動機尾氣排放要通過淨化、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，或加（jiā）防護罩殼（ké）。

　　3.3使用與（yǔ）維護

　　建（jiàn）立封液及冷卻係（xì）統，並經（jīng）常更換封液及冷卻液，加強對端麵冷卻。檢修與安裝時，嚴禁敲擊密封（fēng）件，以防止（zhǐ）局部相變而（ér）為腐蝕提供條件。密（mì）封件安裝前，應（yīng）嚴（yán）格地清（qīng）洗幹淨。維護與使用建立封液及（jí）冷卻係統，並經常（cháng）更換封液及冷卻液，加強（qiáng）對端麵冷卻。檢修（xiū）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（tiáo）件。密封件安（ān）裝前，應嚴格地清洗幹淨。

　　參考文獻

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來源：《鋒繪》2018年2期