機械密封的腐蝕與防護

 機械密封出現故障的機會較多，比例較大，常見的損壞形式可分為腐蝕損壞、熱損壞和機械損壞三種，由于機械密封特殊的結構形式和千差萬別的工作環境，其腐蝕形態也存在多樣性的特點。
        1.金屬環腐蝕
        (1)表面均勻腐蝕  如果金屬環表面接觸腐蝕介質，而金屬本身又不耐腐蝕，就會產生表面腐蝕，其現象是泄漏、早期磨損、破壞、發聲等。金屬表面均勻腐蝕有成膜和無膜兩種形態，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，但金屬密封環所用材料，如不銹鋼、鈷、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)應力腐蝕破裂  金屬在腐蝕和拉應力的同時作用下，首先在薄弱區產生裂縫，進而向縱深發展，產生破裂，稱為應力腐蝕破裂。選用堆焊硬質合金及鑄鐵、碳化鎢、碳化鈦等密封環，容易出現應力腐蝕破裂。密封環裂紋一般是徑向發散型的，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。
        根據斷裂力學的觀念，材料內部原始裂紋尖端的應力場強因子K₁=yσ₁a(y—系數)。在開始時由于應力σ₁小于臨界應力σ_c， a小于臨界裂紋a_c，所以腐蝕作用時，由于原始裂紋a的腐蝕擴展，導致K₁的增大。當經過一段時間后a=a_c及K₁=K_1c時，斷裂就發生了，只有當原始裂紋a足夠小，以致于K₁＜K_1c(應力腐蝕破裂)時，材料不會發生應力腐蝕破裂。①應力的存在。如果堆焊或加工中，殘余應力、旋轉離心力、摩擦熱應力，引起金屬環應力σ₁大于σ_2c，應力破壞就很難避免。②材料。金屬密封環材料強度、硬度指標越高，K_1c越低，材料內氣孔、夾渣、裂紋越多越長，越易發生應力腐蝕破裂。一般K₁(應力腐蝕破裂)=(1/2-1/5)K_1c，且隨材料強度級別的提高，K₁(應力腐蝕破裂)/K_1c的比值下降。③磨損。構件表面越光，應力腐蝕破裂敏感性越低。端面磨損使金屬表面鈍化膜破壞，光潔度降低，促使應力腐蝕破裂的發生。④介質。應力腐蝕破裂，只發生于一些特定的“材料—環境”體系。例如“奧氏體不銹鋼—cl”、“碳鋼—NO₃”。⑤溫度。溫度越高，氫擴散越快，應力腐蝕破裂加快。密封環端面劇烈摩擦，如果端面比壓過大，表面光潔度低，冷卻不夠，表面潤滑不好，摩擦熱則加速應力腐蝕破裂的進行。
        2.非金屬環腐蝕
        (1)石墨環的腐蝕用樹脂浸漬的不透性石墨環，它的腐蝕有三個原因：一是當端面過熱，溫度＞180℃時，浸漬的樹脂要析離石墨環，使環耐磨性下降；二是浸漬的樹脂若選擇不當，就會在介質中發生化學變化，也使耐磨性下降；三是樹脂浸漬深度不夠，當磨去浸漬層后，耐磨性下降。所以密封冷卻系統的建立，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)石墨環的氧化在氧化性的介質中，端面在干摩擦或冷卻不良時，產生350-400℃的溫度能使石墨環與氧發生反應，產生CO₂氣體，可使端面變粗糙，甚至破裂。非金屬環在化學介質和應力的同時作用下，也會破裂。
        (3)聚四氟乙烯(F₄)密封環的腐蝕  F₄填充如玻璃纖維、石墨粉、金屬粉等以提高其耐溫性、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定。
        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、軸套、靜環、靜環座，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、靜環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，密封泄漏就嚴重了。
        4.防護方法
        (1)選材  環境不同，選材不同，既要照顧選材的一致性，又要照顧環境腐蝕差異；溫度、濃度、壓力不同，選材不同；同一介質溫度，濃度、壓力不同，腐蝕情況各異，要對腐蝕性有所了解，酌情選材；腐蝕形式不同，選材不同。
        (2)結構設計  ①避免與介質接觸的設計。采用內裝式、外裝式、隔離液等機械密封，涂層、保護套也可起到與介質隔離的作用。②端面設計。采用鑲嵌結構，端面為壓應力，可避免應力腐蝕破裂。③彈簧防腐設計。從結構上使彈簧不與介質接觸是較好的方法，如外裝上噴涂保護層、加保護套等。改旋轉型為靜止結構。④輔助密封圈。只要縫隙足夠小，所有材料都可能產生縫隙腐蝕。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。
        (3)維護與使用  建立封液及冷卻系統，并經常更換封液及冷卻液，加強對端面冷卻。檢修與安裝時，嚴禁敲擊密封件，以防止局部相變而為腐蝕提供條件。密封件安裝前，應嚴格地清洗干凈。