机械密封常见腐蚀问题分析

天使的巢

　　1、机械密封件主体材料的腐蚀主要是电化学腐蚀和化学腐蚀，常见的化学腐蚀有以下几种形式;
　　1)、缝隙腐蚀
+ A0 _* [/ u3 g3 k8 A4 Q　　在电解液中，金属与金属或金属与非金属表面之间构成狭窄的缝隙，缝隙内有关物质的移动受到了阻滞，形成浓差电池，从而产生局部腐蚀，这种腐蚀被称为缝隙腐蚀。缝隙腐蚀常发生在轴套与介质的连接处，垫圈、衬板、缠绕与金属重叠处，它可以在不同的金属和不同的腐蚀介质中出现，从而给机械密封的正常运行造成严重障碍，甚至发生破坏事故。对钛及钛合金来说，缝隙腐蚀是最应关注的腐蚀现象。介质中，氧气浓度增加，缝隙腐蚀量增加H值减小，阳极溶解速度增加，缝隙腐蚀量也增加;活性阴离子的浓度增加，缝隙腐蚀敏感性升高。但是，某些含氧阴离子的增加会减小缝隙腐蚀量。
　　2)、点蚀
　　点蚀又称坑蚀和小孔腐蚀。点蚀有大有小，一般情况下，点蚀的深度要比其直径大的多。点蚀经常发生在表面有钝化膜或保护膜的金属上。
　　在石油、化工的腐蚀失效类型统计中，点蚀约占20%～25%。流动不畅的含活性阴离子的介质中容易形成活性阴离子的积聚和浓缩的条件，促使点蚀的生成。机械密封的框架粗糙的表面比光滑的表面更容易发生点蚀。
" b5 L  k: q6 ^* }2 F2 }　　PH值降低、温度升高都会增加点蚀的倾向。氧化性金属离子(如Fe3+、Cu2+、Hg2+等)能促进点蚀的产生。但某些含氧阴离子(如氢氧化物、铬酸盐、硝酸盐和硫酸盐等)能防止点蚀。
: J0 E% X% L8 I4 |& A* n　　点蚀虽然失重不大，但由于阳极面积很小，所以腐蚀速率很快，严重时可造成机械密封损坏，点蚀会使晶间腐蚀、应力腐蚀和腐蚀疲劳等加剧，在很多情况下点蚀是这些类型腐蚀的起源。
& F7 ~( l" n& U7 q: f( c　　3)、应力腐蚀
　　材料在特定的腐蚀介质中和在静拉伸应力(包括外加载荷、热应力、冷加工、热加工、焊接等所引起的残余应力，以及裂缝锈蚀产物的楔入应力等)下，所出现的低于强度极限的脆性开裂现象，称为应力腐蚀开裂。
4 H8 H. P  M, d! N. x+ p　　应力腐蚀开裂是先在金属的腐蚀敏感部位形成微小凹坑，产生细长的裂缝，且裂缝扩展很快，能在短时间内发生严重的破坏。应力腐蚀开裂在石油、化工腐蚀失效类型中所占比例最高，可达50%。
& K' T: C7 ~5 r9 }% ?' N( T　　应力腐蚀的产生有两个基本条件：一是材料对介质具有一定的应力腐蚀开裂敏感性;二是存在足够高的拉应力。导致应力腐蚀开裂的应力可以来自工作应力，也可以来自制造过程中产生的残余应力。据统计，在应力腐蚀开裂事故中，由残余应力所引起的占80%以上，而由工作应力引起的则不足20%。
　　一般来说，介质中氯化物浓度的增加，会缩短应力腐蚀开裂所需的时间。不同氯化物的腐蚀作用是按Mg2+、Fe3+、Ca2+、Na1+、Li1+等离子的顺序递减的。发生应力腐蚀的温度一般在50℃～300℃之间。
+ F% \8 N/ E. m! ?! T! Q3 o0 \& V　　防止应力腐蚀应从减少腐蚀和消除拉应力两方面来采取措施。主要是：一要尽量避免使用对应力腐蚀敏感的材料;二在设计设备结构时要力求合理，尽量减少应力集中和积存腐蚀介质;三在加工制造设备时，要注意消除残余应力。
0 ^" A/ Z! o: _6 C　　4)、均匀腐蚀
　　均匀腐蚀是指在与环境接触的整个金属表面上几乎以相同速度进行的腐蚀。在应用耐蚀材料时，应以抗均匀腐蚀作为主要的耐蚀性能依据，在特殊情况下才考虑某些抗局部腐蚀的性能。
　　5)、磨损腐蚀(冲蚀)
2 H3 w* O2 \' a3 n$ D9 a- p' u　　由磨损和腐蚀联合作用而产生的材料破坏过程叫磨损腐蚀。磨损腐蚀可发生在高速流动的流体管道及载有悬浮摩擦颗粒流体的泵、管道等处。有的过流部件，如高压减压阀中的阀瓣(头)和阀座、离心泵的叶轮、风机中的叶片等，在这些部位腐蚀介质的相对流动速度很高，使钝化型耐蚀金属材料表面的钝化膜，因受到过分的机械冲刷作用而不易恢复，腐蚀率会明显加剧，如果腐蚀介质中存在着固相颗粒，会大大加剧磨损腐蚀。
　　6)、腐蚀疲劳
' V0 Q& b3 v9 z5 J: U0 L( Q5 g! @　　腐蚀疲劳是在腐蚀介质与循环应力的联合作用下产生的。这种由于腐蚀介质而引起的抗腐蚀疲劳性能的降低，称为腐蚀疲劳。疲劳破坏的应力值低于屈服点，在一定的临界循环应力值(疲劳极限或称疲劳寿命)以上时，才会发生疲劳破坏。而腐蚀疲劳却可能在很低的应力条件下就发生破断，因而它是很危险的。
　　影响材料腐蚀疲劳的因素主要有应力交变速度、介质温度、介质成分、材料尺寸、加工和热处理等。增加载荷循环速度、降低介质的PH值或升高介质的温度，都会使腐蚀疲劳强度下降。材料表面的损伤或较低的粗糙度所产生的应力集中，会使疲劳极限下降，从而也会降低疲劳强度。
6 P; a( m- O& v# p: G. D/ b' [　　7)、晶间腐蚀
　　晶间腐蚀是金属材料在特定的腐蚀介质中，沿着材料的晶粒间界受到腐蚀，使晶粒之间丧失结合力的一种局部腐蚀破坏现象。受这种腐蚀的设备或零件，有时从外表看仍是完好光亮，但由于晶粒之间的结合力被破坏，材料几乎丧失了强度，严重者会失去金属声音，轻轻敲击便成为粉末。
5 ]# f5 [/ ?3 i" ~$ {9 X　　据统计，在石油、化工设备腐蚀失效事故中，晶间腐蚀约占4%～9%，一般认为，晶界合金元素的贫化是产生晶间腐蚀的主要原因。通过提高材料的纯度，去除碳、氮、磷和硅等有害微量元素或加入少量稳定化元素(钛、铌)，以控制晶界上析出的碳化物及采用适当的热处理制度和适当的加工工艺，可防止晶间腐蚀的产生。
3 O! @8 C8 M# }! a- R. X8 `　　2、波纹管等离子焊接后的锈迹清除问题
　　波纹管形式的机械密封，波纹片在等离子焊接后，由于存在油膜和氧化层会造成波纹片表面有焊接的明显痕迹，使机械密封表面发乌，有些厂家用化学清洗剂处理也很不理想，只能在机床上用细砂纸清除，其结果会造成焊肉减薄，波纹片在使用过程中损坏和开裂。实践中最好的方法是用柠檬酸加缓蚀剂处理，如果利用超声波加稀释后的柠檬酸和缓蚀剂，清洗的效果会更好。我试验过很多方法这种处理方法是比较理想的。生产技术工人在工艺上有很多技巧和成熟的经验可借鉴。
5 g8 C! P8 F8 v% G0 T　　此外我接触的密封材料有，气体的密封环有三瓣环式的结构，这种结构的密封在机加工时比较困难，主要是机加工的工艺问题，例如比较软的“白金”密封环，一般的方法是将圆料先刨分成三瓣，内孔预留一定的加工量，厚度预留一定的加工量，外径预留一定的加工量。将刨分面研磨到最终的光洁度，用在高温下可熔化的胶粘剂将三瓣环粘接在一起进行机加工，胶粘剂的厚度为0.001~0.0005mm，由于粘接剂的粘接强度不高，要设计一种卡具固定，待机加工完成后放到烘箱中除去胶粘剂。