冶金業(yè)機(jī)械密封失效分析

前言：本站為你精心整理了冶金業(yè)機(jī)械密封失效分析范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

1冶金工業(yè)泵用機(jī)械密封腐蝕

常用的冶金工業(yè)泵用機(jī)械密封的腐蝕，按腐蝕的過程分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕;按金屬腐蝕破壞的形態(tài)和腐蝕區(qū)域分布來分，主要有全面腐蝕和局部腐蝕。

1．1化學(xué)腐蝕與電化學(xué)腐蝕

化學(xué)腐蝕是由于金屬與腐蝕性介質(zhì)發(fā)生化學(xué)作用而產(chǎn)生的破壞，從而引起金屬化學(xué)腐蝕的介質(zhì)不能導(dǎo)電，進(jìn)而在腐蝕過程中無電流發(fā)生。冶金工業(yè)泵用機(jī)械密封的化學(xué)腐蝕主要體現(xiàn)在密封元件非電解質(zhì)溶液中的腐蝕。電化學(xué)腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中發(fā)生電化學(xué)作用而引起的破壞，在腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，引發(fā)電化學(xué)腐蝕的介質(zhì)都能導(dǎo)電。電化學(xué)腐蝕與化學(xué)腐蝕的不同點在于腐蝕過程有電流產(chǎn)生。電化學(xué)腐蝕一般可分為大氣腐蝕、在電解質(zhì)溶液中的腐蝕和土壤腐蝕三種情況。電解質(zhì)溶液腐蝕是化工用泵機(jī)械密封腐蝕的主要腐蝕形式。

1．2全面腐蝕和局部腐蝕

全面腐蝕，即零件所接觸的介質(zhì)表現(xiàn)產(chǎn)生均勻腐蝕，整個金屬的表面腐蝕。全面腐蝕有各處腐蝕程度相同的均勻腐蝕，也有不同腐蝕區(qū)域程度不同的非均勻腐蝕。全面腐蝕的特征是零件的重量減輕，甚至?xí)扛g，因而失去原有機(jī)械強(qiáng)度，降低材料的硬度。不銹鋼在強(qiáng)酸和強(qiáng)堿中可能呈現(xiàn)全面腐蝕。如機(jī)械密封用1Cr18Ni9Ti不銹鋼制作的多彈簧，用于稀硫酸介質(zhì)時就會出現(xiàn)這種情況。局部腐蝕，即腐蝕主要集中在金屬表面的某些區(qū)域，可以簡單地用零件上的蝕斑、蝕孔來加以判明。盡管此種腐蝕的腐蝕量不大，但是由于其局部腐蝕速度很快，可造成機(jī)械密封的嚴(yán)重破壞。局部腐蝕使零件表面層變得松軟多孔，易于脫落，失去耐磨硬度。究其原因，局部腐蝕是多相合金中的某一相或單相固溶體的某一元素，被介質(zhì)選擇性溶解的腐蝕形態(tài)。例如鈷基硬質(zhì)合金用于高溫強(qiáng)堿中時，粘結(jié)相金屬鈷易被腐蝕，硬質(zhì)相碳化鎢骨架失去強(qiáng)度，在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生晶粒剝落，又如，反應(yīng)燒結(jié)碳化硅，因游離硅被腐蝕而表面呈現(xiàn)斑點。

2不同類型腐蝕對密封元件的破壞

2．1應(yīng)力腐蝕

應(yīng)力腐蝕是金屬材料在承受應(yīng)力狀態(tài)下且處于腐蝕介質(zhì)環(huán)境中所產(chǎn)生的腐蝕現(xiàn)象，其腐蝕機(jī)理是陽極溶解，不論是在外部載荷或殘余應(yīng)力作用下，腐蝕都會加劇。在泵用機(jī)械密封中容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的材料是奧氏體不銹鋼、銅合金等。應(yīng)力腐蝕的過程一般是在金屬表面上形成選擇性的腐蝕溝槽，再繼續(xù)產(chǎn)生局部腐蝕，最后在應(yīng)力的作用下，腐蝕不斷向深處發(fā)展，從溝槽底部產(chǎn)生裂紋，同時不斷向深處發(fā)展，由于裂紋尖端處的應(yīng)力很高，因此腐蝕裂紋擴(kuò)展速度很快。例如典型的實例是內(nèi)裝單端而單彈簧非平衡型機(jī)械密封，它靠傳動套傳動。傳動套的材料一般為1Cr18Ni9Ti，當(dāng)用于洗滌水泵上時，傳動套的傳動耳環(huán)最容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，使耳環(huán)損壞。為此，將其凹形耳環(huán)改為實心凸環(huán)，即可防止這種應(yīng)力腐蝕的發(fā)生。

2．2腐蝕

機(jī)械密封件與流體介質(zhì)間的高速運動，致使接觸面上發(fā)生細(xì)微的凹凸不平。當(dāng)流體為腐蝕性介質(zhì)時，將加快密封接觸表面的化學(xué)反應(yīng)，這種反應(yīng)的結(jié)果在接觸面形成一種致密的氧化層時，能抑制腐蝕的進(jìn)程，這是有利的一面。如果所形成的氧化層被破壞，即出現(xiàn)腐蝕。磨損和腐蝕交替作用而造成機(jī)械密封材料的破壞即為磨蝕。通常情況磨蝕對機(jī)械密封的非主要元件如彈簧座、推環(huán)、環(huán)座等所帶來的危害，雖然不致于迅速地反映出密封性能的變化，但卻是摩擦副失效的主要形態(tài)之一，尤其在密封端面，由于摩擦使腐蝕生成物被破壞，此種現(xiàn)象周期性循環(huán)所產(chǎn)生的磨蝕，其磨蝕速度約為無摩擦作用表面的腐蝕率的10～50倍。為此，在強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)中，摩擦副應(yīng)采用耐腐蝕性能好的材料，如采用高純氧化鋁陶瓷，聚四氟乙烯或不含游離硅的熱壓燒結(jié)碳化硅等。

2．3間隙腐蝕

當(dāng)泵輸送介質(zhì)處于金屬與金屬或非金屬元件之間，存在很小的縫隙時，由于介質(zhì)長期滯留在縫隙內(nèi)，會引起縫隙內(nèi)金屬的腐蝕加速，這種腐蝕形態(tài)即為間隙腐蝕。間隙腐蝕是局部腐蝕的一種形式，例如機(jī)械密封彈簧座與軸之間，補(bǔ)償環(huán)輔助密封圈與軸之間(當(dāng)然此處還存在著微動磨損)出現(xiàn)的溝槽或蝕點即是典型的例子。其原因是由于縫內(nèi)介質(zhì)處于滯留狀態(tài)，使得參加腐蝕反應(yīng)的物質(zhì)難以向縫內(nèi)補(bǔ)充，而縫內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物又難以向外擴(kuò)散，于是造成縫內(nèi)介質(zhì)隨著腐蝕的進(jìn)行，在組成的濃度、PH值等方面越來越和整體介質(zhì)產(chǎn)生很大差異，使縫內(nèi)金屬與縫外金屬構(gòu)成短路原電池，其結(jié)果便導(dǎo)致縫內(nèi)金屬表面發(fā)生強(qiáng)烈的局部腐蝕。間隙腐蝕對機(jī)械密封性能的危害很大，密封圈與對隅軸處產(chǎn)生溝槽，將導(dǎo)致補(bǔ)償環(huán)不能作軸向位移，失去追隨性，使密封端面分離而泄漏。對于間隙腐蝕，通?？梢酝ㄟ^正常選材和合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計予以減輕。如選用具有良好的抗間隙腐蝕性能的材料;在結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)盡可能避免形成縫隙和積液死區(qū)，或者采用自沖洗方式進(jìn)行循環(huán)，使密封腔內(nèi)的介質(zhì)處于不斷更換和流動狀態(tài)，防止介質(zhì)組分濃度的變化。對于長期停用的機(jī)泵，應(yīng)將泵內(nèi)積液及時排空等等。在結(jié)構(gòu)上要完成消除間隙是不可能的，為減緩間隙腐蝕，一般采用保持性的軸套，在其密封圈安裝部位噴涂耐腐蝕材料等措施加以防止。

2．4電化學(xué)腐蝕

電化學(xué)腐蝕實質(zhì)是金屬與電解質(zhì)因發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的破壞。產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的必要條件是:陽極、陰極、電介質(zhì)、電流回路，除去或改變其中任何一個條件即可阻止或減緩腐蝕的進(jìn)行。實際上，機(jī)械密封的各種腐蝕形式，大都同電化學(xué)腐蝕有關(guān)。對于機(jī)械密封摩擦副來說，經(jīng)常會受到電化學(xué)腐蝕的危害，因為摩擦副組對常用不同種材料，當(dāng)它們處于電解質(zhì)溶液中，由于材料本身固有的腐蝕電位不同，接觸時應(yīng)會出現(xiàn)不同材料之間的電偶效應(yīng)，即一種材料的腐蝕會受到促進(jìn)，而另一種材料的腐蝕會受到抑制。例如銅與鎳鉻鋼組對，用于氧化性介質(zhì)中時，鎳鉻鋼發(fā)生電離分解，鹽水、海水、稀鹽酸、稀硫酸等都是典型的電解質(zhì)溶液，密封件在這種的介質(zhì)中極易于產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)防腐最佳途徑是選擇電位相近的材料或陶瓷與填充玻璃纖維聚四氟乙烯組對。

3提高泵用機(jī)械密封抗腐蝕措施

提高冶金工業(yè)泵用機(jī)械密封抗腐蝕性能，總體上是解決材料和結(jié)構(gòu)兩大問題。因此，為了確?！鞍踩?、穩(wěn)順、長期、滿意、優(yōu)質(zhì)”地生產(chǎn)，必須正確選擇密封材料及合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3．1正確與合理選擇材質(zhì)

在材質(zhì)選擇上，密封材料主要是根據(jù)被密封介質(zhì)的性質(zhì)、工況和用途來選擇的，密封材料凡是與輸送介質(zhì)相接觸的零件，原則上要求比輸送該介質(zhì)用泵的過流部件的材質(zhì)提高一級。由于密封件尺寸比機(jī)泵其他零件小，而且加工、裝配更精密，通常要選用比機(jī)泵更耐腐蝕的材料。同時根據(jù)所輸送介質(zhì)的類別合理選擇材質(zhì)搭配。如摩擦副組對材料為硬對硬，能適應(yīng)于各種結(jié)晶性強(qiáng)腐蝕流體;由耐腐蝕硬質(zhì)合金組對，能適用于強(qiáng)堿鹽介質(zhì)環(huán)境;選用氮化硅與碳化硅組對，則適用于強(qiáng)酸，尤其是有結(jié)晶的鹽酸介質(zhì)環(huán)境。在選材時注意的是，對于直接與介質(zhì)接觸的密封件，雖然可參閱有關(guān)腐蝕手冊中的數(shù)據(jù)選擇適宜的材料，但這些數(shù)據(jù)未必與機(jī)械密封系統(tǒng)中的使用條件相符，因為它們大多是靜態(tài)條件下測得的腐蝕數(shù)據(jù)，而工藝中輸送的介質(zhì)存在雜質(zhì)或呈二次化合物。經(jīng)驗表明，壓力、溫度和滑動速度都能使腐蝕加速，密封件的腐蝕率隨溫升事指數(shù)規(guī)律增加，因此還應(yīng)綜合考慮冶金工業(yè)泵工作的工藝條件進(jìn)行選材。

3．2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

當(dāng)輸送強(qiáng)腐蝕流體時，從結(jié)構(gòu)上可設(shè)法與腐蝕介質(zhì)接觸，可采用外裝式波紋管結(jié)構(gòu)、彈簧不與介質(zhì)接觸的內(nèi)裝式密封、或雙端面密封結(jié)構(gòu)和引入阻塞流體來保護(hù)，可以最大限度地減輕腐蝕對密封件的影響，因為它不直接接觸工藝流體介質(zhì)或與介質(zhì)相接觸的零件數(shù)最少，這也是在強(qiáng)腐蝕條件下，選擇密封結(jié)構(gòu)所要遵循的一條最重要的原則。對于毒性高，腐蝕性強(qiáng)的介質(zhì)，可以引入隔離液進(jìn)行保持，隔離流體起到安全屏障的功能。

3．3金屬保護(hù)層

采用防護(hù)層的方法來防止機(jī)械密封金屬腐蝕是日前應(yīng)用較多的一種方法，常用的保護(hù)層有金屬保護(hù)層、化學(xué)保護(hù)層、非金屬保護(hù)層三種。金屬保護(hù)層是用具有陰極或陽極保護(hù)作用的金屬或合金，通過電鍍、噴鍍、化學(xué)鍍、熱鍍和滲鍍等方法，在需要防護(hù)的密封金屬零件表面形成金屬保護(hù)層(膜)來隔離金屬與輸送介質(zhì)的接觸，或利用電化學(xué)的保護(hù)作用使金屬得到保護(hù)，從而防止了腐蝕。

4結(jié)語

雖然冶金工業(yè)泵用機(jī)械密封腐蝕有其內(nèi)在的規(guī)律性，但造成冶金工業(yè)泵用機(jī)械密封腐蝕的原因錯綜復(fù)雜。必須掌握各種輸送介質(zhì)下密封件腐蝕的機(jī)理，認(rèn)真分析該泵的工作環(huán)境，掌控其發(fā)生的外部條件，通過有針對性的選材和采用合理結(jié)構(gòu)形式，加上其他保護(hù)措施，泵用機(jī)械密封腐蝕是可以得到有效抑制和緩解的。