馬青華，郭連兔，楊青松

(1.海軍裝備技術(shù)研究所，北京 102442;2.海軍湛江地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，廣東湛江 524005)

某船艉軸機(jī)械密封軸面腐蝕原因及修理措施

馬青華1，郭連兔2，楊青松1

(1.海軍裝備技術(shù)研究所，北京 102442;2.海軍湛江地區(qū)裝備修理監(jiān)修室，廣東湛江 524005)

文章介紹了某船艉軸機(jī)械密封裝置內(nèi)部軸面出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕的情況，在對(duì)機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)、腐蝕部位環(huán)境、原防護(hù)措施情況及腐蝕產(chǎn)物等方面進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，研究了腐蝕因素及腐蝕原因。并針對(duì)腐蝕環(huán)境因素及電偶腐蝕因素，提出涂覆專用防護(hù)膠就地硫化成膜的保護(hù)方法，并根據(jù)艉軸表面的狀況和無法抽出艉軸修理的情況，提出了原位修理技術(shù)措施。

機(jī)械密封;艉軸;防腐蝕

船舶艉軸機(jī)械密封技術(shù)是近20年來發(fā)展起來的實(shí)用技術(shù)，該技術(shù)與填料函密封技術(shù)相比，將軸向徑向磨損補(bǔ)償變?yōu)檩S向磨損補(bǔ)償，在彈性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自行磨損補(bǔ)償，因而船舶艉軸機(jī)械密封技術(shù)在防漏水方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，被逐步推廣應(yīng)用，但是一些船舶在改裝機(jī)械密封裝置后，由于防護(hù)措施不當(dāng)，出現(xiàn)了腐蝕問題。

在某船進(jìn)塢修理時(shí)發(fā)現(xiàn)，其艉軸機(jī)械密封裝置內(nèi)部軸表面出現(xiàn)嚴(yán)重的腐蝕坑槽。據(jù)目測(cè)，腐蝕坑槽沿軸截面圓周呈帶狀分布 (圖1)，寬約20 mm，平均腐蝕坑深度約為6 mm，最大腐蝕坑深度達(dá)到10 mm。由于該處腐蝕影響到艉軸截面強(qiáng)度，危害很大。

1 機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)

圖1 機(jī)械密封裝置內(nèi)部腐蝕情況圖

該船機(jī)械密封裝置采用的是“Ω”環(huán)型條簧與橡膠體并用的磨損補(bǔ)償設(shè)計(jì)，圖2是該船機(jī)械密封裝置示意圖。機(jī)械密封裝置后端與船體相連接，前端通過固定環(huán)與艉軸連接。由圖2中可見，腐蝕區(qū)域是軸上很小的帶狀區(qū)域，該區(qū)域的艉軸表面離動(dòng)環(huán)內(nèi)側(cè)的距離約2 mm。

圖2 機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)圖

艉軸本體采用低合金高強(qiáng)鋼 (鋼號(hào):34CrMo1A)，“Ω”環(huán)采用鎳鉻基耐蝕合金，動(dòng)環(huán)采用銅合金，靜環(huán)采用碳精環(huán)，銅套前端的斜坡到固定環(huán)之間的300 mm部分軸表面噴涂有鎳合金層，過去曾采取過噴涂不銹鋼、電刷鍍鎳等措施?！唉浮杯h(huán)內(nèi)的銅套及部分軸表面涂有環(huán)氧樹脂。

工作時(shí)，銅合金動(dòng)環(huán)與碳精環(huán)靜環(huán)之間緊貼，在彈力作用下，處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)磨擦狀態(tài)，依靠碳精的潤(rùn)滑作用和水的潤(rùn)滑作用，進(jìn)行磨擦密封，起到密封作用。當(dāng)磨擦面超過彈力磨損補(bǔ)償時(shí)，需停車并移動(dòng)固定環(huán)補(bǔ)償:松開固定環(huán)鎖緊螺栓，向前移動(dòng)固定環(huán)使密封部位緊配合，再擰緊鎖緊螺栓固定好固定環(huán)。

2 腐蝕原因

鑒于腐蝕部位在動(dòng)環(huán)下部軸表面，該腐蝕部位原采用了鎳基合金涂層防護(hù)措施，腐蝕產(chǎn)物為黃色水銹。鋼鐵艉軸出現(xiàn)腐蝕是在鎳基合金涂層腐蝕之后，腐蝕初始產(chǎn)物是黑色的鐵 (Ⅱ)，該部位的黃色腐蝕產(chǎn)物是鐵 (Ⅲ)，是機(jī)械密封部位打開后初始腐蝕產(chǎn)物進(jìn)一步氧化的結(jié)果。鎳基合金涂層是較耐蝕的涂層，卻因?yàn)樽陨砀g而沒有起到保護(hù)作用。

分析認(rèn)為，出現(xiàn)惡性腐蝕的原因主要有以下2種情況:一是惡劣環(huán)境腐蝕;二是電偶腐蝕作用。

2.1 惡劣環(huán)境腐蝕

惡劣環(huán)境腐蝕是鎳基合金涂層出現(xiàn)腐蝕的主要原因，機(jī)械密封裝置空腔內(nèi)部腐蝕環(huán)境主要有如下特點(diǎn)。

1)封閉環(huán)境?？涨粌?nèi)部尤其腐蝕部位即動(dòng)環(huán)與軸之間位置狹小，內(nèi)部相對(duì)封閉，存在有形成閉塞電池腐蝕的半封閉環(huán)境條件。

2)厭氧環(huán)境?？涨粌?nèi)部通過軸與尾封處的縫隙及動(dòng)密封處的縫隙與外部相通，由于動(dòng)密封處?kù)o態(tài)下密封較好，因而內(nèi)部只有經(jīng)尾封處很小的縫隙與外部相通，氧擴(kuò)散通路不暢，可使內(nèi)部處于厭氧環(huán)境。

3)微生物環(huán)境?？涨粌?nèi)部海水中有浮游生物，浮游生物死亡后在上述厭氧環(huán)境中，可能會(huì)產(chǎn)生加速腐蝕的微生物，如硫酸鹽還原菌。

4)海水流動(dòng)。艉軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)軸表面的海水轉(zhuǎn)動(dòng)，形成沖刷腐蝕，由于前蓋位置帶動(dòng)空腔內(nèi)部前部的海水在轉(zhuǎn)動(dòng)，后端與船體固定，海水隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)不如前端，這樣還形成激烈的湍流，增加了對(duì)軸表面的沖刷，這種沖刷促進(jìn)了腐蝕的傳質(zhì)。

綜合上述分析可見，機(jī)械密封裝置空腔內(nèi)部不僅處于惡劣的化學(xué)環(huán)境，而且處于閉塞電池腐蝕環(huán)境。2方面腐蝕環(huán)境因素疊加，直接導(dǎo)致鎳基合金涂層自身的腐蝕。

2.2 電偶腐蝕作用

機(jī)械密封裝置存在電偶腐蝕要素條件:空腔內(nèi)部的海水構(gòu)成腐蝕介質(zhì)環(huán)境;系統(tǒng)整體不可避免地成為電連接體，形成電流通路;海水中電極電位較低的低合金高強(qiáng)鋼艉軸本體成為電偶陽(yáng)極，體系中銅質(zhì)動(dòng)環(huán)、碳精環(huán)靜環(huán)、鎳鉻基合金“Ω”環(huán)、軸表面鎳基合金噴涂層等材料在海水中的電極電位較高，成為電偶陰極。據(jù)以住實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這些銅、鎳、鉻的合金及碳與低合金高強(qiáng)鋼在海水中的電極電位差達(dá)400～500 mV，有很大的電偶腐蝕驅(qū)動(dòng)力。這樣，具備了構(gòu)成電偶腐蝕的所有要素，導(dǎo)致電偶腐蝕的發(fā)生。

該處電偶腐蝕是大陰極小陽(yáng)極的惡性電偶腐蝕，陽(yáng)極是腐蝕發(fā)生處，即軸上包覆環(huán)氧樹層的邊緣位置，面積較小，陰極是空腔內(nèi)的銅環(huán)、碳環(huán)、內(nèi)表面及鎳合金噴涂層，不僅裸露，而且面積較大。

嚴(yán)重的腐蝕是各種不利因素疊加的結(jié)果，嚴(yán)重的軸腐蝕是在原來鎳合金保護(hù)層失效后發(fā)生的，鎳合金噴涂層、不銹鋼、電刷鍍鎳層等保護(hù)層的腐蝕失效，表明需要進(jìn)行材料的環(huán)境適用性研究，保證修理措施的合理性。

3 修理技術(shù)措施

艉軸修理要求恢復(fù)艉軸的結(jié)構(gòu)尺寸和強(qiáng)度，達(dá)到原有設(shè)計(jì)值，另外要采取可靠的防腐蝕措施。由于待修理部位處于特殊的腐蝕環(huán)境，應(yīng)針對(duì)腐蝕因素進(jìn)行材料選用和防腐蝕設(shè)計(jì)。

鑒于修理計(jì)劃原因，不能采取塢內(nèi)抽出艉軸進(jìn)行修復(fù)的方法，該船采取了“金屬修補(bǔ)膠修補(bǔ)+涂刷防腐蝕涂層+涂覆聚胺酯膠層”的原位修理措施。該措施一方面起到在恢復(fù)結(jié)構(gòu)尺寸的同時(shí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)妮S強(qiáng)度補(bǔ)強(qiáng)作用，另一方面起到防護(hù)與絕緣的作用，具有針對(duì)性，修理方法及步驟如下。

1)清洗。先用加洗滌劑的清水對(duì)整個(gè)機(jī)械密封裝置空腔內(nèi)部結(jié)構(gòu)及構(gòu)件表面進(jìn)行洗滌，去除油污，擦干水珠并晾干后，再用少許丙酮擦拭表面進(jìn)一步除油，用丙酮除油過程中采用通風(fēng)的方法防爆。

2)除銹。用電動(dòng)鋼絲刷將腐蝕坑槽內(nèi)的腐蝕產(chǎn)物清除。

3)清洗。進(jìn)行如1)的清洗和除油，做到表面干凈、干燥。

4)修補(bǔ)膠。采用鋼鐵基的金屬修補(bǔ)膠將腐蝕坑槽修補(bǔ)至尺寸恢復(fù)。

5)艉軸表面涂漆。在艉軸表面到固定環(huán)位置涂覆環(huán)氧防腐漆1道，起防腐蝕作用。

6)艉軸表面涂膠。在艉軸表面到固定環(huán)位置涂覆聚胺酯膠2道，這樣在機(jī)械密封裝置內(nèi)部的艉軸表面就形成較厚的襯里。

7)陰極表面涂屏蔽漆。對(duì)銅環(huán)、碳環(huán)、“Ω”環(huán)等陰極結(jié)構(gòu)內(nèi)表面涂環(huán)氧屏蔽漆2道，起到減少裸露陰極表面積的絕緣屏蔽作用。

8)修飾。為了使密封圈順利安裝，先核對(duì)一下位置，再用銼刀對(duì)超尺寸的部位修飾，使密封圈能用力擠進(jìn)去即可。

9)安裝。在檢查確認(rèn)內(nèi)表面防護(hù)層完整的前提下，進(jìn)行機(jī)械密封裝置由后向前的安裝。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)該船艉軸機(jī)械密封內(nèi)部腐蝕問題，從機(jī)械密封裝置結(jié)構(gòu)、腐蝕部位環(huán)境特點(diǎn)及電偶腐蝕因素入手，研究提出“金屬修補(bǔ)膠修補(bǔ)+涂刷防腐蝕涂層+涂覆聚胺酯膠層”的艉軸原位維修方法。防護(hù)涂層和膠層發(fā)揮了有機(jī)保護(hù)層在防護(hù)與電絕緣方面的雙重優(yōu)勢(shì)，起到了較好的保護(hù)效果，為局部電偶腐蝕環(huán)境的防腐蝕維修提供了一種方便的技術(shù)方法。

The status is introduced that severe axes corrosion occurs inner sternward mechanical hermetic device of a ship.The corrosion factors and reasons are researched on the base of analysis to structue of mechanical hermetic device，circumstance of corrosion posistion，primary protective measure and resultant of corrosion.The protective ways are put forward that the specific glue is gelatinized to form protective coating by sulfurating in situation.According to circumstance factors of corrosion and electric coincidence corrosion，the repair measures are put out in situation on the status of sternward axes surface for the circumference that sternward axes can＇t be taken out for repair.

mechanical hermetic device;sternward axes;anticorrosion

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2015.04.002

馬青華 (1965-)，男，江蘇東臺(tái)人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事腐蝕與防護(hù)技術(shù)工作。

2015-01-19