某船艉軸機械密封軸面腐蝕原因及修理措施

馬青華，郭連兔，楊青松

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

某船艉軸機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.海軍裝備技術研究所，北京 102442;2.海軍湛江地區裝備修理監修室，廣東湛江 524005)

文章介紹了某船艉軸機械密封裝置內部軸面出現嚴重腐蝕的情況，在對機械密封裝置結構、腐蝕部位環境、原防護措施情況及腐蝕產物等方面進行綜合分析的基礎上，研究了腐蝕因素及腐蝕原因。并針對腐蝕環境因素及電偶腐蝕因素，提出涂覆專用防護膠就地硫化成膜的保護方法，并根據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措施。

機械密封;艉軸;防腐蝕

船舶艉軸機械密封技術是近20年來發展起來的實用技術，該技術與填料函密封技術相比，將軸向徑向磨損補償變為軸向磨損補償，在彈性結構設計基礎上實現了自行磨損補償，因而船舶艉軸機械密封技術在防漏水方面有著明顯的優勢，被逐步推廣應用，但是一些船舶在改裝機械密封裝置后，由于防護措施不當，出現了腐蝕問題。

在某船進塢修理時發現，其艉軸機械密封裝置內部軸表面出現嚴重的腐蝕坑槽。據目測，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，最大腐蝕坑深度達到10 mm。由于該處腐蝕影響到艉軸截面強度，危害很大。

1 機械密封裝置結構

圖1 機械密封裝置內部腐蝕情況圖

該船機械密封裝置采用的是“Ω”環型條簧與橡膠體并用的磨損補償設計，圖2是該船機械密封裝置示意圖。機械密封裝置后端與船體相連接，前端通過固定環與艉軸連接。由圖2中可見，腐蝕區域是軸上很小的帶狀區域，該區域的艉軸表面離動環內側的距離約2 mm。

圖2 機械密封裝置結構圖

艉軸本體采用低合金高強鋼 (鋼號:34CrMo1A)，“Ω”環采用鎳鉻基耐蝕合金，動環采用銅合金，靜環采用碳精環，銅套前端的斜坡到固定環之間的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內的銅套及部分軸表面涂有環氧樹脂。

工作時，銅合金動環與碳精環靜環之間緊貼，在彈力作用下，處于相對運動磨擦狀態，依靠碳精的潤滑作用和水的潤滑作用，進行磨擦密封，起到密封作用。當磨擦面超過彈力磨損補償時，需停車并移動固定環補償:松開固定環鎖緊螺栓，向前移動固定環使密封部位緊配合，再擰緊鎖緊螺栓固定好固定環。

2 腐蝕原因

鑒于腐蝕部位在動環下部軸表面，該腐蝕部位原采用了鎳基合金涂層防護措施，腐蝕產物為黃色水銹。鋼鐵艉軸出現腐蝕是在鎳基合金涂層腐蝕之后，腐蝕初始產物是黑色的鐵 (Ⅱ)，該部位的黃色腐蝕產物是鐵 (Ⅲ)，是機械密封部位打開后初始腐蝕產物進一步氧化的結果。鎳基合金涂層是較耐蝕的涂層，卻因為自身腐蝕而沒有起到保護作用。

分析認為，出現惡性腐蝕的原因主要有以下2種情況:一是惡劣環境腐蝕;二是電偶腐蝕作用。

2.1 惡劣環境腐蝕

惡劣環境腐蝕是鎳基合金涂層出現腐蝕的主要原因，機械密封裝置空腔內部腐蝕環境主要有如下特點。

1)封閉環境。空腔內部尤其腐蝕部位即動環與軸之間位置狹小，內部相對封閉，存在有形成閉塞電池腐蝕的半封閉環境條件。

2)厭氧環境。空腔內部通過軸與尾封處的縫隙及動密封處的縫隙與外部相通，由于動密封處靜態下密封較好，因而內部只有經尾封處很小的縫隙與外部相通，氧擴散通路不暢，可使內部處于厭氧環境。

3)微生物環境?？涨粌炔亢Ｋ杏懈∮紊?，浮游生物死亡后在上述厭氧環境中，可能會產生加速腐蝕的微生物，如硫酸鹽還原菌。

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

綜合上述分析可見，機械密封裝置空腔內部不僅處于惡劣的化學環境，而且處于閉塞電池腐蝕環境。2方面腐蝕環境因素疊加，直接導致鎳基合金涂層自身的腐蝕。

2.2 電偶腐蝕作用

機械密封裝置存在電偶腐蝕要素條件:空腔內部的海水構成腐蝕介質環境;系統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鋼艉軸本體成為電偶陽極，體系中銅質動環、碳精環靜環、鎳鉻基合金“Ω”環、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。據以住實驗數據，這些銅、鎳、鉻的合金及碳與低合金高強鋼在海水中的電極電位差達400～500 mV，有很大的電偶腐蝕驅動力。這樣，具備了構成電偶腐蝕的所有要素，導致電偶腐蝕的發生。

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

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

3 修理技術措施

艉軸修理要求恢復艉軸的結構尺寸和強度，達到原有設計值，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境，應針對腐蝕因素進行材料選用和防腐蝕設計。

鑒于修理計劃原因，不能采取塢內抽出艉軸進行修復的方法，該船采取了“金屬修補膠修補+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結構尺寸的同時進行適當的軸強度補強作用，另一方面起到防護與絕緣的作用，具有針對性，修理方法及步驟如下。

1)清洗。先用加洗滌劑的清水對整個機械密封裝置空腔內部結構及構件表面進行洗滌，去除油污，擦干水珠并晾干后，再用少許丙酮擦拭表面進一步除油，用丙酮除油過程中采用通風的方法防爆。

2)除銹。用電動鋼絲刷將腐蝕坑槽內的腐蝕產物清除。

3)清洗。進行如1)的清洗和除油，做到表面干凈、干燥。

4)修補膠。采用鋼鐵基的金屬修補膠將腐蝕坑槽修補至尺寸恢復。

5)艉軸表面涂漆。在艉軸表面到固定環位置涂覆環氧防腐漆1道，起防腐蝕作用。

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

7)陰極表面涂屏蔽漆。對銅環、碳環、“Ω”環等陰極結構內表面涂環氧屏蔽漆2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，先核對一下位置，再用銼刀對超尺寸的部位修飾，使密封圈能用力擠進去即可。

9)安裝。在檢查確認內表面防護層完整的前提下，進行機械密封裝置由后向前的安裝。

4 結束語

本文針對該船艉軸機械密封內部腐蝕問題，從機械密封裝置結構、腐蝕部位環境特點及電偶腐蝕因素入手，研究提出“金屬修補膠修補+涂刷防腐蝕涂層+涂覆聚胺酯膠層”的艉軸原位維修方法。防護涂層和膠層發揮了有機保護層在防護與電絕緣方面的雙重優勢，起到了較好的保護效果，為局部電偶腐蝕環境的防腐蝕維修提供了一種方便的技術方法。

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，江蘇東臺人，高級工程師，碩士，主要從事腐蝕與防護技術工作。

2015-01-19