防腐产业领域

防腐轴承具有防强酸、强碱、海水等特殊性能。因此广泛应用于医疗和生物技术机械、化工设备、石油领域、电子设备、海洋领域、食品机械等领域。腐蚀是滚动轴承的天敌,也是一个狡猾的敌人。当湿气、蒸汽和酸的化学反应攻击轴承表面时,它们造成的损害通常不明显,直到为时已晚。幸运的是,在设计阶段您可以做很多事情来保护您的轴承免受这些偷袭。

通常,第一步是确定设备运转所需的工作环境要求。第二个是在考虑这些要求的情况下对可用的腐蚀保护技术进行审查。在早期阶段,您可能会从轴承制造商或润滑油生产商处获得有用的建议,因为他们在常见的应用领域拥有丰富的经验。


一、性能要求


1. 应该考虑许多性能标准。最常见的是:

轴承必须承受什么载荷?

预期的占空比是多少?

需要什么类型的旋转,以什么速度?

定位精度是多少?

它必须持续多长时间,例如L(10) 疲劳寿命?

它将如何安装?

需要什么润滑?

维护的可及性如何?

这些性能标准通常不受腐蚀性操作环境的影响,但您可能会发现有必要进行一些设计修改以确保满足其中的每一项。修改的性质在很大程度上取决于污染物的性质。


2. 识别污染物

       大多数污染物是某种大气中的水分,但它们采取不同的形式并且可以具有不同的浓度。水是最明显的,但即使是水也不简单:例如,相同的保护对富含离子的液体和富含氧气的冷凝物都无效。盐和酸提供了更多的变化。如果轴承将暴露于其中一种,重要的是要知道哪种类型及其浓度。

超越污染物并考虑操作环境中每个元素的影响是一个好主意。有些是显而易见的(极端温度和压力),但有些则不是。例如,在某些情况下,干润滑剂会与水发生反应,在轴承座圈中产生硫酸。

       轴承在安装前、制造、运输和储存过程中也会受到污染。在所有这些阶段,防潮包装都是一个好主意。此外,应用耐腐蚀涂层的设施往往具有酸性气氛,因此在那里生产的任何未涂层轴承都应使用润滑膜进行保护。


3. 耐腐蚀等级

       轴承的腐蚀寿命应与其预期使用寿命大致相同。例如,为什么要为预期疲劳寿命仅为 6 年的轴承选择可提供 20 年腐蚀保护的材料(如 17-4 沉淀硬化不锈钢)?相反,您不能指望由在盐雾中暴露 96 小时后可能会生锈的材料制成的船用轴承具有 10,000 小时的疲劳寿命。所有标准必须同步。


4. 维护频率

       耐腐蚀性等级特定于轴承的环境,维护是任何环境中的主要因素。在某种程度上,防腐蚀可靠性是设计人员、机器操作员以及在许多应用中技术人员的共同责任。在仅具有轻度腐蚀性的环境中,按照严格的时间表进行适当的维护。无论如何,了解轴承拆卸的频率将帮助您确定必须在设计中加入多少防腐蚀可靠性。


5. 极端环境

       虽然所有腐蚀环境都对轴承不利,但有些环境尤其极端。外太空就是一个很好的例子。对于 NASA 于 2008 年发射的用于收集土壤和冰样的凤凰号火星着陆器,一个关键要求是在 -108°C 下平稳运行,距离最近的维修技术人员约 1.71 亿英里。轴承必须加热并用低释气润滑剂填充,这种润滑剂在如此极端的温度下不会变得太粘或在稀薄的大气中蒸发。


二、腐蚀保护选项

       一旦定义了所有服务条件,您就可以开始评估您的轴承保护选项并相应地缩小搜索范围。润滑剂、密封件、涂层和替代材料是最常见的形式。


1. 润滑剂

       虽然润滑油膜的主要功能是最大程度地减少金属对金属的磨损(有时还可以冷却轴承),但某些润滑油可以在轻度腐蚀环境中起到双重保护作用。高度防水的润滑脂(例如 MIL-PRF -23827,如壳牌的 Aeroshell 7)可以帮助在微湿环境中保护轴承,而其他润滑脂则不能。

       当然,这种保护只有在润滑油膜完好无损的情况下才有可能。如果它在操作周期之间过热、变干或沉降,则不能依赖它。有些人试图通过过度润滑来补偿,但这只会增加摩擦扭矩,通常会导致轴承过热。闲置设备应定期轮换以保持润滑剂的保护性能。


2. 密封件

       密封件通常用于防止颗粒进入轴承(以及润滑剂进入)。但是典型的密封材料(丁腈橡胶、聚四氟乙烯)不能提供太多的液体或气体保护,而这些是腐蚀通常采用的形式。使用耐腐蚀材料或接受耐腐蚀涂层的材料制造轴承会获得更好的结果。


3. 保护涂层

       轴承部件上使用了各种保护涂层,从电镀和锌热喷涂到电沉积和化学沉积屏障。

       铬和镍镀层具有出色的耐腐蚀性,并且在高腐蚀性环境中有效,例如酸浴厂或盐雾暴露。烘烤的固体膜润滑剂或锌和锰的磷酸盐具有良好的抵抗力,适用于中等腐蚀性的操作条件。

       防腐油或黑色氧化物涂层仅适用于非常短期的轻度腐蚀性环境保护。它们有时用于在维修前存放轴承。为金属提供阴极保护的锌热喷涂提供了一种长期的解决方案。

       然而,最终,大多数镀层和涂层开始与基底金属分离——碎裂、剥落或剥落。一个例外:在传统 52100 轴承钢的滚道上电镀高密度铬。独立测试表明,电沉积的高密度铬——例如 Kaydon Bearings 使用的 Endurakote® 工艺——至少与 440C 不锈钢一样耐腐蚀。

       除了 DLC 外,这些保护涂层更常用于轴承套圈而不是滚动体,滚动体的形状和相对较小的直径使得即使是 0.0001" 厚的板也难以保持在允许的公差范围内。对于滚动体,通常需要更换材料可取的。


4. 替代材料

       在腐蚀性极强的环境中,最好的方法——通常也是最昂贵和最耗时的方法——是用耐腐蚀材料代替标准钢材。马氏体不锈钢和陶瓷是当今滚动体的标准材料,滚道也可以由陶瓷制成。


2021-12-02