I cuscinetti di protezione dalla corrosione hanno la proprietà di prevenire l'acido forte, l'alcali, l'acqua di mare e altre prestazioni specifiche speciali. Quindi sono ampiamente utilizzati nei macchinari medici e biotecnologici, nelle apparecchiature chimiche, nel campo petrolifero, nelle apparecchiature elettroniche, nel settore marittimo, nelle macchine alimentari ecc.

La corrosione è il nemico naturale di un cuscinetto a elementi volventi, e per di più un nemico subdolo. Quando le reazioni chimiche dell'umidità, dei vapori e degli acidi attaccano le superfici dei cuscinetti, i danni che provocano spesso non sono evidenti fino a quando non è troppo tardi. Fortunatamente, ci sono molte cose che puoi fare in fase di progettazione per proteggere il tuo rilevamento da questi attacchi furtivi.

Il primo passo, come di consueto, è definire completamente le condizioni di servizio. Il secondo è condurre la revisione delle tecniche disponibili di protezione dalla corrosione tenendo presenti questi requisiti. In questa fase iniziale potresti trovare utile il consiglio di un produttore di cuscinetti o di lubrificanti, poiché in genere hanno esperienza in un'ampia gamma di applicazioni.

Condizioni di servizio

Ci sono molte condizioni di servizio da considerare, ma rientrano tutte in cinque categorie principali: requisiti di prestazione, contaminanti, valori di resistenza alla corrosione, frequenza di manutenzione e condizioni estreme.

1. Requisiti di prestazione

Dovrebbero essere presi in considerazione molti criteri di prestazione. I più comuni sono:

Quali carichi deve sostenere il cuscinetto?

Qual è il ciclo di lavoro previsto?

Che tipo di rotazione è richiesta e a quale velocità?

Quale grado di precisione di posizionamento?

Quanto deve durare, ad es. durata a fatica L(10)?

Come sarà montato?

Che lubrificazione è necessaria?

Quanto sarà accessibile per la manutenzione?

Questi criteri di prestazione non sono in genere influenzati da un ambiente operativo corrosivo, ma potrebbe essere necessario apportare alcune modifiche alla progettazione per garantire che ognuno di essi sia soddisfatto. La natura delle modifiche dipenderà in gran parte dalla natura dei contaminanti.

2. Identificare i contaminanti

La maggior parte dei contaminanti sono una sorta di umidità atmosferica, ma assumono forme diverse e possono avere concentrazioni diverse. L'acqua è la cosa più ovvia, ma anche l'acqua non è semplice: la stessa protezione non è efficace sia contro i liquidi ricchi di ioni che contro i condensati ricchi di ossigeno, per esempio. Sali e acidi offrono molte più varianti; se il cuscinetto sarà esposto a uno di questi è importante sapere quale tipo e la sua concentrazione.

È una buona idea guardare oltre i contaminanti e considerare gli effetti di ogni elemento nell'ambiente operativo. Alcuni sono evidenti (temperature e pressioni estreme), ma altri no. In alcune circostanze, ad esempio, i lubrificanti secchi reagiscono con l'acqua per produrre acido solforico nella pista del cuscinetto.

I cuscinetti sono anche esposti a contaminazione prima dell'installazione, durante la produzione, la spedizione e lo stoccaggio. L'imballaggio a prova di umidità è una buona idea durante tutte queste fasi. Inoltre, le strutture che applicano rivestimenti resistenti alla corrosione tendono ad avere atmosfere acide, quindi tutti i cuscinetti non rivestiti prodotti devono essere protetti con una pellicola lubrificante.

Prove di resistenza alla nebbia salina

I test della Kaydon Bearings Division dimostrano che la cromatura elettrodepositata è una barriera estremamente efficace contro la corrosione da nebbia salina.

Dodici anelli di scorrimento dei cuscinetti sono stati divisi in due set, ciascuno contenente sei anelli: due ciascuno in acciaio 52100 semplice, acciaio inossidabile 440C e 52100 rivestiti con cromo ad alta densità elettrodepositato. I ricercatori hanno trattato un anello di ciascun materiale con un grasso resistente all'acqua conforme alla specifica MIL-PRF-23827 e hanno lasciato l'altro anello di ciascun materiale non trattato.

Le gare sono state sospese in una camera di prova e sottoposte per 96 ore a spruzzo di cloruro di sodio al 5% a 95°F. I ricercatori hanno ispezionato periodicamente gli anelli e registrato l'andamento della corrosione. I risultati medi delle due prove sono:

3. Classificazioni di resistenza alla corrosione

I cuscinetti dovrebbero avere una durata alla corrosione all'incirca uguale alla durata prevista. Perché, ad esempio, scegliere un materiale che offre 20 anni di protezione dalla corrosione (come l'acciaio inossidabile 17-4 temprato per precipitazione) per un cuscinetto con una vita a fatica prevista di soli sei anni? Al contrario, non ci si può aspettare una vita a fatica di 10.000 ore da un cuscinetto a bordo di una nave fatto di materiali che possono arrugginire solido dopo essere stato esposto alla nebbia salina per sole 96 ore. Tutti i criteri devono essere sincronizzati.

4. Frequenza della manutenzione

Le classificazioni di resistenza alla corrosione sono specifiche per l'ambiente di un cuscinetto e la manutenzione è un fattore fondamentale in qualsiasi ambiente. In una certa misura, l'affidabilità anticorrosione è una responsabilità condivisa che coinvolge il progettista, l'operatore della macchina e, in molte applicazioni, il tecnico che rimuove il cuscinetto per l'ispezione o la manutenzione. In ambienti che sono solo leggermente corrosivi, può essere sufficiente una corretta manutenzione eseguita secondo un programma diligentemente seguito, supponendo, ovviamente, che il cuscinetto sia accessibile. Indipendentemente da ciò, sapere con quale frequenza verrà rimosso il cuscinetto ti aiuterà a determinare quanta affidabilità anticorrosione deve essere incorporata nel progetto.

5. Ambienti estremi

Mentre tutti gli ambienti corrosivi sono difficili per i cuscinetti, alcuni sono particolarmente estremi. Lo spazio esterno è un buon esempio. Per il Phoenix Mars Lander lanciato dalla NASA nel 2008 per raccogliere campioni di suolo e ghiaccio, un requisito fondamentale era quello di operare senza intoppi a -108°C, a circa 171 milioni di miglia dal tecnico dell'assistenza più vicino. I cuscinetti dovevano essere riscaldati e riempiti con un lubrificante a basso degassamento che non diventasse troppo viscoso a temperature così estreme o non evaporasse nell'atmosfera sottile.

Opzioni di protezione dalla corrosione

Una volta definite tutte le condizioni di servizio, puoi iniziare a valutare le opzioni di protezione dei cuscinetti e restringere di conseguenza la tua ricerca. Lubrificanti, guarnizioni, rivestimenti e materiali alternativi sono le forme più comuni.

Lubrificanti

Sebbene la funzione principale di un film lubrificante sia quella di ridurre al minimo l'usura metallo su metallo (e talvolta di raffreddare il cuscinetto), alcuni lubrificanti possono fungere anche da protezione in un ambiente leggermente corrosivo. Un grasso altamente resistente all'acqua, come un MIL-PRF-23827, come l'Aeroshell 7 di Shell, può aiutare a proteggere un cuscinetto in un ambiente leggermente umido, mentre altri grassi no.

Questa protezione, ovviamente, è possibile solo quando il film lubrificante è intatto. Se si surriscalda, si secca o si deposita tra i cicli operativi, non si può fare affidamento su di esso. Alcune persone cercano di compensare lubrificando eccessivamente, ma ciò aumenta semplicemente la coppia di attrito e di solito provoca il surriscaldamento del cuscinetto. L'attrezzatura inattiva deve essere ruotata periodicamente per mantenere le proprietà protettive del lubrificante.

Foche

Le guarnizioni sono comunemente utilizzate per mantenere le particelle fuori da un cuscinetto (e lubrificante). Ma i materiali di tenuta tipici (gomma nitrilica, PTFE) non forniscono molta protezione contro liquidi o gas, e queste sono le forme che solitamente assume la corrosione. Otterrai risultati migliori realizzando il cuscinetto di un materiale resistente alla corrosione o un materiale che accetterà un rivestimento resistente alla corrosione.

Rivestimenti protettivi

Vari rivestimenti protettivi vengono utilizzati sui componenti dei cuscinetti, dalla placcatura e spray termico di zinco alle barriere elettrodepositate e depositate chimicamente.

La cromatura e la nichelatura offrono un'eccellente resistenza alla corrosione e sono efficaci in ambienti altamente corrosivi, come impianti con bagni acidi o esposizioni a nebbia salina. Lubrificanti a film solido cotti o fosfati di zinco e manganese danno una buona resistenza e sono adatti per condizioni operative moderatamente corrosive.

I rivestimenti a base di olio conservante o ossido nero sono adatti solo per una protezione a brevissimo termine da ambienti leggermente corrosivi. A volte vengono utilizzati per riporre i cuscinetti prima della manutenzione. Lo spray termico allo zinco, che fornisce protezione catodica al metallo, offre una soluzione a lungo termine.

Alla fine, tuttavia, la maggior parte delle placcature e dei rivestimenti iniziano a separarsi dal metallo di base: scheggiatura, desquamazione o desquamazione. Un'eccezione: l'elettrodeposizione di cromo ad alta densità su piste del tradizionale acciaio per cuscinetti 52100. Test indipendenti hanno dimostrato che il cromo elettrodepositato ad alta densità, come il processo Endurakote® utilizzato da Kaydon Bearings, resiste alla corrosione almeno quanto l'acciaio inossidabile 440C.

Questi rivestimenti protettivi, ad eccezione del DLC, vengono applicati più spesso agli anelli dei cuscinetti rispetto agli elementi volventi, la cui forma e il diametro relativamente piccolo rendono difficile mantenere una lamiera spessa anche 0,0001 pollici entro tolleranze ammissibili. Per gli elementi volventi, di solito è un cambio di materiale consigliabile.

Materiali alternativi

In ambienti estremamente corrosivi, l'approccio migliore, e spesso il più costoso e dispendioso in termini di tempo, consiste nel sostituire i materiali resistenti alla corrosione con l'acciaio standard. L'acciaio inossidabile martensitico e la ceramica sono oggi materiali standard per gli elementi volventi e anche le piste possono essere realizzate in ceramica.

2021-12-02