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从轴承失效的形式谈湿气腐蚀磨损
2023-08-23
来源:让云

观察如下两个失效轴承,图1:角接触球轴承内圈;图2:球面滚子轴承内圈。

一、什么是湿气腐蚀磨损?

在化工设备中工作的摩擦副,在摩擦过程中,由于金属表面与酸、碱、盐等介质发生化学反应或电化学反应而形成腐蚀磨损,腐蚀磨损的痕迹较深,磨损速度较快,磨屑呈颗粒状和丝状,它们是表面金属与周围介质的化合物。锈蚀属于腐蚀的一种,是最常见的金属腐蚀,由水或水分和氧化引起。

1、湿气腐蚀机理

在潮湿的环境中,钢的表面被一层薄的水膜所吸附,这种薄膜中含有少量氢离子与氢氧根离子,还溶解了诸如氧等气体,从而在钢铁表面形成一层电解质溶液,钢中的铁和碳含量很多,这就构成了无数的微原电池。这种原电池中的铁是负极,碳是正极。铁质失去电子而被氧化,并最终生成铁锈。

2、电化学腐蚀机理:

(1)、析氢腐蚀——腐蚀过程中不断有氢气放出:

①条件:潮湿空气中形成的水膜,酸性较强(水膜中溶解有酸性气体)

②电极反应:负极: Fe – 2(e-) = Fe2+;正极: 2H+ +2 e- = H2 ↑

总式:Fe + 2 H+ ==Fe2+ + H2 ↑

(2)、吸氧腐蚀——腐蚀过程吸收氧气:

①条件:中性或弱酸性溶液

②电极反应:负极: 2Fe – 4 e- = 2 Fe2+;正极: O2 + 4 e- + 2H2O = 4 OH-

总式:2Fe + O2 +2 H2O =2 Fe(OH)2

如果溶氧较高,继续氧化:4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ==4Fe(OH)3 ,Fe(OH)3脱去一部分水就生成Fe2O3·n H2O(铁锈主要成分,红褐色),

如果温度较高,溶氧不足:3Fe(OH)2== Fe3O4+ 2H2O+ H2↑,生成的Fe3O4(黑色)就是钢铁的腐蚀产物。

通常两种腐蚀同时存在,但以吸氧腐蚀更普遍

3、湿气腐蚀磨损的控制

(1)、耐腐蚀材料,例如:不锈钢

(2)、润滑剂防腐蚀性能,如限制含酸含硫量,添加缓蚀剂;

(3)、去除水,氧化产物,燃料,碱等腐蚀性介质/或降低浓度;

(4)、低温度:腐蚀磨损的速度随温度的提高而增加;

二、分析失效轴承

图1:角接触球轴承失效,带有等间距锈蚀痕迹。说明轴承在静态不运转的情况下发生了腐蚀。当水汽在轴承座中聚集时,自由水会在润滑油底部聚集,通常水的比重比油大,会下沉聚集在轴承滚动体和滚道缝隙之间的某个尺寸间隙中。一般中在润滑油中肯定会溶有少量的氧,在这些条件都满足的情况下,肯定会发生电化学腐蚀,并生成腐蚀性产物------铁锈。 

解决方案:如上面提到,在不能改为防腐蚀材料的情况下,优先考虑优化或升级密封,阻止水汽进入,然后选择有防腐性能的润滑剂。

图2:球面滚子内圈失效,同样带有等间距锈蚀痕迹,但是每个锈蚀痕迹中还伴有剥落。说明轴承在静态不运转的情况下发生了腐蚀。但是轴承在静置锈蚀后又启动运转造成了机械和锈蚀的混合磨损。在锈蚀的基础上发展除了疲劳磨损。这个例子其实也说明了,磨损类型不是单一存在的,会在一定时候转化到另外一种形式。 

解决方案:同样的在不能改为防腐蚀材料的情况下,优先考虑优化或升级密封,组织水汽进入,然后选择有防腐性能的润滑剂。另外为了不引起不可预测的损坏,在锈蚀产生的时候可以通过预测性维修提前更换轴承,而不是继续运行。

三、轴承厂家

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四、相关材料

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