Les roulements de protection contre la corrosion ont la propriété d'empêcher les acides forts, les alcalis, l'eau de mer et d'autres performances spécifiques spéciales. Ainsi, ils sont largement utilisés dans les machines médicales et biotechnologiques, les équipements chimiques, les champs pétroliers, les équipements électroniques, les domaines marins, les machines alimentaires, etc.

La corrosion est l'ennemi naturel d'un roulement à éléments roulants, et un ennemi sournois en plus. Lorsque des réactions chimiques dues à l'humidité, aux vapeurs et aux acides attaquent les surfaces des roulements, les dommages qu'elles causent ne sont souvent apparents que lorsqu'il est trop tard. Heureusement, il y a beaucoup de choses que vous pouvez faire au stade de la conception pour protéger votre roulement de ces attaques sournoises.

La première étape, comme d'habitude, consiste à définir complètement les conditions de service. La seconde consiste à effectuer votre examen des techniques disponibles de protection contre la corrosion en gardant ces exigences à l'esprit. Les conseils d'un fabricant de roulements ou d'un fabricant de lubrifiants peuvent être utiles à ce stade précoce, car ils ont généralement de l'expérience dans un large éventail d'applications.

Conditions de service

Il existe de nombreuses conditions de service à prendre en compte, mais elles se répartissent toutes en cinq catégories principales : les exigences de performance, les contaminants, les indices de résistance à la corrosion, la fréquence de maintenance et les conditions extrêmes.

1. Exigences de performance

De nombreux critères de performance doivent être pris en compte. Les plus courants sont :

Quelles charges le roulement doit-il supporter ?

Quel est le cycle de service attendu ?

Quel type de rotation est nécessaire et à quelle vitesse ?

Quelle précision de positionnement ?

Combien de temps doit-il durer, par exemple la durée de vie en fatigue L(10) ?

Comment sera-t-il monté ?

Quelle lubrification est nécessaire ?

Dans quelle mesure sera-t-il accessible pour la maintenance ?

Ces critères de performance ne sont généralement pas affectés par un environnement d'exploitation corrosif, mais il peut s'avérer nécessaire d'apporter quelques modifications de conception pour garantir que chacun d'entre eux est respecté. La nature des modifications dépendra en grande partie de la nature du ou des contaminants.

2. Identifier les contaminants

La plupart des contaminants sont une sorte d'humidité atmosphérique, mais ils prennent des formes différentes et peuvent avoir des concentrations différentes. L'eau est la plus évidente, mais même l'eau n'est pas simple : la même protection n'est pas efficace à la fois contre les liquides riches en ions et les condensats riches en oxygène, par exemple. Les sels et les acides offrent beaucoup plus de variantes ; si le roulement sera exposé à l'un de ceux-ci, il est important de savoir quel type et sa concentration.

C'est une bonne idée de regarder au-delà des contaminants et de considérer les effets de chaque élément dans l'environnement d'exploitation. Certains sont évidents (températures et pressions extrêmes), mais d'autres ne le sont pas. Dans certaines circonstances, par exemple, les lubrifiants secs réagiront avec l'eau pour produire de l'acide sulfurique dans la bague de roulement.

Les roulements sont également exposés à la contamination avant l'installation, pendant la fabrication, l'expédition et le stockage. Un emballage étanche à l'humidité est une bonne idée à toutes ces étapes. De plus, les installations qui appliquent des revêtements résistants à la corrosion ont tendance à avoir des atmosphères acides, de sorte que tous les roulements non revêtus qui y sont produits doivent être protégés par un film lubrifiant.

Tests de résistance au brouillard salin

Les tests effectués par Kaydon Bearings Division démontrent que le chromage électrodéposé est une barrière extrêmement efficace contre la corrosion due au brouillard salin.

Douze bagues de roulement ont été divisées en deux ensembles, chaque ensemble contenant six bagues, deux chacune en acier ordinaire 52100, en acier inoxydable 440C et 52100 revêtues de chrome haute densité électrodéposé. Les chercheurs ont traité un anneau de chaque matériau avec une graisse résistante à l'eau répondant à la spécification MIL-PRF-23827 et ont laissé l'autre anneau de chaque matériau non traité.

Les courses ont été suspendues dans une chambre d'essai et soumises pendant 96 heures à une pulvérisation de chlorure de sodium à 5 % à 95°F. Les chercheurs inspectaient périodiquement les anneaux et enregistraient la progression de la corrosion. Les résultats moyens des deux tests sont :

3. Cotes de résistance à la corrosion

Les roulements doivent avoir une durée de vie contre la corrosion à peu près égale à leur durée de vie prévue. Pourquoi, par exemple, choisir un matériau qui offre 20 ans de protection contre la corrosion (comme l'acier inoxydable à durcissement par précipitation 17-4) pour un roulement avec une durée de vie attendue en fatigue de seulement six ans ? À l'inverse, vous ne pouvez pas vous attendre à une résistance à la fatigue de 10 000 heures d'un roulement de bord constitué de matériaux susceptibles de rouiller solidement après avoir été exposé au brouillard salin pendant seulement 96 heures. Tous les critères doivent être synchronisés.

4. Fréquence d'entretien

Les indices de résistance à la corrosion sont spécifiques à l'environnement d'un roulement, et la maintenance est un facteur primordial dans n'importe quel environnement. Dans une certaine mesure, la fiabilité anticorrosion est une responsabilité partagée impliquant le concepteur, l'opérateur de la machine et, dans de nombreuses applications, le technicien qui retire le roulement pour inspection ou entretien. Dans les environnements qui ne sont que légèrement corrosifs, un entretien approprié effectué selon un calendrier suivi avec diligence peut être suffisant, en supposant, bien sûr, que le roulement est accessible. Quoi qu'il en soit, savoir à quelle fréquence le roulement sera retiré vous aidera à déterminer dans quelle mesure la fiabilité anti-corrosion doit être intégrée à la conception.

5. Environnements extrêmes

Alors que tous les environnements corrosifs sont difficiles pour les roulements, certains sont particulièrement extrêmes. L'espace extra-atmosphérique est un bon exemple. Pour le Phoenix Mars Lander que la NASA a lancé en 2008 pour collecter des échantillons de sol et de glace, une exigence clé était de fonctionner en douceur à -108 °C, à quelque 171 millions de miles du technicien de service le plus proche. Les roulements devaient être chauffés et emballés avec un lubrifiant à faible dégazage qui ne deviendrait pas trop visqueux à des températures aussi extrêmes ou ne s'évaporerait pas dans l'atmosphère mince.

Options de protection contre la corrosion

Une fois toutes les conditions de service définies, vous pouvez commencer à évaluer vos options de protection des roulements et affiner votre recherche en conséquence. Les lubrifiants, les joints, les revêtements et les matériaux alternatifs sont les formes les plus courantes.

Lubrifiants

Alors que la fonction principale d'un film lubrifiant est de minimiser l'usure métal sur métal (et parfois de refroidir le roulement), certains lubrifiants peuvent également servir de protection dans un environnement légèrement corrosif. 23827, comme l'Aeroshell 7 de Shell, peut aider à protéger un roulement dans un environnement légèrement humide, contrairement aux autres graisses.

Cette protection, bien sûr, n'est possible que lorsque le film de lubrifiant est intact. En cas de surchauffe, de dessèchement ou de décantation entre les cycles de fonctionnement, il ne peut pas être supprimé. Certaines personnes essaient de compenser en surlubrifiant, mais cela augmente simplement la couple de frottement et provoque généralement une surchauffe du roulement. L'équipement inactif doit être tourné périodiquement pour maintenir les propriétés protectrices du lubrifiant.

Scellés

Les joints sont couramment utilisés pour garder les particules hors d'un roulement (et le lubrifiant à l'intérieur). Mais les matériaux de joint typiques (caoutchouc nitrile, PTFE) n'offrent pas beaucoup de protection contre les liquides ou les gaz, et ce sont les formes que la corrosion prend habituellement. de meilleurs résultats en faisant le roulement d'un matériau résistant à la corrosion, ou un matériau qui acceptera un revêtement résistant à la corrosion.

Des revêtements protecteurs

Divers revêtements de protection sont utilisés sur les composants des roulements, du placage et de la pulvérisation thermique de zinc aux barrières déposées par électrodéposition et par dépôt chimique.

Le chromage et le nickelage offrent une excellente résistance à la corrosion et sont efficaces dans les environnements hautement corrosifs, tels que les usines de bains acides ou les expositions au brouillard salin.Les lubrifiants à film solide cuits au four ou les phosphates de zinc et de manganèse offrent une bonne résistance et conviennent aux conditions de fonctionnement corrosives.

Les revêtements d'huile de conservation ou d'oxyde noir ne conviennent qu'à une protection de très courte durée contre les environnements faiblement corrosifs. Ils sont parfois utilisés pour stocker les roulements avant service. La projection thermique de zinc, qui confère au métal une protection cathodique, offre une solution à plus long terme.

Finalement, cependant, la plupart des placages et des revêtements commencent à se séparer du métal de base - écaillage, écaillage ou pelage. Une exception : le dépôt électrolytique de chrome haute densité sur des pistes d'acier à roulement traditionnel 52100. Des tests indépendants ont montré que le dépôt électrolytique, à haute le chrome de densité, tel que le procédé Endurakote® utilisé par Kaydon Bearings, résiste à la corrosion au moins aussi bien que l'acier inoxydable 440C.

Ces revêtements protecteurs, à l'exception du DLC, sont appliqués plus souvent sur les bagues de roulement que sur les éléments roulants, dont la forme et le diamètre relativement petit rendent difficile le maintien d'une plaque même de 0,0001" d'épaisseur dans les tolérances admissibles. Pour les éléments roulants, un changement de matériau est généralement conseillé.

Matériaux alternatifs

Dans des environnements extrêmement corrosifs, la meilleure approche, et souvent la plus coûteuse et la plus longue, consiste à substituer des matériaux résistants à la corrosion à l'acier standard.L'inox martensitique et la céramique sont aujourd'hui des matériaux standard pour les éléments roulants, et des bagues peuvent également être réalisées de céramique.

2021-12-02