Stop alla corrosione

Alcuni accorgimenti da tenere in grande considerazione per interrompere la corrosione dei cuscinetti, prima che inizi.

La corrosione è il nemico naturale di un cuscinetto volvente, ed è un nemico subdolo. Quando le reazioni chimiche legate all’umidità, ai vapori e agli acidi aggrediscono le superfici dei cuscinetti, i danni che causano spesso non sono evidenti fino a quando non è troppo tardi. Fortunatamente, ci sono accorgimenti che si possono attuare in fase di progettazione per proteggere il cuscinetto da questi attacchi furtivi.

Il primo passo, come al solito, è quello di definire completamente le condizioni operative. Il secondo è quello di condurre una revisione delle tecniche di protezione dalla corrosione disponibili tenendo conto di questi requisiti. Si potrebbe ricorrere ai suggerimenti di un produttore di cuscinetti o di lubrificanti in questa fase iniziale, dato che in genere hanno esperienza in una vasta gamma di applicazioni.

Cinque condizioni operative principali

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

1. Requisiti prestazionali

Dovrebbero essere presi in considerazione molti criteri di performance. 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 esempio il ciclo di vita L(10)?
  • Come sarà montato?
  • Quale lubrificazione è necessaria?
  • Quanto sarà accessibile ai fini della manutenzione?

Questi criteri prestazionali non sono tipicamente influenzati da un ambiente operativo corrosivo, ma potrebbe essere necessario apportare alcune modifiche al progetto per assicurare che ognuna di esse sia soddisfatta. La natura delle modifiche dipenderà in gran parte dalla natura del o dei contaminanti.

2. Identificare i contaminanti

La maggior parte dei contaminanti sono legati all’umidità atmosferica, ma assumono forme diverse e possono avere concentrazioni altrettanto diverse. L’acqua è la più ovvia, ma anche l’acqua non è semplice da gestire: la stessa protezione non è efficace sia contro i liquidi ricchi di ionizzati che contro i condensati ricchi di composti ossigenati, ad esempio.

Sali e acidi offrono molte più varianti; se il cuscinetto sarà esposto ad 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 dell’ambiente operativo. Alcuni sono evidenti (temperature e pressioni estreme), ma altri no. In alcune circostanze, i lubrificanti solidi reagiscono con l’acqua per produrre acido solforico nel cuscinetto.

Anche i cuscinetti sono esposti a contaminazione prima dell’installazione, durante la produzione, la spedizione e lo stoccaggio. L’imballaggio a prova di umidità è una buona soluzione in tutte queste fasi. Inoltre, gli impianti che applicano rivestimenti anticorrosione tendono ad avere un’atmosfera acida, quindi i cuscinetti non rivestiti che vi vengono prodotti devono essere protetti con un film 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 per cuscinetti sono stati divisi in due serie, ciascuna contenente sei anelli – due in acciaio non trattato 52100, acciaio inossidabile 440C e 52100 rivestiti con cromo ad alta densità elettrodepositato. I ricercatori hanno trattato un anello di ogni materiale con un grasso resistente all’acqua conforme alle specifiche MIL-PRF-23827 e hanno lasciato l’altro anello di ogni materiale non trattato.

Gli anelli sono stati sospesi in una camera di prova e sottoposti per 96 ore al 5% di cloruro di sodio a 95°F. I ricercatori hanno ispezionato periodicamente gli anelli e hanno registrato l’andamento della corrosione. I risultati medi dei due test sono indicati nella Tabella 1.

3. Valori di resistenza alla corrosione

I cuscinetti dovrebbero avere una durata di vita alla corrosione all’incirca uguale a quella prevista. Perché, ad esempio, scegliere un materiale che offre 20 anni di protezione anticorrosione (come l’acciaio inossidabile 17-4 a tempra indurito per precipitazione) per un cuscinetto con una durata alla fatica prevista di soli sei anni? Al contrario, non ci si può aspettare una durata alla fatica di 10.000 ore da un cuscinetto per applicazioni navali fatto di materiali che possono arrugginire in modo solido dopo essere stati esposti alla nebbia salina per sole 96 ore. Tutti i criteri devono essere sincronizzati tra loro.

4. Frequenza di manutenzione

I valori di resistenza alla corrosione sono specifici dell’ambiente di un cuscinetto e la manutenzione è un fattore primario in qualsiasi ambiente. In una certa misura, l’affidabilità anticorrosiva 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 l’assistenza. In ambienti che sono solo leggermente corrosivi, può essere sufficiente una corretta manutenzione eseguita secondo un programma diligentemente seguito – supponendo, naturalmente, che il cuscinetto sia accessibile. Indipendentemente da ciò, sapere con quale frequenza il cuscinetto verrà rimosso vi aiuterà a determinare quanta affidabilità anticorrosiva deve essere integrata nel progetto.

5. Ambienti estremi

Mentre tutti gli ambienti corrosivi sono duri per i cuscinetti, alcuni sono particolarmente estremi. Lo spazio è un buon esempio. Per il Phoenix Mars Lander che la NASA ha lanciato nel 2008 per raccogliere campioni di suolo e ghiaccio, un requisito fondamentale era quello di operare senza problemi a -108° C, a circa 171 milioni di miglia dallo specialista dell’assistenza più vicino. I cuscinetti dovevano essere riscaldati e imballati con un lubrificante a basso degassamento che non diventasse troppo viscoso a temperature così estreme e non evaporasse in atmosfera rarefatta.

Opzioni di protezione dalla corrosione

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

Lubrificanti

Mentre la funzione primaria di un film lubrificante è quella di ridurre al minimo l’usura metallo/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 della Shell — può aiutare a proteggere un cuscinetto in un ambiente leggermente umido, mentre altri grassi non sono in grado farlo. Chiaramente, questa protezione è possibile solo se lo strato di lubrificante è intatto. Se si surriscalda, si asciuga o si deposita tra un ciclo di funzionamento e l’altro, non si può fare affidamento su di esso. Alcune persone cercano di compensare con un eccesso di lubrificazione, ma questo semplicemente aumenta la coppia di attrito e di solito causa il surriscaldamento del cuscinetto. Le apparecchiature che rimangono inattive devono essere ruotate periodicamente per mantenere le proprietà protettive del lubrificante.

Guarnizioni

Le guarnizioni sono comunemente usate per tenere la contaminazione al di fuori da un cuscinetto (e il lubrificante dentro). Ma i tipici materiali di tenuta (gomma nitrilica, PTFE) non forniscono molta protezione contro liquidi o gas, e queste sono le forme che la corrosione assume di solito. Otterrete risultati migliori utilizzando un cuscinetto di un materiale resistente alla corrosione o un materiale che accetti un rivestimento resistente alla corrosione.

Materiali alternativi

In ambienti estremamente corrosivi, l’approccio migliore – e spesso il più costoso e il più dispendioso in termini di tempo – è quello di sostituire l’acciaio standard con materiali resistenti alla corrosione. L’acciaio inossidabile martensitico e la ceramica sono oggi materiali standard per i corpi volventi e gli anelli possono essere realizzate realizzati anche in ceramica.

Conclusioni

La corrosione può avere un grave impatto sulla durata dei cuscinetti, che a sua volta influisce sulle prestazioni, sulla produttività e sui costi di esercizio di una macchina. I tecnici possono ridurre al minimo questo impatto considerando tutte le condizioni operative del cuscinetto quando stabiliscono i criteri di progettazione iniziale e includendo una o più alternative di protezione dalla corrosione nelle loro specifiche. Per ulteriore assistenza nella comparazione delle opzioni o nella valutazione delle stesse per una particolare applicazione, si prega di contattare il personale esperto di ingegneria applicativa di Kaydon Bearings.

Kaydon Bearings è una società del gruppo SKF; in Italia, i cuscinetti Kaydon sono distribuiti da Magi S.r.l., Milano.

Rivestimenti protettivi

Sui componenti dei cuscinetti vengono utilizzati vari rivestimenti protettivi, dalla placcatura e dallo spray termico allo zinco, fino 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 i contatti con gli acidi o le esposizioni alla nebbia salina.

I lubrificanti solidi sotto forma di film depositati a caldo o i fosfati di zinco e manganese conferiscono una buona resistenza e sono adatti a condizioni di esercizio moderatamente corrosive.

I rivestimenti a base di olio conservante o di ossido nero sono adatti solo per la protezione a breve termine in ambienti leggermente corrosivi. A volte vengono utilizzati per lo stoccaggio dei cuscinetti prima della manutenzione.

Lo spray termico allo zinco, che conferisce al metallo una protezione catodica, offre una soluzione a lungo termine.

Alla fine, tuttavia, la maggior parte delle placcature e dei rivestimenti iniziano a separarsi dal metallo base – scheggiatura, sfogliatura o pelatura. Un’eccezione: elettrodeposizione di cromo ad alta densità su piste di acciaio per cuscinetti tradizionali 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 – sono applicati più spesso sugli anelli dei cuscinetti rispetto ai corpi volventi, la cui forma e il diametro relativamente piccolo rendono difficile mantenere un riporto di spessore di 0,0001 pollici (2,5 micron) entro le tolleranze consentite. Per gli elementi volventi di solito è consigliabile un cambio di materiale.

di Richard Burgess, Les Miller e David VanLangevelde, Kaydon Bearings, Muskegon, USA

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