Black Oxide-afwerking voor wentellagers - voordelen in theorie en praktijk

- Dec 16, 2019-

Zwart oxide afwerking voor wentellagers - Voordelen in theorie en praktijk

Voor corrosiebescherming en decoratieve doeleinden heeft zwart oxide een lange traditie. Om de toepassing van deze technologie voor het verbeteren van de eigenschappen van oppervlakken te vergemakkelijken, zijn het proces zelf evenals de vereisten en testmethoden gestandaardiseerd in DIN 50938 en ISO 11408 en verder verfijnd door de lagerindustrie voor zijn specifieke toepassing op wentellagers .

De zwarte oxide-afwerking vormt een beschermlaag voor stalen onderdelen. In een meertraps chemisch proces wordt de oppervlaktelaag van de behandelde delen omgezet in een dunne gemengde ferro-oxidelaag van 1 tot 2 micrometer die FeO, Fe203 en Fe304 bevat. Omdat de zwarte oxideafwerking in de conversielaag geen coating als zodanig vertegenwoordigt, levert deze behandeling slechts minimale dimensionale veranderingen van de component op. Het karakteristieke zwarte uiterlijk van de afwerking met zwart oxide is het gevolg van de gemengde ijzeroxiden die zich in de zogenaamde conversielaag bevinden.

Pijl- of ruitvormige uitstrijkjes in de loopbanen van een lager zonder afwerking met zwart oxide

Vaak wordt een zwarte oxide-afwerking puur als een corrosiebeschermende maatregel gebruikt. Vanwege de dunne en poreuze laag wordt corrosiebescherming echter voornamelijk bereikt door de toepassing van geschikte (corrosiebescherming) smeermiddelen, die tot op zekere hoogte in de structuur van de poreuze conversielaag worden vastgehouden. Als zodanig biedt de laag slechts een beperkte corrosiebescherming die op de lange termijn afhankelijk is van goed onderhoud. Vanuit het perspectief van vandaag zijn er meer geschikte methoden beschikbaar om effectieve en langdurige corrosiebescherming te bereiken.

De voordelen van een zwarte oxide-afwerking voor wentellagers

Zwart geoxideerde dragende componenten hebben een aantal speciale technische kenmerken, vooral in het geval van componenten die ten opzichte van elkaar bewegen. Meerdere beschermende effecten kunnen worden bereikt als slechts één functioneel element (meestal de rollende elementen) wordt behandeld. Voor het beste effect moeten echter alle functionele oppervlakken van een wentellager, inclusief de binnen- en buitenring en de rollende elementen, met zwart oxide zijn afgewerkt. De belangrijkste voordelen van het gebruik van deze beveiligingsmethode kunnen als volgt worden samengevat:

Voordeel 1: verbeterde inloop- en slijtage-eigenschappen
De conversielaag van de zwarte oxideafwerking vertoont een opmerkelijke weerstand tegen slijtage en buiging. Dit resulteert in gunstige inloopkarakteristieken en inloopperioden van wentellagers en een daaropvolgende probleemloze en langdurige werking. Slijtage tijdens inloop is aanzienlijk verminderd en de inloopperiode is aanzienlijk korter dan die van standaard wentellagers. Bovendien draagt de poreuze aard van de conversielaag bij aan de hechting en het vasthouden van smeermiddel op de functionele oppervlakken, waardoor de smeeromstandigheden worden verbeterd, met name in de kritieke inloop- en opstartfasen.

Oppervlakteschade aan een rollend element zonder afwerking met zwart oxide

Praktijkvoorbeeld van JXIN

NKE levert zwart geoxideerde cilindrische rollagers (volledige aanvulling of met kooi) aan verschillende OEM's voor grote en windturbine hoofdtandwielkasten. Naast het aantoonbaar verminderen van het optreden van WEC (witte etsbarsten), is bewezen dat zwarte oxideafwerking extra bescherming biedt, vooral tijdens de inloop- en testfase van deze versnellingsbakken.

Voordeel 2: verbeterde slijtkarakteristieken
Rollagers die werken in situaties met lage belasting en lagers die tijdens bedrijf worden onderworpen aan snelle snelheidsveranderingen, kunnen gevoelig zijn voor slijtage van de lijm (slipschade en smeren). Onder deze omstandigheden treedt slippen op bij het contactgebied tussen de rollende elementen en meestal de binnenringloopbaan, in het bijzonder wanneer het verschil tussen de rollende snelheden tussen loopbaan en rollende elementen zeer hoog is. De resulterende slip, die voornamelijk plaatsvindt waar de rollende elementen de laadzone binnenkomen, veroorzaakt smeren. Dit veroorzaakt op zijn beurt blijvende schade aan het rolelement en de oppervlakken en materiaalstructuur van de loopbaan. De werkingseigenschappen van het lager verslechteren bijgevolg snel en een voortijdig falen van het lager is niet ongebruikelijk. Dit type schade treedt vaak op als er onvoldoende smering is of een ongeschikt smeermiddel wordt gebruikt.

Een speciaal type slipschade treedt op bij volledig complementaire cilindrische rollagers waarbij de tegengestelde oppervlaktesnelheden van de contacterende rollende elementen de vorming van een stabiele smeermiddelfilm voorkomen om de contactoppervlakken te scheiden. Hier kan direct contact tussen aangrenzende rolelementen niet altijd worden vermeden, zodat bij toenemende wrijving smeren en schade aan de zijvlakken van de rolelementen optreden.

In beide gevallen kan de zwarte oxideafwerking fungeren als een beschermende laag, die het begin van slijtage en smeren vertraagt. Als er staal op staal contact optreedt als gevolg van een korte afbraak van de scheidende smeerfilm, is het risico van koud afsluiten en andere soorten ernstige oppervlakteschade aanzienlijk verminderd.

Afhankelijk van de ernst van de bedrijfsomstandigheden in een toepassing, zal de conversielaag uiteindelijk slijten, niet in het minst vanwege de beperkte dikte.

De praktijk bij JXIN

Cilindrische rollagers met een boring-diameter kleiner dan 560 mm zijn ontworpen om te werken bij een werklast van ca. 1 procent van hun dynamisch draagvermogen en met een rotatiesnelheid tot 1200 tpm. Ondanks ontwerpmaatregelen om het aantal rollende elementen en dus het draagvermogen te verminderen, kan de vorming van de karakteristieke pijl of ruitvormige smeerstrepen (afb. 1) in de loopbaan en bijbehorende schade aan de rollende elementen (afb. 2) niet volledig vermeden. NKE lost dit probleem effectief op door rollende elementen met een zwarte oxideafwerking te gebruiken en een speciaal voor deze toepassing gekozen smeermiddel te introduceren.

Volledig complement cilinderlager van JXIN

Voordeel 3: bescherming tegen milieueffecten
In combinatie met zijn andere voordelen biedt de zwarte oxide-afwerking ook bescherming tegen milieu-effecten. Naast een betere corrosiebescherming in combinatie met een geschikt smeermiddel, helpt de zwarte oxidelaag ook fretcorrosie te voorkomen en vormt het een barrière op het lagerstaal tegen schadelijke waterstofdiffusie en chemische reacties met agressieve smeermiddelingrediënten, zoals additieven tegen slijtage en corrosiebescherming gevonden in oliën om hun effectiviteit in tandwielsystemen te verbeteren.

Zwart geoxideerde lagers van JXIN

Black oxide afwerking is al een gevestigde methode in andere industrieën. NKE gebruikt deze technologie om de technische eigenschappen van wentellagers verder te verbeteren. De methode heeft zich in de praktijk bewezen, vooral met volledig complementaire cilindrische rollagers (afb. 3), maar andere soorten wentellagers zijn ook afgewerkt met zwart oxide, afhankelijk van de toepassing. JXIN biedt een groot aantal met zwart oxide afgewerkte wentellagers. Bij JXIN wordt deze afwerking vooral gebruikt voor cilindrische rollagers, die dan het achtervoegsel SQ94 dragen. De meest voorkomende varianten zijn SQ94B (afgewerkt met zwart geëloxeerde rollende elementen) en SQ94-D (alle dragende componenten behalve de zwart geoxideerde kooi).