轴承滚子防锈工艺分析

于晓岩，李财林

(瓦房店轴承股份有限公司，辽宁 瓦房店 116300)

1 锈蚀与防锈

金属与周围介质发生化学或电化学作用而引起的破坏称为腐蚀[1]，一般习惯上称金属在大气中的腐蚀为锈蚀。高碳铬轴承钢GCr15在干燥的环境中较难出现锈蚀现象，GCr15[2]中Cr的含量(质量分数，下同)为1.40%～1.65%。一般情况下，材料中Cr，Ni含量高,其耐蚀性越好。但相比不锈钢，轴承钢的防锈性远远不够。轴承钢中Cr，Mn的添加主要用以增加淬透性和耐磨性。轴承钢在加工过程中经过热处理后抗蚀性有所改善，这是因为热处理一般先进行球化退火，然后淬火(820～840 ℃)加低温回火(150～160 ℃)，得到回火马氏体和分布均匀的细粒状碳化物及少量残余奥氏体(通过金相可以直接检验)，使轴承钢的硬度(62～64 HRC)、接触疲劳强度、韧性和抗蚀性得到提高。这对后工序间的加工及成品的存放都是有利的一面，但相应的防锈处理也必须得当。

在自然存放条件下，工序间待加工滚子和成品滚子防锈措施不当将会出现电化学腐蚀，影响滚子的加工和正常使用。金属与电解质相互作用而发生的腐蚀称为电化学腐蚀[3]。在潮湿的空气中，轴承钢滚子表面会吸附一层很薄的水膜(水膜与季节的温度也有很大关系)，水膜中含有少量的氢离子与氢氧根离子，还溶解有氧气等气体，在滚子表面形成一层电解质溶液，与轴承钢中的铁和少量的碳化物形成无数微小的原电池，铁为负极，碳为正极，铁失去电子而被氧化，产生电化学腐蚀。滚子防锈与温度和空气相对湿度有很大关系，因此，防锈除要制定常态化措施外，季节性配套工艺也极为重要。

热处理的表面处理方法有氧化处理，即发蓝、发黑、磷化处理与钝化处理等；常规表面处理方法中的电镀、热喷涂、油漆、塑料喷涂等都是金属防锈的良好措施。轴承滚子的防锈方法与上述有所区别，多采取防锈油(剂)喷涂，但基本原理相同，就是采用抗氧化材料或有机材料等形成保护膜，阻断水、氧等腐蚀性介质对基体材料的侵蚀，以达到防锈的目的。

2 生产过程中的防锈与防锈液配制

滚子生产过程中，从材料改制的初始工序到终磨完成的最后工序，滚子工序间留量非常大。这些留量的设计原则基本出于两点考虑，即保证产品形状精度的加工需要和切除锈蚀脱碳层的质量要求。

轴承滚子用热轧钢毛坯料径的选择规则见表1。最小毛坯料径Dm=Db+a，依据GB/T 702—1986圆整到规格的最小尺寸。根据表中的数据可知，如果冲压料径为20 mm，那么工艺规定的脱碳层加工余量为0.8 mm，材料损耗占投量的4%；如果车制料径为40 mm，则工艺规定的脱碳层加工余量为1.2 mm，材料损耗占投量的3%。由此可见，不同加工方式的备料工序中，锈蚀脱碳层加工损耗约占材料总投量的3%～4%，耗材量较大。因此，逐步采取定制成品棒料或成品盘圆料来降低原料的锈蚀消耗已是选料的主要方向。

表1 滚子毛坯外径总留量 mm

2.1 防锈液、润滑冷却液和清洗液的配制

从滚子加工流程来看，工序分布以磨削加工占比最大，防锈措施基本涵盖了整个过程。无论是防锈液、润滑冷却液和清洗液的配制，都添加了抑制滚子锈蚀的配料。滚子工序间如超过8 h不加工或不向下工序移动，需做防锈处理；超过2周要重新防锈一次，雨季则为每周重新防锈一次。防锈液用8%～10%亚硝酸钠、0.55%～0.65%无水碳酸钠(无结晶水的碳酸钠，工业名称为轻质碱)和水配制而成。

滚子终磨的清洗，采用2%～3%的76-2或816清洗剂、0.25%～0.35%亚硝酸钠、0.25%～0.35%无水碳酸钠和水配制的溶液。值得注意的是，清洗后的滚子应立即进行外观选别，否则需要用含有5%～10%防锈润滑油的汽油溶液做防锈处理(利用添加易挥发汽油溶剂的防锈润滑油可使滚子表面的清洗液迅速干燥，并起到选别前的临时防锈作用)。

润滑冷却液具有润滑、冷却、清洗、防锈功能，调配时应按正确的配比及配制方法操作，且搅拌均匀。单机使用夏季不超过1周，冬季不超过2周，集中循环冷却液应根据使用情况而采取相应措施，如效果差要彻底清槽重新配制。其由0.35%～0.45%亚硝酸钠、0.25%～0.35%无水碳酸钠、1%～1.5%(单机)或1.5%～2%(集中循环)乳化油配制而成。润滑冷却液每周需检测1次，集中循环冷却液要每天用pH试纸检测pH值，当pH值低于8时属异常，应送检，并根据检验数据调节各成分的含量。

2.2 防锈机理

防锈油、润滑冷却液和清洗液的配制应优先侧重滚子的防锈。由于滚子锈蚀的主要原因是电化学腐蚀，而亚硝酸钠属于阳极型缓蚀剂，也是氧化膜型缓蚀剂，其使金属表面形成极薄的钝化致密氧化膜，使金属离子化受阻，抑制电化学阳极反应，减缓滚子的锈蚀。当亚硝酸钠液体浓度为2%～5%，pH值为8～10时，其防锈效果最好。如果仅单纯用于防锈，配制8%～10%亚硝酸钠、0.3%～0.5%碳酸钠和水的防锈液，可以达到长年防锈的目的。

由于碳酸钠的水溶液电离出的碳酸根离子与水中氢离子结合成碳酸氢根离子，所以溶液pH值显碱性，亚硝酸钠溶液需要添加碳酸钠使溶液pH值达到9左右，溶液的防锈性能才能最好，这也是各种溶液中亚硝酸钠与碳酸钠捆绑使用的主要原因。碳酸钠还具有清洗功能。

通常使用的69-1乳化油也添加防锈剂等，主要还是以润滑性能为主，同时兼顾杀菌作用。

此外，在滚子的整个加工过程中应严格执行防锈操作规程和工艺。不徒手抓持终检成品滚子，因为人体汗液中含有水、氯化钠、碳酸钙等盐类以及极少量的钾、硫、尿素、尿酸、乳酸和肌酐等代谢产物，如果与滚子接触会加速其锈蚀；应散乱装盒，避免线性接触，多数滚子间为点接触可起到积极的防锈效果；成品滚子包装入库应采用F20-1防锈油喷涂。

3 结束语

随着现代加工技术向高速、强力、精密方向发展及类似于轴承的超硬、超强度等难加工材料的增加，导致切削加工过程中的摩擦力、摩擦热大幅度提高，这就要求金属加工液具有更好的润滑、冷却、清洗、防锈性能，以便获得理想的加工表面和存放产品的长期防锈效果。因此，对于寻求制定规范合理的防锈操作规程和工艺，依靠科技手段配制质优价廉的防锈液、润滑冷却液和清洗液，仍需要不断的努力与探索。