杨明奇，王明杰，奚强，张博文

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南 洛阳 471039；4.洛阳LYC轴承有限公司,河南 洛阳 471039)

轴承套圈的生产要经过多个车削、磨削工序，期间需在车间或半成品库里置留一定的时间，套圈容易发生锈蚀，特别是高温、高湿的地区或季节，锈蚀发生的几率更大。一般常用防锈油和亚硝酸钠水进行防锈，但车、磨削加工一般采用水溶性加工液，使用防锈油防锈去除难度大；另一方面，残留的防锈油会带到下个工序的加工液中，影响加工液的性能和寿命；而采用亚硝酸钠进行防锈效果虽好，但亚硝酸盐具有毒性，能使人体血红蛋白中的二价铁转变为三价铁，失去氧携带功能，造成人体因缺氧而中毒[1]。因此，轴承工序间应采用新型的水溶性防锈剂进行防锈。文中将探讨此类防锈剂的浓度、pH值、使用方法和温度、湿度对防锈性能的影响以及相关预防管理措施。

1 锈蚀分析

采用扫描电镜分别对轴承外圈表面的2个锈蚀区域进行观察(图1)，之后再用EDS能谱仪进行成分分析(图2)，化学成分见表1。由表可知，套圈在一定湿度和温度的环境中表面生成了Fe的氧化物。

表1 轴承外圈表面锈蚀区的化学成分Tab.1 Chemical composition of surface rusted area on bearing outer ring

图2 轴承外圈表面锈蚀区能谱分析曲线Fig.2 Energy spectrum analysis curve of surface rusted area on bearing outer ring

轴承套圈在工序间一般裸放在车间，置留时间较长会与空气中的氧气和水蒸气长时间接触，具备发生锈蚀的条件。当套圈表面吸附水分时会形成一定厚度的水膜，由于水膜中含有O2和杂质离子，就形成了电化学腐蚀所需要的电解质溶液[2]。这类电化学过程将随温度、湿度的升高和水蒸气中溶解的CO2和SO2等酸性气体而加剧，腐蚀电池会发生如下反应。

Fe被氧化成Fe2+，2Fe-4e = 2Fe2+;水膜中溶解的少量O2获得电子，与水分子结合成OH-，O2+2H2O+4e = 4OHˉ；其结果为

2Fe +O2+2H2O =2Fe(OH)2。

套圈表面的铁原子不断溶解生成Fe(OH)2，而Fe(OH)2也不稳定，进一步与水膜中的氧气和水反应，生成不溶于水的Fe(OH)3，附着在套圈表面上形成红褐色的锈层，即

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3。

防止套圈发生锈蚀的有效方法之一是在其表面增加一层保护膜来阻止或延缓空气中的氧气和水蒸气与表面接触。车间使用一款不含亚硝酸钠的，含有不同种类羧酸醇胺盐和成膜剂的水溶性防锈剂，其含有能吸附于金属表面的极性官能团，能在金属表面形成牢固的吸附膜，阻止参与腐蚀反应的有关腐蚀介质向表面移动，减少与表面的接触，从而使腐蚀速度得到减缓[3-4]。文中对该水溶性防锈剂进行了应用试验。

2 水溶性防锈剂的性能试验

2.1 浓度对防锈性的影响

水溶性防锈剂的浓度是使用过程中应首先关注的一个重要指标，浓度过低将导致防锈性能不足，引起套圈的锈蚀；浓度过高，从经济角度看也是一种浪费。因此，需确定水溶性防锈剂的最佳使用浓度。分别选不同浓度的水溶性防锈剂，参照GB/T 6144—2010《合成切削液》中的单片和叠片进行试验，观察锈蚀情况，结果见表2。由表可知，6%～10%浓度时防锈性能较好，因此，车间一般选8%左右的浓度。

表2 不同浓度防锈剂的防锈试验Tab.2 Anti-rust test of anti-rust agent with different concentrations

2.2 pH值对防锈性能的影响

水溶性防锈剂应在碱性环境下使用，pH值过低会降低防锈性能，而pH值过高又会伤害操作者皮肤。不同pH值下8%稀释液的防锈效果见表3，由表可知，pH≥8.5时防锈效果较好。实际应用中pH>9.5会引起操作者的皮肤过敏，综合考虑，防锈剂在使用过程中的pH值应控制在8.5～9.5之间。对于全自动化的车间，操作者不直接接触套圈，pH值可控制在9.5左右。

表3 不同pH值下防锈剂的防锈试验Tab.3 Anti-rust test of anti-rust agent with different pH

2.3 温度、湿度对防锈性能的影响

由于不同季节工序间的温度、湿度不同，套圈的锈蚀速度会受到一定的影响。为此，在不同季节对同一工序加工后轴承的内、外圈进行防锈性能试验，结果见表4。

表4 室温下轴承套圈的锈蚀情况Tab.4 Rust conditions of bearing ring under room temperature

2015年11—12月和2016年4月湿度相当，4月温度较高，套圈容易锈蚀。2016年4月与10月温度相当，湿度一般在40%左右，但10月份试验过程中有5 d下雨，湿度为55%～75%，锈蚀明显加大。这是因为湿度较大套圈表面会凝结水滴，其中溶有氧气，产生了腐蚀条件，当表面水膜的厚度增大时，氧气的溶解度也增大，腐蚀速度会加大。钢铁的临界湿度在65%左右[5]，在临界湿度以下，锈蚀较慢，当相对湿度超过临界湿度时，锈蚀速度会突然加大，温度升高时，锈蚀速度会更大。所以在高温梅雨季节套圈要特别注意防锈，减少与雨水的直接接触，套圈不要直接堆放在地上或潮湿处，存放周期较长的应增加防锈频次，同时做好工序间的衔接调度，防止积压周转期过长。

2.4 使用方法对防锈性能的影响

车间的套圈根据尺寸、精度等级、数量的不同，防锈液的使用方法也不同。采用全浸入法、部分浸入法、喷淋法以及浸入一定时间后取出放置在车间。研究不同使用方法对防锈性能的影响，结果见表5。其中部分浸入法的防锈性能较低，其余3种方法防锈性能相当。

表5 不同使用方法下轴承外圈的锈蚀情况Tab.5 Rust conditions of bearing outer ring using different methods

3 水溶性防锈液的管理

水溶性防锈液的正确使用和维护直接影响防锈液的使用寿命和防锈质量。加强防锈液的科学管理非常重要，根据试验和应用制定一些性能监控指标。

配置防锈液前，防锈槽应清理干净，必要时可使用清洗剂处理。

采用浸入法防锈时,受零件表面携带、有效成分不均衡消耗、水分蒸发等因素的影响，防锈液浓度会不断改变，因此需对其进行定期监测，以根据浓度变化及时补加新液维持有效工作状态。目前，一般使用折光法，该方法方便快捷，现场应用比较广泛。控制有效浓度在6%～10%之间，每周检测1次，当浓度<6%时，需要补加水溶性防锈剂。

控制防锈液pH值在8.5～9.5，用pH试纸测定，隔天测1次，当pH<8.5时，需用指定的添加剂进行调节。

对防锈液的防锈性进行检测，每周测1次，叠片4 h合格，单片24 h合格，高温、高湿的天气叠片8 h合格，单片24 h合格。

4 预防措施

轴承工序间的防锈可以采取一些防锈管理措施来预防锈蚀。

1)套圈尽量放置在干燥、通风和洁净的环境中，减少与灰尘、潮气和酸雾的接触。

2)建立一个符合实际的防锈剂验收标准和制度，防锈剂入厂时严格进行检测，对使用中的防锈液进行监控，并保持溶液的清洁。

3)缩短套圈在工序间的置留时间，根据实际情况制定防锈的频率。

4)套圈可采用喷淋和全浸入法进行防锈，不能采用部分浸入法。

5)不能用手直接抓持套圈，防止手汗污染。

5 结束语

对轴承外圈锈蚀区域进行分析，锈蚀产物主要是铁的氧化物，温度和湿度是主要影响因素；对水溶性防锈剂进行应用试验，得到其最佳使用浓度、pH值、使用方法以及温度、湿度对防锈效果的影响；制定了具体的监控方法和预防管理措施。