Wie lässt sich die Korrosionsbeständigkeit der Rohmaterialien für Rollenketten sicherstellen?
1. Materialauswahl
1.1 Wählen Sie Stahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit.
Stahl ist der Hauptrohstoff für Rollenketten, und seine Korrosionsbeständigkeit beeinflusst direkt deren Lebensdauer und Leistungsfähigkeit. Die Auswahl eines korrosionsbeständigen Stahls ist der erste Schritt, um die Korrosionsbeständigkeit der Ketten zu gewährleisten.Rollenketten.
Anwendung von Edelstahl: Edelstahl zählt zu den am häufigsten verwendeten korrosionsbeständigen Stählen. Er enthält Chrom, das auf der Oberfläche eine dichte Chromoxidschicht bildet und so das Eindringen korrosiver Medien in das Stahlinnere verhindert. Beispielsweise weist Edelstahl 304 einen Chromgehalt von ca. 18 % auf, ist korrosionsbeständig und eignet sich für allgemein korrosive Umgebungen. In speziellen Umgebungen, wie z. B. in Meerwasser mit hohem Chloridgehalt, bietet Edelstahl 316 aufgrund des Molybdänzusatzes eine höhere Beständigkeit gegen Lochfraß und ist etwa 30 % korrosionsbeständiger als Edelstahl 304.
Korrosionsbeständigkeit von legiertem Stahl: Durch die Zugabe verschiedener Legierungselemente wie Nickel, Kupfer, Titan usw. lässt sich die Korrosionsbeständigkeit von legiertem Stahl deutlich verbessern. So erhöht beispielsweise Nickel die Stabilität der Passivierungsschicht, während Kupfer die Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischer Umgebung steigert. Nach einer geeigneten Wärmebehandlung bildet sich bei einigen hochfesten legierten Stählen eine gleichmäßige Oxidschicht auf der Oberfläche, was die Korrosionsbeständigkeit zusätzlich erhöht. Ein Beispiel hierfür ist ein nickel- und kupferhaltiger legierter Stahl, dessen Korrosionsrate in industrieller Umgebung nur ein Fünftel derjenigen von normalem Kohlenstoffstahl beträgt.
Der Einfluss der Stahloberflächenbehandlung auf die Korrosionsbeständigkeit: Neben der Auswahl des geeigneten Stahls ist die Oberflächenbehandlung ein wichtiges Mittel zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit. Beispielsweise wird durch Galvanisierung eine Schicht aus Zink, Nickel oder anderen Metallen auf die Stahloberfläche aufgebracht, um eine physikalische Barriere zu bilden, die den Kontakt mit korrosiven Medien verhindert. Die galvanisierte Schicht weist eine gute Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischer Umgebung auf und kann Jahrzehnte lang korrosionsbeständig sein. Die vernickelte Schicht zeichnet sich durch höhere Härte und bessere Verschleißfestigkeit aus und kann die Korrosionsbeständigkeit von Stahl ebenfalls effektiv verbessern. Darüber hinaus kann durch chemische Konversionsbehandlungen, wie beispielsweise Phosphatierung, ein chemischer Konversionsfilm auf der Stahloberfläche gebildet werden, der die Korrosionsbeständigkeit und die Haftung der Beschichtung verbessert.
2. Oberflächenbehandlung
2.1 Verzinken
Verzinken ist eine der wichtigsten Methoden zur Oberflächenbehandlung von Rollenkettenstahl. Durch das Aufbringen einer Zinkschicht auf die Stahloberfläche lässt sich deren Korrosionsbeständigkeit wirksam verbessern.
Schutzprinzip der Verzinkung: Zink bildet in der Atmosphäre einen dichten Zinkoxidfilm, der den Kontakt des Stahls mit korrosiven Medien verhindert. Bei Beschädigung der Verzinkung wirkt Zink als Opferanode und schützt den Stahl vor Korrosion. Studien belegen, dass die Korrosionsbeständigkeit der Verzinkung Jahrzehnte betragen kann und ihre Korrosionsrate in normaler Atmosphäre nur etwa ein Zehntel derjenigen von normalem Stahl beträgt.
Der Einfluss des Verzinkungsprozesses auf die Korrosionsbeständigkeit: Gängige Verzinkungsverfahren sind Feuerverzinken und Elektroverzinken. Die durch Feuerverzinken erzeugte Zinkschicht ist dicker und bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit, kann jedoch Oberflächenunebenheiten aufweisen. Beim Elektroverzinken lässt sich die Dicke der Zinkschicht präzise steuern, wodurch eine gleichmäßigere und glattere Oberfläche entsteht. Beispielsweise kann die Dicke der Zinkschicht beim Elektroverzinken auf 5–15 µm eingestellt werden. Die Korrosionsbeständigkeit ist vergleichbar mit der von Feuerverzinkung, die Oberflächenqualität jedoch besser. Dies macht das Verfahren besonders geeignet für Rollenketten mit hohen Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit.
Wartung und Schutzmaßnahmen der Verzinkung: Die Verzinkung muss während des Gebrauchs instand gehalten werden, um mechanische Beschädigungen zu vermeiden. Bei Beschädigungen muss die Verzinkung umgehend repariert werden, um zu verhindern, dass der Stahl mit korrosiven Medien in Kontakt kommt. In bestimmten Umgebungen, wie z. B. stark sauren oder alkalischen, kann die Korrosionsbeständigkeit der Verzinkung beeinträchtigt sein. Daher ist es notwendig, je nach Umgebung ein geeignetes Verzinkungsverfahren und entsprechende Schutzmaßnahmen auszuwählen.
2.2 Vernickelungsbehandlung
Die Vernickelung ist eine weitere wirksame Methode zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit von Rollenkettenstahl. Die Nickelschicht weist eine gute Korrosions- und Verschleißbeständigkeit auf.
Korrosionsbeständigkeit von Nickelbeschichtungen: Nickel besitzt stabile elektrochemische Eigenschaften und bildet in vielen korrosiven Medien einen stabilen Passivierungsfilm. Dadurch wird der Kontakt des korrosiven Mediums mit dem Stahl wirksam verhindert. Die Korrosionsbeständigkeit der Nickelbeschichtung ist besser als die der Zinkbeschichtung, insbesondere in chloridhaltigen Umgebungen, und ihre Beständigkeit gegen Lochfraß ist höher. Beispielsweise ist die Korrosionsbeständigkeit der Nickelbeschichtung in chloridhaltigem Meerwasser 3- bis 5-mal höher als die der Zinkbeschichtung.
Nickelplattierungsverfahren und deren Einfluss auf die Leistung: Gängige Nickelplattierungsverfahren sind die galvanische und die chemische Vernickelung. Die galvanisch abgeschiedene Nickelschicht zeichnet sich durch hohe Härte und gute Verschleißfestigkeit aus, stellt jedoch hohe Anforderungen an die Ebenheit der Substratoberfläche. Die chemische Vernickelung ermöglicht die Bildung einer gleichmäßigen Beschichtung auf der Oberfläche eines nichtleitenden Substrats. Dicke und Zusammensetzung der Beschichtung lassen sich über Prozessparameter einstellen. Beispielsweise kann durch chemische Vernickelung eine 10–20 µm dicke Nickelschicht auf der Oberfläche von Rollenkettenstahl erzeugt werden, deren Härte über HV700 liegt. Dadurch bietet der Stahl nicht nur eine gute Korrosionsbeständigkeit, sondern auch eine hohe Verschleißfestigkeit.
Anwendung und Grenzen der Vernickelung: Die Vernickelung findet breite Anwendung bei Rollenkettenprodukten mit hohen Anforderungen an Korrosions- und Verschleißfestigkeit, beispielsweise in der chemischen Industrie, der Lebensmittelverarbeitung und anderen Branchen. Allerdings ist der Vernickelungsprozess relativ komplex und kostspielig, und in stark sauren oder stark alkalischen Umgebungen ist die Korrosionsbeständigkeit der Vernickelung begrenzt. Zudem muss das bei der Vernickelung entstehende Abwasser streng aufbereitet werden, um Umweltverschmutzung zu vermeiden.
3. Wärmebehandlungsverfahren
3.1 Härte- und Anlassbehandlung
Das Härten und Anlassen ist ein Schlüsselprozess bei der Wärmebehandlung von Rohmaterialien für Rollenketten. Durch die Kombination von Härten und Hochtemperaturanlassen lässt sich die Gesamtleistung des Stahls deutlich verbessern und somit seine Korrosionsbeständigkeit erhöhen.
Die Rolle des Abschreckens und die Wahl der Abschreckparameter: Durch Abschrecken kann Stahl schnell abgekühlt werden, wodurch hochfeste Gefüge wie Martensit entstehen und Härte und Festigkeit des Stahls verbessert werden. Für Rohmaterialien von Rollenketten werden üblicherweise Öl und Wasser als Abschreckmedien verwendet. Beispielsweise kann bei einigen mittelgekohlten Stählen durch Ölabschrecken die Entstehung von Abschreckrissen vermieden und eine höhere Härte erzielt werden. Die Wahl der Abschrecktemperatur ist entscheidend; sie liegt üblicherweise zwischen 800 °C und 900 °C, wobei die Härte nach dem Abschrecken HRC 45–55 erreichen kann. Obwohl der abgeschreckte Stahl eine hohe Härte aufweist, sind die Eigenspannungen hoch und die Zähigkeit gering. Daher ist ein Anlassen bei hohen Temperaturen erforderlich, um diese Eigenschaften zu verbessern.
Optimierung des Hochtemperaturanlassens: Das Hochtemperaturanlassen erfolgt üblicherweise zwischen 500 °C und 650 °C und dauert in der Regel 2–4 Stunden. Während des Anlassprozesses werden die Eigenspannungen im Stahl abgebaut, die Härte nimmt leicht ab, die Zähigkeit jedoch deutlich zu. Es bildet sich ein stabiles Troostit-Gefüge, das gute mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Studien haben gezeigt, dass die Korrosionsbeständigkeit von Stahl durch das Härten und Anlassen um 30–50 % verbessert werden kann. Beispielsweise beträgt die Korrosionsrate der Rohmaterialien von gehärteten und vergüteten Rollenketten in industrieller Umgebung nur etwa ein Drittel der Korrosionsrate von unbehandeltem Stahl. Darüber hinaus verbessert das Härten und Anlassen auch die Dauerfestigkeit von Stahl, was für den Langzeiteinsatz von Rollenketten unter dynamischer Belastung von großer Bedeutung ist.
Der Einfluss des Härtens und Anlassens auf die Korrosionsbeständigkeit: Härten und Anlassen verbessert das Mikrogefüge von Stahl, erhöht seine Oberflächenhärte und Zähigkeit und steigert somit seine Beständigkeit gegenüber Erosion durch korrosive Medien. Einerseits kann eine höhere Härte den mechanischen Verschleiß der Stahloberfläche durch das korrosive Medium verringern und die Korrosionsrate senken; andererseits kann ein stabiles Gefüge die Diffusionsgeschwindigkeit des korrosiven Mediums verlangsamen und das Auftreten von Korrosionsreaktionen verzögern. Gleichzeitig kann Härten und Anlassen auch die Beständigkeit des Stahls gegen Wasserstoffversprödung verbessern. In manchen korrosiven Umgebungen, die Wasserstoffionen enthalten, kann es ein vorzeitiges Versagen des Stahls durch Wasserstoffversprödung wirksam verhindern.
4. Qualitätsprüfung
4.1 Prüfverfahren zur Bestimmung der Korrosionsbeständigkeit
Die Korrosionsbeständigkeitsprüfung der Rohmaterialien für Rollenketten ist ein entscheidender Faktor für deren Qualitätssicherung. Mithilfe wissenschaftlicher und sachgerechter Prüfmethoden lässt sich die Korrosionsbeständigkeit des Materials in verschiedenen Umgebungen präzise bewerten und somit die Zuverlässigkeit des Produkts gewährleisten.
1. Salzsprühtest
Der Salzsprühtest ist eine beschleunigte Korrosionsprüfmethode, die eine Meeres- oder feuchte Umgebung simuliert und häufig zur Bewertung der Korrosionsbeständigkeit von Metallwerkstoffen eingesetzt wird.
Prüfprinzip: Die Rollenkettenprobe wird in eine Salzsprühkammer eingebracht, sodass die Probenoberfläche kontinuierlich einer Salzsprühlösung bestimmter Konzentration ausgesetzt ist. Die Chloridionen im Salzsprühnebel beschleunigen die Korrosionsreaktion der Metalloberfläche. Die Korrosionsbeständigkeit der Probe wird durch Beobachtung des Korrosionsgrades über einen bestimmten Zeitraum bewertet. Beispielsweise wird gemäß der internationalen Norm ISO 9227 ein neutraler Salzsprühtest mit einer 5%igen NaCl-Lösung, einer auf ca. 35 °C geregelten Temperatur und einer Prüfdauer von üblicherweise 96 Stunden durchgeführt.
Ergebnisbewertung: Die Korrosionsbeständigkeit wird anhand von Indikatoren wie Korrosionsprodukten, Lochfraßtiefe und Korrosionsrate an der Probenoberfläche bewertet. Bei Rollenketten aus Edelstahl sollte die Lochfraßtiefe nach einem 96-stündigen Salzsprühtest weniger als 0,1 mm und die Korrosionsrate weniger als 0,1 mm/Jahr betragen, um die Anforderungen für den Einsatz in allgemeinen Industrieumgebungen zu erfüllen. Bei Rollenketten aus legiertem Stahl müssen die Ergebnisse des Salzsprühtests nach der Verzinkung oder Vernickelung höhere Standards erfüllen. Beispielsweise weist eine vernickelte Rollenkette nach einem 96-stündigen Salzsprühtest keine sichtbare Oberflächenkorrosion auf, und die Lochfraßtiefe beträgt weniger als 0,05 mm.
2. Elektrochemischer Test
Durch elektrochemische Prüfungen lässt sich ein tieferes Verständnis der Korrosionsbeständigkeit von Werkstoffen gewinnen, indem das elektrochemische Verhalten von Metallen in korrosiven Medien gemessen wird.
Polarisationskurvenprüfung: Die Rollenkettenprobe dient als Arbeitselektrode und wird in ein korrosives Medium (z. B. 3,5%ige NaCl-Lösung oder 0,1 mol/L H₂SO₄-Lösung) eingetaucht. Anschließend wird ihre Polarisationskurve mit einem elektrochemischen Messplatz aufgezeichnet. Die Polarisationskurve gibt Aufschluss über Parameter wie die Korrosionsstromdichte und das Korrosionspotenzial des Materials. Beispielsweise sollte bei einer Rollenkette aus Edelstahl 316 die Korrosionsstromdichte in 3,5%iger NaCl-Lösung unter 1 μA/cm² liegen und das Korrosionspotenzial nahe -0,5 V (bezogen auf die gesättigte Kalomelelektrode) betragen, was auf eine gute Korrosionsbeständigkeit hinweist.
Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS): Mit der EIS-Methode lassen sich die Ladungstransfer- und Diffusionsimpedanz eines Materials im korrosiven Medium messen, um die Integrität und Stabilität seines Oberflächenfilms zu beurteilen. Die Korrosionsbeständigkeit des Materials kann anhand von Parametern wie dem kapazitiven Bogen und der Zeitkonstante im Impedanzspektrum bestimmt werden. Beispielsweise sollte die Ladungstransferimpedanz von vergütetem Rollenkettenstahl in der EIS-Messung über 10⁴Ω·cm² liegen, was auf eine gute Schutzwirkung des Oberflächenfilms hinweist.
3. Tauchtest
Der Immersionstest ist ein Korrosionsprüfverfahren, das die realen Einsatzbedingungen simuliert. Die Rollenkettenprobe wird für einen längeren Zeitraum in ein spezifisches korrosives Medium eingetaucht, um ihr Korrosionsverhalten und Leistungsveränderungen zu beobachten.
Prüfbedingungen: Wählen Sie geeignete korrosive Medien entsprechend der tatsächlichen Einsatzumgebung der Rollenkette, z. B. saure Lösungen (Schwefelsäure, Salzsäure usw.), alkalische Lösungen (Natriumhydroxid usw.) oder neutrale Lösungen (z. B. Meerwasser). Die Prüftemperatur wird üblicherweise auf Raumtemperatur oder den Bereich der tatsächlichen Einsatztemperatur eingestellt, und die Prüfdauer beträgt in der Regel mehrere Wochen bis mehrere Monate. Beispielsweise werden Rollenketten, die in chemischen Umgebungen eingesetzt werden, 30 Tage lang in 3%iger Schwefelsäure (H₂SO₄) bei 40 °C gelagert.
Ergebnisanalyse: Die Korrosionsbeständigkeit wird anhand von Indikatoren wie Massenverlust, Dimensionsänderung und Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Probe bewertet. Die Massenverlustrate ist ein wichtiger Indikator für den Korrosionsgrad. Bei Rollenketten aus Edelstahl sollte die Massenverlustrate nach 30-tägigem Tauchtest unter 0,5 % liegen. Bei Rollenketten aus legiertem Stahl sollte die Massenverlustrate nach Oberflächenbehandlung unter 0,2 % liegen. Zusätzlich werden die Veränderungen der mechanischen Eigenschaften wie Zugfestigkeit und Härte der Probe geprüft, um sicherzustellen, dass sie die Einsatzanforderungen in korrosiver Umgebung weiterhin erfüllt.
4. Aufhängeprüfung vor Ort
Bei dem Hängetest vor Ort wird die Rollenkettenprobe direkt der tatsächlichen Einsatzumgebung ausgesetzt und die Korrosionsbeständigkeit durch Beobachtung der Korrosion über einen längeren Zeitraum bewertet.
Testaufbau: Wählen Sie eine repräsentative Einsatzumgebung, z. B. eine Chemiefabrik, eine Offshore-Plattform, eine Lebensmittelverarbeitungsanlage usw., und hängen oder befestigen Sie die Rollenkettenprobe in bestimmten Abständen an der Anlage. Die Testdauer beträgt üblicherweise mehrere Monate bis mehrere Jahre, um das Korrosionsverhalten der Probe in der realen Umgebung umfassend beobachten zu können.
Ergebniserfassung und -analyse: Die Proben sind regelmäßig zu beobachten und zu prüfen. Dabei sind Informationen wie Oberflächenkorrosion und die Morphologie der Korrosionsprodukte zu dokumentieren. Beispielsweise zeigten sich nach einem Jahr Hängeprüfung in einer Chemiewerkstatt keine deutlichen Korrosionsspuren an der Oberfläche einer vernickelten Rollenkette, während an der Oberfläche einer verzinkten Rollenkette leichte Lochfraßkorrosion auftreten konnte. Durch den Vergleich der Korrosion von Proben unterschiedlicher Materialien und Behandlungsverfahren unter realen Bedingungen lässt sich deren Korrosionsbeständigkeit genauer bewerten. Dies liefert eine wichtige Grundlage für die Materialauswahl und die Produktkonstruktion.
5. Zusammenfassung
Die Sicherstellung der Korrosionsbeständigkeit der Rohmaterialien für Rollenketten ist ein systematisches Projekt, das mehrere Schritte umfasst, darunter die Materialauswahl, die Oberflächenbehandlung, die Wärmebehandlung und eine strenge Qualitätskontrolle. Durch die Auswahl geeigneter Stähle mit hoher Korrosionsbeständigkeit, wie beispielsweise Edelstahl und legierter Stahl, und die Kombination mit Oberflächenbehandlungsverfahren wie Verzinken und Vernickeln lässt sich die Korrosionsbeständigkeit von Rollenketten deutlich verbessern. Das Anlassen im Rahmen der Wärmebehandlung optimiert die Eigenschaften des Stahls zusätzlich, indem die Anlassparameter angepasst werden. Dadurch erzielt der Stahl eine bessere Korrosionsbeständigkeit und verbesserte mechanische Eigenschaften in komplexen Umgebungen.
Im Hinblick auf die Qualitätsprüfung bietet die Anwendung verschiedener Prüfmethoden wie Salzsprühnebeltest, elektrochemischer Test, Tauchtest und Hängetest vor Ort eine wissenschaftliche Grundlage für die umfassende Bewertung der Korrosionsbeständigkeit von Rohmaterialien für Rollenketten. Diese Prüfmethoden simulieren unterschiedliche Einsatzumgebungen und erfassen präzise das Korrosionsverhalten und die Leistungsveränderungen der Materialien unter verschiedenen Bedingungen. Dadurch wird die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit des Produkts im praktischen Einsatz sichergestellt.
Im Allgemeinen lässt sich durch die koordinierte Optimierung der oben genannten Glieder die Korrosionsbeständigkeit der Rohstoffe für Rollenketten effektiv verbessern, ihre Lebensdauer verlängern und die Einsatzanforderungen in verschiedenen industriellen Umgebungen erfüllen.
Veröffentlichungsdatum: 16. April 2025