Làm thế nào để đảm bảo khả năng chống ăn mòn của nguyên liệu thô dùng cho xích con lăn?

Làm thế nào để đảm bảo khả năng chống ăn mòn của nguyên liệu thô dùng cho xích con lăn?

1. Lựa chọn vật liệu
1.1 Chọn loại thép có khả năng chống ăn mòn cao
Thép là nguyên liệu chính của xích con lăn, và khả năng chống ăn mòn của nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu suất của xích con lăn. Lựa chọn thép có khả năng chống ăn mòn cao là bước đầu tiên để đảm bảo khả năng chống ăn mòn của xích con lăn.xích con lăn.
Ứng dụng vật liệu thép không gỉ: Thép không gỉ là một trong những loại thép chống ăn mòn được sử dụng phổ biến. Nó chứa một tỷ lệ nhất định các nguyên tố crom, có thể tạo thành một lớp màng oxit crom dày đặc trên bề mặt để ngăn chặn môi trường ăn mòn tiếp xúc với bên trong thép. Ví dụ, hàm lượng crom của thép không gỉ 304 khoảng 18%, có khả năng chống ăn mòn tốt và phù hợp với môi trường ăn mòn thông thường. Trong một số môi trường đặc biệt, chẳng hạn như môi trường nước biển có hàm lượng ion clorua cao, thép không gỉ 316 có khả năng chống rỗ tốt hơn nhờ bổ sung các nguyên tố molypden, và khả năng chống ăn mòn của nó cao hơn khoảng 30% so với thép không gỉ 304.
Khả năng chống ăn mòn của thép hợp kim: Thép hợp kim có thể được cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn bằng cách thêm nhiều nguyên tố hợp kim khác nhau, chẳng hạn như niken, đồng, titan, v.v. Ví dụ, việc thêm niken có thể cải thiện độ ổn định của lớp màng thụ động trên bề mặt thép, và đồng có thể cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép trong môi trường khí quyển. Sau khi xử lý nhiệt thích hợp, một số loại thép hợp kim cường độ cao có thể tạo thành một lớp màng oxit đồng nhất trên bề mặt, giúp tăng cường hơn nữa khả năng chống ăn mòn. Lấy thép hợp kim chứa niken và đồng làm ví dụ, tốc độ ăn mòn của nó trong môi trường khí quyển công nghiệp chỉ bằng 1/5 so với thép cacbon thông thường.
Ảnh hưởng của xử lý bề mặt thép đến khả năng chống ăn mòn: Ngoài việc lựa chọn loại thép phù hợp, xử lý bề mặt cũng là một biện pháp quan trọng để nâng cao khả năng chống ăn mòn của thép. Ví dụ, một lớp kẽm, niken và các kim loại khác được mạ lên bề mặt thép bằng công nghệ mạ để tạo thành một lớp chắn vật lý ngăn chặn các chất ăn mòn tiếp xúc với thép. Lớp mạ kẽm có khả năng chống ăn mòn tốt trong môi trường khí quyển, và tuổi thọ chống ăn mòn của nó có thể lên đến hàng chục năm. Lớp mạ niken có độ cứng cao hơn và khả năng chống mài mòn tốt hơn, và cũng có thể cải thiện hiệu quả khả năng chống ăn mòn của thép. Ngoài ra, xử lý màng chuyển đổi hóa học, chẳng hạn như phosphat hóa, có thể tạo thành một lớp màng chuyển đổi hóa học trên bề mặt thép để cải thiện khả năng chống ăn mòn và độ bám dính của lớp phủ trên thép.

2. Xử lý bề mặt
2.1 Mạ kẽm
Mạ kẽm là một trong những phương pháp quan trọng để xử lý bề mặt thép của xích con lăn. Bằng cách phủ một lớp kẽm lên bề mặt thép, khả năng chống ăn mòn của nó có thể được cải thiện hiệu quả.
Nguyên lý bảo vệ của lớp mạ kẽm: Kẽm tạo thành một lớp màng oxit kẽm dày đặc trong môi trường khí quyển, có thể ngăn chặn các chất ăn mòn tiếp xúc với thép. Khi lớp mạ kẽm bị hư hại, kẽm cũng sẽ hoạt động như một cực dương hy sinh để bảo vệ thép khỏi bị ăn mòn. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng chống ăn mòn của lớp mạ kẽm có thể đạt đến hàng chục năm, và tốc độ ăn mòn của nó trong môi trường khí quyển thông thường chỉ bằng khoảng 1/10 so với thép thông thường.
Ảnh hưởng của quá trình mạ kẽm đến khả năng chống ăn mòn: Các quy trình mạ kẽm phổ biến bao gồm mạ kẽm nhúng nóng, mạ điện, v.v. Lớp kẽm được tạo thành bằng phương pháp mạ kẽm nhúng nóng dày hơn và có khả năng chống ăn mòn tốt hơn, nhưng có thể xuất hiện một số chỗ không đồng đều trên bề mặt. Mạ điện có thể kiểm soát độ dày của lớp kẽm để làm cho bề mặt đồng đều và mịn hơn. Ví dụ, bằng cách sử dụng quy trình mạ điện, độ dày của lớp kẽm có thể được kiểm soát trong khoảng 5-15μm, và khả năng chống ăn mòn của nó tương đương với mạ kẽm nhúng nóng, và chất lượng bề mặt tốt hơn, phù hợp với các sản phẩm xích con lăn có yêu cầu cao về bề mặt.
Bảo dưỡng và các biện pháp phòng ngừa đối với lớp mạ kẽm: Lớp mạ kẽm cần được bảo dưỡng trong quá trình sử dụng để tránh hư hỏng cơ học. Nếu lớp mạ kẽm bị hư hỏng, cần phải sửa chữa kịp thời để ngăn thép tiếp xúc với môi trường ăn mòn. Ngoài ra, trong một số môi trường đặc biệt, chẳng hạn như môi trường axit hoặc kiềm mạnh, khả năng chống ăn mòn của lớp mạ kẽm sẽ bị ảnh hưởng ở một mức độ nhất định, và cần phải lựa chọn quy trình mạ kẽm phù hợp và các biện pháp bảo vệ tiếp theo theo môi trường cụ thể.
2.2 Xử lý mạ niken
Mạ niken là một phương pháp hiệu quả khác để cải thiện khả năng chống ăn mòn của thép xích con lăn. Lớp mạ niken có khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn tốt.
Khả năng chống ăn mòn của lớp mạ niken: Niken có tính chất điện hóa ổn định và có thể tạo thành lớp màng thụ động ổn định trong nhiều môi trường ăn mòn, nhờ đó ngăn chặn hiệu quả sự tiếp xúc của môi trường ăn mòn với thép. Khả năng chống ăn mòn của lớp mạ niken tốt hơn so với lớp mạ kẽm, đặc biệt là trong môi trường chứa ion clorua, và khả năng chống rỗ của nó cũng mạnh hơn. Ví dụ, trong môi trường nước biển chứa ion clorua, tuổi thọ chống ăn mòn của lớp mạ niken gấp 3-5 lần so với lớp mạ kẽm.
Quy trình mạ niken và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất: Các quy trình mạ niken phổ biến bao gồm mạ điện và mạ niken hóa học. Lớp niken mạ điện có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt, nhưng đòi hỏi độ phẳng cao của bề mặt chất nền. Mạ niken hóa học có thể tạo thành một lớp phủ đồng nhất trên bề mặt chất nền không dẫn điện, và độ dày cũng như thành phần của lớp phủ có thể được điều chỉnh thông qua các thông số quy trình. Ví dụ, bằng cách sử dụng quy trình mạ niken hóa học, một lớp mạ niken có độ dày 10-20μm có thể được tạo thành trên bề mặt thép xích con lăn, và độ cứng của nó có thể đạt hơn HV700, không chỉ có khả năng chống ăn mòn tốt mà còn có khả năng chống mài mòn tốt.
Ứng dụng và hạn chế của mạ niken: Mạ niken được sử dụng rộng rãi trong các sản phẩm xích con lăn có yêu cầu cao về khả năng chống ăn mòn và chống mài mòn, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp hóa chất, chế biến thực phẩm và các ngành công nghiệp khác. Tuy nhiên, quy trình mạ niken tương đối phức tạp và tốn kém, và trong một số môi trường axit mạnh và kiềm mạnh, khả năng chống ăn mòn của lớp mạ niken cũng sẽ bị hạn chế ở một mức độ nhất định. Ngoài ra, nước thải sinh ra trong quá trình mạ niken cần được xử lý nghiêm ngặt để tránh ô nhiễm môi trường.

3. Quy trình xử lý nhiệt
3.1 Xử lý tôi và ram
Tôi và ram là một quy trình quan trọng trong xử lý nhiệt nguyên liệu sản xuất xích con lăn. Thông qua sự kết hợp giữa tôi và ram ở nhiệt độ cao, hiệu năng tổng thể của thép có thể được cải thiện đáng kể, từ đó nâng cao khả năng chống ăn mòn.
Vai trò của tôi luyện và lựa chọn thông số: Tôi luyện có thể làm nguội thép nhanh chóng, tạo thành các cấu trúc cường độ cao như mactenxit, và cải thiện độ cứng và độ bền của thép. Đối với nguyên liệu làm xích con lăn, môi trường tôi luyện thường được sử dụng bao gồm dầu và nước. Ví dụ, đối với một số loại thép hợp kim cacbon trung bình, tôi luyện bằng dầu có thể tránh được sự hình thành các vết nứt do tôi luyện và đạt được độ cứng cao hơn. Việc lựa chọn nhiệt độ tôi luyện rất quan trọng, thường nằm trong khoảng 800℃-900℃, và độ cứng sau khi tôi luyện có thể đạt HRC45-55. Mặc dù độ cứng của thép đã tôi luyện cao, nhưng ứng suất dư bên trong lớn và độ dẻo dai kém, do đó cần phải ram ở nhiệt độ cao để cải thiện các đặc tính này.
Tối ưu hóa quá trình ram ở nhiệt độ cao: Quá trình ram ở nhiệt độ cao thường được thực hiện trong khoảng 500℃-650℃, và thời gian ram thường là 2-4 giờ. Trong quá trình ram, ứng suất dư trong thép được giải phóng, độ cứng giảm nhẹ, nhưng độ dẻo dai được cải thiện đáng kể, và có thể hình thành cấu trúc troostite ram ổn định, có tính chất cơ học tổng thể tốt và khả năng chống ăn mòn cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khả năng chống ăn mòn của thép sau khi tôi và ram có thể được cải thiện từ 30% đến 50%. Ví dụ, trong môi trường khí quyển công nghiệp, tốc độ ăn mòn của nguyên liệu thô của xích con lăn đã được tôi và ram chỉ bằng khoảng 1/3 so với thép chưa qua xử lý. Ngoài ra, tôi và ram cũng có thể cải thiện hiệu suất mỏi của thép, điều này có ý nghĩa rất lớn đối với việc sử dụng lâu dài xích con lăn dưới tải trọng động.
Cơ chế ảnh hưởng của tôi và ram đến khả năng chống ăn mòn: Tôi và ram cải thiện cấu trúc vi mô của thép, nâng cao độ cứng và độ dẻo dai bề mặt, từ đó tăng cường khả năng chống ăn mòn bởi môi trường ăn mòn. Một mặt, độ cứng cao hơn có thể làm giảm sự mài mòn cơ học của môi trường ăn mòn trên bề mặt thép và giảm tốc độ ăn mòn; mặt khác, cấu trúc tổ chức ổn định có thể làm chậm tốc độ khuếch tán của môi trường ăn mòn và trì hoãn sự xảy ra các phản ứng ăn mòn. Đồng thời, tôi và ram cũng có thể cải thiện khả năng chống giòn hydro của thép. Trong một số môi trường ăn mòn có chứa ion hydro, nó có thể ngăn chặn hiệu quả sự hư hỏng sớm của thép do giòn hydro.

4. Kiểm tra chất lượng
4.1 Phương pháp thử nghiệm khả năng chống ăn mòn
Kiểm tra khả năng chống ăn mòn của nguyên liệu thô cấu tạo nên xích con lăn là một khâu quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm. Thông qua các phương pháp thử nghiệm khoa học và hợp lý, khả năng chống ăn mòn của vật liệu trong các môi trường khác nhau có thể được đánh giá chính xác, từ đó đảm bảo độ tin cậy của sản phẩm.
1. Thử nghiệm phun muối
Thử nghiệm phun muối là một phương pháp thử nghiệm ăn mòn tăng tốc mô phỏng môi trường biển hoặc ẩm ướt và được sử dụng rộng rãi để đánh giá khả năng chống ăn mòn của vật liệu kim loại.
Nguyên lý thử nghiệm: Mẫu xích con lăn được đặt trong buồng thử nghiệm phun muối sao cho bề mặt mẫu liên tục tiếp xúc với môi trường phun muối có nồng độ nhất định. Các ion clorua trong dung dịch phun muối sẽ đẩy nhanh phản ứng ăn mòn của bề mặt kim loại. Khả năng chống ăn mòn của mẫu được đánh giá bằng cách quan sát mức độ ăn mòn của mẫu trong một khoảng thời gian nhất định. Ví dụ, theo tiêu chuẩn quốc tế ISO 9227, thử nghiệm phun muối trung tính được tiến hành với nồng độ dung dịch NaCl 5%, nhiệt độ được kiểm soát ở khoảng 35°C và thời gian thử nghiệm thường là 96 giờ.
Đánh giá kết quả: Khả năng chống ăn mòn được đánh giá dựa trên các chỉ số như sản phẩm ăn mòn, độ sâu rỗ và tốc độ ăn mòn trên bề mặt mẫu. Đối với xích con lăn bằng thép không gỉ, sau thử nghiệm phun muối 96 giờ, độ sâu rỗ trên bề mặt phải nhỏ hơn 0,1mm và tốc độ ăn mòn phải nhỏ hơn 0,1mm/năm để đáp ứng yêu cầu sử dụng trong môi trường công nghiệp thông thường. Đối với xích con lăn bằng thép hợp kim, sau khi mạ kẽm hoặc mạ niken, kết quả thử nghiệm phun muối phải đạt tiêu chuẩn cao hơn. Ví dụ, sau thử nghiệm phun muối 96 giờ, xích con lăn mạ niken không có dấu hiệu ăn mòn rõ ràng trên bề mặt và độ sâu rỗ nhỏ hơn 0,05mm.
2. Thử nghiệm điện hóa
Thử nghiệm điện hóa có thể giúp hiểu sâu hơn về khả năng chống ăn mòn của vật liệu bằng cách đo lường hành vi điện hóa của kim loại trong môi trường ăn mòn.
Thử nghiệm đường cong phân cực: Mẫu xích con lăn được sử dụng làm điện cực làm việc và được nhúng vào môi trường ăn mòn (chẳng hạn như dung dịch NaCl 3,5% hoặc dung dịch H₂SO₄ 0,1 mol/L), và đường cong phân cực của nó được ghi lại bằng trạm làm việc điện hóa. Đường cong phân cực có thể phản ánh các thông số như mật độ dòng điện ăn mòn và thế ăn mòn của vật liệu. Ví dụ, đối với xích con lăn bằng thép không gỉ 316, mật độ dòng điện ăn mòn trong dung dịch NaCl 3,5% phải nhỏ hơn 1 μA/cm², và thế ăn mòn phải gần -0,5V (so với điện cực calomel bão hòa), điều này cho thấy nó có khả năng chống ăn mòn tốt.
Kiểm tra phổ trở kháng điện hóa (EIS): Thử nghiệm EIS có thể đo trở kháng truyền tải điện tích và trở kháng khuếch tán của vật liệu trong môi trường ăn mòn để đánh giá tính toàn vẹn và ổn định của lớp màng bề mặt. Khả năng chống ăn mòn của vật liệu có thể được đánh giá bằng cách phân tích các thông số như cung điện dung và hằng số thời gian trong phổ trở kháng. Ví dụ, trở kháng truyền tải điện tích của thép xích con lăn đã được tôi và ram phải lớn hơn 10⁴Ω·cm² trong thử nghiệm EIS, điều này cho thấy lớp màng bề mặt của nó có tác dụng bảo vệ tốt.
3. Thử nghiệm ngâm
Thử nghiệm ngâm là một phương pháp thử nghiệm ăn mòn mô phỏng môi trường sử dụng thực tế. Mẫu xích con lăn được ngâm trong môi trường ăn mòn cụ thể trong thời gian dài để quan sát hành vi ăn mòn và sự thay đổi hiệu suất của nó.
Điều kiện thử nghiệm: Chọn môi trường ăn mòn thích hợp theo môi trường sử dụng thực tế của xích con lăn, chẳng hạn như dung dịch axit (axit sulfuric, axit clohidric, v.v.), dung dịch kiềm (natri hydroxit, v.v.) hoặc dung dịch trung tính (như nước biển). Nhiệt độ thử nghiệm thường được kiểm soát ở nhiệt độ phòng hoặc phạm vi nhiệt độ sử dụng thực tế, và thời gian thử nghiệm thường là vài tuần đến vài tháng. Ví dụ, đối với xích con lăn được sử dụng trong môi trường hóa chất, chúng được ngâm trong dung dịch H₂SO₄ 3% ở 40°C trong 30 ngày.
Phân tích kết quả: Khả năng chống ăn mòn được đánh giá bằng cách đo các chỉ số như hao hụt khối lượng, thay đổi kích thước và thay đổi tính chất cơ học của mẫu. Tỷ lệ hao hụt khối lượng là một chỉ số quan trọng để đo mức độ ăn mòn. Đối với xích con lăn bằng thép không gỉ, tỷ lệ hao hụt khối lượng sau 30 ngày thử nghiệm ngâm phải nhỏ hơn 0,5%. Đối với xích con lăn bằng thép hợp kim, tỷ lệ hao hụt khối lượng phải nhỏ hơn 0,2% sau khi xử lý bề mặt. Ngoài ra, sự thay đổi về tính chất cơ học như độ bền kéo và độ cứng của mẫu cũng cần được kiểm tra để đảm bảo rằng nó vẫn đáp ứng được yêu cầu sử dụng trong môi trường ăn mòn.
4. Thử nghiệm treo tại chỗ
Thử nghiệm treo tại chỗ nhằm mục đích trực tiếp đưa mẫu xích con lăn vào môi trường sử dụng thực tế và đánh giá khả năng chống ăn mòn bằng cách quan sát sự ăn mòn của nó trong thời gian dài.
Bố trí thí nghiệm: Chọn một môi trường sử dụng thực tế tiêu biểu, chẳng hạn như xưởng hóa chất, giàn khoan ngoài khơi, nhà máy chế biến thực phẩm, v.v., và treo hoặc cố định mẫu xích con lăn trên thiết bị ở một khoảng cách nhất định. Thời gian thử nghiệm thường là vài tháng đến vài năm để đảm bảo quan sát đầy đủ hành vi ăn mòn của mẫu trong môi trường thực tế.
Ghi nhận và phân tích kết quả: Quan sát và kiểm tra mẫu thường xuyên, ghi lại thông tin như ăn mòn bề mặt và hình thái sản phẩm ăn mòn. Ví dụ, trong môi trường xưởng hóa chất, sau 1 năm thử nghiệm treo, không có dấu hiệu ăn mòn rõ ràng trên bề mặt xích con lăn mạ niken, trong khi một lượng nhỏ vết rỗ có thể xuất hiện trên bề mặt xích con lăn mạ kẽm. Bằng cách so sánh sự ăn mòn của các mẫu vật liệu và quy trình xử lý khác nhau trong môi trường thực tế, khả năng chống ăn mòn của chúng có thể được đánh giá chính xác hơn, cung cấp cơ sở quan trọng cho việc lựa chọn vật liệu và thiết kế sản phẩm.

5. Tóm tắt
Đảm bảo khả năng chống ăn mòn của nguyên liệu thô cấu tạo nên xích con lăn là một dự án mang tính hệ thống, bao gồm nhiều khâu như lựa chọn vật liệu, xử lý bề mặt, quy trình xử lý nhiệt và kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt. Bằng cách lựa chọn các vật liệu thép phù hợp có khả năng chống ăn mòn cao, chẳng hạn như thép không gỉ và thép hợp kim, và kết hợp với các quy trình xử lý bề mặt như mạ kẽm và mạ niken, khả năng chống ăn mòn của xích con lăn có thể được cải thiện đáng kể. Quá trình tôi và ram trong xử lý nhiệt tiếp tục nâng cao hiệu suất tổng thể của thép bằng cách tối ưu hóa các thông số tôi và ram, giúp thép có khả năng chống ăn mòn và tính chất cơ học tốt hơn trong môi trường phức tạp.
Về mặt kiểm tra chất lượng, việc áp dụng các phương pháp thử nghiệm khác nhau như thử nghiệm phun muối, thử nghiệm điện hóa, thử nghiệm ngâm và thử nghiệm treo tại chỗ cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá toàn diện khả năng chống ăn mòn của nguyên liệu sản xuất xích con lăn. Các phương pháp thử nghiệm này có thể mô phỏng các môi trường sử dụng thực tế khác nhau và phát hiện chính xác hành vi ăn mòn và sự thay đổi hiệu suất của vật liệu trong các điều kiện khác nhau, từ đó đảm bảo độ tin cậy và độ bền của sản phẩm trong các ứng dụng thực tế.
Nhìn chung, thông qua việc tối ưu hóa đồng bộ các khâu nêu trên, khả năng chống ăn mòn của nguyên vật liệu xích con lăn có thể được cải thiện hiệu quả, tuổi thọ sử dụng được kéo dài và đáp ứng được các yêu cầu sử dụng trong các môi trường công nghiệp khác nhau.