NL1025088C2 - Wentellager met nikkel-fosforbekleding. - Google Patents

Description

Wentellager met nikkel-fosfoibekleding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een wentellager omvattende ten minste een ring voorzien van een loopbaan en wentelelementen om die loopbaan aan te 5 grijpen, waarbij die ring en loopbaan een kogellagerstaal omvatten, waarbij die ring en/of wentelelementen een nikkelfosforbekleding omvatten.

Een dergelijk wentellager is bekend uit het artikel van Λ. Yoshida, M. Fujii, Tribology International, part 35, no. 12,2002, blz. 837-847.

In dit artikel wordt een werkwijze beschreven voor het verbeteren van de 10 tribologische eigenschappen van machineelementen.

Een vergelijking wordt gemaakt tussen een stroomloos aangebrachte Ni-P legeringsbekleding en een behandeling met zwavel. Aangegeven wordt dat bij het gebruik van Ni-P bij ongeveer 106 wisselingen volume optreedt

Omdat dit bij vele toepassingen van wentellagers onaanvaardbaar is wordt 15 beoogde eigenschappen van dergelijke wentellagers te verbeteren. De lagers worden gebruikt voor compressoren en andere inrichtingen voor het hanteren van olieproducten. Dergelijke olieproducten zoals aardgas kunnen waterstofdisulfide omvatten. Indien een gasveld bijna uitgeput is, kan het percentage waterstofdisulfide aanzienlijk zijn. Gebleken is dat onder dergelijke omstandigheden wentellagers 20 voortijdig falen door de aanwezigheid van waterstofdi-sulfide in olie dat deigelijke lagers smeert Dergelijke lagers kunnen zowel rollenlagers als hoekcontactkogellagers omvatten. Begrepen dient te worden dat de uitvinding niet beperkt is tussen dergelijke lagers en het gebruik daarvan in de olie-industrie. Ook in andere omgevingen is voortijdig falen waarschijnlijk door spanningscorrosie-scheuren waargenomen. Een 25 voorbeeld is met water verontreinigde smering.

Waargenomen is dat twee soorten voortijdig falen plaatsvinden.

Een eerste type falen is aantasting van het oppervlak van het betreffende deel van het lager, dat hetzij een ring hetzij een wentelelement kan zijn. Scheuren worden opgewekt aan het oppervlak en breiden zich uit in het materiaal van het lager. Bij 30 oppervlaktescheuren is een hoog zwavelaandeel gemeten waardoor brosse breuk ontstaat. Vanwege de aanwezigheid van zwavel wordt aangenomen dat dragelijke scheuren ontstaan door aantasting met waterstofdisulfide. Het is een typisch falen door scheuren vanwege spanningscorrosie.

10 2 5 0 8 8 2

Een ander mechanisme dat waargenomen is zijn onder het oppervlak ontstane scheuren, die tot afbreken van het materiaal meer in het bijzonder de loopbaan van de binnenring kan leiden. Het onder het oppervlak ontstaan van scheuren en uitbreiden daarvan is om kernen van mangaansulfide waargenomen. Dit wijst op de aanwezigheid 5 van waterstof vanwege waterstof brosheid.

Vanwege de aanwezigheid van waterstofdisulfide, dat uiteen valt in zwavel en waterstof, zal zwavel enerzijds afgezet worden op het oppervlak van de onderdelen van het wentellager, terwijl anderzijds waterstofatomen diep in het staal kunnen binnendringen met het bij voorkeur initiëren van brosse scheuren op de magnesium-10 sulfideinsluitingen.

Waargenomen is dat de combinatie van aanzienlijke spanning en de aanwezigheid van waterstofdisulfide tot voortijdig falen kan leiden. Het lijkt dat de kooi vervaardigd uit messing of staal van wentellagers niet gevoelig is voor aantasting met waterstofdisulfide omdat de kooi niet zwaar belast is. Normaliter wordt een 15 dergelijke kooi vervaardigd uit messing.

Het is het doel van de uitvinding in wentellageronderdelen te voorzien, die gemakkelijk en verhoudingsgewijs goedkoop te vervaardigen zijn en een verbeterde weerstand tegen falen hebben veroorzaakt door waterstofdisulfide aanwezig tijdens het aanzienlijk belasten van het lager.

20 Volgens de uitvinding wordt dit doel verwezenlijkt doordat de bekleding ten minste 9 gew. % fosfor omvat. Verrassenderwijs is gebleken dat een dergelijke bekleding, indien gebruikt onder dynamische omstandigheden, voldoende weerstand biedt tegen waterstofdisulfide.

Dit is opmerkelijk. Andere bekledingen zijn algemeen bekend in de stand der 25 techniek en gebleken is dat dergelijke bekledingen niet werken. Onder andere zijn onderzoeken gedaan naar zinkbekledingen, zinknikkelbekledingen, chroom en dunne chroombekledingen met hoge dichtheid, bekledingen uit tin, bismuthbekledingen alsmede nikkelbekledingen. Geen van deze bekledingen, die onder statische omstandigheden goed werken, gaf het gewenste resultaat zoals verkregen in 30 onderhavige aanvrage.

Volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding omvat de bekleding ten minste 70 gew.% nikkel en ten minste 3-20 gew.% fosfor. De dikte van de bekleding ligt bij voorkeur tussen 2-30 pm en meer in het bijzonder 10-20 pm en meer in het 1025088 3 bijzonder bij ongeveer 15 μπι. Het kogellagerstaal kan elk staal omvatten maar gebleken is dat indien, afgezien van de aanwezigheid van waterstofdisulfide, een gewoon kogellagerstaal omvattende 1 gew.% C en 1,5 gew.% Cr en overigens Fe voldoende is voor een toepassing, hetzelfde staal eveneens geschikt is voor 5 toepassingen waar een bekleding volgens de uitvinding aangebracht is op de wentellagerelementen.

Echter begrepen dient te worden dat andere gebruikelijke kogellagerstaalsoorten gebruikt kunnen worden zoals gecarburiseerd staal met laag/gemiddeld koolstofpercentage.

10 De lagerring of wentelelementen behandeld volgens de onderhavige uitvinding kunnen gecombineerd worden met wentelelementen voor bijzondere doeleinden, zoals siliciumnitride kogels of rollen, met diamantachtige koolstof beklede kogels of rollen, om de lageropbrengst in bepaalde toepassingen te optimaliseren.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen 15 van een wentellager, omvattende ten minste een ring voorzien van een loopbaan en wentelelementen om die loopbaan aan te grijpen, waarbij die ring en loopbaan een kogellagerstaal omvatten, waarbij die ring en/of wentelelementen bekleed zijn met een nikkelfosforbekleding.

Volgens een voorkeursuitvoering van deze werkwijze worden als uitgangspunt 20 onderdelen van het standaard wentellager vervaardigd uit een standaard kogellagerstaal gebruikt. Na het berekenen van de toename in afmeting vanwege de toekomstige neerslag van een nikkelfosforbekleding, wordt het betreffende onderdeel of onderdelen bewerkt zodat een kleinere afmeting verkregen wordt waarna de bekleding aangebracht wordt Indien een doorhardend kogellagerstaal gebruikt wordt is het bewerken van het 25 betreffende onderdeel niet kritisch voor de eigenschappen van het oppervlak. Voor het bekleden moeten de gebruikelijke stappen uitgevoerd worden om de bekleding zo succesvol mogelijk te maken bijvoorbeeld door het vooraf reinigen.

Volgens een voorkeursuitvoering van de werkwijze wordt de nikkelfosforbekleding door stroomvrije bekleding verkregen, d.w.z. chemische neerslag. Indien 30 delen van een ring bekleed worden, kan deze ring statisch in een bad opgehangen worden. Indien de wentelelementen bekleed moeten worden worden deze bij voorkeur gewenteld in een ton, zodat bekleding vanaf alle zijden mogelijk is waardoor een gelijkmatige laag op het te bekleden voorwerp ontstaat. In het algemeen zijn 1025088 4 werkwijzen voor het voorzien in een nikkelfosforbekleding in de stand der techniek bekend. Toepassingen bekend in de stand der techniek zijn automobiel - en industriële onderdelen zoals onderdelen van een brandstofsysteem en verdere toepassingen. Behalve het vooraf reinigen van het staalmateriaal waarop de bekleding volgens een 5 voorkeursuitvoering afgezet wordt, wordt na afzetting “backing” gebruikt. Verschillende firma’s zowel in Nederland als daarbuiten kunnen nikkelfosfor uit een chemisch bad neerslaan.

Na het bekleden wordt in het algemeen een glad oppervlak verkregen, dat dadelijk geschikt is voor gebruik bij wentellager eigenschappen, hetgeen betekent dat 10 na het bekleden de volgende stap het samenvoegen van de verschillende onderdelen is om een wentellager te verkrijgen.

De uitvinding zal verder verduidelijkt worden aan de hand van een voorbeeld.

Voorbeeld I 15

Ben staal met hoog koolstofpercentage (1 gew.% C) werd in een oplossing ondergedompeld om een nikkelfosforbekleding te verkrijgen. Vanwege hechtings-problemen werden de betreffende onderdelen aan een elektrolytische etsbehandeling onderworpen en een nikkelstrike werd vervolgens gebruikt voor de neerslag van een 20 nikkelfosforbekleding. Gebleken is dat daardoor een verbeterde hechting van de nikkelfosforbekleding ontstond. De bekledingsoplossing omvatte een commerciële nikkelfosforbekleding met 10-14 gew.%, 9-12 gew.% en 3-7 gew.% fosfor. Gebleken is dat een onderdeel dat met een dergelijke bekleding behandeld is de hoogste corrosie-weerstand heeft en aanbevolen wordt voor gebruik in pomphuizingen en stopkranen 25 voor aardgas en omgeving met ruwe aardolie. Na het aanbrengen van de bekleding werd de micro hardheid van de bekledingen in vickers gemeten met een lage belasting van 0,2 kg om enige invloed van het stalen substraat te vermijden. De hardheid was voor normaal gebruik van wentellagers bij ongeveer HV 500-720 voldoende. Een lage fosforaandeel vergroot de hardheid.

30 Een krasproef (kritische hechtbelastingsproef) geeft geen problemen. Hetzelfde geldt voor de meting van de droge glijdende wrijving. Tijdens een wentelende contactvermoeiingsproef, waarbij een beklede staaf door twee draaiende niet beklede stalen schijven belast wordt, weid een maximum contactdruk van 2500 MPa en een 1025088 5 snelheid van 10000 omwentelingen per minuut verwezenlijkt Deze contactdruk is veel hoger dan bij normale toepassing. Na 24 uur beproeving werd geen falen waargenomen. Ook gaf de zoutsproeicorrosieproef geen aanduiding dat falen te verwachten is. De contactspanning van de nikkelfosforbekleding werd berekend met 5 gebruik van de multi-roosterwerkwij ze. Het vormen van afbladderingen bij rollend contact zal waarschijnlijk niet optreden.

Uit de bovenstaande overweging is het duidelijk dat de nikkelfosforbekleding in dynamisch belaste onderdelen van wentellagers gebruikt kan worden waarbij waterstofdisulfide aanwezig is.

10 Na het lezen van de bovenstaande beschrijving zal degene die bekwaam is dadelijk concluderen dat verdere (voor- of na-)behandeling mogelijk is tijdens het bekleden waardoor nog verder verbeterde eigenschappen van wentellager onderdelen ontstaan. Dergelijke verdere stappen liggen binnen het bereik van degene die bekwaam is in de stand der techniek en binnen het bereik van de bijgaande conclusies.

1025088

Claims (11)

1. Wentellager omvattende ten minste een ring voorzien van een loopbaan en wentel-elementen om die loopbaan aan te grijpen, waarbij die ring en 5 loopbaan een kogellagerstaal omvatten, waarbij die ring en/of wentel- elementen een nikkelfosforbekleding omvatten, met het kenmerk, dat de bekleding ten minste 9 gew. % Ph omvat.

2. Wentellager volgens conclusie 1, waarbij die bekleding ten minste 70 gew.% 10 nikkel en 3-20 gew.% fosfor omvat.

3. Wentellager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de bekleding een dikte heeft tussen 2-30 μτη, bij voorkeur tussen 10-20 pm en meer in het bijzonder ongeveer 15 pm. 15

4. Wentellager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het kogellagerstaal ongeveer 1 gew.% C, 1,5 gew.% Cr en overig Fe omvat

5. Wentellager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het 20 buitenoppervlak van de wentelelementen een keramisch materiaal omvat.

6. Wentellager volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij het uitwendige oppervlak van de wentelelementen een bekleding voor lage wrijving omvat. 25

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een wentellager omvattende ten minste een ring voorzien van een loopbaan en wentelelement om die loopbaan aan te grijpen, waarbij die ring en die loopbaan een kogellagerstaal omvat, waarbij die ring en/of wentelelementen met een nikkelfosforbekleding bekleed zijn, 30 met het kenmerk, dat voor het bekleden van die elementen een etslaag aangebracht wordt. to?5oéa

8. Werkwijze volgens conclusie 7, waarbij die ring en/of wentelelement vervaardigd zijn uit een kogellagerstaal en na het harden en mogelijk afwerken onderworpen worden aan een werkingsstap, waarbij ongeveer dezelfde hoeveelheid materiaal verwijderd wordt als neergeslagen wordt 5 tijdens het daarop volgend neerslaan van de nikkelfosforbekleding.

9. Werkwijze volgens conclusie 7 of 8, waarbij die bekleding chemische neerslag omvat.

10. Werkwijze volgens een van de conclusies 7-9, waarbij de wentelelementen bekleed worden en die bekleding het bewegen van die elementen in een bad tijdens het bekleden omvat

11. Wekwijze volgens een van de conclusie 7-10, waarbij na het bekleden de 15 wentelelementen en ring direct samengevoegd worden. 1025088