Le roulement en céramique pour les environnements chimiquement agressifs peut constituer une alternative valable, évitant ainsi la corrosion. Les roulements en céramique, en plus d’être plus résistants à la corrosion, sont également utilisés dans tous les secteurs où l’on exige des roulements céramiques à grande vitesse ou à haute température.
Un aspect important à évaluer attentivement lorsque des machines ou des installations opèrent dans des environnements chimiquement agressifs est la corrosion qui se produit sur les composants mécaniques. Dans ces environnements, les roulements peuvent être en contact direct avec des fluides, gaz ou vapeurs hautement agressifs, tels que, par exemple, l’eau salée, l’eau chlorée, le brouillard salin, la vapeur d’eau, les vapeurs d’acides ou de bases, les liquides acides ou basiques. La corrosion peut survenir très rapidement, compromettant ainsi le fonctionnement de la machine ou de l’installation.
Il est devenu une bonne pratique de conception de protéger les pièces en contact avec ces éléments agressifs à l’aide de joints adaptés (tant en termes de forme que de matériau), ou d’enfermer les pièces mécaniques sensibles dans des enveloppes de protection, ou encore de remplacer l’acier standard par des aciers ou métaux résistants à la corrosion (dans le cas des roulements, on peut utiliser des aciers inoxydables à la place de l’acier standard 100Cr6).
Chacune de ces solutions présente toutefois des inconvénients qui doivent être soigneusement évalués. Par exemple, si l’on choisit de protéger les composants mécaniques en les enfermant dans un enveloppe étanche, s’ajoutent aux éventuelles difficultés de réalisation des augmentations de coûts, des difficultés d’entretien ainsi que de potentielles problématiques de fonctionnement (si l’on prend un moteur électrique et qu’on le ferme dans un enveloppe sans ventilation, sa température atteindra rapidement une valeur inacceptable). Si, au contraire, comme dans le cas des roulements, on choisit d’utiliser des roulements en acier inoxydable plutôt que des roulements en acier standard, il faut accepter une réduction des performances en contrepartie d’une augmentation des coûts.
Il faut en effet se rappeler que les aciers inoxydables utilisables pour fabriquer des roulements peuvent être de deux types:
- Martensitiques comme l’AISI 420 et l’AISI 440
- Austénitiques comme l’AISI 304 ou l’AISI 316
La différence fondamentale entre les deux aciers est que les martensitiques peuvent être trempés, obtenant une dureté des pistes et des corps roulants de 52 – 55 HRC, tandis que les austénitiques ne peuvent pas être trempés et, par conséquent, leur dureté est très faible, n’atteignant pas 20 HRC. Cela implique que les roulements en acier inoxydable ne permettent pas d’obtenir la même capacité de charge que les roulements en 100Cr6. En particulier, on observe ce qui suit:
- Capacité de charge AISI 304/316 ≈ 7-8% capacité de charge 100Cr6
- Capacité de charge AISI 420 ≈ 70% capacité de charge 100Cr6
- Capacité de charge AISI 440 ≈ 80% capacité de charge 100Cr6
Du point de vue de la résistance à la corrosion, les inox austénitiques sont supérieurs aux martensitiques grâce à un pourcentage de Cr plus élevé et à la présence simultanée de Ni.
En résumé:
- le remplacement des roulements en 100Cr6 par des roulements en acier inoxydable AISI 304/316 permet d’obtenir une excellente résistance à la corrosion mais une très faible capacité de charge ;
- le remplacement des roulements en 100Cr6 par des roulements en acier inoxydable AISI 420/440 permet d’obtenir une bonne résistance à la corrosion avec une réduction de la capacité de charge de 20-30%.
En plus des évaluations sur la capacité de charge et la résistance à la corrosion, il est nécessaire de considérer les problématiques liées à la lubrification. Même pour les roulements en acier inoxydable, en effet, la lubrification et donc le choix du lubrifiant approprié ainsi que le respect des instructions de maintenance, sont fondamentaux pour un fonctionnement correct.
Aujourd’hui existe une solution alternative et plus efficace aux difficultés soulignées jusqu’ici : le roulement entièrement céramique.
Les aspects fondamentaux qui rendent le roulement entièrement céramique extrêmement efficace dans les environnements chimiquement agressifs sont:
- Les matériaux céramiques utilisés dans les roulements sont chimiquement inertes, c’est-à-dire qu’ils ne se corrodent pas. Ils peuvent également être efficacement employés pour réaliser des roulements à frottement glissant.
- La capacité de charge des roulements entièrement céramiques peut être considérée comme égale à celle des roulements en 100Cr6.
- La lubrification dans les roulements entièrement céramiques n’est pas aussi importante que dans les roulements en 100Cr6 ; les entièrement céramiques peuvent fonctionner même sans lubrification ou en utilisant le même liquide dans lequel ils sont immergés comme lubrifiant (par exemple, de l’eau ou des acides).
- Les cages et joints éventuels peuvent être réalisés avec des matériaux plastiques tout aussi résistants à l’attaque chimique.
- En cas de présence de joints, ceux-ci peuvent être de type non à frottement glissant, améliorant encore davantage la fluidité du roulement.
- La conception de la machine ou de l’installation peut être simplifiée car il n’est pas nécessaire de prévoir des protections étanches pour les roulements.
