Łożyska ceramiczne do środowisk chemicznie agresywnych może być dobrą alternatywą, unikając w ten sposób korozji. Łożyska ceramiczne, poza większą odpornością na korozję, są również stosowane we wszystkich tych sektorach, gdzie wymagane są łożyska ceramiczne o wysokiej prędkości lub wysokiej temperaturze.
Ważnym aspektem, który należy dokładnie ocenić, gdy maszyny lub instalacje działają w środowiskach chemicznie agresywnych, jest korozja występująca w komponentach mechanicznych. W tych środowiskach łożyska mogą mieć bezpośredni kontakt z płynami, gazami lub parami wysoce agresywnymi, takimi jak na przykład woda słona, woda chlorowana, mgła solna, para wodna, pary kwasów lub zasad, kwasy lub zasady płynne. Korozja może wystąpić bardzo szybko, zagrażając w ten sposób funkcjonalności maszyny lub instalacji.
Stało się dobrą praktyką projektową chronić części stylowe z takimi agresywnymi elementami, stosując odpowiednie uszczelki (zarówno pod względem kształtu, jak i materiału) lub umieszczając wrażliwe części mechaniczne w obudowach ochronnych, albo zastępując zwykłą stal stalami lub metalami odpornymi na korozję (w przypadku łożysk można stosować stal nierdzewną zamiast standardowej stali 100Cr6).
Każde z tych rozwiązań ma jednak swoje wady, które należy dokładnie ocenić. Na przykład, jeśli zdecydujemy się chronić komponenty mechaniczne, umieszczając je w szczelnej obudowie, do ewentualnych trudności w realizacji dochodzą zwiększone koszty, trudności w konserwacji oraz możliwe problemy z działaniem (jeśli weźmiemy silnik elektryczny i zamkniemy go w obudowie bez wentylacji, w krótkim czasie jego temperatura osiągnie niedopuszczalną wartość). Jeśli natomiast, jak w przypadku łożysk, zdecydujemy się na łożyska ze stali nierdzewnej zamiast standardowych łożysk stalowych, musimy zaakceptować spadek wydajności przy jednoczesnym wzroście kosztów. Należy pamiętać, że stal nierdzewna wykorzystywana do produkcji łożysk może być dwóch typów:
- Martensytyczne, takie jak AISI 420 i AISI 440
- Austenityczne, takie jak AISI 304 lub AISI 316
Fundamentalna różnica między tymi dwoma stalami polega na tym, że martensytyczne mogą być hartowane, osiągając twardość bieżni i elementów tocznych na poziomie 52–55 HRC, podczas gdy austenityczne nie mogą być hartowane i dlatego ich twardość jest bardzo niska, nie przekraczając 20 HRC. To oznacza, że łożyska ze stali nierdzewnej nie pozwalają na osiągnięcie takiej samej nośności jak łożyska z 100Cr6. W szczególności obowiązuje następujące:
- Nośność AISI 304/316 ≈ 7-8% nośności 100Cr6
- Nośność AISI 420 ≈ 70% nośności 100Cr6
- Nośność AISI 440 ≈ 80% nośności 100Cr6
Z punktu widzenia odporności na korozję, stal nierdzewna austenityczna jest lepsza od martensytycznej dzięki wyższej zawartości Cr oraz jednoczesnej obecności Ni.
Podsumowując:
- wymiana łożysk 100Cr6 z łożyskami ze stali nierdzewnej AISI 304/316 pozwala uzyskać doskonałą odporność na korozję, ale bardzo niską nośność;
- wymiana łożysk 100Cr6 z łożyskami ze stali nierdzewnej AISI 420/440 pozwala uzyskać dobrą odporność na korozję przy jednoczesnym zmniejszeniu nośności o 20-30%.
Oprócz oceny nośności i odporności na korozję należy uwzględnić również kwestie związane ze smarowaniem. Nawet w przypadku łożysk ze stali nierdzewnej smarowanie, a więc wybór odpowiedniego środka smarnego oraz przestrzeganie zaleceń dotyczących konserwacji, są kluczowe dla ich prawidłowego działania.
Obecnie jednak istnieje alternatywne i bardziej skuteczne rozwiązanie dla dotychczas przedstawionych problemów: całkowicie ceramiczne łożysko.
Kluczowe aspekty, które sprawiają, że całkowicie ceramiczne łożysko jest wyjątkowo efektywne w chemicznie agresywnych środowiskach, to:
- Materiały ceramiczne stosowane w łożyskach są chemicznie obojętne, czyli nie ulegają korozji. Mogą być również skutecznie wykorzystywane do produkcji łożysk ślizgowych.
- Nośność całkowicie ceramicznych łożysk można uznać za równoważną z tą, jaką mają łożyska wykonane ze stali 100Cr6.
- Smarowanie w przypadku całkowicie ceramicznych łożysk nie jest tak istotne jak w łożyskach stalowych 100Cr6; łożyska te mogą pracować nawet bez smarowania, wykorzystując jako środek smarny ciecz, w której są zanurzone (np. wodę lub kwasy).
- Potencjalne koszyki i uszczelnienia mogą być wykonane z tworzyw sztucznych równie odpornych na działanie chemiczne.
- Jeśli zastosowane są uszczelnienia, mogą mieć konstrukcję bezstykową, co dodatkowo zwiększa płynność ruchu łożyska.
- Projektowanie maszyny lub instalacji można uprościć, ponieważ nie ma potrzeby stosowania szczelnych zabezpieczeń dla łożysk.
