電機軸承銹蝕分析及解決方法
2016-02-14
1 引言
廣東省的一些較大型風扇電機生產廠發生了這樣的情況，一批電機總成在出廠前試運轉時未發生異常現象，經出廠檢驗達到合格標準，包裝出廠。產品有的運到省外，有的甚至出口到中東，但客商收貨檢測時，卻發現電機轉動噪聲異常增大，拆開電機后發現電機軸承嚴重銹蝕，除內徑、端面有銹蝕外，主要銹蝕位置在鋼球與滾道的接觸處，雖然銹蝕程序各有不同，但影響了電機的正常運轉，客商因此而退貨。這樣的事故不僅影響了電機廠的聲譽，也妨礙了電機廠正常業務的開展。
電機生產廠家認為是軸承廠生產的軸承質量和防銹處理方面有問題，他們找到我們軸承產品質量檢驗站，要求檢驗軸承的質量，并協助他們解決電機軸承生銹的問題。
2 電機軸承樣本銹蝕事故特征
通過對幾家電機生產廠生產工藝、生產環境、所采用的絕緣漆的成分、潤滑脂成分、裝配工藝、包裝材料、倉庫保管及有關電機配件和軸承生產廠的生產及銷售情況進行的了解和現場調查，發現銹蝕事故有以下特征：
(1)主要發生在通風扇、冷風扇電機等家用電器及辦公室機械上，這些機械所使用電機的功率大都在數瓦到數百瓦，而且基本上是全封閉型小型電機。
(2)成品試運轉時未發現異常的單個電機裝配后包裝，在保管幾個月后使用時會發生噪聲增大現象。把電機拆開后，發現噪聲是由于軸承內部產生的銹蝕引起的。
(3)電機軸承發生銹蝕是在制造過程中或在倉庫存放期間，正好是溫度較高、濕度較大的每年的3、4月份。
(4)電機廠所需軸承一般是從軸承廠直接進貨，電機廠買回由軸承廠經過防銹處理的軸承，自行注入潤滑脂，再安裝在電機轉子上。軸承用的潤滑脂大多是在鋰基油里加添加劑，使用溶劑型漆易發生漆銹事故。
(5)軸承內部有時比外部銹蝕還嚴重，這種銹蝕與潤滑脂種類和相對濕度有關，酯油系潤滑脂在中濕度(70％RH)，涂敷潤滑脂的部位易生銹；如果是水份引起的銹蝕，在沒有涂敷潤滑脂的軸承外表面容易生銹。
(6)潤滑脂帶有特殊的漆臭味，因為潤滑脂發生了變質。
(7)軸承的銹蝕具有明顯的方向性，即面向電機轉子一側的軸承側面多發生銹蝕，在軸承內部，靠近轉子一側的滾道表面和保持架多發生銹蝕。
3 電機軸承銹蝕分析
3.1 銹蝕原理
產生電機軸承生銹的原因很復雜，可能是軸承防銹處理不好，也可能是水份引起的銹蝕，以及由漆霧引起的銹蝕。它與絕緣漆的種類、軸承預填潤滑脂、電機漆的處理方法和電機的保管環境等有著密切的關系。通過對這批銹蝕電機軸承的樣本進行檢驗分析，判定電機軸承的銹蝕是由電機內部的定子線包絕緣漆揮發出的腐蝕性酸成分與濕氣一起被潤滑脂吸收，致使潤滑脂變質失效而造成的，尤其在鋼球與滾道接觸位置，銹蝕更為嚴重。
大多數電機廠采用的絕緣漆揮發出來的酸成分主要有四種：
①未發生反應的低分子漆原料酸成分(無水異鄰及對苯二甲酸，無水順丁烯二酸，反式丁烯二酸)。
②漆固化時生成的酸成分(用酚醛變性漆時，由甲醛水變成甲酸)。
③受熱或氧化分解生成的低級脂肪酸(甲酸、乙酸)。
④漆固化物水分解后生成的酸成分。絕緣漆產生的主要酸成分是甲酸，甲酸的發生量與銹蝕發生程度之間有密切的關系。潤滑脂吸附了漆中揮發出來的酸性成分，引起潤滑脂變質，并且這種酸性成分又促進油脂的水解，結果使酸性成分的濃度增大，引起軸承銹蝕。
潤滑脂的工作原理，是利用油脂層將鋼球與內外滾道分開，利用油脂的粘度特性，依附在鋼球和滾道表面，分隔著鋼球與內外滾道的金屬界面，減少金屬表面的磨損并保護金屬免受空氣和水份腐蝕，降低振動及噪聲，使軸承能暢順的轉動。但潤滑脂變質后，粘度會改變，油膜破穿，潤滑脂的分隔功能和附著特性便會消失，這樣產生的后果，一是使得絕緣漆產生的酸性成分直接氧化金屬表面，引起軸承銹蝕。二是造成鋼球與內外滾道直接觸碰，旋轉時發生磨損，從而引起噪聲增大。
3.2 銹蝕的操作因素
(1)電機廠使用的絕緣漆是1032三聚氰醇酸浸漬絕緣漆，這類漆是由油改性醇酸樹脂與丁醇改性三聚氰胺樹脂及有機溶劑配制而成。因含有有機溶劑成分，在使用不當時，軸承比較容易生銹。
(2)線圈浸漆后未經充分加熱干燥，漆中含有酸成分的氧化性氣體逐漸釋放侵入軸承內部，尤其在相對濕度為70％～90％時，會導致潤滑脂變質，軸承生銹。
(3)線圈浸漆工藝文件上規定干燥溫度為120～130℃，工作時間為180min，在實際操作中，如干燥溫度低于130℃，工作時間少于180min，含酸成分的氧化性氣體不會徹底揮發出來。
4 解決方法
要防止漆銹，必須首先提高軸承本身的防銹能力。軸承的材料一般是軸承鋼，防銹處理的方法一般采用在軸承內部涂敷防銹油，經過防銹處理后的軸承，由電機廠自行加入潤滑脂。但如果防銹油涂的太厚，會導致潤滑性能下降。雖然注意改進潤滑脂的防銹性能，有一定的效果，但最有效的方法還是改變漆的成分。
由于漆會產生有害的酸性氣體，當然會引起軸承生銹，具體解決方法為：
(1)盡量使用無溶劑漆。
(2)如有可能，選用不含氧化成分的浸漬漆，如環氧尿烷(Epoxy-urethane)基或未變性環氧(Epoxy-)基浸漬漆。
(3)使用三聚氰醇酸浸漬漆時，應調整固化溫度和固化時間，固化溫度以略高于130℃(如135℃)和固化時間大于180min為宜，且必須嚴格執行工藝，尤其在高溫潮濕季節，因為從防銹的觀念來看，油漆廠的樣本里規定的漆干燥(固化)時間，并不一定充分，電機有具體的內在形狀。
(4)采用不含揮發性酸的漆。
(5)選擇耐水解性好的漆。
(6)盡量選用礦物油系軸承潤滑脂。
(7)電機廠在自行注入潤滑脂時，為避免空氣中水蒸氣和塵埃進入軸承產生噪聲和可能造成的又一銹蝕因素，潤滑脂容器應是密封的，即使在注脂時也應如此，且注脂量按標準應是一定的，如采用6202軸承時，參考值在0.60～0.80g范圍內，注脂工序應保持清潔，干燥。
(8)選用有微孔的塑料薄膜包裝，使電機啟用前有一定透氣。用塑料薄膜密封包裝時，漆氣會留在軸承內，水份會結露，應設法避免。
(9)潤滑脂在電機蓋噴粉或噴漆后固化時的高溫影響下可能會變質。
(10)與軸承生產廠家協商，在軸承生產時，使用更有效的防銹劑。
(11)為徹底解決漆銹，可以考慮由電機生產廠、軸承生產廠及油漆生產單位共同商討，綜合各方面的能力，以解決軸承的銹蝕。
5 結語
我們已經提供了這些分析結論給電機生產廠家，他們對我們的分析表示認可，并已在生產和工藝方面進行了改進，取得了較好的效果。【中華軸承網】
廣東省的一些較大型風扇電機生產廠發生了這樣的情況，一批電機總成在出廠前試運轉時未發生異常現象，經出廠檢驗達到合格標準，包裝出廠。產品有的運到省外，有的甚至出口到中東，但客商收貨檢測時，卻發現電機轉動噪聲異常增大，拆開電機后發現電機軸承嚴重銹蝕，除內徑、端面有銹蝕外，主要銹蝕位置在鋼球與滾道的接觸處，雖然銹蝕程序各有不同，但影響了電機的正常運轉，客商因此而退貨。這樣的事故不僅影響了電機廠的聲譽，也妨礙了電機廠正常業務的開展。
電機生產廠家認為是軸承廠生產的軸承質量和防銹處理方面有問題，他們找到我們軸承產品質量檢驗站，要求檢驗軸承的質量，并協助他們解決電機軸承生銹的問題。
2 電機軸承樣本銹蝕事故特征
通過對幾家電機生產廠生產工藝、生產環境、所采用的絕緣漆的成分、潤滑脂成分、裝配工藝、包裝材料、倉庫保管及有關電機配件和軸承生產廠的生產及銷售情況進行的了解和現場調查，發現銹蝕事故有以下特征：
(1)主要發生在通風扇、冷風扇電機等家用電器及辦公室機械上，這些機械所使用電機的功率大都在數瓦到數百瓦，而且基本上是全封閉型小型電機。
(2)成品試運轉時未發現異常的單個電機裝配后包裝，在保管幾個月后使用時會發生噪聲增大現象。把電機拆開后，發現噪聲是由于軸承內部產生的銹蝕引起的。
(3)電機軸承發生銹蝕是在制造過程中或在倉庫存放期間，正好是溫度較高、濕度較大的每年的3、4月份。
(4)電機廠所需軸承一般是從軸承廠直接進貨，電機廠買回由軸承廠經過防銹處理的軸承，自行注入潤滑脂，再安裝在電機轉子上。軸承用的潤滑脂大多是在鋰基油里加添加劑，使用溶劑型漆易發生漆銹事故。
(5)軸承內部有時比外部銹蝕還嚴重，這種銹蝕與潤滑脂種類和相對濕度有關，酯油系潤滑脂在中濕度(70％RH)，涂敷潤滑脂的部位易生銹；如果是水份引起的銹蝕，在沒有涂敷潤滑脂的軸承外表面容易生銹。
(6)潤滑脂帶有特殊的漆臭味，因為潤滑脂發生了變質。
(7)軸承的銹蝕具有明顯的方向性，即面向電機轉子一側的軸承側面多發生銹蝕，在軸承內部，靠近轉子一側的滾道表面和保持架多發生銹蝕。
3 電機軸承銹蝕分析
3.1 銹蝕原理
產生電機軸承生銹的原因很復雜，可能是軸承防銹處理不好，也可能是水份引起的銹蝕，以及由漆霧引起的銹蝕。它與絕緣漆的種類、軸承預填潤滑脂、電機漆的處理方法和電機的保管環境等有著密切的關系。通過對這批銹蝕電機軸承的樣本進行檢驗分析，判定電機軸承的銹蝕是由電機內部的定子線包絕緣漆揮發出的腐蝕性酸成分與濕氣一起被潤滑脂吸收，致使潤滑脂變質失效而造成的，尤其在鋼球與滾道接觸位置，銹蝕更為嚴重。
大多數電機廠采用的絕緣漆揮發出來的酸成分主要有四種：
①未發生反應的低分子漆原料酸成分(無水異鄰及對苯二甲酸，無水順丁烯二酸，反式丁烯二酸)。
②漆固化時生成的酸成分(用酚醛變性漆時，由甲醛水變成甲酸)。
③受熱或氧化分解生成的低級脂肪酸(甲酸、乙酸)。
④漆固化物水分解后生成的酸成分。絕緣漆產生的主要酸成分是甲酸，甲酸的發生量與銹蝕發生程度之間有密切的關系。潤滑脂吸附了漆中揮發出來的酸性成分，引起潤滑脂變質，并且這種酸性成分又促進油脂的水解，結果使酸性成分的濃度增大，引起軸承銹蝕。
潤滑脂的工作原理，是利用油脂層將鋼球與內外滾道分開，利用油脂的粘度特性，依附在鋼球和滾道表面，分隔著鋼球與內外滾道的金屬界面，減少金屬表面的磨損并保護金屬免受空氣和水份腐蝕，降低振動及噪聲，使軸承能暢順的轉動。但潤滑脂變質后，粘度會改變，油膜破穿，潤滑脂的分隔功能和附著特性便會消失，這樣產生的后果，一是使得絕緣漆產生的酸性成分直接氧化金屬表面，引起軸承銹蝕。二是造成鋼球與內外滾道直接觸碰，旋轉時發生磨損，從而引起噪聲增大。
3.2 銹蝕的操作因素
(1)電機廠使用的絕緣漆是1032三聚氰醇酸浸漬絕緣漆，這類漆是由油改性醇酸樹脂與丁醇改性三聚氰胺樹脂及有機溶劑配制而成。因含有有機溶劑成分，在使用不當時，軸承比較容易生銹。
(2)線圈浸漆后未經充分加熱干燥，漆中含有酸成分的氧化性氣體逐漸釋放侵入軸承內部，尤其在相對濕度為70％～90％時，會導致潤滑脂變質，軸承生銹。
(3)線圈浸漆工藝文件上規定干燥溫度為120～130℃，工作時間為180min，在實際操作中，如干燥溫度低于130℃，工作時間少于180min，含酸成分的氧化性氣體不會徹底揮發出來。
4 解決方法
要防止漆銹，必須首先提高軸承本身的防銹能力。軸承的材料一般是軸承鋼，防銹處理的方法一般采用在軸承內部涂敷防銹油，經過防銹處理后的軸承，由電機廠自行加入潤滑脂。但如果防銹油涂的太厚，會導致潤滑性能下降。雖然注意改進潤滑脂的防銹性能，有一定的效果，但最有效的方法還是改變漆的成分。
由于漆會產生有害的酸性氣體，當然會引起軸承生銹，具體解決方法為：
(1)盡量使用無溶劑漆。
(2)如有可能，選用不含氧化成分的浸漬漆，如環氧尿烷(Epoxy-urethane)基或未變性環氧(Epoxy-)基浸漬漆。
(3)使用三聚氰醇酸浸漬漆時，應調整固化溫度和固化時間，固化溫度以略高于130℃(如135℃)和固化時間大于180min為宜，且必須嚴格執行工藝，尤其在高溫潮濕季節，因為從防銹的觀念來看，油漆廠的樣本里規定的漆干燥(固化)時間，并不一定充分，電機有具體的內在形狀。
(4)采用不含揮發性酸的漆。
(5)選擇耐水解性好的漆。
(6)盡量選用礦物油系軸承潤滑脂。
(7)電機廠在自行注入潤滑脂時，為避免空氣中水蒸氣和塵埃進入軸承產生噪聲和可能造成的又一銹蝕因素，潤滑脂容器應是密封的，即使在注脂時也應如此，且注脂量按標準應是一定的，如采用6202軸承時，參考值在0.60～0.80g范圍內，注脂工序應保持清潔，干燥。
(8)選用有微孔的塑料薄膜包裝，使電機啟用前有一定透氣。用塑料薄膜密封包裝時，漆氣會留在軸承內，水份會結露，應設法避免。
(9)潤滑脂在電機蓋噴粉或噴漆后固化時的高溫影響下可能會變質。
(10)與軸承生產廠家協商，在軸承生產時，使用更有效的防銹劑。
(11)為徹底解決漆銹，可以考慮由電機生產廠、軸承生產廠及油漆生產單位共同商討，綜合各方面的能力，以解決軸承的銹蝕。
5 結語
我們已經提供了這些分析結論給電機生產廠家，他們對我們的分析表示認可，并已在生產和工藝方面進行了改進，取得了較好的效果。【中華軸承網】