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REVESTIMENTOS PARA MELHORAR O DESEMPENHO DO ROLAMENTO

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Os revestimentos maximizam a vida útil e o desempenho dos rolamentos e roletes. Eles podem satisfazer uma variedade de condições operacionais e requisitos de desempenho da aplicação. Atualmente, a SKF oferece mais de 35 revestimentos especializados distintos.

Hoje em dia há uma expectativa de que um rolamento dure mais se três condições operacionais forem atendidas: 1) o estresse aplicado fique abaixo de um determinado valor; 2) a lubrificação seja adequada; e 3) não exista contaminação. É claro que, em alguns casos, uma aplicação pode estar longe do ideal, e problemas inesperados podem aparecer, aumentando os custos de operação e manutenção.

Diferentes estratégias foram desenvolvidas para melhorar a vida útil e o desempenho de um rolamento quando condições não ideais estão presentes. Um deles é o uso de revestimentos, que podem transmitir uma grande variedade de características, incluindo:

  • resistência ao desgaste
  • atrito aumentado ou reduzido
  • resistência à corrosão
  • propriedades de operação de deslizamento e de emergência
  • melhor lubrificação ou redução da necessidade de lubrificação durante períodos de operação
  • melhores propriedades umectantes de lubrificantes
  • isolamento elétrico
  • barreira de hidrogênio
  • prevenção de corrosão por atrito
  • melhoria da aparência estética.

Vantagens dos revestimentos para rolamentos

O revestimento de um substrato de aço de rolamento padrão com materiais que possuem as funções desejadas pode melhorar significativamente o desempenho de todo o rolamento. Os rolamentos revestidos também podem ser usados para cobrir a distância entre o aço de rolamento padrão e os rolamentos híbridos cerâmicos. Para algumas aplicações, os elementos de rolagem cerâmicos são uma boa solução, mas cara e, em alguns casos, não disponíveis comercialmente. Nestes casos, o funcionamento dos rolamentos padrão pode ser levado ao nível certo aplicando revestimentos.

Alguns revestimentos são depositados em camadas muito finas, o que proporciona uma vantagem importante. O uso de revestimentos de apenas alguns mícrons de espessura permite o uso de rolamentos padrão retirados da linha de produção sem os custos de alterar as configurações de produção de usinagem.

Visão geral das tecnologias de revestimento

A SKF utiliza diferentes tecnologias de revestimentos para rolamentos conforme revisado analisado na figura 1. Eles podem ser divididos em três categorias principais:

  1. Processos de estado gasoso, onde o material de revestimento passa por uma fase gasosa ou de vapor antes de se depositar na superfície. Estes incluem processos de deposição a vácuo, como deposição de vapor físico (PVD) e deposição de vapor químico assistido por plasma (PACVD).
  2. Processos de estado solúvel, onde o material de revestimento está presente em uma fase líquida antes de ser depositado como um sólido na superfície. Os métodos podem ser divididos nas categorias de deposição química (por exemplo, deposição eletroquímica, conversão química, reações químicas homogêneas e imersão e pulverização líquida), e deposições eletroquímicas, como a deposição galvânica de um revestimento metálico em um eletrodo por um processo de eletrólise.
  3. Processos de estado fundível, onde o material de revestimento é derretido ou semiderretido (amaciado) antes de ser depositado como um sólido na superfície através do uso de uma fonte de alta energia. Os métodos são divididos em deposição de pulverização (cobrindo uma ampla gama de técnicas em que o material é aquecido rapidamente em um meio gasoso quente e simultaneamente projetado em alta velocidade em uma superfície para produzir um revestimento) e tecnologia de revestimento a laser.
Visão geral das tecnologias de revestimento da SKF e alguns exemplos.
Visão geral das tecnologias de revestimento da SKF e alguns exemplos.

Mundo dos revestimentos para rolamentos da SKF

A SKF possui um portfólio com mais de 35 diferentes revestimentos de última geração que podem ser usados em um amplo número de aplicações ou diferentes partes de seus rolamentos. Todos os revestimentos foram otimizados para as demandas específicas dos rolamentos e são baseados em especificações precisas e um rigoroso controle de qualidade. Eles são produzidos em instalações de revestimento de alto nível que muitas vezes vão muito além dos padrões habituais de revestimento e de equipamento e fornecem o máximo em qualidade, confiabilidade e repetibilidade.

“ALGUNS REVESTIMENTOS SÃO DEPOSITADOS EM CAMADAS MUITO FINAS, O QUE PROPORCIONA UMA VANTAGEM IMPORTANTE. “

Neste artigo discutiremos alguns dos revestimentos da SKF mais usados. A lista completa, juntamente com suas propriedades físicas e tribológicas, e todas as aplicações, foi publicada recentemente no catálogo online de revestimentos da SKF.

Rolamentos

No caso dos rolamentos, a figura 2 lista os 12 revestimentos principais que fornecem cinco funções principais para aplicações de elementos rolantes de rolamento, que incluem desgaste anti-deslizamento para gaiolas, isolamento elétrico, corrosão anti-atrito, anti-corrosão e anti-desgaste nas trilhas.

Diferentes tipos de revestimentos em componentes de rolamento.
Diferentes tipos de revestimentos em componentes de rolamento.
a. Anti-desgaste nas pistas

Óxido Preto: Este é um tratamento superficial feito por uma reação química na superfície do aço de rolamento. Todos os componentes da superfície de rolamento são revestidos. As peças estão imersas em diferentes soluções alcalinas de sal aquoso que operam a temperaturas na faixa de 140-150o C. A reação entre o ferro da liga de aço e os reagentes produz uma camada preta de cerca de 1 μm de espessura, consistindo em uma mistura bem definida de FeO, Fe2O3 e Fe3O4. O revestimento oferece muitas vantagens, como minimizar o desgaste deslizante e o desgaste adesivo. Ele também melhora a rotação, promovendo uma superfície muito lisa, tendo, portanto, uma fricção estável final menor do que em rolamentos não revestidos. Outra vantagem é o aumento da adesão do óleo à superfície, resultando em uma proteção de corrosão leve. O óxido preto também é uma barreira contra o hidrogênio, protegendo o aço subjacente. Além disso, a camada aumenta a resistência contra microperfurações, manchas, fragmentação, trastes e a formação de rachaduras superficiais e fadiga prematura. Finalmente, a camada protege a superfície contra aditivos de pressão extrema (EP) prejudiciais que são frequentemente usados em lubrificantes de turbinas eólicas.

NoWear®: A SKF foi a primeira empresa de rolamento no mundo a usar revestimentos à base de carbono nos rolamentos. Todos os componentes da superfície de rolamento podem ser revestidos, mas os melhores resultados são obtidos pelo revestimento apenas dos rolos. As peças são introduzidas em uma câmara de vácuo onde um método PACVD é usado, com produtos químicos e reações físicas na presença de um plasma produzindo uma mistura de vapor de carbono + metal que é condensado na peça a temperaturas abaixo de 180o C. O revestimento amorfo cinza escuro resultante, que tem cerca de 3 μm de espessura com rigidez moderada e atrito muito baixo mesmo em estado seco, é otimizado para uso em pistas de rolamento sob altas pressões de contato. O NoWear®, patenteado em 1999, reduz a adesão, mancha, fadiga superficial e microperfuração e garante um desgaste muito baixo em situações de lubrificação escassas. Além disso, o revestimento multicamadas projetado contém uma camada superior especial para melhorar a adesão e uma camada grafítica superior para melhor funcionamento em operação.

MoS2+Ti: É uma camada amorfa de bissulfeto de molibdénio (MoS2) adicionada com titânio (Ti) de cerca de 1-3 μm de espessura, com rigidez similar ao NoWear®, mas especialmente projetada para ter muito baixo atrito e alta resistência ao desgaste em salas de ambientes limpos, secos, e à vácuo. As peças são introduzidas em uma câmara de vácuo onde um método PVD é usado, com reações físicas na presença de um plasma produzindo um vapor que é condensado na peça a temperaturas abaixo de 180o C.

b. Anticorrosão

Zn e ZnNi: o Zinco e a liga de zinco-níquel são camadas na faixa de 1 a 15 μm de espessura, depositadas por métodos eletrolíticos e posteriormente passivadas para proteção aprimorada. Eles são normalmente usados em aplicações não-trilhadas. Para fins anticorrosão, embora o zinco tenha sido a abordagem tradicional, a liga com níquel superou algumas das desvantagens de um revestimento de zinco puro, como sua baixa rigidez. Além de suas propriedades anticorrosão, o zinco proporciona alta fricção que pode ser usado para uma função antiderrapante ou anti-atrito em superfícies externas para suportar diâmetros externos, diâmetros internos ou as aberturas dos alojamentos do rolamento.

NiP: A liga de níquel-fósforo prateada com espessura na faixa de 10-50 μm é depositada por um método de eletroquímico autocatalítico. Existem três variantes, com diferentes quantidades de concentrações fosforosas entre 6 % e 14 %. O aumento do fósforo melhora a propriedade anticorrosiva, mas é prejudicial à rigidez e à resistência ao desgaste. Normalmente utilizado em aplicações não-trilhadas onde uma combinação de propriedades anti-corrosão e anti-desgaste é necessária, este revestimento também poderia ser usado em pistas com espessuras abaixo de 3 μm.

TDC (cromo denso fino): É uma camada de cromo policristalino prateada na faixa de 2-5 μm de espessura. O revestimento é feito por eletrólise com um eletrólito ácido cromo. O processo é ainda mais catalisado com, por exemplo, dicromato de potássio para formar uma fina camada de cromo com uma estrutura nodular. As camadas TDC podem ser aplicadas em pistas de rolamento e superfícies externas. Além da boa resistência à corrosão, o revestimento tem alta rigidez, baixo atrito e alta resistência ao desgaste.

c. Corrosão anti-atrito

PTFE: Esse é um revestimento de polímero de 10 a 20 μm de espessura. O pó de politetrafluoroetileno (PTFE) é pulverizado na superfície com aplicação atomizada ou eletrostática, e a camada é formada através de um processo de sinterização térmica. O revestimento tem excelentes propriedades deslizantes, atrito muito baixo, e sem propriedades de solavancos. Ele fornece rolamentos com propriedades anti-atrito fortes e permanentes em diâmetros internos ou em diâmetros externos de anéis de rolamento.

d. Isolamento elétrico

INSOCOAT®: Esta é uma camada isolante elétrica de óxido de alumínio de cerca de 100-300 μm de espessura aplicada por um processo de pulverização atmosférica de plasma. As partículas de Al2O3 derretidas são pulverizadas no substrato de aço, e a estrutura porosa é posteriormente selada. Uma etapa adicional de moagem de acabamento ajuda a fornecer dimensões corretas de rolamento. O revestimento é aplicado tanto nas superfícies externas do anel externo do rolamento quanto na cavidade da superfície interna do anel interno. As principais vantagens do INSOCOAT® estão relacionadas ao isolamento elétrico impedindo a passagem da corrente elétrica através do rolamento que causa erosão das superfícies rolantes.

e. Desgaste anti-deslizamento para gaiolas

Ag: as camadas de prata (Ag) com espessuras na faixa de 2-4 μm são depositadas por métodos galvânicos, geralmente com uma camada inferior de cobre para aumentar sua adesão. É uma camada de metal macio com propriedades de lubrificação secas usadas em altas temperaturas e em ambientes de vácuo. Possui excelente condutividade elétrica e boa proteção contra corrosão de produtos químicos (ácido e alcalino moderado). É usado principalmente para revestimento de gaiolas de aço e, em casos raros, anéis e rolos para certas aplicações exigentes, como lubrificação a seco em aplicações de vácuo, alimentício e aeroespacial.

TiN: Os revestimentos de nitreto de titânio (TiN) são camadas douradas com espessuras na faixa de 1-5 μm. As peças são introduzidas em uma câmara de vácuo onde um método PVD é usado, com reações físicas na presença de um plasma de nitrogênio produzindo um vapor que é atomizado a partir de uma mira de titânio e condensado na peça a temperaturas abaixo de 180o C. Eles são usados como revestimentos para rolamentos, resistentes ao desgaste para gaiolas na presença de lubrificantes, e cartuchos revestidos para a indústria alimentícia.

Mancais Lisos

No caso de mancais lisos, a figura 3 lista oito revestimentos principais que fornecem três funções principais para aplicações destes mancais: revestimentos anticorrosão e anti-desgaste para rolamentos com ou sem lubrificação a graxa.

Diferentes tipos de revestimentos em componentes de roletes.
Diferentes tipos de revestimentos em componentes de roletes.
a. Anti-desgaste sem lubrificação a graxa

Cr Duro: Esta é uma camada prateada de cromo duro (Cr) na faixa de 3-15 μm de espessura depositada através de um processo de galvanoplastia com eletrólito cromo ácido. O processo termina com limpeza, remoção de cromo hexavalente [Cr(VI)] e preservação do óleo. O revestimento proporciona bom contato deslizante entre componentes do mancal liso, com alta rigidez e alta resistência ao desgaste. A camada de cromo resultante tem microfissuras, o que significa propriedades anticorrosão limitadas em baixa espessura.

CrN: O nitreto de cromo (CrN) é uma camada de cor cinza prateada depositada por PVD com espessuras na faixa de 1-6 μm. As peças são colocadas em uma câmara de vácuo, onde alvos sólidos de cromo puro são bombardeados com um plasma de íons Ar+N que vaporizam o material Cr (processo de pulverização). Os átomos Cr combinam com os N e condensados nas peças mantidas abaixo de 180o C. O resultado é um revestimento duro que funciona bem em aplicações de desgaste deslizante e em alguns ambientes corrosivos. O revestimento também pode ser usado em aplicações de rolamento combinando anéis revestidos de CrN e rolos revestidos NoWear®. O revestimento também é usado como uma camada inferior de outros revestimentos para aumentar o suporte de pressão de contato.

DLC (carbono parecido com diamante): É o nome genérico para um grupo de revestimentos à base de carbono com composições contendo uma mistura de grafite e microestruturas de diamante. Eles podem incluir ou excluir hidrogênio, e a espessura é geralmente entre 2 e 4 μm. As peças a serem revestidas são colocadas em uma câmara de vácuo, onde várias camadas são aplicadas nas superfícies do componente de rolamento pelo processo PVD ou PACVD de acordo com a aplicação. Sua composição influencia as propriedades dos revestimentos. Os revestimentos DLC são projetados para condições de alto desgaste e situações de lubrificação ruins. Eles têm alta resistência ao desgaste deslizante e adesivo, alta capacidade de carga, excelente proteção de abrasão e baixo atrito, e fornecem proteção superficial em condições precárias de lubrificação. Os revestimentos DLC são ideais para mancais lisos, acionamentos com rolamentos lineares, eixos de rolamento, buchas, pinos de acompanhamento de câmera e peças deslizantes em rolamentos (como gaiolas e vedações). O revestimento NoWear® projetado em carbono + metal também pertence a esta família de revestimentos à base de carbono; no entanto, existem algumas diferenças. Os valores de rigidez dos revestimentos DLC para aplicações deslizantes estão na faixa de 18-30 GPa (1800-3000 HV), enquanto os revestimentos NoWear® (usados em aplicações de rolamento) têm valores de rigidez de cerca de 12 GPa (~ 1200 HV).

b. Anti-desgaste com lubrificação a graxa

MnPh: O fosfato de manganês (MnPh) é uma camada cinza escura com espessura na faixa de 2 a 15 μm. O revestimento é feito por uma reação química, e todas as superfícies da peça são geralmente revestidas. As peças estão imersas em um fluido de fosfato de manganês, e o ferro na peça reage com os cátions de manganês e ânions fosfato no fluido. O revestimento tem propriedades anti-desgaste e anti-atrito, melhorando significativamente a resistência ao espalhamento e a microperfuração. Também protege sob condições de baixo kappa e baixa lubrificação e tem uma melhor adesão ao óleo. Além disso, o MnPh possui boa proteção contra corrosão (em condições lubrificadas) e apresenta propriedades de isolamento elétrico.

c. Anticorrosão

NiP+Cr híbrido: Esta é uma camada prateada dupla de níquel-fosforoso e cromo com uma espessura na faixa de 10-30 μm. O processo completo de revestimento consiste em duas partes separadas. A superfície é coberta primeiro com NiP eletroquímico para melhorar a proteção contra corrosão e dar resistência química, e então uma camada de cromo duro é adicionada por deposição eletrolítica que fornece resistência mecânica.

Revestimentos para rolamentos: o caminho para sustentabilidade

A sustentabilidade na área de rolamentos inclui aspectos como conservação de energia e de recursos, minimização de resíduos, melhoria da eficiência de processos e uso de materiais renováveis. Como líder global em tecnologia, a SKF vê a transformação técnica atual como uma responsabilidade e uma grande oportunidade. Reutilizar materiais industriais e componentes como óleo e rolamentos é um bom começo. As ofertas – desde selos e rolamentos únicos até componentes e sistemas industriais importantes – podem ajudar, por exemplo, a desenvolver soluções automotivas leves de baixo atrito e que possam reduzir as emissões de CO2. Outra abordagem sustentável é aproveitar as tecnologias de revestimento, que em algumas aplicações reduzem o atrito (e, portanto, reduzem o consumo de energia) e prolongam a vida útil (diminuindo assim o consumo de novas matérias-primas).

Observações finais

O uso de revestimentos em aplicações de rolamento está ganhando interesse. Ao selecionar materiais e arquiteturas de revestimento, é possível adaptar propriedades físicas, mecânicas e tribológicas únicas para satisfazer as crescentes demandas tecnológicas. Em especial, os revestimentos da SKF foram cuidadosamente analisados para fornecer as propriedades ideais; os processos são, em alguns casos, ajustados acima das normas DIN e ISO de acordo com as diferentes aplicações.

Este artigo se concentrou em explicar brevemente alguns dos diferentes tipos de revestimentos da SKF para elucidar sobre terminologia, aspectos técnicos e design de revestimento. Mais informações podem ser encontradas em nosso Catálogo de Revestimentos da SKF.

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