本發(fā)明涉及一種防腐蝕的層系統(tǒng)和一種防腐蝕的軸承組件。此外，本發(fā)明涉及一種用于保護(hù)軸承組件免受腐蝕的方法。

背景技術(shù)：

軸承有時(shí)會(huì)暴露于腐蝕性的環(huán)境條件。這對于例如安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)的但出于建造原因或出于成本原因未安裝在例如防止受天氣影響的殼體內(nèi)的軸承來說的確如此。對于直接安裝在海岸上或甚至海上的風(fēng)力渦輪機(jī)的情況是特別成問題的。在這種情況下，軸承可能會(huì)與高腐蝕性的鹽水或與鹽水霧接觸。

為了防止腐蝕，軸承可以設(shè)置有涂層。通常使用基于環(huán)氧樹脂的漆料作為防腐蝕涂層?？蛇x擇地，可以通過熱鋅噴涂，即鋅火焰噴涂或鋅等離子噴涂來產(chǎn)生涂層。

為了確?？煽康姆栏g，必要的是涂層牢固地粘附于基材。為此，預(yù)先處理基材通常是先決條件。用于實(shí)現(xiàn)涂層的良好粘附的已知方法是使待涂覆表面粗糙化。在許多情況下，通過待涂覆表面的噴砂處理來實(shí)現(xiàn)粗糙化。為此，磨料顆粒(例如，金剛砂顆粒)被推動(dòng)抵靠待涂覆表面。然而，軸承組件的噴砂處理需承擔(dān)以下風(fēng)險(xiǎn)：殘留的磨料顆粒將會(huì)損壞運(yùn)行期間的軸承，和/或從軸承組件盡可能完全地去除磨料顆粒涉及非常高的費(fèi)用。由于松散的顆粒到處聚集，因此甚至功能表面的覆蓋面在去除覆蓋時(shí)會(huì)導(dǎo)致再污染。對于鋅噴涂也是一樣，磨料顆粒以不與表面結(jié)合的金屬顆粒的形式發(fā)展。

從DE 102012212688B3獲知一種保護(hù)軸承組件免受腐蝕的方法，該方法無需通過使用磨料顆粒預(yù)處理待保護(hù)表面來操控。在該已知的方法中，涂布了添加有鋅的基于聚氨酯的第一漆料的多個(gè)連續(xù)的基層。將添加有云母氧化鐵的基于聚氨酯的第二漆料的頂層涂布于剛涂布的基層。

從DE 102012212688B3獲知的方法提供了良好的防腐蝕并且同時(shí)避免了與使用磨料顆粒相關(guān)的軸承后續(xù)損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

然而，有時(shí)需要比能用已知方法實(shí)現(xiàn)的防腐蝕甚至更好的防腐蝕。例如，對于海洋環(huán)境下的風(fēng)力渦輪機(jī)的軸承，在一些情況下要求長達(dá)25年的無故障運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的目的在于特別是對于軸承組件實(shí)現(xiàn)高度有效且經(jīng)濟(jì)的防腐蝕，并且同時(shí)最大可能程度地避免因防腐蝕處理引起的二次損壞。

本目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征組合來實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的防腐蝕的層系統(tǒng)包括基層、中間層、頂層和密封層?；鶎影郯滨?、鋅和乙烯基膦酸或硅烷。中間層形成在基層上并包含聚氨酯和鋅。頂層形成在中間層上并包含聚氨酯和云母氧化鐵。密封層形成在頂層上并包含聚氨酯。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：其確保了高度有效的防腐蝕并且能夠以合理的費(fèi)用實(shí)現(xiàn)。即使在極其腐蝕性的環(huán)境條件下，本發(fā)明的層系統(tǒng)也能夠提供長期可靠的防腐蝕。

特別地，基層可以包含三甲氧基硅烷。

基層、中間層、頂層和密封層均可以形成為以聚氨酯為它們共同的基礎(chǔ)成分。從而能夠以特別可靠的方式避免因漆料組分?jǐn)U散到相應(yīng)的鄰接層中而可能出現(xiàn)的脆裂和可能導(dǎo)致層抬升和散裂的應(yīng)力。

此外，基層、中間層、頂層和密封層可以彼此之間形成為至少有一種成分不相同。

中間層和/或頂層可以由多個(gè)分層形成。這具有以下優(yōu)點(diǎn)：改善了涂布中間層或頂層期間的固化。另外，減弱了孔滲透性，并且減小了可能在極端情況下導(dǎo)致分層的內(nèi)應(yīng)力。此外，交聯(lián)所需的水蒸氣可以更容易地向內(nèi)擴(kuò)散并且反應(yīng)副產(chǎn)物和氣體可以更容易地向外擴(kuò)散。

密封層可以包括至多10％體積含量的顏料或其它顆粒。特別地，密封層可以基本上由聚氨酯粘合劑構(gòu)成。由于最低可能含量的顆粒，因此密封層可以被形成為特別平滑的并具有高的擴(kuò)散不滲透性。

此外，密封層可以被形成為是疏水性的。

層系統(tǒng)可以具有至少300μm的總厚度。特別地，層系統(tǒng)可以具有至少400μm的總厚度。此外，層系統(tǒng)可以具有最大600μm的總厚度。

本發(fā)明還涉及一種軸承組件，其具有包括防腐蝕的層系統(tǒng)的表面區(qū)域。

優(yōu)選地，表面區(qū)域未噴砂。從而可以減少制造費(fèi)用并且可以降低由軸承組件制造的軸承被磨料顆粒損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

軸承組件可以形成為軸承圈，特別形成為特別是滾動(dòng)體軸承或滑動(dòng)軸承的內(nèi)圈或外圈。

另外，本發(fā)明涉及一種軸承，其具有本發(fā)明的軸承組件。該軸承可以形成為大型軸承。特別地，該軸承可以形成為風(fēng)力渦輪機(jī)的組件。

此外，本發(fā)明涉及一種保護(hù)軸承組件免受腐蝕的方法。在本發(fā)明的方法中，將添加有鋅和乙烯基膦酸或硅烷的基于聚氨酯的第一漆料涂布于軸承組件的表面區(qū)域以形成基層。隨后，將添加有鋅的基于聚氨酯的第二漆料涂布到基層上以形成中間層。之后，將添加有云母氧化鐵的基于聚氨酯的第三漆料涂布到中間層上以形成頂層。最后，將基于聚氨酯的第四漆料涂布到頂層上以形成密封層。

可以使用漆輥來涂布或可以噴涂第一漆料、第二漆料、第三漆料和第四漆料。

可以將用于形成中間層的第二漆料和/或用于形成頂層的第三漆料涂布為多個(gè)分層。

可以使用反應(yīng)性交聯(lián)的單組分漆料作為所述第一漆料、所述第二漆料、所述第三漆料和所述第四漆料。這里，反應(yīng)性交聯(lián)的漆料被理解成是以下漆料：第一反應(yīng)組分被包含在漆料中且第二反應(yīng)組分能夠在漆料涂布的環(huán)境中得到。因而術(shù)語“單組分漆料”是關(guān)于漆料中包含的組分?jǐn)?shù)來選擇的，而不是關(guān)于參與反應(yīng)的組分的總數(shù)而選擇的。這種漆料可以不費(fèi)力地被處理并且沒有混合錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。第二反應(yīng)組分可以是例如水蒸氣。

可以使用濕固化漆料作為第一漆料、第二漆料、第三漆料和第四漆料。這具有以下優(yōu)點(diǎn)：可以由已知的濕度非常容易地估計(jì)固化過程的進(jìn)度。

可以使用輥來涂布所述第一漆料和/或所述第二漆料和/或所述第三漆料和/或所述第四漆料。

附圖說明

以下將參照附圖中繪出的示例性實(shí)施方式來解釋本發(fā)明。

附圖標(biāo)記

1 軸承組件

2 表面區(qū)域

3 基層

4 中間層

5 頂層

6 密封層

具體實(shí)施方式

圖1示出了涂覆的軸承組件1的示例性實(shí)施方式的示意圖。該圖被極大簡化并且不是按比例的，并僅示出軸承組件1的截面。軸承部件1可以是例如滾動(dòng)體軸承或滑動(dòng)軸承的軸承圈等。特別地，軸承組件1形成為風(fēng)力渦輪機(jī)或其它大型機(jī)械的大型軸承的組件。軸承組件1可以由鋼制成，特別是由滾動(dòng)體軸承鋼制成。

基層3涂布于軸承組件1的表面區(qū)域2。表面區(qū)域2可以在軸承組件1的除了圖中未繪出的滾道和滑道以外的整個(gè)表面上延伸，或者僅在軸承組件1的部分區(qū)域上延伸?；鶎?包含聚氨酯、鋅和乙烯基膦酸。

在乙烯基膦酸的替代方案中，基層3可以包含硅烷，特別是三甲氧基硅烷。乙烯基膦酸和硅烷用作粘附促進(jìn)劑或粘附增強(qiáng)劑。硅烷形成例如聚氨酯之類的有機(jī)聚合物與例如鋼之類的無機(jī)基材之間的分子橋。乙烯基膦酸將其自身附著于無機(jī)表面(例如鋼之類的)，從而提供了例如聚氨酯之類的有機(jī)聚合物的更好結(jié)合。總體來說，基層3可以包含20％體積至40％體積的粘合劑。這里和以下顯示的量分別指的是固化層。鋅含量可以是例如大約60％體積至90％體積。其它顆粒添加劑至多以少的量被包含在基層3內(nèi)。優(yōu)選地，基層3不包含其它顆粒添加劑。

基層3可以具有50μm的厚度。層厚度的優(yōu)選范圍在40μm與80μm之間。如果層厚度選擇過小，則粘附促進(jìn)不充分。

中間層4布置在基層3上。中間層4包含聚氨酯和鋅?？梢栽谥虚g層4中使用與基層3相同的聚氨酯系統(tǒng)。也可以以類似于或略高于基層3的鋅含量來選擇鋅含量，其中但維持從大約60％體積至90％體積的范圍。隨著鋅含量的增大，則粘合劑含量相應(yīng)地減少。除了鋅之外的其它顆粒添加劑至多以少的量被包含在中間層4內(nèi)。優(yōu)選地，中間層4不包含其它顆粒添加劑。中間層4可以由多個(gè)分層構(gòu)成。在繪出的示例性實(shí)施方式中，中間層4由三個(gè)分層構(gòu)成。各分層可以具有大約40μm至80μm的厚度。因而，在繪出的示例性實(shí)施方式中，得到大約120μm至大約240μm的中間層4的厚度。中間層4的厚度通常為大約195μm。因而中間層4明顯比基層3厚。

頂層5布置在中間層4上。頂層5可以包括聚氨酯和云母氧化鐵?？梢栽陧攲?中使用與基層3相同的聚氨酯系統(tǒng)。云母氧化鐵含量可以為大約60％體積至90％體積。粘合劑含量可以達(dá)到至多40％體積。除了云母氧化鐵之外的其它顆粒添加劑至多以少的量被包含在頂層5內(nèi)。優(yōu)選地，頂層5不包含其它顆粒添加劑。頂層5可以由多個(gè)分層構(gòu)成。在繪出的示例性實(shí)施方式中，頂層5由兩個(gè)分層構(gòu)成。各分層可以具有大約60μm至90μm的厚度。因而，在繪出的示例性實(shí)施方式中，得到大約120μm至大約180μm的頂層5的厚度。頂層5的厚度通常為大約160μm。

由聚氨酯制成的密封層6布置在頂層5上。可以在密封層6中使用與基層3相同的聚氨酯系統(tǒng)。顏料或其它顆粒添加劑也至多以少的量，特別是以共計(jì)小于10％體積的含量存在于密封層6內(nèi)。優(yōu)選地，密封層6不包含顏料或其它顆粒添加劑。因此，粘合劑含量可以達(dá)到100％體積。密封層6可以具有大約30μm至大約70μm，優(yōu)選40μm至60μm的厚度。密封層6的厚度通常為大約50μm。

從以上實(shí)施方式想到，各層特別是在粘合劑含量方面也不同。粘合劑用作粘附劑并確保層的內(nèi)聚力和層對特定基材的粘附。高的粘合劑含量趨于導(dǎo)致高內(nèi)聚力和良好的粘附。低的粘合劑含量趨于導(dǎo)致低內(nèi)聚力和不良的粘附。然而，另一方面，高粘合劑含量僅允許相應(yīng)的低含量的功能顆粒(鋅或云母氧化鐵之類)，使得這些顆粒的性能僅在有限程度上有效或完全無效。

由此相互作用，由于對軸承組件1的良好粘附對于基層3來說是重要的，因此導(dǎo)致基層3的較高的粘合劑含量。中間層4可以具有比基層3低的粘合劑含量，這是由于中間層4涂布于基層，且因此從一開始就獲得了比基層3更有利的粘附條件。因此，中間層4比基層3存在更多的鋅。在頂層5中，充分高含量的云母氧化鐵是重要的，以便形成具有云母氧化鐵片晶的可能最厚的層。因此，頂層5中的粘合劑含量減小。密封層6應(yīng)當(dāng)具有高內(nèi)聚力和高彈性，以便形成可靠的和耐久的保護(hù)。這與高粘合劑含量和至多少含量的添加劑(顏料之類的)相關(guān)，這將會(huì)減弱密封層6的彈性。

圖1中繪出的層系統(tǒng)表現(xiàn)出非常有效的防腐蝕性。因而研磨但未噴砂的表面可以達(dá)到按照“DIN EN ISO 12944-2:2000”的等級“C5MH”。這是對于航空漆料系統(tǒng)來說最難要求的級別，其中標(biāo)記符的各符號具有以下含義：字母C表示其與大氣環(huán)境條件有關(guān)，即，不是與水下和土壤中有關(guān)。數(shù)字5表示最高的大氣腐蝕級別。接下來的字母M表示其與在海洋條件(即，具有高鹽度的沿海和近海區(qū)域)下的最高的大氣腐蝕級別有關(guān)。在該級別，進(jìn)而根據(jù)漆料在特定環(huán)境條件下將經(jīng)受的年數(shù)而細(xì)分為L、M、H。這里字母H表示保護(hù)期大于15年的最高級別(H＝高)。

為了符合該極端要求，漆料系統(tǒng)通常必須被涂布成具有高的厚度。然而，該高的厚度導(dǎo)致粘附損失、脆裂或裂紋形成之類的二次問題。盡管進(jìn)行了噴砂預(yù)處理，但是特別是基層3對金屬基材的連接部常常因高的涂布層厚度和其內(nèi)應(yīng)力而是過應(yīng)變的。然而，過低的層厚度不是充分的擴(kuò)散不滲透性的。

實(shí)現(xiàn)例如C4級別或C5L(2-5年)和最高的級別C5H(>15年)之間存在非常大的要求差別。

本文說明的層系統(tǒng)即使對于研磨但未噴砂的鋼表面也能夠達(dá)到C5-M-H。因而，這是迄今為止不尋常的結(jié)果。

一方面，該結(jié)果歸因于基層3的非常高的粘附效果和應(yīng)力均等化能力。犧牲陽極的中間層4、保護(hù)中間層4的頂層5和密封頂層5的密封層6也對實(shí)現(xiàn)該結(jié)果提供了重要的貢獻(xiàn)。

具體地，本發(fā)明的層系統(tǒng)的極其良好的防腐蝕以以下方式出現(xiàn)：

形成的非常平滑且疏水性的密封層6抵御任何環(huán)境影響并產(chǎn)生擴(kuò)散不滲透性。萬一該屏障被破壞，則頂層5用作進(jìn)一步的屏障。頂層5包括通過重疊板而以盔甲狀方式形成的云母氧化鐵系統(tǒng)，特別地，歸因于云母氧化鐵的高硬度，因此云母氧化鐵系統(tǒng)也是機(jī)械上非常穩(wěn)定的。另外，高的擴(kuò)散不滲透性是通過云母氧化鐵的片晶狀形狀來實(shí)現(xiàn)的，使得幾乎不會(huì)有任何水蒸氣能夠滲透到達(dá)中間層4且尤其是到達(dá)中間層4內(nèi)包含的鋅顆粒。中間層4中的鋅的陽極保護(hù)效應(yīng)僅在這些另外的屏障被破壞之后才開始起作用，即，鋅是在非常后期的階段中甚至唯一能使用的；之前的屏障基于抵御破壞性的環(huán)境影響?；鶎?提供了層系統(tǒng)對軸承組件1的表面的極其良好的粘附并且用于防止分離和剝離。另外，基層3具有高的負(fù)荷能力和彈性。

歸因于各層的特定組成和組合，本發(fā)明的層系統(tǒng)具有相當(dāng)?shù)陀趯?yīng)于高等級的平均水平的總厚度并且即使在部分損壞和機(jī)械或化學(xué)影響的情況下具有高的性能保留。

為了形成圖1繪出的層系統(tǒng)或類似的層系統(tǒng)，可以以以下方式發(fā)生：

清潔表面通常被研磨過的軸承組件1，從而活化其內(nèi)應(yīng)發(fā)生涂覆的表面區(qū)域2。這可以通過例如以下來執(zhí)行：先用變性乙醇然后用丙酮的處理。特別地，應(yīng)當(dāng)發(fā)生活化至表面能超過72mN/m。在活化之前或活化之后，不會(huì)用磨料顆粒來噴砂從而粗糙化軸承部件1。例如，與環(huán)氧樹脂漆料不同，如果適當(dāng)?shù)剡x擇層厚度，具有增大的粘合劑含量的聚氨酯甚至非常良好地粘附于未噴砂的鋼表面。在根據(jù)DIN EN ISO 4624的粘附強(qiáng)度試驗(yàn)中，對研磨、未噴砂的鋼表面的拉開值(pull-off value)通常為17-20MPa，其中在拉開期間在涂層內(nèi)發(fā)生破壞。

基層3通過漆料涂布而形成，例如在活化的表面區(qū)域2上使用漆輥。為此，預(yù)先將基于聚氨酯的單組分漆料與鋅顆粒和乙烯基膦酸或硅烷混合。這種漆料是能夠容易且均勻地涂布、快干、高粘附性、和在化學(xué)和機(jī)械上穩(wěn)定的以及歸因于填料(盡管其彈性)而是最低限度地可壓縮的。由于漆料涂布的厚度相應(yīng)地隨著涂布的漆料層的干燥和固化而降低，因此選擇漆料涂布的厚度為比最終期望的層厚度大大約40％。這也適用于形成下述其它層。

單組分漆料可以具有以下組分：

漆料包含20％體積至40％體積，特別是30％體積的溶劑含量(例如，石腦油)。

在減去溶劑含量之后，剩下的干含量構(gòu)成如下，其中將總的干含量作為百分比的基準(zhǔn)值：

-20-40％體積特別是30％體積的單組分的濕固化的聚氨酯(基于芳香族聚異氰酸酯)

-50-90％體積的鋅

-達(dá)到10％體積的添加劑(固體或液體)；其中，例如0.5-4％體積的硅烷或0.5-4％體積的乙烯基膦酸。

需要添加乙烯基膦酸或硅烷以便充分提高基層3的粘附強(qiáng)度和彈性，使得能夠得到總體上非常強(qiáng)健的層系統(tǒng)。在用漆輥涂布的替代方案中，可以用噴槍來執(zhí)行涂漆。代替單組分漆料的是，可以使用基于聚氨酯的雙組分漆料。這也適用于形成下述其它層。通常地，使用單組分漆料用于所有層或使用雙組分漆料用于所有層。

基層3以單一操作被涂布，且因而僅具有一個(gè)分層。通過交聯(lián)聚氨酯系統(tǒng)的官能端(異氰酸酯)來實(shí)現(xiàn)漆料的固化。

在充分通風(fēng)之后(在充分通風(fēng)期間，在固化反應(yīng)中形成的大部分二氧化碳從基層3散逸)，將中間層4形成在基層3上。進(jìn)而能夠通過漆輥或噴槍來執(zhí)行形成中間層所需的漆料涂布?？梢允褂锰砑佑袖\顆粒的濕固化的、基于聚氨酯的單組分漆料作為漆料?？梢允褂门c用于形成基層3基本上相同的漆料組分。相比之下，可以僅選擇鋅含量略高；但是其還在50-90％體積的范圍內(nèi)。類似于基層3，也可以使用基于聚氨酯的雙組分漆料用于中間層4。

中間層4可以以多次操作來涂布。特別地，中間層4可以由三個(gè)分層形成，其中在每次涂布下一分層之前均確保充分通風(fēng)以便防止氣泡形成。歸因于涂布了多個(gè)分層，因而與以單一操作形成中間層4相比，當(dāng)涂布中間層4時(shí)改善了固化。另外，減弱了孔滲透性，并且減小了可能在極端情況下導(dǎo)致分層的內(nèi)應(yīng)力。這特別歸因于以下事實(shí)：溶劑和在分層固化期間產(chǎn)生的二氧化碳從薄層涂布可以比從厚層涂布更好地散逸。利用基于聚氨酯的單組分漆料，用于交聯(lián)的水蒸氣也可以更容易地向內(nèi)擴(kuò)散。

接下來將頂層5涂布于中間層4的最上層。這里同樣先等待，直到中間層4充分通風(fēng)。將片晶形式的云母氧化鐵而不是鋅混合到為頂層5提供的漆料中。這里可以使用與制造中間層4時(shí)相同的漆料(但沒有鋅)作為用于頂層5的起始材料，即，漆料可以均形成為以聚氨酯為它們共同的基礎(chǔ)成分。這確保了頂層5與中間層4良好的相容性并且避免了可能會(huì)導(dǎo)致頂層5或中間層4損壞的不想要的反應(yīng)。特別地，可以選擇包含云母氧化鐵而不是鋅的類似于基層3的漆料組分。因此，漆料可以包含干含量為60-90％體積的云母氧化鐵?？梢岳美缙彷伝驀姌寔硗坎柬攲?。

以關(guān)于中間層4說明的類似方式(即，形成多個(gè)分層)以多次操作涂布頂層5。特別地，形成兩個(gè)分層，其中在形成第二分層之前確保第一分層充分通風(fēng)。

最后，將密封層6涂布于頂層5，其中這里同樣等待頂層5充分通風(fēng)。也可以通過漆輥或噴槍來執(zhí)行涂布?？梢允褂脻窆袒摹⒒诰郯滨サ膯谓M分漆料作為漆料，其僅含有少含量的顏料或其它顆粒，或者不含有顏料或其它顆粒。

密封層6以一次操作形成，且因而僅包括一個(gè)分層。

在固化了所有層之后，層系統(tǒng)非常有效地且在數(shù)十年的長時(shí)間段內(nèi)保護(hù)軸承組件1免受腐蝕。

如果所有層均基于相同的聚氨酯基礎(chǔ)成分，則能夠以特別可靠的方式避免因漆料組分?jǐn)U散到相應(yīng)的鄰接層中而可能出現(xiàn)的脆裂和可能導(dǎo)致層抬升和散裂的應(yīng)力。