喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层及其制备方法技术

喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，该复合绝缘涂层喷涂于环状滚动轴承内套圈的内圆周表面和外套圈的外圆周表面，包括金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层，金属过渡层由75wt%的Ni、15wt%的Cr、5wt%的Al和5wt%的Y组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层由95

【技术实现步骤摘要】
喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电机绝缘轴承
，具体地说是一种喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，新兴市场的风电发展迅速，在国家政策支持和能源供应紧张的背景下，中国的风电特别是风电设备制造业也迅速崛起，已经成为全球风电最为活跃的市场和风电新能源制造基地。风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广，仅陆地上的风能储量约2.53亿千瓦。近5年来，世界风能市场每年都以40%的速度增长。预计未来20
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25年内，世界风能市场每年将递增25%。随着风电产业近年来的快速发展，目前国内大型风力发电机组制造技术已经趋向成熟，而作为风电机组的核心技术——风力发电机被国外垄断，已经成为了制约风电发展的一大瓶颈，其中风力发电机轴承在使用中经常发生感应轴电流烧蚀，另外海上风力发电机组还承受苛刻的海洋大气腐蚀，成为严重制约风电机组的安全运行和使用寿命的关键因素，亟待解决。该问题的解决对促进我省风电机组制造产业的发展具有重要意义。
[0003]风电机组的高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机发电。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至12500千瓦。风力发电机运行时，转轴两端之间或轴与轴之间产生的电位差叫做轴电压。若轴两端通过发电机机座等构成回路，则在轴电压的作用下产生轴电流。轴电流是轴电压通过发电机、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生，因正常情况下轴电压较低，轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用而扼制轴电流产生；但当轴电压较高，或发电机起动瞬间油膜未稳定形成时，轴电压将使润滑油膜放电击穿形成通路产生轴电流。另外，由于发电机转子装配误差造成漏磁是产生感应轴电流的主要原因。
[0004]预防和防止风力发电机轴承发生轴电流烧蚀的主要措施就是采用电绝缘轴承。绝缘轴承可避免电腐蚀所造成的损害，因此与普通的轴承相比应用在发电机中可保障运行更可靠。而比起其它绝缘方法，如轴或外壳绝缘等，更加符合成本效益和可靠。绝缘轴承的外形尺寸和基本技术特点与非绝缘轴承相同，因此可以百分之百互换，特别适用于维护困难的海上、陆上风力发电机组。
[0005]滚动轴承是机械装备中重要的核心基础件，其性能优劣直接影响着重大装备与主机的质量、性能及可靠性，常常被誉为机械装备中的“心脏”零部件。电流流经轴承时，由于放电作用，会在轴承内外滚道和滚动体表面形成大量直径只有几微米的小坑，使摩擦表面失去光泽甚至熔化。轴承在这种情况下运转，很快就会由于磨损而失效，出现这种情况，除了需要维修之外，还要承担因设备停机所造成的生产损失。虽然，现有技术中有几种已知的方法消除通过轴承的电流，但是并不能使滚动轴承在拥有优良机械性能的基础上具有更高的绝缘性能。电蚀是轴承常见的损伤形式之一，当电流流过轴承时，会对轴承造成损伤，大大缩减轴承寿命，会造成轴承在短短几天，甚至几小时内失效。在轴承内外圈喷涂绝缘材料以防止电流通过，是防止电蚀的有效方法。
[0006]热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热至熔化或半熔化状态，并以一定的速度喷射沉积到经过预处理的基体表面形成涂层的方法，其可以在普通材料的表面上，制造一个特殊的工作表面，使其达到防腐、耐磨、减摩、抗高温、抗氧化、隔热、绝缘、导电等多种功能。因此，如何采用热喷涂技术提供一种电机轴承用高性能绝缘涂层，对于提高滚动轴承的使用寿命来说具有重要的工业应用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术的技术目的是：提供一种适配于普通滚动轴承的，具有结合强度高、韧性强、温度适应范围宽，致密度高等优异性能，能够让电机绝缘轴承在拥有优良机械性能的基础上抵抗轴电流的侵蚀，以满足轴承抗轴电流烧蚀的需求，并且能同时适用于潮湿和干燥、以及高温和低温工作环境的复合绝缘涂层。
[0008]本专利技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，该复合绝缘涂层喷涂于环状滚动轴承内套圈的内圆周表面和外套圈的外圆周表面，所述的复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于滚动轴承表面的金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层，其中，金属过渡层的厚度为0.1
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0.2mm，该金属过渡层由75wt%的Ni、15wt%的Cr、5wt%的Al和5wt%的Y组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层的厚度为0.2
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1mm，该陶瓷绝缘层由95
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99.5wt%的γ
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Al2O3和0.5
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5wt%的CeO2组构成的混配粉末喷涂而成，高分子封闭层的厚度不超过0.05mm，该高分子封闭层的原料为呋喃树脂和磺酸类固化剂。
[0009]优选的，所述的金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层分别通过高速电弧喷涂、大气等离子喷涂和空气雾化喷涂的方式附着于滚动轴承的表面。
[0010]优选的，所述金属过渡层在喷涂时选用的原料为直径为1.6mm或2.0mm的NiCrAlY金属线材。
[0011]优选的，所述的混配粉末中γ
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Al2O3和CeO2的纯度均不低于99.95%。
[0012]优选的，所述高分子封闭层的原料中呋喃树脂和磺酸类固化剂之间的体积比为3:1。
[0013]喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层的制备方法，包括以下步骤：步骤一、采用水基碱性清洗剂，于70
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90℃条件下，对滚动轴承的轴承套圈进行浸渍处理，待轴承套圈表面完成脱脂后，将其转置于80
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120℃的干燥箱内进行烘干处理，制得表面洁净的轴承套圈，备用；步骤二、采用两端带有金属端盖的夹具对轴承套圈的非喷涂区域进行遮蔽保护，之后，对轴承套圈的待喷涂区域进行喷砂处理，得到局部表面粗化的轴承套圈，备用；步骤三、采用高速电弧喷涂机，以NiCrAlY金属线材为原料，对步骤二中已完成局部表面粗化的轴承套圈进行待喷涂区域的高速电弧喷涂处理，制得厚度为0.1
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0.2mm的金属过渡层；步骤四、按照重量百分比，分别称取95
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99.5wt%的γ
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Al2O3和0.5
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5wt%的CeO2进行混合，制得混配粉末，采用大气等离子喷涂机，以制得的混配粉末为原料，在步骤三金属过渡层的表面进行大气等离子喷涂，使金属过渡层的表面形成厚度为0.2
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1mm的陶瓷绝缘层；步骤五、分别取呋喃树脂和磺酸类固化剂进行混合，制成封孔剂，采用雾化喷涂机，以制得的封孔剂为原料，在步骤四陶瓷绝缘层的表面进行空气雾化喷涂，使陶瓷绝缘层
的表面固化形成高分子封闭层；步骤六、采用外圆磨床对步骤五固化形成的高分子封闭层进行表面外圆研磨，使高分子封闭层的厚度不超过0.05mm；步骤七、采用超声波清洗机对步骤六制备完成的轴承套圈进行表面清洗，之后，转置于80
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120℃的干燥箱内进行烘干处理，制得干燥的轴承套圈，备用；步骤八、采用超声波探本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，该复合绝缘涂层喷涂于环状滚动轴承内套圈的内圆周表面和外套圈的外圆周表面，其特征在于：所述的复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于滚动轴承表面的金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层，其中，金属过渡层的厚度为0.1
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0.2mm，该金属过渡层由75wt%的Ni、15wt%的Cr、5wt%的Al和5wt%的Y组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层的厚度为0.2
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1mm，该陶瓷绝缘层由95
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99.5wt%的γ
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Al2O3和0.5
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5wt%的CeO2组构成的混配粉末喷涂而成，高分子封闭层的厚度不超过0.05mm，该高分子封闭层的原料为呋喃树脂和磺酸类固化剂。2.根据权利要求1所述的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，其特征在于：所述的金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层分别通过高速电弧喷涂、大气等离子喷涂和空气雾化喷涂的方式附着于滚动轴承的表面。3.根据权利要求1所述的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，其特征在于：所述金属过渡层在喷涂时选用的原料为直径为1.6mm或2.0mm的NiCrAlY金属线材。4.根据权利要求1所述的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，其特征在于：所述的混配粉末中γ
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Al2O3和CeO2的纯度均不低于99.95%。5.根据权利要求1所述的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，其特征在于：所述高分子封闭层的原料中呋喃树脂和磺酸类固化剂之间的体积比为3:1。6.根据权利要求1所述的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、采用水基碱性清洗剂，于70
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90℃℃条件下，对滚动轴承的轴承套圈进行浸渍处理，待轴承套圈表面完成脱脂后，将其转置于80
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120℃的干燥箱内进行烘干处理，制得表面洁净的轴承套圈，备用；步骤二、采用两端带有金属端盖的夹具对轴承套圈的非喷涂区域进行遮蔽保护，之后，对轴承套圈的待喷涂区域进行喷砂处理，得到局部表面粗化的轴承套圈，备用；步骤三、采用高速电弧喷涂机，以NiCrAlY金属线材为原料，对步骤二中已完成局部表面粗化的轴承套圈进行待喷涂区域的高速电弧喷涂处理，制得厚度为0.1
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0.2mm的金属过渡层；步骤四、按照重量百分比，分别称取95
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99.5wt%的γ
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Al2O3和0.5
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5wt%的CeO2进行混合，制得混配粉末，采用大气等离子喷涂机，以制得的混配粉末为原料，在步骤三金属过渡层的表面进行大气等离子喷涂，使金属过渡层的表面形成厚度为0.2
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1mm的陶瓷绝缘层；步骤五、分别取呋喃树脂和磺酸类固化剂进行混合，制成封孔剂，采用雾化喷涂机，以制得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，张志阳，薛启明，田保红，傅丽华，周孟，刘勇，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：