一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法技术

一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，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91wt%的Ni和9wt%的Al组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层由复配原料喷涂而成，复配原料由混配粉末和混配粉末质量0.3%的醋酸纤维素粘结剂混合制成，混配粉末包括95

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法
[0001]本专利技术涉及风力发电机绝缘轴承
，具体地说是一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]风力发电作为一项可再生的绿色环保新型能源，在能源形势日趋紧张和保护环境需求日益迫切的情况下，受到各国广泛重视。据统计，1996年至今，全世界风电装机以接近每年30%的速度进行增长。截止到2020年，世界上通过风力发电进行装机的容量累计达到12亿kW，平均每年可发电3万亿kW
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h，基本达到全球用电总需求量的12%左右。风电行业的迅速崛起，使与之相应的风电设备也得到了快速发展。然而，风电设备常年服役于野外，使用环境恶劣，常会出现风吹、沙打、雨淋、腐蚀等多种极端环境，同时会出现复杂交变的应力和各种冲击载荷，这就对风电设备的性能提出了严峻的挑战。
[0003]轴承作为风电设备中的关键零部件，它的质量性能和技术水平一定程度上决定了整个风电系统的运行状态和产能效率。然而，风电轴承处于风电设备中的薄弱部位，往往是风电机组的主要故障点之一，成为了制约我国风电行业发展的软肋。根据目前风场的实际生产情况来看，风电发电机轴承失效的表现主要有两种形式：一种是保持架破裂导致的轴承失效；另一种是电腐蚀（即电蚀）导致的轴承失效。
[0004]对于风力发电机组，通常由于电机内部磁通不平衡，会在定子机壳、驱动端轴承、轴及非驱动端轴承之间的回路内形成感应电压和电流。当轴电压积累到一定数值并大于轴承润滑油膜的击穿电压时，它们就会在轴承中产生电弧，沿着与电机轴承之间阻抗最小的路径放电。特别是在轴承内部滚道与滚动体形成金属性接触瞬间，轴电流可达上百安培，导致轴承滚道产生小的麻点和凹坑（即发生电蚀），使得轴承发生振动和剧烈的温升变化，造成轴承发生电腐蚀失效。
[0005]为了解决风力电机轴承使役过程中的电蚀问题，通常情况下会对轴承的内外圈或滚动体进行绝缘，切断轴承内部的导电通路，从而有效避免电机轴承因电蚀损伤导致的失效。其中，采用喷涂方法在轴承内、外套圈外表面制备一种高绝缘性的陶瓷涂层，是最常见且应用最广泛的一种绝缘方式。该工艺制备的绝缘轴承不仅具有良好的绝缘性和耐磨耐腐蚀性，而且具有较好的尺寸稳定性，应用范围较广。然而，由于等离子喷涂涂层的受影响因素众多，该类型绝缘轴承产品并不成熟。与国外高端绝缘轴承产品相比较，国内该类型绝缘轴承产品的陶瓷涂层结合力差、致密度低、绝缘性差、受环境温度和湿度影响大。因此，开展风力发电机绝缘轴承陶瓷材料的研发和制备研究，具有十分重要的经济意义和战略意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的技术目的是：通过涂层材料的选择和喷涂加工工艺的改进，制备一种与轴承基体结合强度高、韧性强、不易剥落，致密度高，温度适应范围宽，且成本低廉的高性能复合陶瓷涂层，使风力发电机绝缘轴承在拥有优良机械性能的基础上能够抵抗轴电流的侵蚀，且具有更高的绝缘性能，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
燥工作环境。
[0007]本专利技术为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，该复合陶瓷涂层加工于环状绝缘轴承的内圆周表面和外圆周表面，所述的复合陶瓷涂层包括从内到外依次附着于绝缘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50~100μm，该金属过渡层由91wt%的Ni和9wt%的Al组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层的厚度为100~300μm，该陶瓷绝缘层由复配原料喷涂而成，所述的复配原料由混配粉末和混配粉末质量0.3%的醋酸纤维素粘结剂混合制成，混配粉末包括95
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99wt%的α
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Al2O3、0.2
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2.5wt%的TiO2和0.2
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2.5wt%的CeO2，高分子封闭层的厚度不超过50μm，该高分子封闭层的原料为醇酸树脂改性有机硅浸渍漆和稀释剂。
[0008]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绝缘轴承的表面。
[0009]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Ni
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9Al金属线材。
[0010]优选的，所述混配粉末的粒径为1.0
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5.0μm，且混配粉末中α
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Al2O3、TiO2和CeO2的纯度均不低于99.95%。
[0011]优选的，所述陶瓷绝缘层的复配原料经冷冻干燥造粒后，再进行喷涂。
[0012]优选的，所述高分子封闭层的原料中醇酸树脂改性有机硅浸渍漆与稀释剂之间的体积比为4:1。
[0013]一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层的制备方法，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Ni
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9Al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50~100μm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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99wt%的α
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Al2O3、0.2
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2.5wt%的TiO2和0.2
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2.5wt%的CeO2进行混合，制得混配粉末，之后，向所得混配粉末中加入其重量0.3%的醋酸纤维素粘结剂，充分混匀后得到复配原料，对该复配原料进行冷冻干燥造粒处理，制得的颗粒状物料，采用大气等离子喷涂机，以制得的颗粒状物料为原料，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100~300μm的陶瓷绝缘层；步骤五、分别取醇酸树脂改性有机硅浸渍漆和稀释剂进行混合，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50μm，制得表面具有复合陶瓷涂层的轴承套圈，备用；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、采用超声波探伤仪对步骤七制得的轴承套圈进行表面复合陶瓷涂层的探伤检查，以确保复合陶瓷涂层无界面开裂、内部层状裂纹和未封闭空洞缺陷；步骤九、按照轴承装配标准程序，对步骤八完成探伤检查的轴承套圈进行配件装配，并对制得的成品轴承依次进行质量检验和包装处理，即得成品电机绝缘轴承。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，该复合陶瓷涂层加工于环状绝缘轴承的内圆周表面和外圆周表面，其特征在于：所述的复合陶瓷涂层包括从内到外依次附着于绝缘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50~100μm，该金属过渡层由91wt%的Ni和9wt%的Al组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层的厚度为100~300μm，该陶瓷绝缘层由复配原料喷涂而成，所述的复配原料由混配粉末和混配粉末质量0.3%的醋酸纤维素粘结剂混合制成，混配粉末包括95
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99wt%的α
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Al2O3、0.2
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2.5wt%的TiO2和0.2
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2.5wt%的CeO2，高分子封闭层的厚度不超过50μm，该高分子封闭层的原料为醇酸树脂改性有机硅浸渍漆和稀释剂。2.根据权利要求1所述的一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，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绝缘轴承的表面。3.根据权利要求1所述的一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，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Ni
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9Al金属线材。4.根据权利要求1所述的一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，其特征在于：所述混配粉末的粒径为1.0
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5.0μm，且混配粉末中α
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Al2O3、TiO2和CeO2的纯度均不低于99.95%。5.根据权利要求1所述的一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，其特征在于：所述陶瓷绝缘层的复配原料经冷冻干燥造粒后，再进行喷涂。6.根据权利要求1所述的一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，其特征在于：所述高分子封闭层的原料中醇酸树脂改性有机硅浸渍漆与稀释剂之间的体积比为4:1。7.根据权利要求1所述的一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层的制备方法，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Ni
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9Al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50~100μm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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99wt%的α
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Al2O3、0.2
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2.5wt%的TiO2和0.2
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2.5wt%的CeO2进行混合，制得混配粉末，之后，向所得混配粉末中加入其重量0....

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