CN105154807A - 一种中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法，该中温绝缘抗扭矩涂层由打底层(2)和中温绝缘陶瓷涂层(3)复合而成，并且打底层(2)设于金属基底(1)的表面与中温绝缘陶瓷涂层(3)之间；其中，所述中温绝缘陶瓷涂层(3)的厚度为100～200μm；所述打底层(2)的厚度为80～120μm，并且该打底层(2)的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝。该中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法依次包括预处理、打底层涂覆和中温绝缘陶瓷涂层涂覆的步骤。本发明实施例不仅具有优异的中温绝缘性能，而且具有良好的中温抗扭矩能力，能够有效避免陶瓷涂层在扭矩配合时从金属零件表面脱落。

Description

一种中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法
技术领域
本发明涉及中温绝缘涂层技术领域，尤其涉及一种中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法。
背景技术
为了提高金属零件表面的绝缘性能，通常采用在金属零件表面涂覆绝缘涂层的方法，例如：陶瓷涂层就是金属零件表面经常采用的中温绝缘涂层。但是，本申请的发明人发现：现有陶瓷涂层的抗扭矩性能不是很理想，在进行扭矩配合时，金属零件表面的陶瓷涂层会出现脱落，从而使金属零件表面失去绝缘性。
发明内容
为了解决现有陶瓷涂层抗扭矩性能差的问题，本发明提供了一种中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法，不仅具有优异的中温绝缘性能，而且具有良好的中温抗扭矩能力，能够有效避免陶瓷涂层在扭矩配合时从金属零件表面脱落。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种中温绝缘抗扭矩涂层，用于涂覆在金属基底1的表面，由打底层2和中温绝缘陶瓷涂层3复合而成，并且打底层2设于金属基底1的表面与中温绝缘陶瓷涂层3之间；
其中，所述中温绝缘陶瓷涂层3的厚度为100～200μm；所述打底层2的厚度为80～120μm，并且该打底层2的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝。
优选地，所述的中温绝缘陶瓷涂层3的材料为氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钙或氧化钇中的至少一种。
优选地，所述的中温绝缘陶瓷涂层3厚度为120～150μm。
优选地，所述的中温绝缘陶瓷涂层3的表面还设有厚度为10～20μm的封孔层4。
优选地，所述的封孔层4采用E7胶和丙酮加工而成。
一种中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，包括以下步骤：
步骤a、预处理：对金属基底1的表面进行粗糙化处理，粗糙度为3.5～5.5μm；
步骤b、打底层涂覆：采用热喷涂工艺将打底层2的材料喷涂在金属基底1的表面，涂层厚度为80～120μm，喷涂过程温度为120～150℃，喷涂时间为1～3min，从而形成打底层2；其中，所述打底层2的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝；
步骤c、中温绝缘陶瓷涂层涂覆：采用热喷涂工艺将中温绝缘陶瓷涂层3的材料喷涂在打底层2的表面，涂层厚度为100～200μm，喷涂过程温度为100～130℃，喷涂时间为5～10min，从而形成中温绝缘陶瓷涂层3。
优选地，所述的对金属基底1的表面进行粗糙化处理包括：以粒度为15～30目的棕刚玉为砂料，在喷砂气压为0.5～1MPa、喷砂角度为30°～60°、喷砂距离为130～160mm的条件下对金属基底1的表面进行喷砂处理，从而实现对金属基底1表面的粗糙化处理。
优选地，所述的热喷涂工艺为等离子喷涂工艺，等离子喷涂功率为35～70kW，喷涂距离为80～160mm。
优选地，在步骤c之后还包括步骤d、封孔处理：将E7胶或丙酮刷涂在中温绝缘陶瓷涂层3的表面，刷涂10～20遍，并进行烘干处理，烘干温度为80～100℃，烘干时间为2～4小时，形成厚度为10～20μm的封孔层4。
优选地，在步骤a进行前，对金属基底1的表面进行清洁处理；在步骤c结束后，对中温绝缘陶瓷涂层3的表面进行清洁处理；在步骤d结束后，采用甲苯或四氯化碳对封孔层4进行清洗。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的中温绝缘抗扭矩涂层通过在金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间设置起粘结作用的打底层2，并且对打底层2和中温绝缘陶瓷涂层3的厚度进行控制，从而使金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间的结合强度大幅增强，有效避免了中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时从金属基底1的表面脱落，增强了抗扭矩服役寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例所提供的中温绝缘抗扭矩涂层的结构示意图一。
图2为本发明实施例所提供的中温绝缘抗扭矩涂层的结构示意图二。
图3为本发明实施例所提供的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面分别对本发明所提供的中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法进行详细描述。
(一)一种中温绝缘抗扭矩涂层
如图1和图2所示，一种中温绝缘抗扭矩涂层，用于涂覆在金属基底1的表面，由打底层2和中温绝缘陶瓷涂层3复合而成，并且打底层2设于金属基底1的表面与中温绝缘陶瓷涂层3之间；其中，所述中温绝缘陶瓷涂层3的厚度为100～200μm；所述打底层2的厚度为80～120μm，并且该打底层2的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝。
具体地，该中温绝缘抗扭矩涂层的各部分可以包括如下具体实施方案：
(1)所述的金属基底1可以为任意形状的零件(例如：可以为齿轮、轴、活塞销等零件)，可以为任何设备上需要承受扭矩及表面绝缘的零件(例如：可以为蒸汽透平机、压缩机、泵等设备的运动零件)，可以为铸件或表面经过淬火处理的零件(最好是硬度达到洛氏硬度HRC55的零件)。该金属基底1的材质最好为铜、铝或A3钢，这不仅可以保证金属基底1自身具有良好的硬度和抗扭矩强度，而且可以使金属基底1在粗糙化处理及热喷涂工艺中不会遭到破坏。
(2)所述打底层2的厚度为80～120μm，这一厚度的打底层2可以在金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间起到良好的粘结作用，从而大幅提高了金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3的结合强度，使中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时不会从金属基底1的表面脱落，增强了抗扭矩服役寿命。如果打底层2的厚度大于120μm，那么金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3的结合强度反而会有所下降，而且涂覆有该涂层的零件尺寸会大幅增加，从而无法满足精密度高的特殊应用场合；如果打底层2的厚度小于80μm，那打底层2对金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间的粘结作用较弱，从而该中温绝缘抗扭矩涂层的抗扭矩能力会大幅下降，同时现有技术水平也很难将涂层厚度做到小于80μm。
(3)所述的打底层2的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝；与其他材料相比，这三种材料可以在金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间起到良好的粘结作用，从而大幅提高金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3的结合强度，使中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时不会从金属基底1的表面脱落，增强了抗扭矩服役寿命。如果打底层2的材料为镍铬，那么镍铬材料中，镍与铬的质量比最好为80：20，这一比例的镍铬材料对金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间的粘结作用远好于其它镍铬材料；如果打底层2的材料为镍铝，那么镍铝材料中，镍与铝的质量比最好为82：18，这一比例的镍铝材料对金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间的粘结作用远好于其它镍铝材料；如果打底层2的材料为镍铬铝，那么镍铬铝材料中，镍、铬、铝的质量比最好为77：18：5，这一比例的镍铬铝材料对金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间的粘结作用远好于其它镍铬铝材料。
(4)所述中温绝缘陶瓷涂层3的厚度可以为100～200μm，但最好为120～150μm，这一厚度的中温绝缘陶瓷涂层3不仅可以使涂覆有该涂层的零件能够满足精密度高的特殊应用场合，而且能够与打底层2的配合使该中温绝缘抗扭矩涂层的中温抗扭矩能力大幅提高，有效避免了中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时从金属基底1的表面脱落，增强了抗扭矩服役寿命。如果中温绝缘陶瓷涂层3的厚度大于200μm，那么涂覆有该涂层的零件尺寸会大幅增加，从而无法满足精密度高的特殊应用场合；如果中温绝缘陶瓷涂层3的厚度小于100μm，那么该中温绝缘陶瓷涂层3的绝缘能力会大幅下降，而且现有技术水平也很难将中温绝缘陶瓷涂层3的厚度做到小于100μm。
(5)所述中温绝缘陶瓷涂层3的材料为氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钙或氧化钇中的至少一种，这可以保障该中温绝缘陶瓷涂层3具有良好的绝缘性能。中温绝缘陶瓷涂层3的材料最好采用烧结粉碎法、聚合制粉法或机械粉碎法制成粒度在40～70μm的粉末，从而可以提高喷涂效率。
(6)所述中温绝缘陶瓷涂层3的表面最好设有厚度为10～20μm的封孔层4，这一厚度的封孔层4可以减少中温绝缘陶瓷涂层3表面的孔隙，从而有效防止腐蚀性物质通过孔隙接触金属基底1，提高了该中温绝缘抗扭矩涂层整体的绝缘性，也可以通过中温绝缘陶瓷涂层3表面的孔隙渗入到金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间，从而增加了金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3的结合强度，使中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时不会从金属基底1的表面脱落，增强了抗扭矩服役寿命。在实际应用中，所述封孔层4最好采用E7胶和丙酮加工而成，这两种材料不仅与中温绝缘陶瓷涂层3具有良好的结合度，而且封孔效果好。
综上可见，本发明实施例通过在金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间设置起粘结作用的打底层2，并且对打底层2和中温绝缘陶瓷涂层3的厚度作出限定，从而使金属基底1与中温绝缘陶瓷涂层3之间的结合强度大幅增强，避免了中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时从金属基底1的表面脱落，增强了抗扭矩服役寿命。
(二)一种中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法
如图3所示，一种中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，包括以下步骤：
步骤a、预处理：对金属基底1的表面进行粗糙化处理，粗糙度为3.5～5.5μm。
具体地，在步骤a进行前，首先对金属基底1的表面进行清洁处理，然后再进行步骤a的粗糙化处理。所述对金属基底1的表面进行粗糙化处理包括：以粒度为15～30目(最好为20目)的棕刚玉为砂料，在喷砂气压为0.5～1MPa(最好为0.8MPa)、喷砂角度为30°～60°(最好为45°)、喷砂距离为130～160mm(最好为145mm)的条件下对金属基底1的表面进行喷砂处理，从而实现对金属基底1表面的粗糙化处理；这一利用喷砂处理实现粗糙化的过程可以大幅增加金属基底1表面的粗糙度，并且提高打底层2与金属基底1表面之间的粘结性，从而有助于提高该中温绝缘抗扭矩涂层的抗扭矩能力，这能够有效避免中温绝缘陶瓷涂层3在扭矩配合时从金属基底1的表面脱落。
步骤b、打底层涂覆：采用热喷涂工艺将打底层2的材料喷涂在金属基底1的表面，涂层厚度为80～120μm，喷涂过程中温度为120～150℃，喷涂时间为1～3min，从而形成打底层2；其中，所述打底层2的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝。
具体地，步骤b中所述的热喷涂工艺可以采用现有技术中的等离子喷涂工艺、火焰喷涂工艺、爆炸喷涂工艺或超音速喷涂工艺，但最好采用如下的等离子喷涂工艺：等离子喷涂功率为35～70kW，喷涂距离为80～160mm，这一等离子喷涂工艺可以有效提高中温绝缘抗扭矩涂层整体的抗扭矩能力。
步骤c、中温绝缘陶瓷涂层涂覆：采用热喷涂工艺将中温绝缘陶瓷涂层3的材料喷涂在打底层2的表面，涂层厚度为100～200μm，喷涂过程中温度为100～130℃，喷涂时间为5～10min，从而形成中温绝缘陶瓷涂层3，即完成中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆。
具体地，步骤c中所述的热喷涂工艺可以采用现有技术中的等离子喷涂工艺、火焰喷涂工艺、爆炸喷涂工艺或超音速喷涂工艺，但最好采用如下的等离子喷涂工艺：等离子喷涂功率为35～70kW，喷涂距离为80～160mm，这一等离子喷涂工艺可以有效提高中温绝缘抗扭矩涂层整体的抗扭矩能力。在步骤c结束后，对中温绝缘陶瓷涂层3的表面进行清洁处理(例如：对中温绝缘陶瓷涂层3的表面进行清洗、去除边缘的毛刺等)，并可以采用高阻摇表逐一检查，再将电阻太小的剔出，从而就可以使制得的中温绝缘抗扭矩涂层具有良好的绝缘性能。
除了上述步骤外，本发明所提供的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法在步骤c之后还可以包括步骤d、封孔处理：将E7胶或丙酮刷涂在中温绝缘陶瓷涂层3的表面，刷涂5～10遍(最好为8遍)，并进行烘干处理，烘干温度为80～100℃(最好为90℃)，烘干时间为2～4小时(最好为3小时)，形成厚度为10～20μm的封孔层4，即完成带有封孔层4的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆。具体地，在步骤d结束后，采用甲苯或四氯化碳对封孔层4进行清洗，再用药棉擦拭干净，这可以清理表面不平整E7胶。
综上可见，本发明实施例不仅具有优异的中温绝缘性能，而且具有良好的中温抗扭矩能力，能够有效避免陶瓷涂层在扭矩配合时从金属零件表面脱落。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以几具体实施例对本发明实施例所提供的中温绝缘抗扭矩涂层及其涂覆方法进行详细描述。
实施例1
采用上述技术方案中所述的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法对某一洛氏硬度达到HRC55的材质为A3钢的齿轮进行涂层的涂覆，其具体步骤包括：
步骤a＇、预处理：对所述齿轮的表面进行清洁，并以粒度为20目的棕刚玉为砂料，在喷砂气压为0.8MPa、喷砂角度为45°、喷砂距离为145mm的条件下对所述齿轮的表面进行喷砂处理，从而使所述齿轮表面的粗糙度达到4μm。
步骤b＇、打底层涂覆：采用等离子喷涂工艺将粒度在40～70μm之间的镍铬粉末喷涂在金属基底1的表面，等离子喷涂设备的送粉量为30g/min，等离子喷涂功率为47kW，喷涂距离为130mm，涂层厚度为95μm，喷涂过程温度为135℃，喷涂时间为1.5min，从而在所述齿轮表面形成打底层2。
步骤c＇、中温绝缘陶瓷涂层涂覆：采用等离子喷涂工艺将粒度在40～70μm之间的氧化镁粉末喷涂在打底层2的表面，等离子喷涂设备的送粉量为30g/min，等离子喷涂功率为55kW，喷涂距离为100mm，涂层厚度为100～200μm，喷涂过程温度为117℃，喷涂时间为7min，从而在打底层2的表面形成中温绝缘陶瓷涂层3。在步骤c＇结束后，对中温绝缘陶瓷涂层3的表面进行清洁处理(例如：对中温绝缘陶瓷涂层3的表面进行清洗、去除边缘的毛刺等)，并可以采用高阻摇表逐一检查，再将电阻太小的剔出，从而就可以使制得的中温绝缘抗扭矩涂层具有良好的绝缘性能。
步骤d＇、封孔处理：将E7胶或丙酮刷涂在中温绝缘陶瓷涂层3的表面，刷涂15遍，并进行烘干处理，烘干温度为90℃，烘干时间为3小时，从而在中温绝缘陶瓷涂层3表面形成厚度为12μm的封孔层4；在步骤d＇结束后，采用甲苯对封孔层4进行清洗，再用药棉擦拭干净，从而即完成了在所述齿轮的表面涂覆上述技术方案中所述中温绝缘抗扭矩涂层的操作。
经检测现有技术中仅涂覆陶瓷涂层的齿轮涂层脱落为30％，本实施例1中得到的涂覆上述技术方案中所述中温绝缘抗扭矩涂层的齿轮，其表面的涂层在在扭矩配合时不脱落。
综上可见，本发明实施例不仅具有优异的中温绝缘性能，而且具有良好的中温抗扭矩能力，能够有效避免陶瓷涂层在扭矩配合时从金属零件表面脱落。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种中温绝缘抗扭矩涂层，用于涂覆在金属基底(1)的表面，其特征在于，由打底层(2)和中温绝缘陶瓷涂层(3)复合而成，并且打底层(2)设于金属基底(1)的表面与中温绝缘陶瓷涂层(3)之间；
其中，所述中温绝缘陶瓷涂层(3)的厚度为100～200μm；所述打底层(2)的厚度为80～120μm，并且该打底层(2)的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝。
2.根据权利要求1所述的中温绝缘抗扭矩涂层，其特征在于，所述的中温绝缘陶瓷涂层(3)的材料为氧化镁、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化钙或氧化钇中的至少一种。
3.根据权利要求1或2的中温绝缘抗扭矩涂层，其特征在于，所述的中温绝缘陶瓷涂层(3)厚度为120～150μm。
4.根据权利要求1或2的中温绝缘抗扭矩涂层，其特征在于，所述的中温绝缘陶瓷涂层(3)的表面还设有厚度为10～20μm的封孔层(4)。
5.根据权利要求4的中温绝缘抗扭矩涂层，其特征在于，所述的封孔层(4)采用E7胶和丙酮加工而成。
6.一种中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤a、预处理：对金属基底(1)的表面进行粗糙化处理，粗糙度为3.5～5.5μm；
步骤b、打底层涂覆：采用热喷涂工艺将打底层(2)的材料喷涂在金属基底(1)的表面，涂层厚度为80～120μm，喷涂过程温度为120～150℃，喷涂时间为1～3min，从而形成打底层(2)；其中，所述打底层(2)的材料为镍铬、镍铝或镍铬铝；
步骤c、中温绝缘陶瓷涂层涂覆：采用热喷涂工艺将中温绝缘陶瓷涂层(3)的材料喷涂在打底层(2)的表面，涂层厚度为100～200μm，喷涂过程温度为100～130℃，喷涂时间为5～10min，从而形成中温绝缘陶瓷涂层(3)。
7.根据权利要求6的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，其特征在于，所述的对金属基底(1)的表面进行粗糙化处理包括：以粒度为15～30目的棕刚玉为砂料，在喷砂气压为0.5～1MPa、喷砂角度为30°～60°、喷砂距离为130～160mm的条件下对金属基底(1)的表面进行喷砂处理，从而实现对金属基底(1)表面的粗糙化处理。
8.根据权利要求6或7的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，其特征在于，所述的热喷涂工艺为等离子喷涂工艺，等离子喷涂功率为35～70kW，喷涂距离为80～160mm。
9.根据权利要求6或7的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，其特征在于，在步骤c之后还包括步骤d、封孔处理：将E7胶或丙酮刷涂在中温绝缘陶瓷涂层(3)的表面，刷涂10～20遍，并进行烘干处理，烘干温度为80～100℃，烘干时间为2～4小时，形成厚度为10～20μm的封孔层(4)。
10.根据权利要求9的中温绝缘抗扭矩涂层的涂覆方法，其特征在于，在步骤a进行前，对金属基底(1)的表面进行清洁处理；在步骤c结束后，对中温绝缘陶瓷涂层(3)的表面进行清洁处理；在步骤d结束后，采用甲苯或四氯化碳对封孔层(4)进行清洗。
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