CN112481579A - 一种陶瓷绝缘涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种陶瓷绝缘涂层，所述陶瓷绝缘涂层包括镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层，所述镍铬钼打底层位于基体的表面，所述镍铬钼打底层由镍铬钼复合粉经等离子喷涂工艺形成，其厚度为50～100μm，所述镍铬钼氧化铝中间层设置在镍铬钼打底层的表面；本发明提供的一种热喷涂绝缘涂层，与传统的涂层相比，本发明采用镍铬钼复合粉替代镍包铝、铝包镍等打底粉，使底层结合强度达到70MPa以上；增加过渡层，进一步提高氧化铝面层和底层的结合强度，使结合强度达到55MPa以上；采用聚硅氧化烷替代环氧树酯类封孔剂，耐高温，导热好，高温不碳化；综上所述，该方法制备的陶瓷绝缘涂层结构，结合强度高，绝缘性能佳。

Description

一种陶瓷绝缘涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于热喷涂绝缘涂层领域，更具体地说，尤其涉及一种陶瓷绝缘涂层。同时，本发明还涉及一种陶瓷绝缘涂层及其制备方法。
背景技术
在电机运行中，轴电压能通过两端轴承在轴和机壳所形成的环路中激励出循环电流，该电流称为轴电流，轴承电流的大小与电机的结构、电机的功率、驱动电压的幅度、脉冲上升时间和电缆长度等因素有关，据统计，60％的电机故障源于轴承失效，而其中80％的轴承失效中又源于电蚀损伤，特别是在如高压电机、牵引电机、超导电机、变频电机等特种电机行业，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，适用于电机、发电机，特别是变频电机应用更广泛。
但是，现有技术中，绝缘轴承通常采用等离子喷涂工艺在表面熔射氧化铝涂层，存在结合强度差，耐电压强度低，难以承受高速载荷等问题，因此我们提出一种陶瓷绝缘涂层及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种陶瓷绝缘涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有绝缘轴承通常采用等离子喷涂工艺在表面熔射氧化铝涂层，存在结合强度差，耐电压强度低，难以承受高速载荷等问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种陶瓷绝缘涂层，所述陶瓷绝缘涂层包括镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层，所述镍铬钼打底层位于基体的表面，所述镍铬钼打底层由镍铬钼复合粉经等离子喷涂工艺形成，其厚度为50～100μm，所述镍铬钼氧化铝中间层设置在镍铬钼打底层的表面，所述的镍铬钼氧化铝中间层由镍铬钼复合粉与氧化铝粉经混合后采用等离子喷涂工艺形成，其厚度为100～200μm，所述面层设置在镍铬钼氧化铝中间层的表面。
优选的，所述面层由氧化铝粉经等离子喷涂工艺形成，其厚度为200～ 1500μm。
优选的，所述面层的孔隙内还包括有聚硅氧烷类封孔剂。
一种陶瓷绝缘涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、基体预处理：采用有机溶剂超声清洗去除油渍，采用白刚玉砂或锆刚玉砂对涂层部位进行表面喷砂处理，使表面粗糙度达到Ra＝8～12μm，优选锆刚玉砂；
S2、等离子喷涂：采用等离子喷涂设备在基体的表面依次喷涂镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层；
S3、孔隙封闭：采用聚硅氧烷类涂层封孔剂对绝缘涂层进行渗透封孔；
S4、磨削：将绝缘涂层磨削至成品尺寸。
优选的，步骤S2所述的等离子喷涂具体喷涂方法为：
1)首先在基体上采用镍铬钼复合粉末作为粘结底层材料，喷涂形成厚度 50～100μm的粘结底层；
2)然后在粘结底层上以镍铬钼与氧化铝混合粉末喷涂形成厚度为100～ 200μm的中间层；
3)最后在中间层上喷涂厚度为200～1500μm的氧化铝绝缘面层。
优选的，所述粘结底层镍铬钼复合粉的组成为：5Mo95(Ni80Cr20)。
优选的，所述中间层镍铬钼和氧化铝混合粉末比例为：NiCrMo:Al2O3＝67： 33。
优选的，所述绝缘面层氧化铝粉末的纯度不低度99.5％。
优选的，步骤S4所述的磨削还包括对绝缘涂层表面和外形进行机械加工，对绝缘涂层表面进行平整和抛光。
优选的，所述机械加工具体采用CNC数控平面磨床，所述CNC数控平面磨床由数控加工语言进行编程控制，CNC数控机械加工加工质量稳定，加工精度高，重复精度高，能加工常规方法难于加工的复杂型面，甚至能加工一些无法观测的加工部位，且CNC数控平面磨床利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面，磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面，以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面，磨削由于磨粒的硬度很高，磨具具有自锐性，磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料，超精密磨削为Ra0.04～ 0.01微米，镜面磨削可达Ra0.01微米以下。
本发明的技术效果和优点：
本发明提供的一种热喷涂绝缘涂层，与传统的涂层相比，本发明采用镍铬钼复合粉替代镍包铝、铝包镍等打底粉，使底层结合强度达到70MPa以上；增加过渡层，进一步提高氧化铝面层和底层的结合强度，使结合强度达到 55MPa以上；采用聚硅氧化烷替代环氧树酯类封孔剂，耐高温，导热好，高温不碳化；综上所述，该方法制备的陶瓷绝缘涂层结构，结合强度高，绝缘性能佳，经测试，其绝缘性能为：陶瓷绝缘涂层耐电压＞1500V/0.1mm，电阻值＞500ΩM；该制备方法还具有工艺简单、生产成本低、产品质量好等优点。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将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。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种陶瓷绝缘涂层，陶瓷绝缘涂层包括镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层，镍铬钼打底层位于基体的表面，镍铬钼打底层由镍铬钼复合粉经等离子喷涂工艺形成，其中，粘结底层由镍铬钼复合粉末喷涂而成，厚度为50μm；
镍铬钼氧化铝中间层设置在镍铬钼打底层的表面，的镍铬钼氧化铝中间层由镍铬钼复合粉与氧化铝粉经混合后采用等离子喷涂工艺形成，其中，中间层由镍铬钼和氧化铝混合粉喷涂而成，厚度为100μm；
面层设置在镍铬钼氧化铝中间层的表面，面层由氧化铝粉经等离子喷涂工艺形成，其中，绝缘面层由氧化铝粉喷涂而成，厚度为200μm。
其中，面层的孔隙内还包括有聚硅氧烷类封孔剂。
一种陶瓷绝缘涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、基体预处理：采用有机溶剂超声清洗去除油渍，其中，喷砂采用24 目锆刚玉，粗化至表面粗糙度为Ra＝8μm；
S2、等离子喷涂：采用等离子喷涂设备在基体的表面依次喷涂镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层；
S3、孔隙封闭：采用聚硅氧烷类涂层封孔剂对绝缘涂层进行渗透封孔；
S4、磨削：将绝缘涂层磨削至成品尺寸。
其中，步骤S2的等离子喷涂具体喷涂方法为：
1)首先在基体上采用镍铬钼复合粉末作为粘结底层材料，喷涂形成厚度 50μm的粘结底层；
2)然后在粘结底层上以镍铬钼与氧化铝混合粉末喷涂形成厚度为100μm 的中间层；
3)最后在中间层上喷涂厚度为200μm的氧化铝绝缘面层。
其中，粘结底层镍铬钼复合粉的组成为：5Mo95(Ni80Cr20)。
其中，中间层镍铬钼和氧化铝混合粉末比例为：NiCrMo:Al2O3＝67：33。
其中，绝缘面层氧化铝粉末的纯度不低度99.5％；
其中，步骤S4的磨削还包括对绝缘涂层表面和外形进行机械加工，对绝缘涂层表面进行平整和抛光。
其中，机械加工具体采用CNC数控平面磨床，CNC数控平面磨床由数控加工语言进行编程控制，CNC数控机械加工加工质量稳定，加工精度高，重复精度高，能加工常规方法难于加工的复杂型面，甚至能加工一些无法观测的加工部位，且CNC数控平面磨床利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面，磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面，以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面，磨削由于磨粒的硬度很高，磨具具有自锐性，磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料，超精密磨削为Ra0.04～0.01微米，镜面磨削可达Ra0.01微米以下。
通过上述材料制备出的陶瓷绝缘涂层，其绝缘性能为：耐电压3000V，电阻值＞500ΩM；结合强度72MPa。
实施例2
与实施例1不同的是，一种热喷涂绝缘涂层，陶瓷绝缘涂层包括镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层，镍铬钼打底层位于基体的表面，镍铬钼打底层由镍铬钼复合粉经等离子喷涂工艺形成，其中，粘结底层由镍铬钼复合粉末喷涂而成，厚度为75μm；
镍铬钼氧化铝中间层设置在镍铬钼打底层的表面，的镍铬钼氧化铝中间层由镍铬钼复合粉与氧化铝粉经混合后采用等离子喷涂工艺形成，其中，中间层由镍铬钼和氧化铝混合粉喷涂而成，厚度为150μm；
面层设置在镍铬钼氧化铝中间层的表面，面层由氧化铝粉经等离子喷涂工艺形成，其中，绝缘面层由氧化铝粉喷涂而成，厚度为500μm。
其中，喷砂采用24目锆刚玉，粗化至表面粗糙度为Ra＝10μm；
通过上述材料制备出的陶瓷绝缘涂层，其绝缘性能为：耐电压7500V，电阻值＞500ΩM；结合强度68MPa。
实施例3
与实施例1不同的是，一种热喷涂绝缘涂层，陶瓷绝缘涂层包括镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层，镍铬钼打底层位于基体的表面，镍铬钼打底层由镍铬钼复合粉经等离子喷涂工艺形成，其中，粘结底层由镍铬钼复合粉末喷涂而成，厚度为100μm；
镍铬钼氧化铝中间层设置在镍铬钼打底层的表面，的镍铬钼氧化铝中间层由镍铬钼复合粉与氧化铝粉经混合后采用等离子喷涂工艺形成，其中，中间层由镍铬钼和氧化铝混合粉喷涂而成，厚度为200μm；
面层设置在镍铬钼氧化铝中间层的表面，面层由氧化铝粉经等离子喷涂工艺形成，其中，绝缘面层由氧化铝粉喷涂而成，厚度为1000μm。
其中，喷砂采用24目锆刚玉，粗化至表面粗糙度为Ra＝12μm；
通过上述材料制备出的陶瓷绝缘涂层，其绝缘性能为：耐电压15000V，电阻值＞500ΩM；结合强度60MPa
综上：本发明提供的一种热喷涂绝缘涂层，与传统的涂层相比，本发明采用镍铬钼复合粉替代镍包铝、铝包镍等打底粉，使底层结合强度达到70MPa 以上；增加过渡层，进一步提高氧化铝面层和底层的结合强度，使结合强度达到55MPa以上；采用聚硅氧化烷替代环氧树酯类封孔剂，耐高温，导热好，高温不碳化；综上，该方法制备的陶瓷绝缘涂层结构，结合强度高，绝缘性能佳，经测试，其绝缘性能为：陶瓷绝缘涂层耐电压＞1500V/0.1mm，电阻值＞500ΩM；该制备方法还具有工艺简单、生产成本低、产品质量好等优点。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种陶瓷绝缘涂层，其特征在于：所述陶瓷绝缘涂层包括镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层，所述镍铬钼打底层位于基体的表面，所述镍铬钼打底层由镍铬钼复合粉经等离子喷涂工艺形成，其厚度为50～100μm，所述镍铬钼氧化铝中间层设置在镍铬钼打底层的表面，所述的镍铬钼氧化铝中间层由镍铬钼复合粉与氧化铝粉经混合后采用等离子喷涂工艺形成，其厚度为100～200μm，所述面层设置在镍铬钼氧化铝中间层的表面。
2.根据权利要求1所述的一种陶瓷绝缘涂层，其特征在于：所述面层由氧化铝粉经等离子喷涂工艺形成，其厚度为200～1500μm。
3.根据权利要求1所述的一种陶瓷绝缘涂层，其特征在于：所述面层的孔隙内还包括有聚硅氧烷类封孔剂。
4.一种权利要求1所述的陶瓷绝缘涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、基体预处理：采用有机溶剂超声清洗去除油渍，采用白刚玉砂或锆刚玉砂对涂层部位进行表面喷砂处理，使表面粗糙度达到Ra＝8～12μm，优选锆刚玉砂；
S2、等离子喷涂：采用等离子喷涂设备在基体的表面依次喷涂镍铬钼打底层、镍铬钼氧化铝中间层和面层；
S3、孔隙封闭：采用聚硅氧烷类涂层封孔剂对绝缘涂层进行渗透封孔；
S4、磨削：将绝缘涂层磨削至成品尺寸。
5.根据权利要求4所述的一种陶瓷绝缘涂层的制备方法，其特征在于：步骤S2所述的等离子喷涂具体喷涂方法为：
1)首先在基体上采用镍铬钼复合粉末作为粘结底层材料，喷涂形成厚度50～100μm的粘结底层；
2)然后在粘结底层上以镍铬钼与氧化铝混合粉末喷涂形成厚度为100～200μm的中间层；
3)最后在中间层上喷涂厚度为200～1500μm的氧化铝绝缘面层。
6.根据权利要求5所述的一种陶瓷绝缘涂层的制备方法，其特征在于：所述粘结底层镍铬钼复合粉的组成为：5Mo95(Ni80Cr20)。
7.根据权利要求5所述的一种陶瓷绝缘涂层的制备方法，其特征在于：所述中间层镍铬钼和氧化铝混合粉末比例为：NiCrMo:Al2O3＝67：33。
8.根据权利要求5所述的一种陶瓷绝缘涂层的制备方法，其特征在于：所述绝缘面层氧化铝粉末的纯度不低度99.5％。
9.根据权利要求5所述的一种热喷涂绝缘涂层的制备方法，其特征在于：步骤S4所述的磨削还包括对绝缘涂层表面和外形进行机械加工，对绝缘涂层表面进行平整和抛光。
10.根据权利要求9所述的一种热喷涂绝缘涂层的制备方法，其特征在于：所述机械加工具体采用CNC数控平面磨床，所述CNC数控平面磨床由数控加工语言进行编程控制，CNC数控机械加工加工质量稳定，加工精度高，重复精度高，能加工常规方法难于加工的复杂型面，甚至能加工一些无法观测的加工部位，且CNC数控平面磨床利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面，磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面，以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面，磨削由于磨粒的硬度很高，磨具具有自锐性，磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料，超精密磨削为Ra0.04～0.01微米，镜面磨削可达Ra0.01微米以下。
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