CN113550980A - 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 - Google Patents
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Abstract
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95‑99.5wt%的γ‑Al2O3和0.5‑5wt%的CeO2组构成的混配粉末喷涂而成，高分子封闭层的原料为呋喃树脂和磺酸类固化剂。本发明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，实用效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及电机绝缘轴承技术领域，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。
背景技术
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20-25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。
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。
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。
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。
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。
发明内容
本发明的技术目的是：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。
本发明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0.1-0.2mm，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0.2-1mm，该陶瓷绝缘层由95-99.5wt%的γ-Al2O3和0.5-5wt%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。
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。
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。
优选的，所述的混配粉末中γ-Al2O3和CeO2的纯度均不低于99.95%。
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。
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70-90℃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80-120℃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0.1-0.2mm的金属过渡层；
步骤四、按照重量百分比，分别称取95-99.5wt%的γ-Al2O3和0.5-5wt%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0.2-1mm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80-120℃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绝缘涂层的探伤检查，以确保其无界面开裂、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。
优选的，在步骤一中，所述水基碱性清洗剂的配方为：偏硅酸钠20-30g/L，乳化剂OP-10 10 ml/L，去离子水1L。
优选的，在步骤二中，所述的喷砂处理采用自循环喷砂机进行，且喷砂处理时的喷砂介质为16-40目棕刚玉砂，喷砂压力为0.4-0.6MPa，喷砂距离为100-150mm，喷砂角度为75-85°，喷砂时间为5-10s/套圈，在喷砂处理后还设置有对轴承套圈的表面进行高压空气喷吹除杂的步骤，且后续的高速电弧喷涂处理需在喷砂处理后的4h内进行。
优选的，在步骤三中，所述高速电弧喷涂处理时的喷涂电压为36-40V，喷涂电流为180-200A，喷涂距离为150-200mm，喷涂角度为80-90°，喷枪移动速度0.2-0.5 m /s。
优选的，在步骤四中，所述大气等离子喷涂时的电弧电流为500-600A，电弧电压为60-80V，主气流量(Ar+N2) 为2-3.6m3/h，辅气流量（H2）为0.40-0.75m3/h，喷涂距离为100-150mm，颗粒状物料的送料速率为30-45g/min，喷枪移动速率为0.3-0.6m/s，喷涂角度为90°。
本发明的有益效果：
1、本发明通过在轴承的内外套圈圆周表面喷涂由多层复合材料组构成的高性能复合绝缘涂层，使得普通滚动轴承具有了良好的电绝缘性能和绝缘强度，可以抵抗风电等高速电机在服役过程中的轴电流腐蚀，从而避免损害轴承及润滑油，延长其使用寿命和服役年限。同时，复合绝缘涂层本身通过涂层材料的具体选择和搭配，以及涂层喷涂工艺的改进，使复合绝缘涂层具有耐蚀性好、结合强度高、抗冲击韧性优异、致密度高，温度适应范围宽，且成本低廉等优异性能，尤其适用于海上、陆上等恶劣服役环境，以及热带高温、寒带低温环境下使用。经测定，本发明的复合绝缘涂层，其结合强度≧15MPa；孔隙率≦5%；电气强度≧17kV/mm；交流极限耐压值：50Hz，3000V-5000V；体积电阻率（DC）≥1011Ωm；绝缘电阻值：室温 25±2℃，常规湿度RH60±3%条件下DC1000V测量≥500 MΩ；高温150±≥℃，常规湿度RH60±3%条件下，DC1000V测量≥100 MΩ；室温 25±2℃，高湿度RH95±3%条件下，DC1000V测量≥100 MΩ；涂层最大冲击功≥6.0J；工作温度范围：-40℃～+150℃，综合性能优异。
2、本发明在复合绝缘涂层的结构设计上，采用了金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层，三层结构依次附着、叠加喷涂的方式来进行复合绝缘涂层的制备。其中，由于陶瓷绝缘层与轴承钢的热膨胀系数和弹性模量均相差悬殊，金属过渡层的设计可起到缓冲作用，以有效降低陶瓷绝缘层与轴承钢之间的热喷涂界面热应力、以及使用环境温度变化带来的涂层界面内应力，提高后续待喷涂的陶瓷绝缘层的结合强度，防止起主要绝缘作用的陶瓷绝缘层的剥落，特别是当陶瓷绝缘层的厚度在0.3mm以上时，金属过渡层的缓冲效果更为突出。陶瓷绝缘层本身由γ-Al2O3和CeO2两种具有不同结构相变特点的粉末物料复配而成，两种粉末物料在热喷涂附着于金属过渡层表面后，能够相辅相成，有效提高复合绝缘涂层在环境温度变化和服役温度变化过程中的宽适应性，使其能够满足于海上、陆上等苛刻的服役环境条件。高分子封闭层在陶瓷绝缘层外侧的附着能够有效地对陶瓷绝缘层在加工中产生的微小孔缝进行封堵和填充，使其表面致密、光滑和均一，尤其是当陶瓷绝缘层的厚度较薄时（如陶瓷绝缘层的厚度低于0.3mm），可有效避免其与金属过渡层之间存在的连通孔，以进一步提高复合绝缘涂层的耐电气（体积电阻、绝缘电阻、耐电压强度等）性能。复合绝缘涂层在层层叠加的综合作用下，孔隙率极低，且具有较高的韧性，可以承受6J以上的冲击载荷而不开裂、不剥落，使用寿命较长，综合性能优异。
3、本发明在陶瓷绝缘层原料的选择上，添加了少量的CeO2，CeO2作为稀土氧化物在等离子高温喷涂的过程中，能够快速地熔化为粘度较小的液态物质，以有效填充陶瓷绝缘层中熔化效果较差的γ-Al2O3颗粒界面之间的空洞，并减小陶瓷熔滴表面张力，降低陶瓷绝缘层自身的孔隙率，增强其致密性。同时CeO2稀土氧化物的添加还可以提高陶瓷绝缘层施工时的输入功率可变化范围，具有明显的工艺适应性。
4、本发明在涂层制备原料的选择上，选择了价格低廉且容易获取的Ni、Cr、Al、Y、γ-Al2O3和CeO2等物料，这些常见的物料市场供应量大，价格较低，从而降低了成品绝缘轴承的生产成本。
5、本发明电机绝缘轴承的制备工艺，步骤简单、操作方便，复合绝缘涂层的加工可置入普通滚动轴承制造过程的内外轴承套圈精加工工序之后与轴承装配工序之前，适用范围广，且涂层材料及喷涂设备的技术成熟度均较高，适用于工业化大批量生产。
6、本发明的复合绝缘涂层在制备加工的过程中，充分考虑和利用了陶瓷绝缘层在等离子喷涂过程中，复配原料之间发生的结构转变，以利用低廉材料获得高性能电绝缘特性，如γ-Al2O3在喷涂过程中大部分转变为α-Al2O3，少部分γ-Al2O3相保留，Al2O3的两相结构具有不同的性质，能够在金属过渡层的表面快速沉积形成层状结构，进而丰富陶瓷绝缘层内部的组织结构，降低涂层的结构转变内应力，并使其在喷涂过程中具有良好的自修复能力。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实例的方式作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。
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，用于阻挡电流通过轴承的内圈和外圈。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0.1-0.2mm，金属过渡层的材料为具有自热反应的NiCrAlY金属线材，其成分为Ni 75wt% -Cr15wt%- Al 5wt%- Y 5wt%，规格为直径1.6mm或直径2.0mm。陶瓷绝缘层的厚度为0.2-1mm，陶瓷绝缘层的喷涂材料为纯度不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度为99.5%的CeO2粉末，按γ-Al2O3 (95-99.5)wt%+CeO2(0.5-5) wt%的比例充分混合后制成。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体积比为3:1的呋喃树脂和磺酸类固化剂，空气喷涂，室温固化沉积于轴承表面。
复合绝缘涂层于滚动轴承表面的喷涂工艺流程为：1脱脂→2烘干→3遮蔽处理→4喷砂→5高速电弧喷涂金属过渡层→6等离子喷涂陶瓷绝缘层→7空气雾化喷涂高分子封闭层→8涂层表面研磨→9超声波清洗→10烘干→11涂层无损检测→12轴承装配→13检验→14包装入库。
复合绝缘涂层的具体制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：以电加热水槽为脱脂装置，采用水基碱性清洗剂，对轴承套圈进行浸渍处理，以去除机械加工造成的油污染。油污对涂层结合强度影响强烈。水基碱性清洗剂配方为：偏硅酸钠20-30g/L，乳化剂OP-10（用量1%体积），去离子水1000ml。水基碱性清洗剂的使用温度为70-90℃，浸泡时间为5-10min。完成后采用挂水法检验脱脂效果，若水膜在轴承套圈表面连续分布，表明清洗干净。
2、烘干：采用电热恒温热风干燥箱进行烘干，温度80-120℃，烘干脱脂工序后残留的水迹。
3、遮蔽处理：对轴承套圈的非喷涂区域进行遮蔽处理，采用两端带金属端盖的夹具对轴承套圈两侧进行保护，每组5-10个套圈，用带螺纹芯轴连接，端盖用螺母固定。
4、喷砂：对内套圈和外套圈的非滚道圆周表面进行喷砂处理。喷砂采用封闭式自循环喷砂机进行，喷砂介质为16-40目棕刚玉砂，喷砂压力0.4-0.6MPa，喷砂距离100-150mm，喷砂角度75-85°，喷砂时间5-10s/套圈。喷砂处理作用：同时具有除锈与表面粗化，增加涂层界面结合强度的效果。喷砂处理后，基体表面应使用干燥洁净的高压空气吹去表面残余的砂粒及浮尘，然后放置于干净的环境中避免表面受空气中水分和杂质污染及氧化。喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：要求喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，采用高速电弧喷涂机进行喷涂，以NiCrAlY金属线材为原料，其成分为Ni 75wt% -Cr15wt%-Al 5wt%- Y 5wt%，规格为直径1.6mm或直径2.0mm。高速电弧喷涂的工艺参数：喷涂电压36-40V，喷涂电流180-200A，喷涂距离150-200mm，喷涂角度80-90°，喷枪移动速度0.2-0.5m/s。金属过渡层的厚度为0.1-0.2mm。电弧喷涂过程中，NiCrAl合金中的Cr和Al可与轴承套圈表面氧化物发生放热反应，起到清除表面残留氧化膜和提高基体温度双重效应，改善过渡层与基体之间的结合强度。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：在金属过渡层上直接进行陶瓷绝缘层的喷涂，陶瓷绝缘层的喷涂材料为纯度不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度不低于99.5%的CeO2粉末，按γ-Al2O3 (95-99.5)wt%+CeO2(0.5-5) wt%的比例充分混合后制成。采用大气等离子喷涂机进行喷涂，等离子喷涂的工艺参数为：等离子电弧电流500-600A，电弧电压60-80V，主气流量(Ar+N2)2-3.6m3/h，辅气流量（H2）0.40-0.75m3/h，喷涂距离100-150mm，送粉速率30-45g/min，喷枪移动速率0.3-0.6m/s，喷涂角度90°，涂层厚度0.2-1mm。喷涂过程中γ-Al2O3粉末熔化，在轴承套圈表面高速沉积和快速冷却后，大部分转变为α-Al2O3相，少部分保留为γ-Al2O3，形成层状陶瓷绝缘层。
7、空气雾化喷涂高分子封闭层：喷涂后的陶瓷绝缘层趁其余温尚存时要及时将封孔剂喷涂于其表面，对陶瓷绝缘层表面开口孔隙进行填充，从而起到封闭作用。封孔剂材料为呋喃树脂和磺酸类固化剂，添加体积比为3:1。采用普通机械喷雾化涂法喷涂于陶瓷绝缘层表面，室温静置10min后取出，再进行10小时静置，即可完全固化。
8、涂层表面研磨：先采用带有金刚石砂的粗磨砂轮对步骤7固化形成的高分子封闭层进行表面粗磨，再采用带有碳化硅砂轮的细磨砂轮进行精磨，使使高分子封闭层的厚度不超过0.05mm，以满足设定要求。
9、超声波清洗：采用超声波清洗机进行清洗，采用去离子水作为清洗介质，清洗1-5分钟，清除套圈表面和涂层磨削加工后粘附的固体颗粒。
10、烘干：采用电热恒温热风干燥箱进行烘干，温度80-120℃，烘干超声波清洗工序后残留的水迹。
11、涂层无损检测：采用超声波探伤仪对步骤10制得的轴承套圈进行表面复合绝缘涂层的探伤检查，以确保其表面及次表面无界面开裂、内部层状裂纹和未封闭空洞等缺陷。
12、轴承装配：按照普通轴承装配标准程序进行装配，注意不要损伤轴承套圈非滚道表面的复合绝缘涂层。
13、检验：对轴承成品按企业或国家技术标准进行检验。因电绝缘滚动轴承的特殊性，要求100%检验，检验合格后进行包装。
14、包装入库：根据电绝缘滚动轴承尺寸，进行单件或多件装箱包装，做好防锈和防碰撞保护。
本发明与已有技术相比，提供的复合绝缘涂层材料及其制备方法简单可行，可置入普通电机轴承制造过程的内外轴承套圈精加工工序之后与轴承装配工序之前，涂层材料及喷涂设备技术成熟度高。通过在轴承内外圈非滚道部分喷涂金属-陶瓷复合涂层，使得滚动轴承具有了良好的电绝缘性和绝缘强度，可以抵抗电机，特别是风机高速电机轴承服役中的轴电流腐蚀，避免损害轴承及润滑油。另外本发明提供的制备技术适合于工业化批量生产。
实施例1
本实施例的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，是在普通轴承的内圆周表面和外圆周表面加工复合绝缘涂层，复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于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0.1mm，其材料为规格为直径1.6mm，成分为75wt%Ni-15wt%Cr-5wt%Al-5wt%Y的NiCrAlY金属线材；陶瓷绝缘层的厚度为0.3mm，其材料为纯度均不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和CeO2粉末，且两者之间的配比关系为97wt%的γ-Al2O3和3wt%的CeO2；高分子封闭层的厚度为0.05mm，其材料是体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸。
其具体的制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：电加热水槽内放入配方为偏硅酸钠25g/L，乳化剂OP-10（用量1%体积），去离子水1000ml的水基碱性清洗剂，开启电加热水槽，使其内部水基碱性清洗剂的温度升高至80℃，将轴承套圈放入其中进行浸渍去油处理，浸泡时间为10min。完成后采用挂水法检验脱脂效果，若水膜在轴承套圈表面连续分布，表明清洗干净。
2、烘干：采用电热恒温热风干燥箱进行烘干，烘干温度为100℃，烘干脱脂工序后残留的水迹。
3、遮蔽处理：对轴承套圈的非喷涂区域进行遮蔽处理，采用两端带金属端盖的夹具对轴承套圈两侧进行保护，每组5-10个套圈，用带螺纹芯轴连接，端盖用螺母固定。
4、喷砂：采用封闭式自循环喷砂机对轴承套圈的内套圈和外套圈的非滚道侧进行喷砂处理。处理时的喷砂介质为30目棕刚玉砂，喷砂压力0.6MPa，喷砂距离100mm，喷砂角度80°，喷砂时间7s/套圈。喷砂处理后，使用干燥洁净的高压空气吹去基体表面残余的砂粒及浮尘，然后放置于干净的环境中避免表面受空气中水分和杂质污染及氧化，喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：采用高速电弧喷涂机，在喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，喷涂时以直径1.6mm的NiCrAlY金属线材为原料，工艺参数设定为：喷涂电压37V，喷涂电流190A，喷涂距离160mm，喷涂角度80°，喷枪移动速度0.5m/s，喷涂得到厚度为0.1mm的金属过渡层。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：采用纯度不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度不低于99.5%的CeO2粉末为原料，按照97wt%γ-Al2O3 +3wt%CeO2的比例充分混合得到混合粉末，采用大气等离子喷涂机，设定工艺参数为：等离子电弧电流500A，电弧电压70V，主气流量(Ar+N2)2.6m3/h，辅气流量（H2）0.65m3/h，喷涂距离100mm，送粉速率40g/min，喷枪移动速率0.5m/s，喷涂角度90°，喷涂得到厚度为0.3mm的陶瓷绝缘层。
7、空气雾化喷涂高分子封闭层：取体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸，采用普通机械喷雾化涂法，在陶瓷绝缘层余温尚存时将封孔剂喷涂于陶瓷绝缘层表面，室温静置10min后取出，再进行10小时静置，使其完全固化。
8、涂层表面研磨：用碳化硅细磨砂轮对经封孔处理的涂层表面进行外圆研磨，使高分子封闭层的厚度为设定值。
9、超声波清洗：采用超声波清洗机进行清洗，采用去离子水作为清洗介质，清洗1-5分钟，清除套圈表面和涂层磨削加工后粘附的固体颗粒。
10、烘干：采用电热恒温热风干燥箱进行烘干，温度80-120℃，烘干超声波清洗工序后残留的水迹。
11、涂层无损检测：采用UT-500型超声波探伤仪对步骤10制得的轴承套圈进行表面复合绝缘涂层的探伤检查，以确保其表面及次表面无界面开裂、内部层状裂纹和未封闭空洞等缺陷。
12、轴承装配：按照普通轴承装配标准程序进行装配，注意不要损伤轴承套圈非滚道表面的复合绝缘涂层。
13、检验：对轴承成品按企业或国家技术标准进行检验。因电绝缘滚动轴承的特殊性，要求100%检验，检验合格后进行包装。
14、包装入库：根据电绝缘滚动轴承尺寸，进行单件或多件装箱包装，做好防锈和防碰撞保护。
对本实施例制备的复合绝缘涂层的性能测定，测得其结合强度为22.4MPa；孔隙率2.1%；电气强度20.2kV/mm；交流极限耐压值：50Hz，3900V；体积电阻率（DC）1.23×1011Ωm；涂层冲击功9.5J；工作温度范围：-40℃～+150℃。
实施例2
本实施例的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，是在普通轴承的内圆周表面和外圆周表面加工复合绝缘涂层，复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于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0.2mm，其材料为规格为直径1.6mm，成分为75wt%Ni-15wt%Cr-5wt%Al-5wt%Y的NiCrAlY金属线材；陶瓷绝缘层的厚度为0.7mm，其材料为纯度均不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和CeO2粉末，且两者之间的配比关系为99.5wt%的γ-Al2O3和0.5wt%的CeO2，；高分子封闭层的厚度为0.05mm，其材料是体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸。
其具体的制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：本步骤与实施例1一致，仅水基碱性清洗剂中偏硅酸钠的添加量为22g/L，浸渍去油处理时的温度为70℃，浸泡时间为8min。
2、烘干：本步骤与实施例1一致，仅烘干温度设定为70℃。
3、遮蔽处理：本步骤与实施例1一致。
4、喷砂：本步骤与实施例1一致，仅喷砂处理时采用的喷砂介质为40目棕刚玉砂，喷砂压力0.5MPa，喷砂距离100mm，喷砂角度85°，喷砂时间6s/套圈，喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：采用高速电弧喷涂机，在喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，喷涂时以直径1.6mm的NiCrAlY金属线材为原料，工艺参数设定为：喷涂电压36V，喷涂电流180A，喷涂距离150mm，喷涂角度90°，喷枪移动速度0.3m/s，喷涂得到厚度为0.2mm的金属过渡层。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：采用纯度为99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度不低于99.5%的CeO2粉末为原料，按照99.5wt%γ-Al2O3 +0.5wt%CeO2的比例充分混合得到混合粉末，采用大气等离子喷涂机，设定工艺参数为：等离子电弧电流550A，电弧电压60V，主气流量(Ar+N2)3.2m3/h，辅气流量（H2）0.75m3/h，喷涂距离120mm，送粉速率40g/min，喷枪移动速率0.3m/s，喷涂角度90°，喷涂得到厚度为0.7mm的陶瓷绝缘层。
后续的步骤7-14均与实施例1一致。
对本实施例制备的复合绝缘涂层的性能测定，测得其结合强度为22.4MPa；孔隙率1.6%；电气强度23.5kV/mm；交流极限耐压值：50Hz，5020V；体积电阻率（DC）1.16×1011Ωm；涂层冲击功8.3J；工作温度范围：-40℃～+150℃。
实施例3
本实施例的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，是在普通轴承的内圆周表面和外圆周表面加工复合绝缘涂层，复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于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0.15mm，其材料为规格为直径2mm，成分为75wt%Ni-15wt%Cr-5wt%Al-5wt%Y的NiCrAlY金属线材；陶瓷绝缘层的厚度为0.2mm，其材料为纯度均不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和CeO2粉末，且两者之间的配比关系为99 wt%的γ-Al2O3和1wt%的CeO2，；高分子封闭层的厚度为0.04mm，其材料是体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸。
其具体的制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：本步骤与实施例1一致，仅水基碱性清洗剂中偏硅酸钠的添加量为20g/L，仅浸渍去油处理时的温度为90℃，浸泡时间为6min。
2、烘干：本步骤与实施例1一致，仅烘干温度设定为90℃。
3、遮蔽处理：本步骤与实施例1一致。
4、喷砂：本步骤与实施例1一致，仅喷砂处理时采用的喷砂介质为16目棕刚玉砂，喷砂压力0.4MPa，喷砂距离110mm，喷砂角度80°，喷砂时间10s/套圈，喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：采用高速电弧喷涂机，在喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，喷涂时以直径2mm的NiCrAlY金属线材为原料，工艺参数设定为：喷涂电压40V，喷涂电流185A，喷涂距离170mm，喷涂角度85°，喷枪移动速度0.3m/s，喷涂得到厚度为0.15mm的金属过渡层。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：采用纯度为99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度不低于99.5%的CeO2粉末为原料，按照99wt%γ-Al2O3 +1wt%CeO2的比例充分混合得到混合粉末，采用大气等离子喷涂机，设定工艺参数为：等离子电弧电流600A，电弧电压80V，主气流量(Ar+N2)3m3/h，辅气流量（H2）0.40m3/h，喷涂距离150mm，送粉速率30g/min，喷枪移动速率0.6m/s，喷涂角度90°，喷涂得到厚度为0.2mm的陶瓷绝缘层。
后续的步骤7-14均与实施例1一致。
对本实施例制备的复合绝缘涂层的性能测定，测得其结合强度为4100V；体积电阻率（DC）1.19×1011Ωm；涂层冲击功9.2J；工作温度范围：-40℃～+150℃。
实施例4
本实施例的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，是在普通轴承的内圆周表面和外圆周表面加工复合绝缘涂层，复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于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0.12mm，其材料为规格为直径1.6mm，成分为75wt%Ni-15wt%Cr-5wt%Al-5wt%Y的NiCrAlY金属线材；陶瓷绝缘层的厚度为1mm，其材料为纯度均不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和CeO2粉末，且两者之间的配比关系为98.5wt%的γ-Al2O3和1.5wt%的CeO2，；高分子封闭层的厚度为0.04mm，其材料是体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸。
其具体的制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：本步骤与实施例1一致，仅水基碱性清洗剂中偏硅酸钠的添加量为30g/L，仅浸渍去油处理时的温度为75℃，浸泡时间为9min。
2、烘干：本步骤与实施例1一致，仅烘干温度设定为120℃。
3、遮蔽处理：本步骤与实施例1一致。
4、喷砂：本步骤与实施例1一致，仅喷砂处理时采用的喷砂介质为30目棕刚玉砂，喷砂压力0.5MPa，喷砂距离150mm，喷砂角度85°，喷砂时间8s/套圈，喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：采用高速电弧喷涂机，在喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，喷涂时以直径1.6mm的NiCrAlY金属线材为原料，工艺参数设定为：喷涂电压38V，喷涂电流190A，喷涂距离160mm，喷涂角度80°，喷枪移动速度0.5m/s，喷涂得到厚度为0.12mm的金属过渡层。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：采用纯度为99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度不低于99.5%的CeO2粉末为原料，按照98.5wt%γ-Al2O3 +1.5wt%CeO2的比例充分混合得到混合粉末，采用大气等离子喷涂机，设定工艺参数为：等离子电弧电流550A，电弧电压75V，主气流量(Ar+N2) 3.6m3/h，辅气流量（H2）0.75m3/h，喷涂距离130mm，送粉速率35g/min，喷枪移动速率0.4m/s，喷涂角度90°，喷涂得到厚度为1mm的陶瓷绝缘层。
后续的步骤7-14均与实施例1一致。
对本实施例制备的复合绝缘涂层的性能测定，测得其结合强度为22.4MPa；孔隙率3.2%；电气强度31.2kV/mm；交流极限耐压值：50Hz，4300V；体积电阻率（DC）1.29×1011Ωm；涂层冲击功6.7J；工作温度范围：-40℃～+150℃。
实施例5
本实施例的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，是在普通轴承的内圆周表面和外圆周表面加工复合绝缘涂层，复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于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0.16mm，其材料为规格为直径2mm，成分为75wt%Ni-15wt%Cr-5wt%Al-5wt%Y的NiCrAlY金属线材；陶瓷绝缘层的厚度为0.7mm，其材料为纯度均不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和CeO2粉末，且两者之间的配比关系为98wt%的γ-Al2O3和2wt%的CeO2，；高分子封闭层的厚度为0.02mm，其材料是体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸。
其具体的制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：本步骤与实施例1一致，仅水基碱性清洗剂中偏硅酸钠的添加量为24g/L，仅浸渍去油处理时的温度为70℃，浸泡时间为8min。
2、烘干：本步骤与实施例1一致，仅烘干温度设定为100℃。
3、遮蔽处理：本步骤与实施例1一致。
4、喷砂：本步骤与实施例1一致，仅喷砂处理时采用的喷砂介质为35目棕刚玉砂，喷砂压力0.4MPa，喷砂距离100mm，喷砂角度80°，喷砂时间7s/套圈，喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：采用高速电弧喷涂机，在喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，喷涂时以直径2mm的NiCrAlY金属线材为原料，工艺参数设定为：喷涂电压36V，喷涂电流200A，喷涂距离200mm，喷涂角度85°，喷枪移动速度0.4m/s，喷涂得到厚度为0.16mm的金属过渡层。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：采用纯度不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度为99.5%的CeO2粉末为原料，按照98wt%γ-Al2O3 +2wt%CeO2的比例充分混合得到混合粉末，采用大气等离子喷涂机，设定工艺参数为：等离子电弧电流600A，电弧电压60V，主气流量(Ar+N2)2m3/h，辅气流量（H2）0.6m3/h，喷涂距离120mm，送粉速率30g/min，喷枪移动速率0.5m/s，喷涂角度90°，喷涂得到厚度为0.7mm的陶瓷绝缘层。
后续的步骤7-14均与实施例1一致。
对本实施例制备的复合绝缘涂层的性能测定，测得其结合强度为22.4MPa；孔隙率4.1%；电气强度23.6kV/mm；交流极限耐压值：50Hz，3500V；体积电阻率（DC）1.31×1011Ωm；涂层冲击功8.1J；工作温度范围：-40℃～+150℃。
实施例6
本实施例的喷涂于滚动轴承表面的高性能复合绝缘涂层，是在普通轴承的内圆周表面和外圆周表面加工复合绝缘涂层，复合绝缘涂层包括从内到外依次附着于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0.14mm，其材料为规格为直径1.6mm，成分为75wt%Ni-15wt%Cr-5wt%Al-5wt%Y的NiCrAlY金属线材；陶瓷绝缘层的厚度为0.2mm，其材料为纯度均不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和CeO2粉末，且两者之间的配比关系为95wt%的γ-Al2O3和5wt%的CeO2，；高分子封闭层的厚度为0.03mm，其材料是体积比为3:1的呋喃树脂和甲磺酸。
其具体的制备方法，包括以下步骤：
1、脱脂：本步骤与实施例1一致，仅水基碱性清洗剂中偏硅酸钠的添加量为27g/L，仅浸渍去油处理时的温度为90℃，浸泡时间为5min。
2、烘干：本步骤与实施例1一致，仅烘干温度设定为80℃。
3、遮蔽处理：本步骤与实施例1一致。
4、喷砂：本步骤与实施例1一致，仅喷砂处理时采用的喷砂介质为20目棕刚玉砂，喷砂压力0.6MPa，喷砂距离120mm，喷砂角度75°，喷砂时间5s/套圈，喷砂后必须在4小时之内进行热喷涂。
5、高速电弧喷涂金属过渡层：采用高速电弧喷涂机，在喷砂处理结束后2小时内进行高速电弧喷涂，喷涂时以直径1.6mm的NiCrAlY金属线材为原料，工艺参数设定为：喷涂电压37V，喷涂电流180A，喷涂距离150mm，喷涂角度90°，喷枪移动速度0.2m/s，喷涂得到厚度为0.14mm的金属过渡层。
6、等离子喷涂陶瓷绝缘层：采用纯度不低于99.95%的γ-Al2O3粉末和纯度为99.5%的CeO2粉末为原料，按照95wt%γ-Al2O3 +5wt%CeO2的比例充分混合得到混合粉末，采用大气等离子喷涂机，设定工艺参数为：等离子电弧电流550A，电弧电压80V，主气流量(Ar+N2)2.5m3/h，辅气流量（H2）0.5m3/h，喷涂距离110mm，送粉速率45g/min，喷枪移动速率0.3m/s，喷涂角度90°，喷涂得到厚度为0.2mm的陶瓷绝缘层。
后续的步骤7-14均与实施例1一致。
对本实施例制备的复合绝缘涂层的性能测定，测得其结合强度为22.4MPa；孔隙率3.9%；电气强度27.3kV/mm；交流极限耐压值：50Hz，3200V；体积电阻率（DC）1.17×1011Ωm；涂层冲击功7.2J；工作温度范围：-40℃～+150℃。
上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明创造所作的举例，而并非对本发明创造具体实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造权利要求的保护范围之中。
Claims (10)
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0.1-0.2mm，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0.2-1mm，该陶瓷绝缘层由95-99.5wt%的γ-Al2O3和0.5-5wt%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-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70-90℃℃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80-120℃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0.1-0.2mm的金属过渡层；
步骤四、按照重量百分比，分别称取95-99.5wt%的γ-Al2O3和0.5-5wt%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0.2-1mm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80-120℃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绝缘涂层的探伤检查，以确保其无界面开裂、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。
7.根据权利要求6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，在步骤一中，所述水基碱性清洗剂的配方为：偏硅酸钠20-30g/L，乳化剂OP-1010 ml/L，去离子水1L。
8.根据权利要求6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：在步骤二中，所述的喷砂处理采用自循环喷砂机进行，且喷砂处理时的喷砂介质为16-40目棕刚玉砂，喷砂压力为0.4-0.6MPa，喷砂距离为100-150mm，喷砂角度为75-85°，喷砂时间为5-10s/套圈，在喷砂处理后还设置有对轴承套圈的表面进行高压空气喷吹除杂的步骤，且后续的高速电弧喷涂处理需在喷砂处理后的4h内进行。
9.根据权利要求6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：在步骤三中，所述高速电弧喷涂处理时的喷涂电压为36-40V，喷涂电流为180-200A，喷涂距离为150-200mm，喷涂角度为80-90°，喷枪移动速度0.2-0.5 m /s。
10.根据权利要求6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：在步骤四中，所述大气等离子喷涂时的电弧电流为500-600A，电弧电压为60-80V，主气流量(Ar+N2) 为2-3.6m3/h，辅气流量（H2）为0.40-0.75m3/h，喷涂距离为100-150mm，颗粒状物料的送料速率为30-45g/min，喷枪移动速率为0.3-0.6m/s，喷涂角度为90°。
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