CN220653172U - 一种电机轴承陶瓷绝缘涂层及其制备装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电机轴承技术领域，具体涉及一种电机轴承陶瓷绝缘涂层及其制备装置，包括依次设置的基体层、粘结层、绝缘涂层和封孔剂层；所述粘结层的厚度为20‑100μm；绝缘涂层的厚度为100‑400μm。制备装置包括加工平台，加工平台的前端设置有第一腔室，加工平台的前端设置有挡板组件，挡板组件的前端设置有控制屏，第一腔室的后端设置有控制电板，加工平台的顶端设置有涂料搅拌装置；涂料搅拌组件包括搅拌釜、步进电机、转动杆和多组第二搅拌杆，加工平台的顶端与搅拌釜连接，搅拌釜的内部设置有第二腔室，搅拌釜的左侧和右侧均设置有加热槽。本实用新型电机轴承陶瓷绝缘涂层制备装置可减少喷涂质量问题，制备的陶瓷涂层具有良好的绝缘性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机绝缘轴承技术领域，具体涉及一种电机轴承陶瓷绝缘涂层及其制备装置。
背景技术
电机轴承在服役过程中，由于轴电流的存在而容易发生“电蚀”问题，造成轴承损伤，严重情况下会导致轴承乃至整个电机失效，造成重大的经济损失。使用陶瓷绝缘轴承虽然可以较好地切断电流传播路径以达到保护轴承的目的，但是由于传统的烧结类陶瓷存在制备成本高、脆性大、承载有限等缺点，限制了其广泛应用。
现今的喷涂设备内部搅拌设备搅拌不均匀、不完善，导致有时喷涂时会效果不好，影响喷涂产品成功率。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述不足之处，提供一种电机轴承陶瓷绝缘涂层及其制备装置。
本实用新型所采用的技术方案为：
一种电机轴承陶瓷绝缘涂层，其包括依次设置的基体层、粘结层、绝缘涂层和封孔剂层；所述粘结层的厚度为20-100 μm；绝缘涂层的厚度为100-400 μm。
优选地，所述绝缘涂层为Al2O3陶瓷或Al2O3-3%TiO2(AT3)绝缘涂层。
优选地，一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备技术，所述绝缘涂层的制备技术包括基体材料的前处理、粘结层的喷涂、Al2O3陶瓷或者AT3绝缘涂层的喷涂和绝缘涂层的封孔后处理。
本实用新型采用大气等离子喷涂工艺在轴承钢表面制备Al2O3或者AT3陶瓷绝缘涂层，并对制备后的涂层采用有机硅树脂进行封孔处理的制备技术，实现绝缘的目的。
所述基体材料为轴承钢GCr15，在喷涂前，对所述基体材料进行超声清洗和喷砂处理，去除基体表面的污染层及达到粗化效果。
优选地，喷砂处理所采用的砂粒为30-60目的棕刚玉或白刚玉，喷砂压力为0.4-0.6 MPa，喷砂角度为75-90°，喷砂距离为100-150 mm。
在喷砂后的基体表面进行粘结层的制备以减少绝缘涂层和基体的热应力差异，同时提高绝缘涂层和基体的结合强度。
优选地，所述粘结层原材料为NiCr、NiCrAl或NiAl金属粉末中的一种，采用等离子喷涂工艺制备涂层，涂层厚度为20-100 μm，等离子喷涂工艺参数为：喷涂电压为55-65 V，喷涂电流为450-500 A，主气流量为2000-2600 L/h，喷涂距离为120-130 mm，送粉率为10-24 g/min，喷枪移动速度为300-500 mm/s。
在粘结层表面制备Al2O3或者AT3绝缘涂层，优选地，所述绝缘涂层原材料为Al2O3粉末或者AT3粉末，粒径为15-45 μm，采用等离子喷涂工艺制备涂层，涂层厚度为200-300 μm，等离子喷涂工艺参数为：喷涂电压为60-70 V，喷涂电流为500-550 A，主气流量为2000-2800 L/h，喷涂距离为90-110 mm，送粉率为12-25 g/min，喷枪移动速度为200-400 mm/s。
为减少涂层内部的孔隙、层间裂纹等缺陷，提高涂层的综合性能，对绝缘涂层进行封孔后处理，优选地，所述封孔剂材料为纳米陶瓷颗粒或者有机硅树脂，渗透深度≥400 μm，封孔剂的固含量≥55%，封孔剂的固化时间≤12h，具有良好的高温稳定性。
本实用新型还提供了一种电机轴承陶瓷绝缘涂层及其制备装置，包括陶瓷绝缘涂层制备用等离子喷涂设备，具体包括加工平台，加工平台的前端设置有第一腔室，加工平台的前端设置有挡板组件，挡板组件的前端设置有控制屏，第一腔室的后端设置有控制电板，加工平台的顶端设置有涂料搅拌组件，所述加工平台的底端设置有四组万向轮，涂料搅拌组件包括搅拌釜、步进电机、转动杆和多组第二搅拌杆，加工平台的顶端与搅拌釜连接，搅拌釜的内部设置有第二腔室，搅拌釜的左侧和右侧均设置有加热槽，两组加热槽的内端均设置有等离子加热弧，第一腔室的底端与步进电机连接，步进电机的输出端与转动杆连接，转动杆的外壁上设置有六组第一搅拌杆，转动杆的顶端轴承密封通过加工平台的顶端插入至第二腔室内，搅拌釜的顶端设置有盖板组件，盖板组件上设置有进料斗，搅拌釜的右端设置有出料管，出料管与转换接头组件连接，所述涂料搅拌组件顶部和底部的四组第一搅拌杆的外壁分别与四组第二搅拌杆连接，中部的两组第一搅拌杆的外壁上均设置有两组第二搅拌杆。
优选地，所述搅拌釜的前端设置有观察窗口，观察窗口的前端设置有刻度。
优选地，盖板组件包括盖板和四组第一螺丝，搅拌釜的顶端设置有四组安装螺纹孔，盖板的顶端设置有四组安装贯穿孔，四组第一螺丝分别通过安装贯穿孔与安装螺纹孔螺纹连接，盖板的顶端设置有进料斗。
优选地，挡板组件包括挡板和四组第二螺丝，加工平台的前端设置有四组固定螺纹孔，挡板的前端设置有四组固定贯穿孔，四组第二螺丝分别通过固定贯穿孔与固定螺纹孔螺纹连接，挡板的前端设置有控制屏。
优选地，所述出料管的顶端设置有电磁阀。
优选地，转换接头组件包括蓄料盒，出料管的右端与蓄料盒连通，蓄料盒的右端设置有六组转换接头，六组转换接头的顶端均设置有第一球阀，六组转换接头的右侧外壁上设置有第一螺纹。
优选地，所述进料斗的右端设置有第二球阀。
优选地，所述加工平台的后端设置有通风口，通风口中设置有粉尘过滤网。
与现有技术相比本实用新型的有益效果为：
1、首先加工平台通过万向轮移动到合适的位置，然后将涂料通过进料斗加入到第二腔室中，然后通过控制屏进行步进电机的控制，然后启动两组等离子加热弧和步进电机，等离子加热弧将加热槽中加热油的加热，以此进行第二腔室中的加热，以此对涂料进行加热并使其融化，然后步进电机带动转动杆和六组搅拌杆进行旋转，以此进行第二腔室中融化涂料的混合搅拌，并通过多组第二搅拌杆加强涂料缓和搅拌，之后搅拌好的涂料会通过出料管进入到转换接头组件中排出，从而提高涂料的混合质量，因此增强实用性。
2、本实用新型技术制备陶瓷绝缘涂层具有良好的力学性能、绝缘性能和耐摩擦磨损性能，在实际应用中可大幅度提高服役寿命，并且工艺简单、生产成本较低，解决了传统烧结类陶瓷绝缘轴承在大电机应用中存在的加工困难、成本高等缺点。
附图说明
图1是本实用新型电机轴承陶瓷绝缘涂层制备装置的一种结构示意图；
图2是本实用新型电机轴承陶瓷绝缘涂层制备装置的一种结构示意图；
图3是本实用新型电机轴承陶瓷绝缘涂层制备装置的一种结构示意图；
图4是本实用新型电机轴承陶瓷绝缘涂层制备装置的一种结构示意图；
图5为本实用新型的电机轴承绝缘涂层断面结构示意图；
图6为本实用新型实施例1中制备的Al2O3陶瓷涂层表面SEM图；
图7为本实用新型实施例1中Al2O3陶瓷涂层横截面SEM图: (a)低倍下; (b)为(a)局部高倍图。
附图中标记：1、加工平台；2、控制电板；3、搅拌釜；4、等离子加热弧；5、步进电机；7、转动杆；8、进料斗；9、第一搅拌杆；10、第二搅拌杆；11、出料管；12、盖板；13、第一螺丝；14、挡板；15、第二螺丝；16、蓄料盒；17、转换接头；18、第一球阀；19、第二球阀；20、粉尘过滤网；21、万向轮；22、观察窗口；23、刻度；24、电磁阀；25、第一螺纹；30、第一腔室；31、第二腔室；32、加热槽；33、控制屏；
111、封孔剂；222、绝缘涂层；333、粘结层；444、基体。
具体实施方式
下面将结合本实用新型的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的仅是本实用新型一部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本实用新型的内容。
一种电机轴承陶瓷绝缘涂层，包括依次设置的基体层444、粘结层333、绝缘涂层222和封孔剂层111；粘结层333的厚度为20-100 μm；绝缘涂层的厚度为100-400 μm。
如图1至图4所示，电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，包括陶瓷绝缘涂层制备用等离子喷涂设备，具体包括加工平台1，加工平台1的前端设置有第一腔室30，加工平台1的前端设置有挡板组件，挡板组件的前端设置有控制屏33，第一腔室30的后端设置有控制电板2，加工平台1的顶端设置有涂料搅拌组件，所述加工平台1的底端设置有四组万向轮21，涂料搅拌组件包括搅拌釜3、步进电机5、转动杆7和多组第二搅拌杆10，加工平台1的顶端与搅拌釜3连接，搅拌釜3的内部设置有第二腔室31，搅拌釜3的左侧和右侧均设置有加热槽32，两组加热槽32的内端均设置有等离子加热弧4，第一腔室30的底端与步进电机5连接，步进电机5的输出端与转动杆7连接，转动杆7的外壁上设置有六组第一搅拌杆9，转动杆7的顶端轴承密封通过加工平台1的顶端插入至第二腔室31内，搅拌釜3的顶端设置有盖板组件，盖板组件上设置有进料斗8，搅拌釜3的右端设置有出料管11，出料管11与转换接头组件连接，所述涂料搅拌组件顶部和底部的四组第一搅拌杆9的外壁分别与四组第二搅拌杆10连接，中部的两组第一搅拌杆9的外壁上均设置有两组第二搅拌杆10；首先加工平台通过万向轮移动到合适的位置，然后将涂料通过进料斗加入到第二腔室中，然后通过控制屏进行步进电机的控制，然后启动两组等离子加热弧和步进电机，等离子加热弧将加热槽中加热油的加热，以此进行第二腔室中的加热，以此对涂料进行加热并使其融化，然后步进电机带动转动杆和六组搅拌杆进行旋转，以此进行第二腔室中融化涂料的混合搅拌，并通过多组第二搅拌杆加强涂料缓和搅拌，之后搅拌好的涂料会通过出料管进入到转换接头组件中排出，从而提高涂料的混合质量，因此增强实用性。
搅拌釜3的前端设置有观察窗口22，观察窗口22的前端设置有刻度23；可以通过观察窗口进行第二腔室中的贯穿，并通过刻度进行第二腔室中涂料的容量的对比，从而增强实用性。
盖板组件包括盖板12和四组第一螺丝13，搅拌釜3的顶端设置有四组安装螺纹孔，盖板12的顶端设置有四组安装贯穿孔，四组第一螺丝13分别通过安装贯穿孔与安装螺纹孔螺纹连接，盖板12的顶端设置有进料斗8；可以通过四组螺丝进行盖板的安装，从而进行第二腔室和两组加热槽的封口，并方便进行维修，从而增强实用性。
挡板组件包括挡板14和四组第二螺丝15，加工平台1的前端设置有四组固定螺纹孔，挡板14的前端设置有四组固定贯穿孔，四组第二螺丝15分别通过固定贯穿孔与固定螺纹孔螺纹连接，挡板14的前端设置有控制屏33；可以通过四组第二螺丝进行挡板安装，从而对第一腔室中零件的保护和维修，从而增强实用性。
出料管11的顶端设置有电磁阀24；可以通过电磁阀翻方便进行出料管开关的控制，从而增强实用性。
转换接头组件包括蓄料盒16，出料管11的右端与蓄料盒16连通，蓄料盒16的右端设置有六组转换接头17，六组转换接头17的顶端均设置有第一球阀18，六组转换接头17的右侧外壁上设置有第一螺纹25；可以通过的第一螺纹方便进行喷涂枪的连接，并通过六组第一球阀方便进行六组转换接头的开启和关闭，从而增强实用性。
进料斗8的右端设置有第二球阀19；可以通过第二球阀方便进行进料斗的开启和关闭，从而增强实用性。
加工平台1的后端设置有通风口，通风口中设置有粉尘过滤网20；可以通过通风口方便进行第一腔室的散热，并可以通过粉尘过滤网，防止灰尘进入到第一腔室中，从而增强实用性。
本实用新型的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其在工作时，首先加工平台通过万向轮移动到合适的位置，然后将涂料通过进料斗加入到第二腔室中，然后通过控制屏进行步进电机的控制，然后启动两组等离子加热弧和步进电机，等离子加热弧将加热槽中加热油的加热，以此进行第二腔室中的加热，以此对涂料进行加热并使其融化，然后步进电机带动转动杆和六组搅拌杆进行旋转，以此进行第二腔室中融化涂料的混合搅拌，并通过多组第二搅拌杆加强涂料缓和搅拌，之后启动电磁阀，然后搅拌好的涂料会通过出料管进入到续料盒中，之后将喷涂枪的管道与转换接头螺纹连接，然后打开第一球阀并可以进行涂料的喷头，之后可以通过观察窗口进行第二腔室中涂料的余量，并可以通过刻度进行对比。
实施例1
结合图5，一种在轴承钢表面上喷涂所述的Al2O3陶瓷绝缘涂层的制备技术，包括如下步骤：
（1）轴承钢表面处理：采用无水乙醇超声清洗后进行喷砂处理，以去除基体444表面的氧化层，同时达到粗化的效果以提高涂层与基体444的结合强度。
喷砂所选用的砂粒为30-60目的棕刚玉，喷砂压力为0.4 MPa，喷砂角度为75°，喷砂距离为130 mm，喷砂后基体444表面粗糙度Ra达到3.59 μm，同时用压缩空气枪对基体4表面进行清理，以去除残砂。
（2）粘结层喷涂：在步骤（1）喷砂处理结束后，采用等离子喷涂设备在基体444表面喷涂粘结层333，所用的粘结层材料为NiCr、NiCrAl或NiAl中的一种，喷涂前利用等离子射流对基体444表面进行预热，预热后基体444温度不超过125 ℃，喷涂过程中所用的主气为氩气，次气为氢气，送粉气为氮气，参数如下：喷涂电压为62 V，喷涂电流为480 A，主气流量2100 L/h，喷涂距离130 mm，送粉率24.1 g/min，喷枪移动速度为500 mm/s。喷涂得到20-100 μm厚的粘结层3。
（3）陶瓷层喷涂：采用粒径为15-45 μm的不规则Al2O3粉末作为原材料，采用等离子喷涂设备在粘结层333表面喷涂陶瓷层，使粘结层表面形成厚度为100-400 μm厚的陶瓷层222。等离子喷涂过程中所用的主气为氩气，次气为氢气，送粉气为氮气，参数如下：喷涂电压为70 V，喷涂电流为550 A，主气流量为2300 L/h，喷涂距离为100 mm，送粉率为19.1 g/min，喷枪移动速率为200 mm/s。
（4）封孔后处理：在室温下，采用常温固化的有机硅树脂作为封孔剂，对陶瓷层222采用刷涂的封孔方式进行封孔处理，封孔剂固化时间为1 h，封孔剂固化后在陶瓷层222表面形成一层保护层111。后续可根据需要，对封孔完成后的涂层进行磨削，即可得到最终的陶瓷绝缘涂层。 图5中白色的为涂层内孔隙、裂纹等缺陷，黑色的为封孔剂。
实施例
结合图1，一种在轴承钢表面上喷涂所述的AT3绝缘涂层的制备技术，包括如下步骤：
（1）轴承钢表面处理：同实施例1
（2）粘结层喷涂：同实施例1
（3）绝缘工作层喷涂：采用粒径为15-45 μm的不规则AT3粉末作为原材料，采用等离子喷涂设备在粘结层333表面喷涂绝缘涂层，使粘结层表面形成厚度为100-400 μm厚的绝缘涂层222。等离子喷涂过程中所用的主气为氩气，次气为氢气，送粉气为氮气，参数如下：喷涂电压为68 V，喷涂电流为530 A，主气流量为2300 L/h，喷涂距离为110 mm，送粉率为19.1 g/min，喷枪移动速率为200 mm/s。
（4）封孔后处理：采用纳米陶瓷颗粒作为封孔剂材料，将绝缘涂层浸入封孔剂中，通过旋转电极444，使得电极444沿周向逐步浸入所述封孔剂中，封孔剂渗入绝缘涂层222中的孔隙和裂纹内。待封孔剂固化后，可根据需要，对封孔完成后的绝缘涂层进行磨削处理，即可得到最终的AT3绝缘涂层。
性能检测：
1. 通过扫描电子显微镜（配有X射线能谱分析仪）对实施例1中的（3）陶瓷绝缘涂层表面形貌、（4）绝缘涂层横截面形貌进行观察分析，观察前对试样进行喷铂处理，以增强试样导电性，检测结果如图2、图3所示。
由实施例1中的图2可以看出，制备的Al2O3陶瓷涂层颗粒熔化较为充分，颗粒扁平化铺展良好。
由实施例1中的图3可以看出，等离子喷涂制备的Al2O3陶瓷绝缘涂层表现出典型的层状结构，涂层内部较为致密，且陶瓷层与粘结层、粘结层与基体界面之间结合紧密，无明显的裂纹、孔隙等缺陷。同时，所使用的有机硅封孔剂渗透性能良好、固含量较高，对陶瓷层内部的孔隙、裂纹等缺陷起到了良好的密封效果。
2. 通过万能材料试验机、显微维氏硬度计、电压击穿测试仪和往复式摩擦磨损试验机对实施例1制备的绝缘涂层进行结合强度、显微硬度、击穿电压和耐摩擦磨损性能测试，测得涂层的结合强度为29 Mpa，介电强度为16 kV/mm。
3. 通过万能材料试验机和电压击穿测试仪对实施例2制备的绝缘涂层进行结合强度和击穿性能测试，测得涂层的结合强度为32 Mpa，介电强度为14 kV/mm。
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种电机轴承陶瓷绝缘涂层，其特征在于，包括依次设置的基体层（444）、粘结层（333）、绝缘涂层（222）和封孔剂层（111）；所述粘结层（333）的厚度为20-100 μm；绝缘涂层的厚度为100-400 μm。
2.根据权利要求1所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层，其特征在于，所述绝缘涂层为Al2O3陶瓷或Al2O3-3%TiO2(AT3)绝缘涂层。
3.一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于包括等离子喷涂设备，具体包括加工平台（1），加工平台（1）的前端设置有第一腔室（30），加工平台（1）的前端设置有挡板组件，挡板组件的前端设置有控制屏（33），第一腔室（30）的后端设置有控制电板（2），加工平台（1）的顶端设置有涂料搅拌组件，所述加工平台（1）的底端设置有四组万向轮（21）；其特征在于，涂料搅拌组件包括搅拌釜（3）、步进电机（5）、转动杆（7）和多组第二搅拌杆（10），加工平台（1）的顶端与搅拌釜（3）连接，搅拌釜（3）的内部设置有第二腔室（31），搅拌釜（3）的左侧和右侧均设置有加热槽（32），两组加热槽（32）的内端均设置有等离子加热弧（4），第一腔室（30）的底端与步进电机（5）连接，步进电机（5）的输出端与转动杆（7）连接，转动杆（7）的外壁上设置有六组第一搅拌杆（9），转动杆（7）的顶端轴承密封通过加工平台（1）的顶端插入至第二腔室（31）内，搅拌釜（3）的顶端设置有盖板组件，盖板组件上设置有进料斗（8），搅拌釜（3）的右端设置有出料管（11），出料管（11）与转换接头组件连接，涂料搅拌组件顶部和底部的四组第一搅拌杆（9）的外壁分别与四组第二搅拌杆（10）连接，中部的两组第一搅拌杆（9）的外壁上均设置有两组第二搅拌杆（10）。
4.根据权利要求3所述一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于：所述搅拌釜（3）的前端设置有观察窗口（22），观察窗口（22）的前端设置有刻度（23）。
5.如权利要求3所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于，盖板组件包括盖板（12）和四组第一螺丝（13），搅拌釜（3）的顶端设置有四组安装螺纹孔，盖板（12）的顶端设置有四组安装贯穿孔，四组第一螺丝（13）分别通过安装贯穿孔与安装螺纹孔螺纹连接，盖板（12）的顶端设置有进料斗（8）。
6.如权利要求3所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于，挡板组件包括挡板（14）和四组第二螺丝（15），加工平台（1）的前端设置有四组固定螺纹孔，挡板（14）的前端设置有四组固定贯穿孔，四组第二螺丝（15）分别通过固定贯穿孔与固定螺纹孔螺纹连接，挡板（14）的前端设置有控制屏（33）。
7.如权利要求4所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于，所述出料管（11）的顶端设置有电磁阀（24）。
8.如权利要求5所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于，转换接头组件包括蓄料盒（16），出料管（11）的右端与蓄料盒（16）连通，蓄料盒（16）的右端设置有六组转换接头（17），六组转换接头（17）的顶端均设置有第一球阀（18），六组转换接头（17）的右侧外壁上设置有第一螺纹（25）。
9.如权利要求6所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于，所述进料斗（8）的右端设置有第二球阀（19）。
10.如权利要求7所述的一种电机轴承陶瓷绝缘涂层的制备装置，其特征在于，所述加工平台（1）的后端设置有通风口，通风口中设置有粉尘过滤网（20）。
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