專利名稱：陶瓷涂層絕緣軸承及其制備方法
技術領域：
本發明屬于滾動軸承技術領域，具體涉及一種陶瓷涂層絕緣軸承，并且還涉及陶
瓷涂層絕緣軸承的制備方法。
背景技術：
絕緣軸承在并不限于的以下行業的應用十分廣泛，如鐵路行業用于鐵路車輛牽引電機，又如電力行業用于風力發電機的電機，再如，煤炭行業用于井巷設施及運煤設施的電機，等等。如業界所知之理，與電機配套的軸承產生提前失效的一大原因是由電流侵蝕所致，例如當電壓超過0. 5V和/或電流密度超過0. lA/mm2時，軸承的使用壽命會受到嚴重影響。更具體地講，主軸和軸承上因感應電流導致的電火花導致軸承表面腐蝕，在金屬材質的軸承表面形成凹坑和皺褶等現象，該現象即為電蝕。傳統的處置方式是強化檢查，及時更換，然而，由于這種處置方式屬于治表而非治本的既浪費資源又影響設備正常運行的消極處置方式，又由于近幾年來大容量變頻控制系統、變頻器以及電動發電機等的大量使用，因此迫使人們對軸承自身結構的絕緣問題加以考慮。 在市場見諸的由燒結工藝所得到的全陶瓷絕緣軸承雖然能夠避免電蝕，但是由于燒結陶瓷的機械性能以及可加工性能較差，使精度和可靠性倶受制約。此外，在陶瓷軸承的制造過程中，成品合格率較低，使價格昂貴，而且全陶瓷軸承的制造所消耗的能源較大，與目前全社會崇尚的節約型節能型經濟精神相悖。 絕緣軸承在文獻特別是中國專利文獻中已有報道，如實用新型專利授權公告號CN200973040Y介紹了一種電機用絕緣軸承套，其是在軸承內圈(專利稱內套)的外圓周上設置環狀臺階，在軸承內套的外側面和端面上開設定位槽(燕尾槽)將絕緣體填充到定位槽內。該專利方案通過在軸承內套與外套之間即內圈與外圈之間設置絕緣層達到防止通過軸承和轉子的軸電流產生，延長滾動軸承的使用壽命。但是該方案加工麻煩，因為需要對內、外套本身實施機械加工，又，絕緣體與內、外套的結合效果較為脆弱，并且容易磨損絕緣體。又如發明專利授權公告號CN10052009C提供了一種絕緣軸承裝置的絕緣方法，該專利申請方案是將軸承與軸承裝置上的緊固件接觸的部位設置絕緣層，該方案雖有說明書第1頁最后一段所述的長處，但整個工藝較為復雜，制造效率低而不利于工業化批量生產。
發明專利申請公開號CN1706980A披露了一種滾動軸承表面絕緣層加工工藝，該專利方案能夠彌補前兩項專利的欠缺，具體可參見該專利申請文件的說明書第2頁第8-11行對技術效果的表述。但是，細閱該專利申請(CN1706980A)可發現以下缺憾一是由于其采用的涂層材料為Al203-Ti02 (說明書第1頁倒數第4-5行)，因此，絕緣性能并不能達到人們所期取的效果；二是再現性即工業上的應用性存在障礙，例如該方案的工藝步驟(5)教導了使用氧氣和氫氣產生高溫將涂層材料熔化，并將熔化狀態的材料粉末顆粒高速送入等離子射束中均勻噴射到處理的基體表面上(說明書第1頁最后一段)，而氧氣和氫氣是不足以產生高溫的，因此該方案存在實施上的困惑，盡管在實施例如說明書第3頁第5-6行提及了用氬氣和氫氣，但依然容易給領域內的技術人員造成無所適從的困惑。還有，噴槍噴嘴與工件的距離為0. 3-0. 4m即30-40cm的選擇有失合理性，該距離很難實施有效噴涂；三是Al203-Ti02與工件表面的結合表現為間接結合，因為方案需先對鋼質基體表面噴涂Ni/Al涂層，即在鋼質基材表面先形成過渡層(見該專利申請的工藝步驟3)，而后將Al203-Ti02噴涂到過渡層上，可見，作為絕緣涂層的八1203-1102由于與鋼質基體之間并不是直接結合，存在工藝冗長之虞。 鑒于上述已有技術，有必要加以改進，本申請人經過了長期的探索，找到了解決上述技術方案所存在的不足的辦法，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。
發明內容
本發明的任務在于提供一種耐磨性好、絕緣性能優異、耐電壓強度高和抗電蝕效果理想的陶瓷涂層絕緣軸承。 本發明的還要任務在于提供一種陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，該方法既可確保絕緣涂層與基體之間的結合強度，又可便于磨削加工而藉以保證所述陶瓷涂層絕緣軸承的技術效果的全面體現。 本發明的任務是這樣來完成的，一種陶瓷涂層絕緣軸承，包括內圈、外圈和位于所述內、外圈之間的滾件，特征在于在所述的外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面各具有陶瓷絕緣層。 在本發明的一個具體的實施例中，所述的滾件為滾珠或滾柱。
在本發明的另一個具體的實施例中，所述的陶瓷絕緣層的厚度為0.3-1.0mm。
在本發明的又一個具體的實施例中，所述的陶瓷絕緣層的材料為Y203、 Zr02、 A1203或者80-85wt%的Zr02和5_6wt%的Hf02以及8_15wt%的R203三者的混合物，其中R為Y、Yb、Nb、 Sm或Sc。 本發明的還一任務是這樣來完成的，一種陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，該方法包括以下步驟 A)清洗，將由內、外圈和位于內、外圈之間的滾件構成的軸承中的外圈投入清洗裝置中清洗，以去除外圈表面的油污，得到清潔處理后的外圈； B)遮蔽保護，對清潔處理后的外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面以外的其它非噴涂表面用遮蔽帶進行遮蔽保護； C)表面預處理，用噴砂裝置對外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面噴砂，使外圈朝向外的表面及外圈的上、下表面形成粗糙面，得到待噴涂的外圈； D)噴涂陶瓷絕緣層，用等離子體噴涂裝置將&03、 Zr02、八1203或者80-85^%的Zr02和5-6wt %的Hf02以及8_15wt %的R203三者的混合物噴涂到待噴涂軸承的外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面，所述的等離子體噴涂裝置所用的等離子氣體為氬氣和氫氣，控制等離子體噴涂裝置的電流、控制氬氣和氫氣的流量和送粉量以及控制噴槍的噴嘴與工件的距離，所述R203式中的R為Y、 Yb、 Nb、 Sm或Sc，得到外圈朝向外的表面和外圈的上、下表面均具有陶瓷絕緣層的待磨削加工的外圈半成品； E)磨削加工，用粗磨砂輪先對陶瓷絕緣層的表面粗磨，再用細磨砂輪進行精磨，得到外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面均具有厚度為0. 3-1. Omm的陶瓷絕緣層的外圈
成品o
在本發明的再一個具體的實施例中，步驟A)中所述的清洗裝置為超聲波清洗機。
在本發明的還有一個具體的實施例中，步驟B)中所述的遮蔽帶為硅橡膠與玻璃纖維布復合帶。 在本發明的更而一個具體的實施例中，步驟C)中所述的噴砂所用的噴砂材料為20#白剛玉砂。 在本發明的進而一個具體的實施例中，步驟D)中所述的控制等離子體噴涂裝置的電流是將電流控制為350-450A，所述的控制氬氣和氫氣的流量是將氬氣和氫氣的流量分別控制為100-150L/min和15-30L/min，所述的控制送粉量是將送粉量控制為15-50g/min，所述的控制噴槍的噴嘴與工件的距離是將距離控制為10-20cm。 在本發明的又更而一個具體的實施例中，步驟E)中所述的粗磨砂輪為金剛石砂輪，而所述的細磨砂輪為碳化硅砂輪。 本發明提供的技術方案與已有技術相比，提供的陶瓷涂層絕緣軸承的陶瓷絕緣層具有良好的耐磨性、絕緣性和絕緣強度，耐電壓強度可達10000-12000V/mm ;提供的制備方法工藝步驟少，制備條件不苛刻，不僅可以保障所述陶瓷涂層絕緣軸承的技術效果，而且適合于工業化批量生產。
圖1為本發明陶瓷涂層絕緣軸承的一個實施例示意圖。
圖2為本發明陶瓷涂層絕緣軸承的另一個實施例示意圖。
具體實施例方式
為了使專利局的審查員尤其是公眾能夠更加清楚地理解本發明的技術實質和有益效果，申請人將在下面以實施例的方式結合附圖作詳細說明，但是對實施例的描述均不是對本發明方案的限制，任何依據本發明構思所作出的僅僅為形式上的而非實質性的等效變換都應視為本發明的技術方案范疇。 在闡述實施例之前，申請人需要說明的是在上面提到的1 203的式子中的1 雖然僅例舉了 Y、Yb、Nb、Sm和Sc，但顯然并不受到所列名稱(元素)的限制；同例，申請人雖然在
上面僅提及了等離子體噴涂裝置，但并不排斥使用超音速火焰噴涂裝置及爆炸噴涂裝置。
實施例1 : 制備圖1所示的陶瓷涂層絕緣軸承的步驟如下 A)清洗，將由圖l所示的由內、外圈1、2和位于內、外圈1、2之間的滾件3構成的軸承中的外圈2投入超聲波清洗機中清洗，以去除沾附在外圈2的表面的油污，得到清潔處理后的外圈2 ; B)遮蔽保護，將由步驟A)得到的清潔處理后的外圈2用遮蔽帶進行遮蔽保護，具體是除了外圈2朝向外的表面以及外圈2的上、下面這三個需要噴涂的表面外，對其它不需要噴涂的表面或稱部位用遮蔽帶遮蔽，在本實施例中，優選而非限于地使用由美國DeWal公司制造和銷售的牌號為Dewal500遮蔽膠帶，該遮蔽膠帶能夠用于噴砂和等離子噴涂工藝的遮蔽保護并且在撕下后不留殘膠，這種遮蔽帶是由硅橡膠與玻璃纖維布制成的，底材涂有一層高溫硅膠；
C)表面預處理，用噴砂裝置將規格為20#白剛玉砂噴向外圈2朝外的表面即外圓表面以及外圈2的上、下表面，使這些表面粗糙化，得到噴涂表面粗糙化的待噴涂外圈2 ;
D)噴涂陶瓷絕緣層，用等離子噴涂設備例如由瑞士蘇爾壽美科公司生產銷售的型號為9M等離子噴涂機(設備)將純度為98%以上的八1203涂層材料噴涂到外圈2的外表面即外圓表面以及外圈2的上、下表面，等離子噴涂設備的電流控制為360A，用于將純度即質量百分含量〉98X的Al203粉末材料熔化的等離子氣體即氬氣的流量控制為130L/min以及氫氣的流量控制為20L/min，Al203粉體的送入量控制為30g/min，等離子噴涂設備的噴槍的噴嘴與工件(外圈2)即噴涂距離控制為15cm，得到外圈2朝向外的表面以及外圈2的上、下表面具有八1203材質的陶瓷絕緣層21的待磨削加工的外圈半成品； E)磨削加工，先用金剛石砂輪對陶瓷絕緣層21粗磨，再用綠碳化硅砂輪精磨，得到外圈2朝向外的表面以及外圈2的上、下表面各具有厚度為0. 5mm的陶瓷絕緣層21的外圈成品，當與所述的內圈l及滾件3裝配后便構成了由圖l所示的陶瓷涂層絕緣軸承。
經測試A1203涂層的耐電壓強度(KV/mm)為10 10. 6KV/mm，本實施例中所述的碳化硅砂輪優選使用由中國上海營聯磨料磨具有限公司生產銷售的牌號為GC-II型砂輪。
實施例2 : 請見圖2，僅將步驟A)中的滾件3改為滾柱，將步驟D)中的等離子噴涂設備的電流改為430A，氬氣的流量改為150L/min，氫氣的流量改為28L/min，送粉量改為50g/min，噴嘴與工件之間的距離改為20cm，將步驟E)中的陶瓷絕緣層21的厚度改為0. 4mm， A1203涂層的耐壓強度經測試為10. 5-llKV/mm。當與內圈1及滾件3裝配后便構成了由圖2所示的陶瓷涂層絕緣軸承，其余均同對實施例1的描述。
實施例3 僅將步驟D)中的噴涂材料改用質量百分含量即純度為>98%的^03，等離子噴涂機的電流改為400A，氬氣的流量改為110L/min，氫氣的流量改為18L/min，送粉量改為20g/min，噴嘴與工件之間的距離改為10cm，將步驟E)中的陶瓷絕緣層21的厚度改為0. 3mm，&03涂層的耐壓強度經測試為19. 5-19. 9KY/mm。其余均同對實施例1的描述。
實施例4 僅將步驟D)中的噴涂材料改用純度均大于98%的Zr02、 Hf02和Y203三者的混合物，其中，Zr02 : Hf02 : &03的質量百分比為80 : 6 : 14，等離子噴涂機的電流改為390A，氬氣的流量改為140L/min，氫氣的流量改為20L/min，送粉量改為40g/min，噴嘴與工件之間的距離改為17cm，將步驟E)中的陶瓷絕緣層21的厚度改為0. 9mm，由Zr02與Hf02和Y203的混合物所共同構成的涂層的耐壓強度經測試為22. 8 23. 4KV/mm。其余均同對實施例1的描述。
權利要求
一種陶瓷涂層絕緣軸承，包括內圈(1)、外圈(2)和位于所述內、外圈(1、2)之間的滾件(3)，其特征在于在所述的外圈(2)朝向外的表面以及外圈(2)的上、下表面各具有陶瓷絕緣層(21)。
2. 根據權利要求l所述的陶瓷涂層絕緣軸承，其特征在于所述的滾件(3)為滾珠或滾柱。
3. 根據權利要求l所述的陶瓷涂層絕緣軸承，其特征在于所述的陶瓷絕緣層(21)的厚度為0. 3-1. 0mm。
4. 根據權利要求1或3所述的陶瓷涂層絕緣軸承，其特征在于所述的陶瓷絕緣層(21)的材料為Y203、 Zr02、 A1203或者80-85wt^的Zr02和5-6wt^的Hf02以及8-15wt^的R203三者的混合物，其中R為Y、Yb、Nb、Sm或Sc。
5. —種如權利要求1所述的陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟A) 清洗，將由內、外圈(1、2)和位于內、外圈(1、2)之間的滾件(3)構成的軸承中的外圈(2)投入清洗裝置中清洗，以去除外圈(2)表面的油污，得到清潔處理后的外圈(2);B) 遮蔽保護，對清潔處理后的外圈(2)朝向外的表面以及外圈(2)的上、下表面以外的其它非噴涂表面用遮蔽帶進行遮蔽保護；C) 表面預處理，用噴砂裝置對外圈(2)朝向外的表面以及外圈(2)的上、下表面噴砂，使外圈(2)朝向外的表面及外圈(2)的上、下表面形成粗糙面，得到待噴涂的外圈(2);D) 噴涂陶瓷絕緣層，用等離子體噴涂裝置將Y203、Zr02、Al203或者80-85wt^的Zr02和5-6wt^的Hf(^以及8-15wt^的R^三者的混合噴涂到待噴涂軸承的外圈(2)朝向外的表面以及外圈(2)的上、下表面，所述的等離子體噴涂裝置所用的等離子氣體為氬氣和氫氣，控制等離子體噴涂裝置的電流、控制氬氣和氫氣的流量和送粉量以及控制噴槍的噴嘴與工件的距離，所述1 203式中的1 為Y、Yb、Nb、Sm或Sc，得到外圈(2)朝向外的表面和外圈(2)的上、下表面均具有陶瓷絕緣層(21)的待磨削加工的外圈半成品；E) 磨削加工，用粗磨砂輪先對陶瓷絕緣層(21)的表面粗磨，再用細磨砂輪進行精磨，得到外圈(2)朝向外的表面以及外圈(2)的上、下表面均具有厚度為0.3-1.0mm的陶瓷絕緣層(21)的外圈成品。
6. 根據權利要求5所述的陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，其特征在于步驟A)中所述的清洗裝置為超聲波清洗機。
7. 根據權利要求5所述的陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，其特征在于步驟B)中所述的遮蔽帶為硅橡膠與玻璃纖維布復合帶。
8. 根據權利要求5所述的陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，其特征在于步驟C)中所述的噴砂所用的噴砂材料為20#白剛玉砂。
9. 根據權利要求5所述的陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，其特征在于步驟D)中所述的控制等離子體噴涂裝置的電流是將電流控制為350-450A，所述的控制氬氣和氫氣的流量是將氬氣和氫氣的流量分別控制為100-150L/min和15_30L/min，所述的控制送粉量是將送粉量控制為15-50g/min，所述的控制噴槍的噴嘴與工件的距離是將距離控制為10-20cm。
10. 根據權利要求5所述的陶瓷涂層絕緣軸承的制備方法，其特征在于步驟E)中所述的粗磨砂輪為金剛石砂輪，而所述的細磨砂輪為碳化硅砂輪。
全文摘要
一種陶瓷涂層絕緣軸承及其制備方法，屬于滾動軸承技術領域。包括內圈、外圈和位于所述內、外圈之間的滾件，特征在于在所述的外圈朝向外的表面以及外圈的上、下表面各具有陶瓷絕緣層。提供的陶瓷涂層絕緣軸承的陶瓷絕緣層具有良好的耐磨性、絕緣性和絕緣強度，耐電壓強度可達10000-12000V/mm；提供的制備方法工藝步驟少，制備條件不苛刻，不僅可以保障所述陶瓷涂層絕緣軸承的技術效果，而且適合于工業化批量生產。
文檔編號F16C19/36GK101782106SQ20101012983
公開日2010年7月21日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者張繼影 申請人:蘇州至順表面科技有限公司