CN117778938A - 一种绝缘套圈及其制备方法与应用 - Google Patents

一种绝缘套圈及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种绝缘套圈及其制备方法与应用,所述制备方法包括以下步骤:对套圈依次进行预处理和等离子喷涂,形成绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;所述等离子喷涂的喷涂料包括氧化铝和氮化铝;采用无机密封剂对所述绝缘套圈前体进行密封处理,然后进行固化,得到绝缘套圈中间体;对所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈。本发明通过优化绝缘涂层的成分组成、喷涂条件以及密封剂,提高了绝缘涂层的综合性能,使其具有优异的耐温和绝缘性能;所述电机轴绝缘组件包括分体组合的电机轴和所述绝缘套圈,在电机轴本体上去除绝缘套圈的余量,使得电机轴本体和绝缘套圈可单独加工,降低了喷涂难度,提高了加工效率。

Description

一种绝缘套圈及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于绝缘涂层技术领域,尤其涉及一种绝缘套圈及其制备方法与应用。
背景技术
现有技术中应用于电机设备中的轴承,常处于高频高压的工作环境中,轴承内部往往会受到严重的电蚀作用的影响,导致轴承失效。在轴承上涂覆绝缘涂层是一种行之有效的方法,由于轴承外圈表面积比较大,部分较大的轴承为了节约成本则把绝缘涂层应用在内圈。但无论内圈还是外圈均要分三次进行喷涂,两个端面和一个外圆。
目前绝缘涂层一般为等离子喷涂氧化铝涂层,等离子喷涂涂层一般有一定的空隙,这些孔隙在施加电压后会形成导电通路,因此需要使用密封剂将这些孔堵住,但不能100%完全堵住,因此绝缘涂层的表面积增加后开放的孔数量也会增加,使得电绝缘性能会相应下降,另外电容也随着表面积的增加而增加,不适宜高频工作。
为了提升电学性能也为了节约成本,绝缘层的面积越小越好,因此很多研究者将绝缘涂层应用在电机轴上,降低了绝缘涂层的面积,但电机轴的形状和加工工序相对轴承较为复杂,喷涂时遮蔽困难,以及密封后残余的密封剂难以清理,造成电机轴清洁度无法通过,无法批量生产,喷涂和密封残余物在电机轴工作时会脱落污染润滑油,造成电机异响以及加快磨损。因此,在电机轴上做绝缘涂层还需要进一步研究。
另外,目前氧化铝涂层导热系数较差,在电机高温工作时大量的热量聚集,导致电机温度持续升高,因此,亟需开发一种导热效果好的绝缘涂层。
目前高速电机的工作温度接近200℃,甚至超过200℃,而目前绝缘涂层所使用的密封剂一般为硅基或环氧基,一般工作温度在100℃左右,长期高温工作密封封孔剂会老化变黄逐步失效,因此,需要提供一种耐高温的密封剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种绝缘套圈及其制备方法与应用,通过优化绝缘涂层的成分组成、喷涂条件以及密封封孔剂,提高了绝缘涂层的综合性能,使其具有优异的耐温和绝缘性能;通过设计分体组合的电机轴和绝缘套圈,在电机轴本体上去除绝缘套圈的余量,使得电机轴本体和绝缘套圈可单独加工,降低了喷涂难度,提高了加工效率。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种绝缘套圈的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行预处理和等离子喷涂,形成绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述等离子喷涂的喷涂料包括氧化铝和氮化铝;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理,然后进行固化,得到绝缘套圈中间体;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈。
值得说明的是,本发明在喷涂料中添加氮化铝粉末,因氮化铝的导热系数约为氧化铝的5倍,提高了绝缘涂层的导热效果。
本发明通过对套圈等离子喷涂形成绝缘涂层,然后通过无机密封剂密封绝缘涂层,能够有效提升其电绝缘性能;所述制备方法工艺简单、操作方便。且所述制备方法制得的绝缘套圈,绝缘涂层整体的孔隙率低,具有良好的绝缘性,还通过无机密封剂进行封孔,使其耐受温度可高达300℃。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述套圈的材质包括轴承钢。
优选地,步骤(1)所述预处理包括对套圈依次进行清洗和喷砂处理。
需要说明的是,喷涂绝缘涂层前需先去除套圈表面的油渍,然后对需要喷涂的绝缘套圈外表面进行喷砂毛化。
优选地,所述喷砂处理的喷砂料目数为40-60目,例如可以是42目、45目、47目、50目、52目、55目、57目或59目等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述喷砂处理的喷砂料包括白刚玉和/或棕刚玉。
优选地,所述喷砂处理的喷砂压力为0.4-0.6MPa,例如可以是0.42MPa、0.45MPa、0.47MPa、0.5MPa、0.52MPa、0.55MPa、0.57MPa或0.59MPa等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(1)所述喷涂料的粒径均为20-50μm,例如可以是22μm、25μm、27μm、30μm、32μm、35μm、37μm、40μm、42μm、45μm、47μm或49μm等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是,步骤(1)所述等离子喷涂时需选用专门的喷涂工装(包括喷涂定位环、芯轴和带中心孔的压板),等离子喷涂时采用一夹一顶的方式,三爪卡盘夹持芯轴夹持,顶尖固定压板。单次可喷涂多个绝缘套圈,降低了喷涂成本,可实现批量化生产。
优选地,步骤(1)所述氮化铝的添加量为喷涂料质量的9%-10%,例如可以是9.1%、9.2%、9.3%、9.4%、9.5%、9.6%、9.7%、9.8%或9.9%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述喷涂料还包括二氧化钛。
优选地,所述二氧化钛的添加量为喷涂料质量的1.5%-3.5%,例如可以是1.7%、2%、2.2%、2.5%、2.7%、3%、3.2%或3.4%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是,当喷涂料含有二氧化钛时,需相对应地减少氧化铝的添加量,但不改变氮化铝的添加量。
优选地,步骤(1)所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000-7000inch/min,喷涂角度85-90°,氩气流量38-45L/min,氢气流量6-10L/min,电流580-620A,送粉率28-32g/min,喷涂距离140-150mm,喷涂温度≤120℃。
需要说明的是,喷涂料是否含有二氧化钛,所述等离子喷涂的参数略有不同,具体包括以下情况:
(a)所述喷涂料为氧化铝和氮化铝时,所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000-7000inch/min,喷涂角度85-90°,氩气流量42-45L/min,氢气流量8-10L/min,电流620A,送粉率28-32g/min,喷涂距离140-150mm,喷涂温度≤120℃;或
(b)所述喷涂料为二氧化钛、氧化铝和氮化铝时,所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000-7000inch/min,喷涂角度85-90°,氩气流量38-42L/min,氢气流量6-8L/min,电流580A,送粉率28-32g/min,喷涂距离140-150mm,喷涂温度≤120℃。
优选地,步骤(1)所述绝缘涂层的孔隙率≤5%,例如可以是4.8%、4.5%、4.3%、4%、3.8%、3.5%或3%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述绝缘涂层的硬度为600-900HV,例如可以是620HV、650HV、670HV、700HV、720HV、750HV、770HV、800HV、820HV、850HV、870HV或890HV等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(2)所述无机密封剂包括如下组分:磷酸盐,正硅酸乙酯和溶剂。
优选地,所述磷酸盐包括磷酸镁、磷酸铬或磷酸铝中的任意一种或至少两种的组合。
优选地,所述溶剂包括乙醇和丙酮。
值得说明的是,通过无机密封剂对绝缘套圈进行渗透封孔,且所述无机密封剂具有耐高温特性,可使绝缘套圈在300℃以下长期服役。
优选地,步骤(2)所述密封处理的时间≥15min,例如可以是17min、19min、20min、22min、24min、25min、27min或29min等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是,所述密封处理后需将残余在绝缘套圈表面的密封剂全部擦除干净。
优选地,步骤(2)所述固化的温度为200-220℃,例如可以是202℃、204℃、205℃、207℃、210℃、212℃、214℃、215℃、217℃或219℃等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述固化的时间为1-3h,例如可以是1.2h、1.4h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.7h或2.9h等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,步骤(3)所述磨削处理的方式包括无心磨。
优选地,步骤(3)所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮。
优选地,所述砂轮的目数为200-400目,例如可以是220目、250目、270目、300目、320目、350目、370目或390目等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述砂轮的线速度为2000-2500inch/min,例如可以是2050inch/min、2100inch/min、2150inch/min、2200inch/min、2250inch/min、2300inch/min、2350inch/min、2400inch/min或2450inch/min等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述绝缘套圈的外圆椭圆度≤0.003mm,例如可以是0.0028mm、0.0025mm、0.0022mm、0.002mm、0.0018mm、0.0015mm或0.001mm等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动≤0.008mm,例如可以是0.0075mm、0.007mm、0.0065mm、0.006mm、0.0055mm、0.005mm或0.004mm等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是,本发明加工绝缘套圈时主要先加工外圆,外圆椭圆度控制在0.003mm以内,然后以外圆为基准加工绝缘套圈内圆,外圆相对内圆跳动≤0.008mm。
作为本发明优选的技术方案,所述制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行清洗、喷砂处理和等离子喷涂,形成孔隙率≤5%、硬度为600-900HV的绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述喷砂处理的喷砂料目数为40-60目;所述喷砂处理的喷砂压力为0.4-0.6MPa;
所述等离子喷涂的喷涂料包括氧化铝和氮化铝;所述氮化铝的添加量为喷涂料质量的9%-10%;所述喷涂料的粒径均为20-50μm;
所述喷涂料还包括二氧化钛;所述二氧化钛的添加量为喷涂料质量的1.5%-3.5%;
所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000-7000inch/min,喷涂角度85-90°,氩气流量38-45L/min,氢气流量6-10L/min,电流580-620A,送粉率28-32g/min,喷涂距离140-150mm,喷涂温度≤120℃;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理≥15min,然后在温度为200-220℃下进行固化1-3h,得到绝缘套圈中间体;
所述无机密封剂包括如下组分:磷酸盐,正硅酸乙酯和溶剂;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈;
所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮;所述砂轮的目数为200-400目,线速度为2000-2500inch/min;
所述绝缘套圈的外圆椭圆度≤0.003mm;所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动≤0.008mm。
第二方面,本发明提供了一种绝缘套圈,所述绝缘套圈由第一方面所述的制备方法制得。
所述绝缘套圈包括套圈以及涂覆在所述套圈表面的绝缘涂层。
第三方面,本发明提供了一种如第二方面所述的绝缘套圈的应用,所述绝缘套圈用于电机轴绝缘组件;
所述电机轴绝缘组件包括分体组合的电机轴和所述绝缘套圈;
所述电机轴和所述绝缘套圈过盈配合。
本发明提供的电机轴绝缘组件解决了现有技术中电机轴的形状和加工工序相对轴承较为复杂,喷涂时遮蔽困难,密封后残余的密封剂难以清理,喷涂和密封残余物在电机轴工作时会脱落污染润滑油,造成电机异响以及加快磨损等难题。
本发明提供的电机轴绝缘组件,通过将电机轴绝缘组件做成分体式,先在电机轴本体上去除绝缘套圈的余量,使得电机轴本体和绝缘套圈可单独加工;然后将绝缘套圈装配在电机轴上,且通过电机轴和绝缘套圈过盈配合,防止绝缘套圈和电机轴本体相对滑动。另外,套圈为一个简单的圆环,仅需在套圈上加工绝缘涂层,喷涂时无需进行遮蔽,且能大批量生产,大大降低了喷涂和后处理成本。
需要说明的是,本发明在装配绝缘套圈时,需先将绝缘套圈加热到200-300℃,保证绝缘套圈的内圆膨胀后大于电机轴本体预留的外径尺寸,然后将加热后的绝缘套圈安装在电机轴本体上,冷却后和电机轴本体过盈配合,防止绝缘套圈和电机轴本体相对滑动。
作为本发明优选的技术方案,所述电机轴绝缘组件还包括绝缘垫片;
所述绝缘套圈的两侧均设置有绝缘垫片;
所述电机轴和所述绝缘垫片间隙配合。
优选地,所述绝缘垫片中含有氧化铝和氮化铝;所述氮化铝的添加量为氧化铝、氮化铝总质量的9%-10%,例如可以是9.1%、9.2%、9.3%、9.4%、9.5%、9.6%、9.7%、9.8%或9.9%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述绝缘垫片的孔隙率≤5%,例如可以是4.8%、4.5%、4.3%、4%、3.8%、3.5%或3%等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
作为本发明优选的技术方案,所述绝缘垫片的制备方法包括:
混合氧化铝和氮化铝,然后依次进行热等静压、密封处理和固化。
本发明所述绝缘垫片采用粉末冶金的方式做成标准件,成本低,且可批量加工。
优选地,所述热等静压的温度为1400-1450℃,例如可以是1405℃、1410℃、1415℃、1420℃、1425℃、1430℃、1435℃、1440℃或1445℃等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述热等静压的压力为280-300MPa,例如可以是282MPa、285MPa、287MPa、290MPa、292MPa、295MPa、297MPa或299MPa等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述密封处理为:浸泡于无机密封剂中≥15min,例如可以是17min、19min、20min、22min、24min、25min、27min或29min等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
需要说明的是,所述密封处理结束后需将残余在绝缘垫片表面的密封剂全部擦除干净。
优选地,所述无机密封剂包括如下组分:磷酸盐,正硅酸乙酯和溶剂。
本发明中,所述磷酸盐包括磷酸镁、磷酸铬或磷酸铝中的任意一种或至少两种的组合;所述溶剂包括乙醇和丙酮。
优选地,所述固化的温度为200-220℃,例如可以是202℃、204℃、205℃、207℃、210℃、212℃、214℃、215℃、217℃或219℃等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述固化的时间为1-3h,例如可以是1.2h、1.4h、1.5h、1.8h、2h、2.2h、2.5h、2.7h或2.9h等,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的绝缘套圈的制备方法,通过优化绝缘涂层的成分组成、喷涂条件以及密封剂,提高了绝缘涂层的综合性能,使其具有优异的耐温和绝缘性能;
(2)本发明提供的电机轴绝缘组件,通过将电机轴绝缘组件做成分体式,先在电机轴本体上去除绝缘套圈的余量,使得电机轴本体和绝缘套圈可单独加工,降低了喷涂难度,提高了加工效率。
附图说明
图1为本发明提供的等离子喷涂工装模具的结构示意图。
图2为本发明提供的等离子喷涂工装模具的剖视图。
图3为本发明提供的电机轴绝缘组件的结构示意图。
图4为本发明提供的电机轴绝缘组件的剖视图。
其中,1-喷涂定位环、2-绝缘套圈、3-芯轴、4-压板、5-中心孔、6-芯轴夹持、7-电机轴、8-绝缘垫片。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
下述实施例和对比例中等离子喷涂工装模具的结构示意图和剖视图分别图1-2所示。
实施例1
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,所述绝缘套圈的制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行清洗、喷砂处理和等离子喷涂,形成绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述套圈的材质为轴承钢;所述喷砂处理的喷砂料目数为50目;所述喷砂处理的喷砂压力为0.5MPa;
所述等离子喷涂的喷涂料为三氧化二铝和氮化铝;所述氮化铝的添加量为喷涂料质量的9.5%;所述喷涂料的粒径均为35μm;
所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6500inch/min,喷涂角度87°,氩气流量43L/min,氢气流量9L/min,电流620A,送粉率30g/min,喷涂距离145mm,喷涂温度100℃;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理20min,然后将残余在绝缘套圈前体表面的密封剂全部擦除干净,之后在温度为210℃下进行固化2h,得到绝缘套圈中间体;
所述无机密封剂包括如下组分:磷酸镁,正硅酸乙酯,无水乙醇和丙酮;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈;
所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮;所述砂轮的目数为300目,线速度为2200inch/min;
所述绝缘套圈的外圆椭圆度为0.002mm;所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动为0.005mm;
所述绝缘垫片的制备方法包括:
混合三氧化二铝和氮化铝,然后在温度为1420℃、压力为290MPa下进行热等静压,之后浸泡于无机密封剂中密封处理20min,将残余在绝缘垫片表面的密封剂全部擦除干净,最后在温度为210℃下进行固化2h;
所述氮化铝的添加量为三氧化二铝、氮化铝总质量的9.5%。
实施例2
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,所述绝缘套圈的制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行清洗、喷砂处理和等离子喷涂,形成绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述套圈的材质为轴承钢;所述喷砂处理的喷砂料目数为40目;所述喷砂处理的喷砂压力为0.6MPa;
所述等离子喷涂的喷涂料为三氧化二铝和氮化铝;所述氮化铝的添加量为喷涂料质量的9%;所述喷涂料的粒径均为20μm;
所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000inch/min,喷涂角度85°,氩气流量45L/min,氢气流量10L/min,电流620A,送粉率28g/min,喷涂距离145mm,喷涂温度100℃;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理15min,然后将残余在绝缘套圈前体表面的密封剂全部擦除干净,之后在温度为200℃下进行固化2h,得到绝缘套圈中间体;
所述无机密封剂包括如下组分:磷酸铝,正硅酸乙酯,无水乙醇和丙酮;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈;
所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮;所述砂轮的目数为200目,线速度为2500inch/min;
所述绝缘套圈的外圆椭圆度为0.0025mm;所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动为0.006mm;
所述绝缘垫片的制备方法包括:
混合三氧化二铝和氮化铝,然后在温度为1400℃、压力为300MPa下进行热等静压,之后浸泡于无机密封剂中密封处理15min,将残余在绝缘垫片表面的密封剂全部擦除干净,最后在温度为200℃下进行固化2h;
所述氮化铝的添加量为三氧化二铝、氮化铝总质量的9%。
实施例3
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,所述绝缘套圈的制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行清洗、喷砂处理和等离子喷涂,形成绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述套圈的材质为轴承钢;所述喷砂处理的喷砂料目数为60目;所述喷砂处理的喷砂压力为0.4MPa;
所述等离子喷涂的喷涂料为二氧化钛、三氧化二铝和氮化铝;所述二氧化钛、氮化铝的添加量分别独立地为喷涂料质量的2.5%、10%;所述喷涂料的粒径均为50μm;
所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6500inch/min,喷涂角度90°,氩气流量40L/min,氢气流量7L/min,电流580A,送粉率32g/min,喷涂距离145mm,喷涂温度100℃;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理20min,然后将残余在绝缘套圈前体表面的密封剂全部擦除干净,之后在温度为220℃下进行固化2h,得到绝缘套圈中间体;
所述无机密封剂包括如下组分:磷酸镁,正硅酸乙酯,无水乙醇和丙酮;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈;
所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮;所述砂轮的目数为400目,线速度为2000inch/min;
所述绝缘套圈的外圆椭圆度为0.002mm;所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动为0.0045mm;
所述绝缘垫片的制备方法包括:
混合三氧化二铝和氮化铝,然后在温度为1450℃、压力为280MPa下进行热等静压,之后浸泡于无机密封剂中密封处理20min,将残余在绝缘垫片表面的密封剂全部擦除干净,最后在温度为220℃下进行固化2h;
所述氮化铝的添加量为三氧化二铝、氮化铝总质量的10%。
实施例4
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了所述绝缘套圈和绝缘垫片中,氮化铝的添加量占原料总量的7%以外,其他条件均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了所述绝缘套圈和绝缘垫片中,氮化铝的添加量占原料总量的13%以外,其他条件均与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了步骤(1)所述等离子喷涂的喷涂角度80°以外,其他条件均与实施例1相同。
实施例7
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了步骤(1)所述等离子喷涂的喷涂距离120mm以外,其他条件均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了步骤(3)所述绝缘套圈的外圆椭圆度为0.005mm以外,其他条件均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了所述绝缘套圈和绝缘垫片中不含有氮化铝以外,其他条件均与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种绝缘套圈和绝缘垫片的制备方法,除了将所述绝缘套圈和绝缘垫片中,“无机密封剂”替换为“有机硅树脂基密封剂”以外,其他条件均与实施例1相同。
将上述实施例和对比例制得的绝缘套圈和绝缘垫片进行性能检测,采用金相显微镜对绝缘涂层和绝缘垫片的孔隙率进行测试,采用显微维氏硬度计对绝缘涂层的硬度进行测试,测试结果如表1所示。
将上述实施例和对比例制得的绝缘套圈和绝缘垫片用于电机轴绝缘组件,所述电机轴绝缘组件(如图3-4所示)包括分体组合的电机轴和绝缘套圈;
所述电机轴和所述绝缘套圈过盈配合;
所述绝缘套圈包括套圈以及涂覆在所述套圈表面的绝缘涂层;
所述绝缘套圈的两侧均设置有绝缘垫片;
所述电机轴和所述绝缘垫片间隙配合。
对上述电机轴绝缘组件进行性能检测,采用绝缘电阻测试仪和高温烘箱对电机轴绝缘组件的耐温性能进行测试,测试条件为:温度300℃,加载1000V直流电压;其中,电阻值超过10GΩ视为性能优异,1-10GΩ合格,低于1GΩ为不合格,测试结果如表1所示。
表1
绝缘涂层孔隙率/% 绝缘涂层硬度/HV 绝缘垫片孔隙率/% 电机轴绝缘组件的耐温性能/GΩ
实施例1 4.0 823 3.8 11
实施例2 3.6 799 3.3 11
实施例3 4.5 865 4.2 11
实施例4 3.3 750 3.1 9.5
实施例5 5.5 870 5.2 2.5
实施例6 6.7 810 6.5 0.3
实施例7 6.9 845 6.6 0.1
实施例8 4.0 820 3.8 11
对比例1 2.5 580 2.1 1.8
对比例2 4.0 826 3.6 0.01
由表1可知:
(1)本发明提供的绝缘涂层和绝缘垫片的制备方法,在其成分设计、适当的喷涂条件以及特定的无机密封剂的前提下,提高了绝缘涂层和绝缘垫片的综合性能;其中,绝缘涂层和绝缘垫片的孔隙率≤5%,绝缘涂层的硬度为600-900HV,电机轴使用温度可高达300℃;
(2)综合实施例1和实施例4-5、对比例1对比可知,当原料中不含有氮化铝或氮化铝的添加量过少时,导致绝缘涂层和绝缘垫片的导热效果差,进而导致电机温度持续升高;当原料中氮化铝的添加量过多时,因氮化铝硬度和熔点均高于氧化铝,等离子喷涂时导致粉末熔化不均匀,造成孔隙率升高,最终绝缘性能会下降;
(3)综合实施例1和实施例6-7对比可知,当等离子喷涂的喷涂角度过小时,因粒子撞击在零件表面时速度减弱,导致涂层孔隙率升高,绝缘性能大大下降;当等离子喷涂的喷涂距离过近时,因粒子升温和加速距离不够,导致涂层孔隙率增加,绝缘性能大大下降;
(4)综合实施例1和实施例8对比可知,当绝缘套圈的外圆椭圆度过大时,虽然不会影响涂层的绝缘绝缘性能,但在最终使用时会因精度不够,导致电机异响或异常磨损,缩短了电机的使用寿命;
(5)综合实施例1和对比例2对比可知,当采用有机硅树脂基密封剂进行封孔时,因其耐高温性能较差,导致电机轴绝缘组件长期高温工作时密封剂易失效。
申请人声明,本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征,但本发明并不局限于上述详细结构特征,即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了,对本发明的任何改进,对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种绝缘套圈的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行预处理和等离子喷涂,形成绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述等离子喷涂的喷涂料包括氧化铝和氮化铝;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理,然后进行固化,得到绝缘套圈中间体;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述套圈的材质包括轴承钢;
步骤(1)所述预处理包括对套圈依次进行清洗和喷砂处理;
所述喷砂处理的喷砂料目数为40-60目;
所述喷砂处理的喷砂料包括白刚玉和/或棕刚玉;
所述喷砂处理的喷砂压力为0.4-0.6MPa。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述喷涂料的粒径均为20-50μm;
步骤(1)所述氮化铝的添加量为喷涂料质量的9%-10%;
步骤(1)所述喷涂料还包括二氧化钛;
所述二氧化钛的添加量为喷涂料质量的1.5%-3.5%;
步骤(1)所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000-7000inch/min,喷涂角度85-90°,氩气流量38-45L/min,氢气流量6-10L/min,电流580-620A,送粉率28-32g/min,喷涂距离140-150mm,喷涂温度≤120℃;
步骤(1)所述绝缘涂层的孔隙率≤5%;
步骤(1)所述绝缘涂层的硬度为600-900HV。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述无机密封剂包括如下组分:磷酸盐,正硅酸乙酯和溶剂;
所述磷酸盐包括磷酸镁、磷酸铬或磷酸铝中的任意一种或至少两种的组合;
所述溶剂包括乙醇和丙酮;
步骤(2)所述密封处理的时间≥15min;
步骤(2)所述固化的温度为200-220℃;
步骤(2)所述固化的时间为1-3h。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述磨削处理的方式包括无心磨;
步骤(3)所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮;
所述砂轮的目数为200-400目;
所述砂轮的线速度为2000-2500inch/min;
步骤(3)所述绝缘套圈的外圆椭圆度≤0.003mm;
步骤(3)所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动≤0.008mm。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
(1)对套圈依次进行清洗、喷砂处理和等离子喷涂,形成孔隙率≤5%、硬度为600-900HV的绝缘涂层,得到绝缘套圈前体;
所述喷砂处理的喷砂料目数为40-60目;所述喷砂处理的喷砂压力为0.4-0.6MPa;
所述等离子喷涂的喷涂料包括氧化铝和氮化铝;所述氮化铝的添加量为喷涂料质量的9%-10%;所述喷涂料的粒径均为20-50μm;
所述喷涂料还包括二氧化钛;所述二氧化钛的添加量为喷涂料质量的1.5%-3.5%;
所述等离子喷涂的参数为:喷涂线速度6000-7000inch/min,喷涂角度85-90°,氩气流量38-45L/min,氢气流量6-10L/min,电流580-620A,送粉率28-32g/min,喷涂距离140-150mm,喷涂温度≤120℃;
(2)采用无机密封剂对步骤(1)所述绝缘套圈前体进行密封处理≥15min,然后在温度为200-220℃下进行固化1-3h,得到绝缘套圈中间体;
所述无机密封剂包括如下组分:磷酸盐,正硅酸乙酯和溶剂;
(3)对步骤(2)所述绝缘套圈中间体进行磨削处理,得到所述绝缘套圈;
所述磨削处理使用的砂轮包括金刚石砂轮;所述砂轮的目数为200-400目,线速度为2000-2500inch/min;
所述绝缘套圈的外圆椭圆度≤0.003mm;所述绝缘套圈中,外圆相对内圆的跳动≤0.008mm。
7.一种绝缘套圈,其特征在于,所述绝缘套圈由权利要求1-6任一项所述的制备方法制得;
所述绝缘套圈包括套圈以及涂覆在所述套圈表面的绝缘涂层。
8.一种如权利要求7所述的绝缘套圈的应用,其特征在于,所述绝缘套圈用于电机轴绝缘组件;
所述电机轴绝缘组件包括分体组合的电机轴和所述绝缘套圈;
所述电机轴和所述绝缘套圈过盈配合。
9.根据权利要求8所述的应用,其特征在于,所述电机轴绝缘组件还包括绝缘垫片;
所述绝缘套圈的两侧均设置有绝缘垫片;
所述电机轴和所述绝缘垫片间隙配合;
所述绝缘垫片中含有氧化铝和氮化铝;所述氮化铝的添加量为氧化铝、氮化铝总质量的9%-10%;
所述绝缘垫片的孔隙率≤5%。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述绝缘垫片的制备方法包括:
混合氧化铝和氮化铝,然后依次进行热等静压、密封处理和固化;
所述热等静压的温度为1400-1450℃;
所述热等静压的压力为280-300MPa;
所述密封处理为:浸泡于无机密封剂中≥15min;
所述无机密封剂包括如下组分:磷酸盐,正硅酸乙酯和溶剂;
所述固化的温度为200-220℃;
所述固化的时间为1-3h。
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