一种等离子喷涂涂层的封孔方法、绝缘轴承与流程

本发明属于涂层技术领域，具体涉及一种等离子喷涂涂层的封孔方法、绝缘轴承。

背景技术：

在机车、风电等工业领域，一些部件需要在绝缘工况下工作才能保证安全以及较长的使用寿命。如牵引电机的轴承，由于牵引电机在使用过程中会有轴电流的产生使得轴承易被电蚀，严重影响了轴承的使用寿命。为了防止电蚀，通常采用等离子喷涂方式在轴承的内(外)套圈内(外)径面及端面喷涂绝缘涂层，以实现轴承的绝缘。

但是在等离子喷涂过程中，由于变形粒子间的不完全重叠、气孔形成和熔融粒子的凝固收缩，在涂层的内部和表面形成了孔隙，其中连续的孔隙从表面延伸到基体。孔隙的存在降低了涂层整体的性能，同时一些腐蚀介质通过孔隙到达基体表面，对涂层和基体造成腐蚀。腐蚀产物的积累会导致涂层的龟裂、脱落，最终使涂层失效。因此需对涂层进行封孔处理，以降低涂层中的孔隙率，从而提高涂层的性能。常规的封孔处理方式为刷涂、浸渍和机械喷涂等，但当涂层的孔隙率小于3％、微孔尺寸小于5μm时，受封孔剂粘度及封孔剂与涂层之间的浸润性的影响，封孔剂在涂层中的孔隙中渗透深度不足，并且孔隙中存在的气体阻碍了封孔剂的渗入，使得封孔后涂层中残留孔隙率较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种等离子喷涂涂层的封孔方法，以解决现有的封孔方法存在的残留孔隙率高的问题。

本发明的目的还在于提供一种绝缘轴承，该绝缘轴承具有较好的绝缘性能。

为实现上述目的，本发明的等离子喷涂涂层的封孔方法采用的技术方案为：

一种等离子喷涂涂层的封孔方法，包括以下步骤：在一盛有液态封孔剂的密闭容器中，液态封孔剂中浸没有设置有待封孔的等离子喷涂涂层的工件，先使密闭容器中的压力保持负压状态，然后向密闭容器中通入气体加压至正压并保持，然后泄压并取出上述工件进行后处理。

本发明的封孔方法中，负压状态使得工件表面的待封孔的等离子喷涂涂层的孔隙中的空气被排出，使得封孔剂进入孔隙的阻力减小。另外，在充入气体加压以及保持正压的过程中，在压力的作用下液态封孔剂在孔隙中的渗透深度逐渐增加。本发明通过负压浸渍以及浸渍加压两步，提高了等离子喷涂涂层的孔隙的填充度，并提高了封孔剂在等离子喷涂涂层的孔隙中的渗透深度，从而降低了残留孔隙率，使得残留孔隙率降低到1％以下。本发明的封孔方法有效封闭了等离子喷涂涂层中的表面孔隙以及贯穿孔隙，切断了工件工作环境中的液体或气体介质进入到等离子喷涂涂层以及工件基体内部的通道，从而使得等离子喷涂涂层的性能得到提升。由于封孔剂的渗透深度的提高和残留孔隙率的降低，等离子喷涂涂层的耐磨性、抗渗透以及与工件基体的结合力等性能也获得了提升。

本发明的封孔方法中，后处理依据使用的封孔剂种类进行。若封孔剂无需进行固化处理，则后处理为将取出的工件表面多余的封孔剂去除干净；若封孔剂需进行固化处理，则后处理还包括将工件表面多余的封孔剂去除干净后进行固化处理，可以为常温固化也可以为热固化。

优选的，等离子喷涂涂层为陶瓷颗粒形成的绝缘涂层。绝缘涂层的绝缘性能受涂层中孔隙的影响较大，采用本发明的封孔方法降低了残留孔隙率，提高了绝缘涂层的绝缘性能。本发明的封孔方法能够使绝缘涂层的室温绝缘电阻＞11gω(dc1000v)，耐电压击穿强度大于10kv/mm(ac)。进一步优选的，所述陶瓷颗粒为氧化铝颗粒，粒径大小为30～50μm。

通过优化封孔剂的种类来进一步降低残留孔隙率，优选的所用封孔剂为环氧树脂类封孔剂，后处理包括固化处理，所述固化处理的温度为100～150℃，时间为3～5h。环氧树脂类封孔剂与涂层之间的粘接力强，具有优良的耐磨、耐化学介质渗透性和耐变温性。通过固化，使得孔隙中的封孔剂固化从而达到较好的封孔效果。固化时的升温速率为5～10℃/min。

进一步优选的，在室温下(25±5℃)，所述液态封孔剂的粘度为28～30s，电气强度20～23mv/m，体积电阻率8.8×10⁷～9.4×10⁷mω·m。上述粘度为采用涂4-粘度计根据gb/t1723-93中的测量方法测得。

进一步优选的，所述液态封孔剂的温度为70～80℃。

为避免引入其他杂质，优选的，通入的气体为氮气或惰性气体如氩气等。为节约成本，优选的，充入的气体为氮气。

通过优化负压状态下的真空度以及保持时间来使残留孔隙率进一步降低，提高封孔效果，优选的，所述负压状态下的绝对真空度为10～50pa，负压状态保持时间为40～70min。

通过优化正压状态下的压强以及保持时间来进一步降低残留孔隙率以及提高封孔剂在孔隙中的渗透深度，优选的，所述正压状态下的压强为0.2～0.3mpa，正压状态保持时间为40～70min。

等离子喷涂涂层表面可能存在油污等杂质，为减少油污和其他杂质在孔隙中的残留，封孔前，先对表面设置有待封孔的等离子喷涂涂层的工件进行清洗并干燥。清洗时所用清洗剂为现有技术中常用的清洗剂如乙醇、丙酮等。优选的，所用清洗剂为丙酮。清洗后，干燥的温度为90～110℃，时间为2～4h。干燥时的升温速率为5～10℃/min。

本发明的绝缘轴承采用的技术方案为：

一种绝缘轴承，由包括以下步骤的方法制得：采用等离子喷涂法在轴承表面喷涂绝缘涂层，然后采用上述封孔方法对绝缘涂层进行封孔处理。其中轴承的内(外)套圈内(外)径面以及端面均为轴承的表面。

通过优化等离子喷涂工艺参数来降低涂层的孔隙率，优选的，等离子喷涂的工艺参数为：电压为70～80v，电流为500～600a，送粉速速为30～40g/min，喷涂距离为180～200mm。

进一步优选的，所述绝缘涂层的厚度为100～150μm。

优选的，绝缘涂层为氧化铝涂层，所用氧化铝原料的粒度为30～50μm，纯度≥99.5％。

附图说明

图1为本发明的实施例3中绝缘轴承的制备工艺路线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例以及附图对本发明作进一步说明。

以下实施例中所用环氧树脂封孔剂的型号为r-1140(浙江荣泰科技企业有限公司)。

一、等离子喷涂涂层的封孔方法的实施例

实施例1

本实施例的等离子喷涂涂层为采用等离子喷涂方法在轴承表面喷涂的氧化铝绝缘涂层，涂层厚度为100～120μm，该等离子喷涂涂层的封孔方法包括以下步骤：

(1)将表面有等离子喷涂涂层的轴承采用丙酮将表面清洗干净，然后在烘箱中于100℃温度(升温速率为5℃/min)下烘3h；

(2)然后将烘干后的轴承放入密闭容器中，将70℃的环氧树脂封孔剂注入容器中，确保轴承完全没入封孔剂中。然后密闭抽真空至绝对真空度为50pa，然后在此真空状态下保持40min；随后向密闭容器中通入氮气使容器内压力上升至0.3mpa，并保压40min；

(3)然后泄去压力，取出轴承，将零件表面多余的封孔剂去除后，置于烘箱中以5℃/min的升温速度升温至120℃保温4h，之后随烘箱降温至室温后取出。

实施例2

本实施例的等离子喷涂涂层为采用等离子喷涂方法在轴承表面喷涂的氧化铝绝缘涂层，涂层的厚度为120～150μm，该等离子喷涂涂层的封孔方法包括以下步骤：

(1)将表面有等离子喷涂涂层的轴承采用丙酮将表面清洗干净，然后在烘箱中于100℃温度(升温速率为5℃/min)下烘3h；

(2)然后将烘干后的轴承放入密闭容器中，将80℃的环氧树脂封孔剂注入容器中，确保轴承完全没入封孔剂中。然后密闭抽真空至绝对真空度为50pa，然后在此真空状态下保持70min；随后向密闭容器中通入氮气使容器内压力上升至0.2mpa，并保压70min；

(3)然后泄去压力，取出零件，将零件表面多余的封孔剂去除后，置于烘箱中以10℃/min的升温速度升温至120℃保温4h，之后随烘箱降温至室温后取出。

在本发明的封孔方法的其他实施例中，也可以先向密闭容器中加入足量的环氧树脂封孔剂以保证可以浸没工件，然后将设置有待封孔的等离子喷涂涂层的工件悬于该容器中(此时未将工件浸入环氧树脂中)，然后密闭抽真空使密闭容器处于负压状态再将上述工件浸没于环氧树脂封孔剂中。

二、绝缘轴承的实施例

实施例3

本实施例的绝缘轴承由包括以下步骤的方法制得，其制备工艺路线如图1所示，具体为：

(1)绝缘涂层的制备

选用粒度为30～40μm、纯度≥99.5％的氧化铝粉末，在烘箱中于100℃下烘1h，然后采用等离子喷涂工艺在轴承外圈外径及端面和内圈内径及端面喷涂氧化铝绝缘涂层，得到表面有绝缘涂层的轴承。等离子喷涂的工艺参数为：电压70v，电流为500a，送粉速度为35g/min，喷涂距离为180mm，绝缘涂层厚度为100～120μm。

(2)然后采用同实施例1的封孔方法对绝缘涂层进行封孔。

实施例4

本实施例的绝缘轴承由包括以下步骤的方法制得：

(1)绝缘涂层的制备

选用粒度为40～50μm、纯度≥99.5％的氧化铝粉末，在烘箱中于100℃下烘1h，然后采用等离子喷涂工艺在轴承外圈外径及端面和内圈内径及端面喷涂氧化铝绝缘涂层，得到表面有绝缘涂层的轴承。等离子喷涂的工艺参数为：电压80v，电流为600a，送粉速度为40g/min，喷涂距离为180～200mm，绝缘涂层厚度为120～150μm。

(2)然后采用同实施例2的封孔方法对绝缘涂层进行封孔。

三、对比例部分

对比例1

本对比例的等离子喷涂涂层的封孔方法包括以下步骤：采用刷涂的方式将环氧树脂封孔剂刷到表面有等离子喷涂涂层的轴承表面(等离子喷涂涂层同实施例1)，然后置于烘箱中以10℃/min的升温速度升温至120℃保温4h，之后随烘箱降温至室温后取出。

对比例2

本对比例的绝缘轴承，其绝缘涂层的制备方法同实施例3中的绝缘涂层的制备方法，封孔方法同对比例1的封孔方法。

四、试验例部分

试验例1

分别对实施例1～2以及对比例1中封孔前的等离子喷涂涂层的孔隙率进行测试，然后对封孔后的孔隙率以及渗透深度进行测试，具体测试方法为：将有等离子喷涂涂层的轴承试片(未封孔和已封孔，为同工艺同批次制成的试片)制样，进行磨抛处理后，使用激光共聚焦扫描显微镜lsm700对涂层拍照(100x)，采用图像法用软件进行分析计算孔隙率。测试结果如表1所示。

表1封孔效果测试结果

由表1可知，采用本发明的封孔方法对等离子喷涂涂层进行封孔后孔隙率比较低，并且渗透程度比较深，具有较好的封孔效果。

试验例2

对实施例3～4以及对比例2中的绝缘轴承的绝缘涂层进行绝缘性能测试。

其中绝缘电阻的测试方法为：将轴承的涂层表面使用柔性导电材料覆盖，保证涂层和柔性导电材料紧密贴合，采用fluke1508绝缘测试仪进行绝缘电阻测试，测试条件：dc(直流)1000v，电化时间1min。

耐电压击穿强度的测试方法为：将轴承的绝缘涂层表面使用柔性导电材料覆盖，保证涂层和柔性导电材料紧密贴合，采用20kv击穿电压试验机进行耐电压测试。测试条件：匀速升压，升压速率500v/s，击穿强度为涂层击穿电压与涂层厚度比值。

测试结果如表2所示。

表2绝缘轴承的绝缘涂层的性能测试结果

由表2可知，本发明的绝缘轴承具有较高的绝缘电阻以及耐电压击穿强度，证明本发明的绝缘轴承具有较好的绝缘性能。进一步证明，本发明的封孔方法具有较好的封孔效果，能够提高等离子喷涂涂层的性能。