本发明涉及一种具有测温感控功能的智能轴承及其制备方法，属于智能轴承技术领域。
背景技术：
轴承是保证传动系统正常安全运转的重要部件，其轴承钢材料通常工作温度低于80℃，一般不会超过120℃，只要温度值比额定允许值偏高，会导致转动的滚道工作表面不断受到交变力的作用而产生的材料疲劳失效。疲劳失效的形式是滚道接触表面产生疲劳裂纹或剥落，导致轴承过热直至完全损坏。
轴承长时间的运转也会造成自然的磨损失效，磨损失效时滚道摩擦表面的显微凸起和脱落的异物使表面受力不均，使局部摩擦生热造成局部变形，都会导致轴承损坏。特别是在特殊工况的轴承使用情况下，提早发现和感知轴承是否有异常，及时更换轴承是非常重要的。轴承在受交变力疲劳损坏还是自然磨损损坏的共同特点，都是会造成轴承发热，在高温下加速了轴承损坏。具有测温感控的智能技术的轴承，在轴承温度超过限值时及早报警更换疲劳损坏或磨损的轴承，避免出现设备更大损失。
因此，为了提高经济与生产效益，特殊工况轴承设计时需实时监测轴承运转温度，在异常情况或运转温度超出指定限值时发出报警，以便及时发现问题并进行处理。
现有技术的要轴承实时监测运转温度的方法一是增加温度监控装置，如发明专利申请号201711277084.3公开号107830067a公布了一种汽轮机支持轴承测温结构，该专利申请方案在轴承箱上安装温度传感器，实现测温传感器与轴承的分离。既能真实反映出轴承温度，同时可以在不拆卸轴承的情况下完成测温传感器的快速换装。该测温结构既可以保证轴承温度的准确性，同时也保证传感器易于拆卸换装，该方案整个工艺较为复杂，某些特殊工况轴承不能使用。另一种方案是利用热敏陶瓷的电阻温特性制成ptc传感器，在一定温度范围内进行实时监测，电阻值发生变化，在感温正常范围内控制系统不变化，当温度超过限值时，ptc传感给控制系统，控制系统发出警示指令。
钛酸钡基正温度系数热敏材料是轴承ptc稳定传感常用的材料之一，但钛酸钡的居里温度只有120℃，目前市场上居里点超过120℃的ptc热敏材料都是含铅的，国际上已在2006年开始全面禁止使用有铅压电元器件；现在无铅正温度系数热敏材料主要是高分子材料，但由于高分子材料的高温易软化，使用过程中当温度过高时容易软化变形甚至脱落，限制了其使用范围。
针对现有技术的测温感控功能的智能轴承存在的钛酸钡基正温度系数热敏材料居里温度过低和高分子热敏材料高温易软化的问题，一种居里温度高并且高温性能稳定的热敏材料的具有测温感控功能的智能轴承及其制备方法亟待开发出来。
技术实现要素：
为解决现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种居里温度高并且高温性能稳定的热敏材料的具有测温感控功能的智能轴承及其制备方法。该方法制备的具有测温感控功能的智能轴承居里温度高，耐高温、粘结性强、抗高温形变，制备方法操作简便、易于规模化生产。
本发明具体技术方案如下：一种具有测温感控功能的智能轴承，包括外圈、内圈、保持器及一组滚动体，外圈外表面喷涂有热敏陶瓷涂层和中介材料层，所述的中介材料层位于外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间，所述的中介材料层为钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料层，外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，所述的电信号接点与智能控制系统电性连接形成闭合回路，通过智能系统实时监测轴承在运行中的温度变化。
优选的，所述的热敏材料层为钛酸钡、钛酸锂、钛酸镧和钛酸镨中的任意一种改性的钛酸钡基热敏材料层。
所述的钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在配备搅拌器、冷凝回流装置的不锈钢反应釜中按照苯胺：苯酚：甲醛摩尔比1：1.1～1.5：1.2～2.5依次加入苯胺和苯酚，搅拌均匀后将甲醛缓慢加入反应釜，温度逐渐升至95～110℃后保持恒温3～4h。随后向体系中加入钛酸钡粉末，搅拌均匀后冷却至40～50℃。
(2)向上述不锈钢反应釜中继续加入计量的催化剂碳酸铵、苯酚、甲醛，其中所述的苯酚：甲醛摩尔比为1:1.2～2.5，加热至75～90℃后恒温2～4h，减压蒸馏，脱除水及残余小分子，得到钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料。
优选的，步骤(1)中所述的钛酸钡粉末用量为苯胺、苯酚和甲醛总质量的2～3％。
优选的，步骤(2)中所述的催化剂碳酸铵的用量为苯酚、甲醛总质量的0.5～2％。
一种具有测温感控功能的智能轴承的制备方法，包括以下步骤：
a、中介材料层材料制备：制备钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料。
b、预处理及清洗：用喷砂装置对轴承外圈表面喷砂，形成粗糙面。然后将喷砂处理后的轴承外圈投入清洗装置中清洗，以去除外圈表面的异物和油污，得到清洁处理后的轴承外圈。
c、中介材料层喷涂：以步骤a中制备的钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料与固化剂按照质量比1:1混合均匀进行分散喷涂，利用等离子喷涂系统均匀喷涂在步骤b中喷砂后的外圈表面，升温固化，得到预制件备用。
d、热敏陶瓷涂层喷涂：利用等离子喷涂系统均匀喷涂改性的钛酸钡基热敏材料在中介材料层上，得到具有测温感控功能的智能轴承外圈。
e、组装轴承：将上述步骤制备的具有测温感控功能的智能轴承外圈和内圈套在一起放入滚动体，根据保持器尺寸调整滚动体间距，然后装入步骤d制备的智能轴承外圈，得到具有测温感控功能的智能轴承。
优选的，步骤b中所述的清洗装置为超声清洗装置。
优选的，步骤c中所述的固化剂为六亚甲基四胺，固化条件为90℃/40min+100℃/40min+130℃/40min。
本发明的有益效果：
(1)本发明的具有测温感控功能的智能轴承，外圈外表面喷涂有钛酸钡、钛酸锂、钛酸镧和钛酸镨中的任意一种改性的钛酸钡基热敏材料层，钛酸钡、钛酸锂、钛酸镧和钛酸镨的添加提高了钛酸钡的居里温度。外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，通过智能系统能够准确实时监测轴承在运行中的温度变化。
(2)本发明的具有测温感控功能的智能轴承，外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间喷涂有钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料的中间材料层，能增强热敏陶瓷涂层复合材料层和轴承外圈基体的粘结性、耐腐蚀性和加工性，提高了轴承的使用寿命。
(3)本发明的具有测温感控功能的智能轴承制备方法，原料易得，制备方法稳定可靠，适合于规模化生产。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种具有测温感控功能的智能轴承，包括外圈、内圈、保持器及一组滚动体，外圈外表面喷涂有热敏陶瓷涂层和中介材料层，所述的中介材料层位于外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间，所述的中介材料层为钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料层，外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，所述的电信号接点与智能控制系统电性连接形成闭合回路，通过智能系统实时监测轴承在运行中的温度变化。所述的热敏材料层为钛酸钡改性的钛酸钡基热敏材料层。
一种具有测温感控功能的智能轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)在配备搅拌器、冷凝回流装置的不锈钢反应釜中按照苯胺：苯酚：甲醛摩尔比1：1.1：1.2依次加入苯胺和苯酚，搅拌均匀后将甲醛缓慢加入反应釜，温度逐渐升至95℃后保持恒温3h。随后向体系中加入钛酸钡粉末，搅拌均匀后冷却至40℃。所述的钛酸钡粉末用量为苯胺、苯酚和甲醛总质量的2％。
(2)向上述不锈钢反应釜中继续加入计量的催化剂碳酸铵、苯酚、甲醛，其中所述的苯酚：甲醛摩尔比为1:1.2，所述的催化剂碳酸铵的用量为苯酚、甲醛总质量的0.5％。加热至75℃后恒温2h，减压蒸馏，脱除水及残余小分子，得到钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料。
(3)预处理及清洗：用喷砂装置对轴承外圈表面喷砂，形成粗糙面。然后将喷砂处理后的轴承外圈投入超声清洗装置中清洗，以去除外圈表面的异物和油污，得到清洁处理后的轴承外圈。
(4)中介材料层喷涂：以步骤(2)中制备的钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料与固化剂六亚甲基四胺按照质量比1:1混合均匀进行分散喷涂，利用等离子喷涂系统均匀喷涂在步骤(3)中喷砂后的外圈表面，升温固化，固化条件为90℃/40min+100℃/40min+130℃/40min，得到预制件备用。
(5)热敏陶瓷涂层喷涂：利用等离子喷涂系统均匀喷涂改性的钛酸钡基热敏材料在中介材料层上，得到具有测温感控功能的智能轴承外圈。
(6)组装轴承：将上述步骤制备的具有测温感控功能的智能轴承外圈和内圈套在一起放入滚动体，根据保持器尺寸调整滚动体间距，然后装入步骤(5)制备的智能轴承外圈，得到具有测温感控功能的智能轴承。
实施例2
一种具有测温感控功能的智能轴承，包括外圈、内圈、保持器及一组滚动体，外圈外表面喷涂有热敏陶瓷涂层和中介材料层，所述的中介材料层位于外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间，所述的中介材料层为钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料层，外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，所述的电信号接点与智能控制系统电性连接形成闭合回路，通过智能系统实时监测轴承在运行中的温度变化。所述的热敏材料层为钛酸锂改性的钛酸钡基热敏材料层。
一种具有测温感控功能的智能轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)在配备搅拌器、冷凝回流装置的不锈钢反应釜中按照苯胺：苯酚：甲醛摩尔比1:1.2：1.6依次加入苯胺和苯酚，搅拌均匀后将甲醛缓慢加入反应釜，温度逐渐升至100℃后保持恒温3h。随后向体系中加入钛酸钡粉末，搅拌均匀后冷却至40℃。所述的钛酸钡粉末用量为苯胺、苯酚和甲醛总质量的2％。
(2)向上述不锈钢反应釜中继续加入计量的催化剂碳酸铵、苯酚、甲醛，其中所述的苯酚：甲醛摩尔比为1:1.6，所述的催化剂碳酸铵的用量为苯酚、甲醛总质量的1％。加热至80℃后恒温2.5h，减压蒸馏，脱除水及残余小分子，得到钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料。
(3)预处理及清洗：用喷砂装置对轴承外圈表面喷砂，形成粗糙面。然后将喷砂处理后的轴承外圈投入超声清洗装置中清洗，以去除外圈表面的异物和油污，得到清洁处理后的轴承外圈。
(4)中介材料层喷涂：以步骤(2)中制备的钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料与固化剂六亚甲基四胺按照质量比1:1混合均匀进行分散喷涂，利用等离子喷涂系统均匀喷涂在步骤(3)中喷砂后的外圈表面，升温固化，固化条件为90℃/40min+100℃/40min+130℃/40min，得到预制件备用。
(5)热敏陶瓷涂层喷涂：利用等离子喷涂系统均匀喷涂改性的钛酸钡基热敏材料在中介材料层上，得到具有测温感控功能的智能轴承外圈。
(6)组装轴承：将上述步骤制备的具有测温感控功能的智能轴承外圈和内圈套在一起放入滚动体，根据保持器尺寸调整滚动体间距，然后装入步骤(5)制备的智能轴承外圈，得到具有测温感控功能的智能轴承。
实施例3
一种具有测温感控功能的智能轴承，包括外圈、内圈、保持器及一组滚动体，外圈外表面喷涂有热敏陶瓷涂层和中介材料层，所述的中介材料层位于外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间，所述的中介材料层为钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料层，外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，所述的电信号接点与智能控制系统电性连接形成闭合回路，通过智能系统实时监测轴承在运行中的温度变化。所述的热敏材料层为钛酸镧改性的钛酸钡基热敏材料层。
一种具有测温感控功能的智能轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)在配备搅拌器、冷凝回流装置的不锈钢反应釜中按照苯胺：苯酚：甲醛摩尔比1:1.4：2.0依次加入苯胺和苯酚，搅拌均匀后将甲醛缓慢加入反应釜，温度逐渐升至105℃后保持恒温3.5h。随后向体系中加入钛酸钡粉末，搅拌均匀后冷却至48℃。所述的钛酸钡粉末用量为苯胺、苯酚和甲醛总质量的3％。
(2)向上述不锈钢反应釜中继续加入计量的催化剂碳酸铵、苯酚、甲醛，其中所述的苯酚：甲醛摩尔比为1:2.0，所述的催化剂碳酸铵的用量为苯酚、甲醛总质量的1.5％。加热至85℃后恒温3.5h，减压蒸馏，脱除水及残余小分子，得到钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料。
(3)预处理及清洗：用喷砂装置对轴承外圈表面喷砂，形成粗糙面。然后将喷砂处理后的轴承外圈投入超声清洗装置中清洗，以去除外圈表面的异物和油污，得到清洁处理后的轴承外圈。
(4)中介材料层喷涂：以步骤(2)中制备的钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料与固化剂六亚甲基四胺按照质量比1:1混合均匀进行分散喷涂，利用等离子喷涂系统均匀喷涂在步骤(3)中喷砂后的外圈表面，升温固化，固化条件为90℃/40min+100℃/40min+130℃/40min，得到预制件备用。
(5)热敏陶瓷涂层喷涂：利用等离子喷涂系统均匀喷涂改性的钛酸钡基热敏材料在中介材料层上，得到具有测温感控功能的智能轴承外圈。
(6)组装轴承：将上述步骤制备的具有测温感控功能的智能轴承外圈和内圈套在一起放入滚动体，根据保持器尺寸调整滚动体间距，然后装入步骤(5)制备的智能轴承外圈，得到具有测温感控功能的智能轴承。
实施例4
一种具有测温感控功能的智能轴承，包括外圈、内圈、保持器及一组滚动体，外圈外表面喷涂有热敏陶瓷涂层和中介材料层，所述的中介材料层位于外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间，所述的中介材料层为钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料层，外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，所述的电信号接点与智能控制系统电性连接形成闭合回路，通过智能系统实时监测轴承在运行中的温度变化。所述的热敏材料层为钛酸镨改性的钛酸钡基热敏材料层。
一种具有测温感控功能的智能轴承的制备方法，包括以下步骤：
(1)在配备搅拌器、冷凝回流装置的不锈钢反应釜中按照苯胺：苯酚：甲醛摩尔比1:1.5：2.5依次加入苯胺和苯酚，搅拌均匀后将甲醛缓慢加入反应釜，温度逐渐升至110℃后保持恒温4h。随后向体系中加入钛酸钡粉末，搅拌均匀后冷却至50℃。所述的钛酸钡粉末用量为苯胺、苯酚和甲醛总质量的3％。
(2)向上述不锈钢反应釜中继续加入计量的催化剂碳酸铵、苯酚、甲醛，其中所述的苯酚：甲醛摩尔比为1:2.5，所述的催化剂碳酸铵的用量为苯酚、甲醛总质量的2％。加热至90℃后恒温4h，减压蒸馏，脱除水及残余小分子，得到钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料。
(3)预处理及清洗：用喷砂装置对轴承外圈表面喷砂，形成粗糙面。然后将喷砂处理后的轴承外圈投入超声清洗装置中清洗，以去除外圈表面的异物和油污，得到清洁处理后的轴承外圈。
(4)中介材料层喷涂：以步骤(2)中制备的钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料与固化剂六亚甲基四胺按照质量比1:1混合均匀进行分散喷涂，利用等离子喷涂系统均匀喷涂在步骤(3)中喷砂后的外圈表面，升温固化，固化条件为90℃/40min+100℃/40min+130℃/40min，得到预制件备用。
(5)热敏陶瓷涂层喷涂：利用等离子喷涂系统均匀喷涂改性的钛酸钡基热敏材料在中介材料层上，得到具有测温感控功能的智能轴承外圈。
(6)组装轴承：将上述步骤制备的具有测温感控功能的智能轴承外圈和内圈套在一起放入滚动体，根据保持器尺寸调整滚动体间距，然后装入步骤(5)制备的智能轴承外圈，得到具有测温感控功能的智能轴承。
对比例1
仅不用热敏陶瓷涂层，其他同实施例1。
对比例2
仅不用钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料中介层，其他同实施例1。
结果对照：
分别对上述实施例1～4和对比例1～2进行测试，测试性能指标如表1。
检测结果表明：外圈外表面喷涂有钛酸钡、钛酸锂、钛酸镧和钛酸镨中的改性的钛酸钡基热敏材料层，提高了钛酸钡的居里温度，详见实施例1～4和对比例1。外圈末喷涂陶瓷层端面和外表面喷涂热敏陶瓷端面分别设有电信号接点，通过智能系统能够准确实时监测轴承在运行中的温度变化，轴承的电阻率、导热系数和升阻比都有所提高，详见实施例1～4和对比例1～2。外圈外表面和热敏陶瓷涂层之间喷涂有钛酸钡/苯并噁嗪树脂/酚醛树脂复合材料的中间材料层，能增强热敏陶瓷涂层复合材料层和轴承外圈基体的粘结性、耐腐蚀性和加工性，提高了轴承的使用寿命，详见实施例1～4和对比例2。