[發明專利]一種電機絕緣軸承用復合陶瓷涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 202110692748.2
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113549860B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 田保紅;張毅;周孟;傅麗華;劉勇;薛啟明;張志陽
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C23C4/08
• 分類號: C23C4/08;C23C4/10;C23C4/131;C23C4/134;B05D7/16
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 時亞娟

一種電機絕緣軸承用復合陶瓷涂層，包括金屬過渡層、陶瓷絕緣層和高分子封閉層，金屬過渡層由93wt%?Cu和7wt%?Al噴涂而成，陶瓷絕緣層由混配粉末和混配粉末質量0.5%的聚乙烯醇粘結劑混合后噴涂而成，混配粉末包括80?90wt%的Si₃N₄、9.5?19.8wt%的α?Al₂O₃和0.2?0.5wt%的CeO₂，高分子封閉層的原料為有機硅改性丙烯酸樹脂漆和稀釋劑。本發明專門適用于海上、陸上等極端惡劣環境，具有結合強度高、韌性強、不易剝落，溫度適應范圍寬，致密度高，且成本低廉的特點，能夠讓電機絕緣軸承在擁有優良機械性能的基礎上抵抗軸電流的侵蝕，以滿足軸承抗軸電流燒蝕的需求。

技術領域

本發明涉及電機絕緣軸承的制造技術領域，具體地說是一種電機絕緣軸承用復合陶瓷涂層及其制備方法。

背景技術

風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視。中國風能儲量很大、分布面廣。近5年來，世界風能市場每年都以40%的速度增長。預計未來20-25年內，世界風能市場每年將遞增25%。隨著風電產業近年來的快速發展，目前國內大型風力發電機組制造技術已經趨向成熟，而作為風電機組的核心技術——風力發電機被國外壟斷，已經成為了制約風電發展的一大瓶頸，其中風力發電機軸承在使用中經常發生感應軸電流燒蝕，另外海上風力發電機組還承受苛刻的海洋大氣腐蝕，成為嚴重制約風電機組的安全運行和使用壽命的關鍵因素，亟待解決。

風電機組的高速軸以1500轉每分鐘運轉，并驅動發電機發電。在現代風力發電機上，最大電力輸出通常為500至12500千瓦。風力發電機運行時，轉軸兩端之間或軸與軸之間產生的電位差叫做軸電壓。若軸兩端通過發電機機座等構成回路，則在軸電壓的作用下產生軸電流。軸電流是軸電壓通過發電機、軸承、定子機座或輔助裝置構成閉合回路產生，因正常情況下軸電壓較低，軸承內的潤滑油膜能起到絕緣作用而扼制軸電流產生；但當軸電壓較高，或發電機起動瞬間油膜未穩定形成時，軸電壓將使潤滑油膜放電擊穿形成通路產生軸電流。另外，由于發電機轉子裝配誤差造成漏磁是產生感應軸電流的主要原因。

軸電流局部放電能量釋放產生的高溫，可以融化軸承內圈、外圈或滾珠上許多微小區域，并形成凹槽，從而產生噪聲、振動，若不能及時發現處理將導致軸承失效，對風電生產帶來極大影響。另外，變頻調速系統中高頻軸電流對軸承的電蝕顯著的特征是在電機軸承內外圈、滾珠上產生“搓板”式密密的凹槽條紋。

預防和防止風力發電機軸承發生軸電流燒蝕的主要措施就是采用電絕緣軸承。絕緣軸承可避免電腐蝕所造成的損害，因此與普通的軸承相比應用在發電機中可保障運行更可靠。而比起其它絕緣方法，如軸或外殼絕緣等，更加符合成本效益和可靠。絕緣軸承的外形尺寸和基本技術特點與非絕緣軸承相同，因此可以百分之百互換，特別適用于維護困難的海上、陸上風力發電機組。

目前，國內外電機用絕緣軸承主要有三種，即混合陶瓷絕緣軸承，樹脂覆膜絕緣軸承、陶瓷噴涂絕緣軸承。其中，混合陶瓷絕緣軸承屬于陶瓷軸承的一種，與全陶瓷軸承不同的是該類軸承只是將內、外套圈或者滾動體中的其一或其二，用陶瓷代替常用的鋼材料，具有比重輕、剛性好、耐高溫、抗腐蝕及良好的絕緣性能，尤其適用于高速運轉工況，是常見的一種絕緣軸承。但由于陶瓷材料硬脆難于加工，工藝比較復雜，且軸承加工精度要求較高。現有混合陶瓷組成主要為氮化硅陶瓷球軸承，該軸承不僅適用于高速工況，更能有效防止電腐蝕發生，目前多用于高速電主軸和風力發電機，需要指出的是該類軸承仍不能實現大批量穩定生產。