[发明专利]一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法

说明书

一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层，包括金属过渡层、陶瓷绝缘层和高分子封闭层，金属过渡层由91wt%的Ni和9wt%的Al组构成的合金喷涂而成，陶瓷绝缘层由复配原料喷涂而成，复配原料由混配粉末和混配粉末质量0.3%的醋酸纤维素粘结剂混合制成，混配粉末包括95‑99wt%的α‑Al₂O₃、0.2‑2.5wt%的TiO₂和0.2‑2.5wt%的CeO₂，高分子封闭层的原料为醇酸树脂改性有机硅浸渍漆和稀释剂。本发明通过涂层材料的选择和喷涂加工工艺的改进，制备得到的复合陶瓷涂层与轴承基体结合强度高、韧性强、不易剥落，致密度高，温度适应范围宽，成本低廉，具有更高的绝缘性能，能够较好的抵抗轴电流的侵蚀。

本发明涉及风力发电机绝缘轴承技术领域，具体地说是一种风力发电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

风力发电作为一项可再生的绿色环保新型能源，在能源形势日趋紧张和保护环境需求日益迫切的情况下，受到各国广泛重视。据统计，1996年至今，全世界风电装机以接近每年30%的速度进行增长。截止到2020年，世界上通过风力发电进行装机的容量累计达到12亿kW，平均每年可发电3万亿kW•h，基本达到全球用电总需求量的12%左右。风电行业的迅速崛起，使与之相应的风电设备也得到了快速发展。然而，风电设备常年服役于野外，使用环境恶劣，常会出现风吹、沙打、雨淋、腐蚀等多种极端环境，同时会出现复杂交变的应力和各种冲击载荷，这就对风电设备的性能提出了严峻的挑战。

轴承作为风电设备中的关键零部件，它的质量性能和技术水平一定程度上决定了整个风电系统的运行状态和产能效率。然而，风电轴承处于风电设备中的薄弱部位，往往是风电机组的主要故障点之一，成为了制约我国风电行业发展的软肋。根据目前风场的实际生产情况来看，风电发电机轴承失效的表现主要有两种形式：一种是保持架破裂导致的轴承失效；另一种是电腐蚀（即电蚀）导致的轴承失效。

对于风力发电机组，通常由于电机内部磁通不平衡，会在定子机壳、驱动端轴承、轴及非驱动端轴承之间的回路内形成感应电压和电流。当轴电压积累到一定数值并大于轴承润滑油膜的击穿电压时，它们就会在轴承中产生电弧，沿着与电机轴承之间阻抗最小的路径放电。特别是在轴承内部滚道与滚动体形成金属性接触瞬间，轴电流可达上百安培，导致轴承滚道产生小的麻点和凹坑（即发生电蚀），使得轴承发生振动和剧烈的温升变化，造成轴承发生电腐蚀失效。

为了解决风力电机轴承使役过程中的电蚀问题，通常情况下会对轴承的内外圈或滚动体进行绝缘，切断轴承内部的导电通路，从而有效避免电机轴承因电蚀损伤导致的失效。其中，采用喷涂方法在轴承内、外套圈外表面制备一种高绝缘性的陶瓷涂层，是最常见且应用最广泛的一种绝缘方式。该工艺制备的绝缘轴承不仅具有良好的绝缘性和耐磨耐腐蚀性，而且具有较好的尺寸稳定性，应用范围较广。然而，由于等离子喷涂涂层的受影响因素众多，该类型绝缘轴承产品并不成熟。与国外高端绝缘轴承产品相比较，国内该类型绝缘轴承产品的陶瓷涂层结合力差、致密度低、绝缘性差、受环境温度和湿度影响大。因此，开展风力发电机绝缘轴承陶瓷材料的研发和制备研究，具有十分重要的经济意义和战略意义。

发明内容

本发明的技术目的是：通过涂层材料的选择和喷涂加工工艺的改进，制备一种与轴承基体结合强度高、韧性强、不易剥落，致密度高，温度适应范围宽，且成本低廉的高性能复合陶瓷涂层，使风力发电机绝缘轴承在拥有优良机械性能的基础上能够抵抗轴电流的侵蚀，且具有更高的绝缘性能，以满足轴承抗轴电流烧蚀的需求，并且能同时适用于潮湿和干燥工作环境。