[发明专利]一种电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法

说明书

一种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93wt%‑Cu和7wt%‑Al喷涂而成，陶瓷绝缘层由混配粉末和混配粉末质量0.5%的聚乙烯醇粘结剂混合后喷涂而成，混配粉末包括80‑90wt%的Si₃N₄、9.5‑19.8wt%的α‑Al₂O₃和0.2‑0.5wt%的CeO₂，高分子封闭层的原料为有机硅改性丙烯酸树脂漆和稀释剂。本发明专门适用于海上、陆上等极端恶劣环境，具有结合强度高、韧性强、不易剥落，温度适应范围宽，致密度高，且成本低廉的特点，能够让电机绝缘轴承在拥有优良机械性能的基础上抵抗轴电流的侵蚀，以满足轴承抗轴电流烧蚀的需求。

技术领域

本发明涉及电机绝缘轴承的制造技术领域，具体地说是一种电机绝缘轴承用复合陶瓷涂层及其制备方法。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。中国风能储量很大、分布面广。近5年来，世界风能市场每年都以40%的速度增长。预计未来20-25年内，世界风能市场每年将递增25%。随着风电产业近年来的快速发展，目前国内大型风力发电机组制造技术已经趋向成熟，而作为风电机组的核心技术——风力发电机被国外垄断，已经成为了制约风电发展的一大瓶颈，其中风力发电机轴承在使用中经常发生感应轴电流烧蚀，另外海上风力发电机组还承受苛刻的海洋大气腐蚀，成为严重制约风电机组的安全运行和使用寿命的关键因素，亟待解决。

风电机组的高速轴以1500转每分钟运转，并驱动发电机发电。在现代风力发电机上，最大电力输出通常为500至12500千瓦。风力发电机运行时，转轴两端之间或轴与轴之间产生的电位差叫做轴电压。若轴两端通过发电机机座等构成回路，则在轴电压的作用下产生轴电流。轴电流是轴电压通过发电机、轴承、定子机座或辅助装置构成闭合回路产生，因正常情况下轴电压较低，轴承内的润滑油膜能起到绝缘作用而扼制轴电流产生；但当轴电压较高，或发电机起动瞬间油膜未稳定形成时，轴电压将使润滑油膜放电击穿形成通路产生轴电流。另外，由于发电机转子装配误差造成漏磁是产生感应轴电流的主要原因。

轴电流局部放电能量释放产生的高温，可以融化轴承内圈、外圈或滚珠上许多微小区域，并形成凹槽，从而产生噪声、振动，若不能及时发现处理将导致轴承失效，对风电生产带来极大影响。另外，变频调速系统中高频轴电流对轴承的电蚀显著的特征是在电机轴承内外圈、滚珠上产生“搓板”式密密的凹槽条纹。

预防和防止风力发电机轴承发生轴电流烧蚀的主要措施就是采用电绝缘轴承。绝缘轴承可避免电腐蚀所造成的损害，因此与普通的轴承相比应用在发电机中可保障运行更可靠。而比起其它绝缘方法，如轴或外壳绝缘等，更加符合成本效益和可靠。绝缘轴承的外形尺寸和基本技术特点与非绝缘轴承相同，因此可以百分之百互换，特别适用于维护困难的海上、陆上风力发电机组。

目前，国内外电机用绝缘轴承主要有三种，即混合陶瓷绝缘轴承，树脂覆膜绝缘轴承、陶瓷喷涂绝缘轴承。其中，混合陶瓷绝缘轴承属于陶瓷轴承的一种，与全陶瓷轴承不同的是该类轴承只是将内、外套圈或者滚动体中的其一或其二，用陶瓷代替常用的钢材料，具有比重轻、刚性好、耐高温、抗腐蚀及良好的绝缘性能，尤其适用于高速运转工况，是常见的一种绝缘轴承。但由于陶瓷材料硬脆难于加工，工艺比较复杂，且轴承加工精度要求较高。现有混合陶瓷组成主要为氮化硅陶瓷球轴承，该轴承不仅适用于高速工况，更能有效防止电腐蚀发生，目前多用于高速电主轴和风力发电机，需要指出的是该类轴承仍不能实现大批量稳定生产。