CN118326316A - 一种大型电机主轴工件用绝缘涂层及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型电机主轴工件用绝缘涂层及其应用。本发明所述绝缘涂层包括从内向外依次附着于工件表面的金属粘结层、陶瓷中间层和绝缘陶瓷层；其中金属粘结层是由NiAl合金粉末或NiCr合金粉末喷涂形成；陶瓷中间层由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到；所述绝缘陶瓷层由Al₂O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到。本发明通过设置具有不同热膨胀系数的多层涂层，实现了梯度热膨胀系数，可以更好的适应大型工件，解决大型工件涂层与基体热膨胀系数不同导致的开裂。同时，采用真空封孔工艺，改善了封孔的深度，通过简单的真空袋、导流网等实现封孔，降低了成本。

Description

一种大型电机主轴工件用绝缘涂层及其应用

技术领域

本发明涉及电机制造技术领域，尤其涉及一种大型电机主轴工件用绝缘涂层及其应用。

背景技术

电机在船只推进中的应用趋势日益明显，特别是在全球范围内对环境保护的日益重视下。传统的内燃机推进方式由于其高油耗和对环境的污染，已经不再是首选方案。相反，电机推进由于其独特的优势，正逐渐成为新的趋势。

电腐蚀是电机常见的问题之一，它通常是由于电流在金属表面流动而引起的。当电机运行时，电流可能会泄漏到电机轴承上，导致金属表面发生腐蚀。电腐蚀现象会导致电机轴承轴承表面出现斑点、凹陷或裂纹，这不仅会影响轴承的性能，还可能缩短其使用寿命。

为了防止电腐蚀，一般采用绝缘轴承。绝缘轴承是一种特殊的轴承，其内外圈和滚动体之间带有绝缘涂层。这种绝缘性能使得绝缘轴承能够在高电压和电流的环境下正常工作，不会发生电击穿或电腐蚀等问题。绝缘涂层广泛应用于电子、电力、航空航天等领域，以增强设备的绝缘性能。

在大型的电机中，特别是船用驱动电机等大型电机中，轴承尺寸较大，陶瓷涂层和轴承基体的热膨胀系数不匹配的问题变的突出，不适合在轴承表面制备绝缘涂层，并且除轴承位置外其他轴的其他位置也需要绝缘涂层的保护。

由于绝缘涂层在使用过程中，常常受到环境因素如温度、湿度、氧气等的影响，导致其绝缘性能下降。在绝缘轴承制备过程中会需要使用真空密封工艺对涂层进行封孔操作。而大型轴类工件需要使用大型的真空罐和烘箱才能完成真空密封和固化。这大大提高了工艺难度和成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种大型电机主轴工件用绝缘涂层及其应用。本发明通过设置具有不同热膨胀系数的多层涂层，实现了梯度热膨胀系数，可以更好的适应大型工件，解决大型工件涂层与基体热膨胀系数不同导致的开裂。同时，真空封孔工艺改善了封孔的深度，通过简单的真空袋、导流网等实现封孔，降低了成本。

本发明的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，所述绝缘涂层包括从内向外依次附着于工件表面的金属粘结层、陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

优选地，所述金属粘结层是由NiAl合金粉末或NiCr合金粉末喷涂形成；厚度100 -200μm。

优选地，所述陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到，厚度50～100μm。

优选地，所述绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到，厚度为400-600μm。

优选地，所述NiAl合金粉末，以质量百分比计，包括如下组分：92 -96％Ni，余量为Al；所述NiAl合金粉末的粒径为15 -45μm。

优选地，所述NiCr合金粉末，以质量百分比计，包括如下组分：80 -85％Ni，余量为Cr；所述NiCr合金粉末的粒径为15 -45μm。

优选地，所述TiO₂陶瓷粉末的粒径为11 -270μm。

优选地，所述Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉，以质量百分比计计，包括如下组分：97 -98.5％纳米Al₂ O₃颗粒，余量为纳米TiO₂颗粒；其中，所述纳米Al₂ O₃颗粒的纯度≥99％，粒径为30 -50nm；所述纳米TiO₂颗粒的纯度≥95％，粒径为20-50nm。

本发明第二方面提供一种上述大型电机主轴工件用绝缘涂层的应用，所述绝缘涂层用于电机主轴。

优选地，所述绝缘涂层用于电机主轴的具体方法为：

S1：工件预处理；

S2：对步骤S1预处理工件的表面进行毛化处理后，再喷砂处理，得到待喷涂工件；

S3：待喷涂工件表面通过大气等离子依次喷涂金属粘结层、陶瓷中间层和绝缘陶瓷层，得到含涂层的工件；

S4：通过封孔工艺系统对步骤S3含涂层的工件进行封孔；

S5：对封孔后的工件进行表面处理后，进行二次真空封孔。

优选地，步骤S4中，所述封孔工艺系统包括真空袋、导流网、密封胶条；

优选地，所述导流网设置于涂层表面，所述真空袋设置于导流网与密封胶条的外侧，所述密封胶条设置于导流网的端部；

还包括密封剂储罐、密封剂收集罐、抽真空泵Ⅰ、抽真空泵Ⅱ、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ；所述阀门Ⅱ设置于真空袋与密封剂储罐之间；所述抽真空泵Ⅰ依次通过滤芯、阀门Ⅰ与密封剂储罐连接；所述密封剂储罐上设置真空表Ⅰ；所述密封剂收集罐通过阀门Ⅲ与真空袋连接，阀门Ⅳ设置在密封剂储罐上方，所述抽真空泵Ⅱ与密封剂收集罐连接；所述阀门Ⅲ与真空袋之间设置真空表Ⅱ。

优选地，步骤S4的具体操作方法为：

S4-1：在步骤S3制备的涂层表面包覆导流网；

S4-2：使用真空袋和密封胶条将涂层区域包裹起来，真空袋的两端分别通过管道和阀门Ⅱ、阀门Ⅲ相连；阀门Ⅱ通过管道与密封剂储罐连接，密封剂储罐还连接有阀门Ⅰ，阀门Ⅰ通过管道与抽真空泵Ⅰ连接；阀门Ⅲ通过管道与密封剂收集罐连接，密封剂收集罐上连接有抽真空泵Ⅱ；

S4-3：配置密封剂；

S4-4：将密封剂注入密封剂储罐；

S4-5：关闭阀门Ⅱ，阀门Ⅲ，打开阀门Ⅰ，同时打开抽真空泵Ⅰ，待密封剂储罐的压力降至10Pa以下，关闭阀门Ⅰ，并保持10min；

S4-6：打开阀门Ⅲ及抽真空泵Ⅱ，对真空袋抽真空至压力10Pa以下，关闭阀门Ⅲ，保持10分钟；

S4-7：打开阀门Ⅱ及密封剂储罐上方与空气连通的阀门Ⅳ，将密封剂压入真空袋，然后打开抽真空泵Ⅱ及阀门Ⅲ，对真空袋抽真空至真空袋完全填充密封剂，关闭抽真空泵Ⅱ和阀门Ⅲ，保持30min；

S4-8：拆除真空袋，移除导流网，清洁表面，固化，完成封孔。

优选地，所述导流网为能引导密封剂流动的网状物；所述导流网的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一种或多种。

优选地，所述密封剂，按质量百分比计，包括如下组分：20-40％环氧树脂、50-70％有机溶剂、3-8％环氧树脂固化剂、1-2％流平剂、2-5％纳米气相二氧化硅。

本发明有益的技术效果在于：

本发明通过涂层的改进，构建具有不同热膨胀系数梯度的多层涂层，较少了绝缘陶瓷层的开裂。同时，对封孔工艺系统的改进，通过设置导流网可更好的实现密封剂的分散和渗入，所用密封袋相比现有密封容器，可以更好的适应大工件，制备简单，且可进一步促进密封剂渗入涂层，提高封孔效果。

附图说明

图1为本发明密封系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。

针对船用驱动电机等大型电机，轴承尺寸较大，陶瓷涂层和轴承基体的热膨胀系数不匹配的问题，本发明直接在轴表面制备绝缘涂层，并调整工艺和粉末，改进涂层减轻涂层和基体热膨胀系数不匹配带来的开裂问题。

针对绝缘轴承制备过程中会需要使用真空密封工艺对涂层进行封孔操作，而大型轴类工件需要使用大型的真空罐和烘箱才能完成真空密封和固化，工艺难度大，成本高，本发明通过在大型电机轴上分段制备绝缘涂层，并采用不需要真空罐的真空封孔工艺对涂层进行封孔处理，且配置的密封剂可以常温固化，大大减少了设备投入，降低了成本。

具体地，本发明第一方面提供了一种大型电机主轴工件用绝缘涂层。

在本发明一些实施方式中，所述绝缘涂层包括从内向外依次附着于工件表面的金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

在本发明的一些实施方式中，所述涂层包括金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

可以理解的是，本发明通过依次设置金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层，因为三层所含组分的不同，三层可以形成了不同的热膨胀系数梯度，较少了绝缘陶瓷层的开裂问题。

在本发明一些实施方式中，所述金属层是由NiAl合金粉末或NiCr合金粉末喷涂形成；厚度100 -200μm。

本发明一些实施方式中，所述陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到，厚度50～100μm。

在本发明一些实施方式中，所述绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到，厚度为400-600μm。

在本发明一些实施方式中，所述金属层可以是NiAl粉末喷涂得到，NiAl粉末，以质量百分比计，其组分含有：Ni，92 -96％，Al，余量，粒度范围15 -45μm。

在本发明一些实施方式中，所述金属粘结层还可以是NiCr粉末喷涂得到，以质量百分比计，NiCr粉末的组分含有：Ni，80 -85％，Cr，余量，粒度范围15-45μm。

在本发明一些实施方式中，所述陶瓷中间层是TiO₂陶瓷粉末喷涂得到。TiO₂陶瓷粉末的纯度为99.5％以上，粒度范围11 -270μm。

在本发明一些实施方式中，所述陶瓷层可以是Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到，以质量百分比计计，Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉末所含组分包括：纳米Al₂ O₃颗粒，97 -98.5％，纯度≥99％，粒度范围30 -50nm；纳米TiO₂颗粒，余量，纯度≥95％，粒度范围20 -50nm。将纳米氧化铝和氧化钛团聚成15-53μm的粉末，优选15-45μm或者22-53μm。

在本发明一些实施方式中，所述Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷层厚度为400-600μm，涂层孔隙率为3-6％。

可以理解的是，涂层孔隙率会影响涂层的结合强度及封孔剂的渗透性，本发明中，孔隙率小于3％，孔隙率太小，涂层太脆，不利于封孔剂的渗透，当孔隙率太大，涂层的强度和防腐性会明显变差。

本发明第二方面提供了一种大型电机主轴工件上制备绝缘涂层的方法，包括如下步骤：

S1.工件预处理

对大型电机主轴工件进行表面预处理，包括对工件表面依次进行清洗、除锈、干燥等步骤，以保证涂层与工件表面的良好结合力。

S2.对步骤S1预处理的工件的表面进行喷砂处理。

S3.绝缘涂层制备：使用大气等离子APS进行绝缘涂层制备。

S4.真空封孔。

S5.对封孔后的绝缘涂层进行表面处理，包括打磨、抛光等步骤，以提高绝缘涂层的表面质量。

S6.二次真空封孔。

在本发明一些实施方式中，步骤S1中，所述清洗是用酒精等擦除；所述除锈是使用钢丝等刷除锈。

在本发明的一些实施方式中，步骤S2中，所述喷砂参数：使用纯度大于≥95％的刚玉砂，粒度45-60目，喷砂压力3-4bar，喷砂线速度10-20m/min，喷砂步进10-15mm/rev，喷砂枪距离150-300mm，喷砂后粗糙度Ra为3-5。

在一些实施方式中，步骤S3中，所述绝缘涂层的具体制备方法为：将步骤S2的工件置于大气等离子APS中，依次喷涂多层绝缘涂层。

在本发明一些实施方式中，对于金属层，所述等离子热喷涂的电压为60-75V电流400-500A，喷涂距离90-140mm，送粉量15-25g/min，氩气流量45-60L/min，氢气流量3-8L/min。

在本发明一些实施方式中，对于陶瓷中间层，所述等离子热喷涂的电压为：60-75V，电流500-550A，喷涂距离90-110mm，送粉量15-20g/min，氩气流量30-40L/min，氢气流量10-15L/min。

在本发明一些实施方式中，对于Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷涂层，所述等离子热喷涂的喷涂电压为65 -75V，电流为500～600A，喷涂距离为80 -130mm，送粉量为15-25g/min，氩气流量35-50L/min，氢气流量5-12L/min。

在本发明一些实施例方式中，所述真空封孔是通过在步骤S3制备的涂层表面包覆导流网，用真空袋和密封条将涂层包裹后，利用抽真空泵和阀门控制，将密封剂压入真空袋，密封剂通过导流网扩散，实现封孔。

在本发明一些实施方式中，所述真空封孔的工艺系统如图1所示，包括真空袋、导流网、密封胶条；导流网设置于涂层表面，真空袋设置于导流网与密封胶条的外侧，密封胶条设置在导流网的端部，与真空袋配合实现真空袋末端封口密封。还包括密封剂储罐、密封剂收集罐、抽真空泵Ⅰ、抽真空泵Ⅱ、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ；所述阀门Ⅱ设置于真空袋与密封剂储罐之间；所述抽真空泵Ⅰ依次通过滤芯、阀门Ⅰ与密封剂储罐连接；阀门Ⅳ设置在密封剂储罐上方，与空气联通。所述密封剂储罐上设置真空表1。所述密封剂收集罐通过阀门Ⅲ与真空袋连接，所述抽真空泵Ⅱ与密封剂收集罐连接；所述阀门Ⅲ与真空袋之间设置真空表Ⅱ。

可以理解的是，本发还提供了一种不需要大型真空罐的等离子喷涂绝缘涂层真空封孔工艺，为实现上述目的，本发明提供了一种等离子喷涂绝缘涂层的封孔工艺，包括以下步骤：

S4-1在步骤S3制备的涂层表面包覆树脂扩散用的导流网。

S4-2使用真空袋和密封胶条将涂层区域包裹起来，真空袋的两端分别通过管道和阀门Ⅱ、阀门Ⅲ相连。阀门Ⅱ通过管道与密封剂储罐连接，密封剂储罐还连接有阀门Ⅰ，阀门Ⅰ通过管道与抽真空泵1连接；阀门Ⅰ与抽真空泵1之前设置有滤芯；阀门Ⅲ通过管道与密封胶收集罐连接，密封胶收集罐上连接有抽真空泵；在真空袋与阀门Ⅲ的管道上设置真空表Ⅱ。

S4-3配置密封剂。

S4-4在密封剂储罐中注入密封剂。具体是将由环氧树脂、丙酮、环氧树脂固化剂、流平剂和纳米气相二氧化硅组成的密封剂注入密封剂储罐。

S4-5关闭阀门Ⅱ，阀门Ⅲ，打开阀门Ⅰ。

S4-6打开抽正空泵Ⅰ，对密封剂的储罐进行抽真空至压力达到10Pa以下。可以理解的是，通过抽真空去除密封剂中的水汽。关闭阀门Ⅰ，保持10min。

S4-7打开阀门Ⅲ，使用抽真空泵Ⅱ对工件涂层的真空袋密封区域进行抽真空至压力达到10Pa以下。关闭阀门Ⅲ，保持10min。

S4-8然后打开阀门Ⅱ；

S4-9打开密封剂储罐上方和空气联通的阀门Ⅳ。

S4-10大气压力会将密封剂压入真空袋中。

S4-11打开抽真空泵Ⅱ，打开阀门Ⅲ，对真空袋尺寸抽真空。直至密封剂灌满真空袋为止。多余的密封剂会流入密封剂收集罐中。

S4-12关闭抽真空泵Ⅱ，关闭阀门Ⅲ保持30min。

S4-13拆除真空袋，移除树脂扩散用的导流网。

S4-14擦除表面多余的密封剂，常温固化12小时完成封孔。

在本发明一些实施方式中，步骤S4-1中，所述导流网为具有网状结构的树脂，玻璃纤维，毛毡等，所述树脂包括但不限于聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺树脂中的一种或多种。材料中的至少一种。可以理解的是，本申请通过设置导流网，可以实现密封剂沿涂层表面更好的流动，从而利于密封剂的均匀分布及涂覆密封。

可以理解的是，本发明步骤S4-2中，真空袋代替常规的密封装置或包装，其尺寸容易控制，更适用于大型设备的针孔封孔。同时，真空袋和密封胶条配合，实现密封，通过管道和阀门等的控制可以将封孔剂更好的压入密封袋中，在密封袋中实现封孔剂的流动，涂覆和密封。

在本发明一个实施方式中，所述密封剂包括环氧树脂、有机溶剂、环氧树脂固化剂、流平剂和纳米气相二氧化硅。

在本发明的一些实施方式中，所述密封剂包括如下质量分数的组分：20-40％环氧树脂、50-70％有机溶剂、3-8％环氧树脂固化剂、1-2％流平剂、2-5％纳米气相二氧化硅。

在本发明一些实施方式中，所述密封剂在常温下可固化。其中，所述有机溶剂优选丙酮，本发明中，丙酮可以溶解环氧树脂，带着树脂渗透到涂层孔隙中，之后，丙酮会缓慢挥发，从而在孔隙中留下树脂。流平剂可以提高密封剂在涂层表面的铺展性。固化剂可以使环氧树脂在室温下固化。气相二氧化硅可以对环氧树脂进行补强，提高其固化后的强度。

在本发明一些实施方式中，密封剂在使用前，可以将环氧树脂，有机溶剂，流平剂，气相二氧化硅的混合物装在一个容器中，固化剂单独存放。在使用前10分钟将固化剂加入到混合物中，摇匀得到密封剂。

在本发明一些实施方式中，所述固化剂包括胺类固化剂或改性胺类固化剂。

可以理解的是，本发明中流平剂包括但不限于丙烯酸类流平剂，有机硅类流平剂中的至少一种。

在本发明一些实施方式中，所述气相二氧化硅的粒径为10-30nm。

下面通过实施例等对本发明做进一步描述。

实施例1

一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，包括从内向外依次附着于工件表面的金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

其中，金属层是由NiAl合金喷涂形成；NiAl粉末，以质量百分比计，其组分含有：Ni，95％，Al，余量，NiAl粉末的粒度为15 -45μm。

陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到；TiO₂陶瓷粉末的纯度为99.5％以上，粒度为11 -270μm。

绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到。以质量百分比计计，Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉末所含组分包括：纳米Al₂ O₃颗粒，98.5％，纯度≥99％，粒度范围30 -50nm；纳米TiO₂颗粒，余量，纯度≥95％，粒度20 -50nm。将纳米氧化铝和氧化钛团聚成粒度15-53μm的粉末。

所述大型电机主轴工件用绝缘涂层的制备方法包括如下步骤：

S1.工件预处理

用酒精清洗大型电机主轴工件表面后，用钢丝除锈、并干燥，以保证涂层与工件表面的良好结合力。

S2.对步骤S1预处理的工件的表面进行喷砂处理。喷砂参数为：使用纯度大于≥95％的刚玉砂，粒度45～60目，喷砂压力3bar，喷砂线速度15m/min，喷砂步进12mm/rev，喷砂枪距离160mm，喷砂后粗糙度Ra为3-5。

S3.将步骤S2的工件置于大气等离子APS中，依次喷涂多层绝缘涂层。具体方法为，先用大气等离子体在工件表面喷涂金属层，金属层的厚度为100μm；具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为65V，电流450A，喷涂距离100mm，送粉量20g/min，氩气流量50L/min，氢气流量5L/min。之后在金属层的表面，中间层的厚度为100μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为65V，电流520A，喷涂距离100mm，送粉量18g/min，氩气流量35L/min，氢气流量12L/min。最后在陶瓷中间层的表面，陶瓷绝缘层的厚度为500μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的喷涂电压为70V，电流为550A，喷涂距离为110mm，送粉量为20g/min，氩气流量45L/min，氢气流量8L/min。

S4.然后利用如图1所示的真空封孔系统对工件进行真空封孔，具体方法为：

如图1所示，在步骤S3制备的涂层表面包覆树脂扩散用的毛毡导流网。然后使用真空袋和密封胶条将涂层区域包裹起来，真空袋的两端分别通过管道和阀门Ⅱ、阀门Ⅲ相连。阀门Ⅱ通过管道与密封剂储罐连接，密封剂储罐还连接有阀门Ⅰ，阀门Ⅰ通过管道与抽真空泵1连接；阀门Ⅰ与抽真空泵1之前设置有滤芯；阀门Ⅳ设置在密封剂储罐上方，与空气联通。阀门Ⅲ通过管道与密封胶收集罐连接，密封胶收集罐上连接有抽真空泵；在真空袋与阀门Ⅲ的管道上设置真空表Ⅱ。

配置密封剂：所述密封剂包括如下质量分数的组分：25％环氧树脂、62％有机溶剂、8％环氧树脂固化剂、1.5％流平剂、3.5％纳米气相二氧化硅。其中，所述有机溶剂为丙酮；所述流平剂为丙烯酸类流平剂。

将环氧树脂，有机溶剂，流平剂，气相二氧化硅的混合物装在一个容器中，固化剂单独存放。在使用前10分钟将固化剂加入到混合物中，摇匀得到密封剂。

接着在密封剂储罐中注入步骤S4-3配置的密封剂，然后关闭阀门Ⅱ，阀门Ⅲ，打开阀门Ⅰ，抽正空泵Ⅰ，对密封剂的储罐进行抽真空至压力达到10Pa以下。通过抽真空去除密封剂中的水汽。随后关闭阀门Ⅰ，保持10min。打开阀门Ⅲ，使用抽真空泵Ⅱ对工件涂层的真空袋密封区域进行抽真空至压力达到10Pa以下。关闭阀门Ⅲ，保持10min。然后打开阀门Ⅱ，打开密封剂储罐上方和空气联通的阀门Ⅳ，此时大气压力会将密封剂压入真空袋中。之后打开抽真空泵Ⅱ，打开阀门Ⅲ，对真空袋尺寸抽真空。直至密封剂灌满真空袋为止。多余的密封剂会流入密封剂收集罐中。

最后，关闭抽真空泵Ⅱ，关闭阀门Ⅲ保持30min。拆除真空袋，移除树脂扩散用的导流网，擦除表面多余的密封剂，常温固化12小时完成封孔。

S5.对封孔后的绝缘涂层进行表面处理，包括打磨、抛光后进行二次真空封孔，得到含绝缘涂层的工件。其中，二次封孔方法同上。

实施例2

一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，包括从内向外依次附着于工件表面的金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

其中，金属层是由NiCr粉末喷涂得到；以质量百分比计，NiCr粉末的组分含有：Ni，85％，Cr，余量，Ni、Cr的平均粒度均为15 -45μm。

陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到；TiO₂陶瓷粉末的纯度为99.5％以上，平均粒度为11 -270μm。

绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到。以质量百分比计计，Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉末所含组分包括：纳米Al₂ O₃颗粒，98.5％，纯度≥99％，粒度范围30 -50nm；纳米TiO₂颗粒，余量，纯度≥95％，平均粒度为20 -50nm。将纳米氧化铝和氧化钛团聚成平均粒度为15-53μm的粉末。

所述大型电机主轴工件用绝缘涂层的制备方法包括如下步骤：

S1.工件预处理

用酒精清洗大型电机主轴工件表面后，用钢丝除锈、并干燥，以保证涂层与工件表面的良好结合力。

S2.对步骤S1预处理的工件的表面进行喷砂处理。喷砂参数为：使用纯度大于≥95％的刚玉砂，粒度45～60目，喷砂压力3bar，喷砂线速度15m/min，喷砂步进12mm/rev，喷砂枪距离160mm，喷砂后粗糙度Ra为3-5。

S3.将步骤S2的工件置于大气等离子APS中，依次喷涂多层绝缘涂层。具体方法为，先用大气等离子体在工件表面喷涂金属层，金属层的厚度为100μm；具体喷涂参数为：喷涂电压为65 -75V，电流为600A，喷涂距离为120mm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为65V，电流450A，喷涂距离100mm，送粉量20g/min，氩气流量50L/min，氢气流量5L/min。之后在金属层的表面，中间层的厚度为100μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为65V，电流520A，喷涂距离100mm，送粉量18g/min，氩气流量35L/min，氢气流量12L/min。最后在陶瓷中间层的表面，陶瓷绝缘层的厚度为500μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的喷涂电压为70V，电流为550A，喷涂距离为110mm，送粉量为20g/min，氩气流量45L/min，氢气流量8L/min。

S4.然后利用如图1所示的真空封孔系统对工件进行真空封孔，具体方法同实施例1。

S5.对封孔后的绝缘涂层进行表面处理，包括打磨、抛光后进行二次真空封孔，得到含绝缘涂层的工件。其中，二次封孔方法同上。

实施例3

一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，包括从内向外依次附着于工件表面的金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

其中，金属层是由NiAl合金喷涂形成；NiAl粉末，以质量百分比计，其组分含有：Ni，95％，Al，余量，Ni、Al粉末的粒度均为5-22μm。

陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到；TiO₂陶瓷粉末的纯度为99.5％以上，粒度为16-106μm。

绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到。以质量百分比计计，Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉末所含组分包括：纳米Al₂ O₃颗粒，98.5％，纯度≥99％，粒度范围30 -50nm；纳米TiO₂颗粒，余量，纯度≥95％，粒度范围20 -50nm。将纳米氧化铝和氧化钛团聚成5-22μm的粉末。

所述大型电机主轴工件用绝缘涂层的制备方法包括如下步骤：

S1.工件预处理

用酒精清洗大型电机主轴工件表面后，用钢丝除锈、并干燥，以保证涂层与工件表面的良好结合力。

S2.对步骤S1预处理的工件的表面进行喷砂处理。喷砂参数为：使用纯度大于≥95％的刚玉砂，粒度45～60目，喷砂压力3bar，喷砂线速度15m/min，喷砂步进12mm/rev，喷砂枪距离160mm，喷砂后粗糙度Ra为3-5。

S3.将步骤S2的工件置于大气等离子APS中，依次喷涂多层绝缘涂层。具体方法为，先用大气等离子体在工件表面喷涂金属层，金属层的厚度为100μm；具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为65V，电流450A，喷涂距离100mm，送粉量20g/min，氩气流量50L/min，氢气流量5L/min。之后在金属层的表面，中间层的厚度为100μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为65V，电流520A，喷涂距离100mm，送粉量18g/min，氩气流量35L/min，氢气流量12L/min。最后在陶瓷中间层的表面，陶瓷绝缘层的厚度为500μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的喷涂电压为70V，电流为550A，喷涂距离为110mm，送粉量为20g/min，氩气流量45L/min，氢气流量8L/min。

S4.然后利用如图1所示的真空封孔系统对工件进行真空封孔，具体方法及组分含量同实施例1。

S5.对封孔后的绝缘涂层进行表面处理，包括打磨、抛光后进行二次真空封孔，得到含绝缘涂层的工件。其中，二次封孔方法同上。

实施例4

一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，包括从内向外依次附着于工件表面的金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

其中，金属层是由NiAl合金喷涂形成；NiAl粉末，以质量百分比计，其组分含有：Ni，92％，Al，余量，Ni、Al粉末的平均粒度均为15 -45μm。

陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到；TiO₂陶瓷粉末的纯度为99.5％以上，平均粒度为11 -270μm。

绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到。以质量百分比计计，Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉末所含组分包括：纳米Al₂ O₃颗粒，97％，纯度≥99％，粒度范围30 -50nm；纳米TiO₂颗粒，余量，纯度≥95％，平均粒度20 -50nm。将纳米氧化铝和氧化钛团聚成平均粒度15-53μm的粉末。

所述大型电机主轴工件用绝缘涂层的制备方法包括如下步骤：

S1.工件预处理

用酒精清洗大型电机主轴工件表面后，用钢丝除锈、并干燥，以保证涂层与工件表面的良好结合力。

S2.对步骤S1预处理的工件的表面进行喷砂处理。喷砂参数为：使用纯度大于≥95％的刚玉砂，粒度45～60目，喷砂压力3.5bar，喷砂线速度10m/min，喷砂步进10mm/rev，喷砂枪距离150mm，喷砂后粗糙度Ra为3-5。

S3.将步骤S2的工件置于大气等离子APS中，依次喷涂多层绝缘涂层。具体方法为，先用大气等离子体在工件表面喷涂金属层，金属层的厚度为150μm；具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为60V，电流400A，喷涂距离90mm，送粉量15g/min，氩气流量45L/min，氢气流量3L/min。之后在金属层的表面，中间层的厚度为80μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为60V，电流500A，喷涂距离90mm，送粉量15g/min，氩气流量30L/min，氢气流量10L/min。最后在陶瓷中间层的表面，陶瓷绝缘层的厚度为600μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的喷涂电压为65V，电流为500A，喷涂距离为80mm，送粉量为15g/min，氩气流量35L/min，氢气流量5L/min。

S4.然后利用如图1所示的真空封孔系统对工件进行真空封孔，具体方法同实施例1，不同仅在于所用密封剂，本实施例中密封剂包括如下质量分数的组分：20％环氧树脂、70％有机溶剂、7％环氧树脂固化剂、1％流平剂、2％纳米气相二氧化硅。其中，所述有机溶剂为丙酮；所述流平剂为丙烯酸类流平剂。

S5.对封孔后的绝缘涂层进行表面处理，包括打磨、抛光后进行二次真空封孔，得到含绝缘涂层的工件。其中，二次封孔方法同上。

实施例5

一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，包括从内向外依次附着于工件表面的金属层，陶瓷中间层和绝缘陶瓷层。

其中，金属层是由NiAl合金喷涂形成；NiAl粉末，以质量百分比计，其组分含有：Ni，96％，Al，余量，Ni、Al粉末的平均粒度均为15 -45μm。

陶瓷中间层是由TiO₂陶瓷粉末喷涂得到；TiO₂陶瓷粉末的纯度为99.5％以上，平均粒度为11 -270μm。

绝缘陶瓷层是由Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到。以质量百分比计计，Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉末所含组分包括：纳米Al₂ O₃颗粒，97.5％，纯度≥99％，粒度范围30 -50nm；纳米TiO₂颗粒，余量，纯度≥95％，平均粒度20 -50nm。将纳米氧化铝和氧化钛团聚成平均粒度15-53μm的粉末。

所述大型电机主轴工件用绝缘涂层的制备方法包括如下步骤：

S1.工件预处理

用酒精清洗大型电机主轴工件表面后，用钢丝除锈、并干燥，以保证涂层与工件表面的良好结合力。

S2.对步骤S1预处理的工件的表面进行喷砂处理。喷砂参数为：使用纯度大于≥95％的刚玉砂，粒度45～60目，喷砂压力4bar，喷砂线速度20m/min，喷砂步进15mm/rev，喷砂枪距离300mm，喷砂后粗糙度Ra为3-5。

S3.将步骤S2的工件置于大气等离子APS中，依次喷涂多层绝缘涂层。具体方法为，先用大气等离子体在工件表面喷涂金属层，金属层的厚度为200μm；具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为75V，电流500A，喷涂距离140mm，送粉量25g/min，氩气流量60L/min，氢气流量8L/min。之后在金属层的表面，中间层的厚度为80μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的电压为75V，电流550A，喷涂距离110mm，送粉量20g/min，氩气流量40L/min，氢气流量15L/min。最后在陶瓷中间层的表面，陶瓷绝缘层的厚度为400μm，具体喷涂参数为：等离子热喷涂的喷涂电压为75V，电流为600A，喷涂距离为130mm，送粉量为25g/min，氩气流量50L/min，氢气流量12L/min。

S4.然后利用如图1所示的真空封孔系统对工件进行真空封孔，具体方法同实施例1，不同仅在于所用密封剂，本实施例中密封剂包括如下质量分数的组分：40％环氧树脂、50％有机溶剂、3％环氧树脂固化剂、2％流平剂、5％纳米气相二氧化硅。其中，所述有机溶剂为丙酮；所述流平剂为丙烯酸类流平剂。

S5.对封孔后的绝缘涂层进行表面处理，包括打磨、抛光后进行二次真空封孔，得到含绝缘涂层的工件。其中，二次封孔方法同上。

对比例1

与实施例1相同，不同在于，绝缘涂层仅为纯陶瓷绝缘层，绝缘涂层的厚度为0.5mm，其余与实施例1相同。

对比例2

与实施例1相同，不同在于，绝缘涂层为金属底层与纯陶瓷绝缘层，不含陶瓷中间层，纯陶瓷绝缘层的厚度为0.5mm，金属底层的厚度为0.1mm，其余与实施例1相同。

对比例3

与实施例1相同，不同在于步骤S4中，真空封孔未采用本申请的工艺，是通过将普通密封剂刷涂在涂层的表面，所述普通密封剂为环氧树脂。

对比例4

与实施例1相同，不同在于，步骤S4的真空封孔工艺中，所用密封剂为普通密封剂，具体为环氧树脂。

测试例：

测定本发明实施例和对比例的绝缘涂层的密封剂渗透深度，跌落开裂情况及涂层结合力。具体方法如下：

密封剂渗透深度测试：取实施例1和对比例3、4喷涂的1mm厚的钢制试片，进行封孔操作。然后分别磨削相应的深度：0.1mm、0.2mm、0.3mm.....0.9mm。将试片放入盐雾箱。封孔后的涂层具有很好的耐腐蚀效果，一旦封孔层被磨削去除试片将很快腐蚀。观察试片在盐雾箱中的腐蚀时间，在4小时以内腐蚀的，可以认为有效封孔层已经被去除。观察有效封孔层未被去除的最大深度即为渗透深度。

跌落测试：

采用实施例1和对比例1、2的方法喷涂多个环形的标准件。将标准件从一定高度自由跌落在一个钢板上。跌落后对表面进行无损探伤。跌落高度由低到高，直至涂层开裂，计算跌落的功。

涂层结合力：将实施例和对比例的含绝缘涂层的工件按照ASTMC633进行拉胶测试，测定涂层的结合力，结果见表1。

表1

	密封剂渗透深度(mm)	跌落测试	涂层结合力
				实施例1	0.6	7.8J开裂	35Mpa
对比例1	—	4.5J开裂	15Mpa
				对比例2	—	6.5J开裂	26Mpa
对比例3	0.1	—	—
				对比例4	0.3	—	—

由表1可知，本发明通过真空密封与特定的密封剂结合，提高了密封剂的渗透深度，提高了封孔的效果。通过通过对涂层材料的限定，提高了涂层的结合力，同时可以有效的实现防腐。

本发明通过在大型电机主轴工件上制备绝缘涂层，可以有效隔离电机主轴与外界介质的接触，防止电腐蚀现象的发生，提高电机的使用寿命和性能。同时，本发明的制备工艺简单，操作方便，适用于大规模生产。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种大型电机主轴工件用绝缘涂层，其特征在于，所述绝缘涂层包括从内向外依次附着于工件表面的金属粘结层、陶瓷中间层和绝缘陶瓷层；

所述金属粘结层是NiAl合金粉末或NiCr合金粉末喷涂形成；厚度100-200μm；

所述陶瓷中间层是TiO₂陶瓷粉末喷涂得到，厚度50-100μm；

所述绝缘陶瓷层是Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉喷涂得到，厚度为400-600μm。

2.根据权利要求1所述的大型电机主轴工件用绝缘涂层，其特征在于，所述NiAl合金粉末，以质量百分比计，包括如下组分：92-96％Ni，余量为Al；所述NiAl合金粉末的粒径为15-45μm。

3.根据权利要求1所述的大型电机主轴工件用绝缘涂层，其特征在于，所述NiCr合金粉末，以质量百分比计，包括如下组分：80-85％Ni，余量为Cr；所述NiCr合金粉末的粒径为15-45μm。

4.根据权利要求1所述的大型电机主轴工件用绝缘涂层，其特征在于，所述TiO₂陶瓷粉末的粒径为11-270μm。

5.根据权利要求1所述的大型电机主轴工件用绝缘涂层，其特征在于，所述Al₂ O₃/TiO₂纳米陶瓷粉，以质量百分比计计，包括如下组分：97-98.5％纳米Al₂O₃颗粒，余量为纳米TiO₂颗粒；其中，所述纳米Al₂ O₃颗粒的纯度≥99％，粒径为30-50nm；所述纳米TiO₂颗粒的纯度≥95％，粒径为20-50nm。

6.一种权利要求1-5任一项所述大型电机主轴工件用绝缘涂层的应用，其特征在于，所述绝缘涂层用于电机主轴。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述绝缘涂层用于电机主轴的具体方法为：

S1：工件预处理；

S2：对步骤S1预处理工件的表面进行毛化处理后，再喷砂处理，得到待喷涂工件；

S3：待喷涂工件表面通过大气等离子体依次喷涂金属粘结层、陶瓷中间层和绝缘陶瓷层，得到含涂层的工件；

S4：通过封孔工艺系统对步骤S3含涂层的工件进行封孔；

S5：对封孔后的工件进行表面处理后，进行二次真空封孔。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤S4中，所述封孔工艺系统包括真空袋、导流网、密封胶条；

所述导流网设置于涂层表面，所述真空袋设置于导流网与密封胶条的外侧，所述密封胶条设置于导流网的端部；

还包括密封剂储罐、密封剂收集罐、抽真空泵Ⅰ、抽真空泵Ⅱ、阀门Ⅰ、阀门Ⅱ、阀门Ⅲ、阀门Ⅳ；

所述阀门Ⅱ设置于真空袋与密封剂储罐之间；所述抽真空泵Ⅰ依次通过滤芯、阀门Ⅰ与密封剂储罐连接；所述密封剂储罐上设置真空表Ⅰ；所述密封剂收集罐通过阀门Ⅲ与真空袋连接，阀门Ⅳ设置在密封剂储罐上方，所述抽真空泵Ⅱ与密封剂收集罐连接；所述阀门Ⅲ与真空袋之间设置真空表Ⅱ。

9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，步骤S4的具体操作方法为：

S4-1：在步骤S3制备的涂层表面包覆导流网；

S4-2：使用真空袋和密封胶条将涂层区域包裹起来，真空袋的两端分别通过管道和阀门Ⅱ、阀门Ⅲ相连；阀门Ⅱ通过管道与密封剂储罐连接，密封剂储罐还连接有阀门Ⅰ，阀门Ⅰ通过管道与抽真空泵Ⅰ连接；阀门Ⅲ通过管道与密封剂收集罐连接，密封剂收集罐上连接有抽真空泵Ⅱ；

S4-3：配置密封剂；

S4-4：将密封剂注入密封剂储罐；

S4-5：关闭阀门Ⅱ，阀门Ⅲ，打开阀门Ⅰ，同时打开抽真空泵Ⅰ，待密封剂储罐的压力降至10Pa以下，关闭阀门Ⅰ，并保持10min；

S4-6：打开阀门Ⅲ及抽真空泵Ⅱ，对真空袋抽真空至压力10Pa以下，关闭阀门Ⅲ，保持10分钟；

S4-7：打开阀门Ⅱ及密封剂储罐上方与空气连通的阀门Ⅳ，将密封剂压入真空袋，然后打开抽真空泵Ⅱ及阀门Ⅲ，对真空袋抽真空至真空袋完全填充密封剂，关闭抽真空泵Ⅱ和阀门Ⅲ，保持30min；

S4-8：拆除真空袋，移除导流网，清洁表面，固化，完成封孔。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述导流网为能引导密封剂流动的网状物；所述导流网的材质包括聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺中的一种或多种；

所述密封剂，按质量百分比计，包括如下组分：20-40％环氧树脂、50-70％有机溶剂、3-8％环氧树脂固化剂、1-2％流平剂、2-5％纳米气相二氧化硅。