轴承套圈绝缘涂层制备及其性能研究

论文摘要

牵引电动机在使用过程中,由于有轴电流的产生,轴承电蚀现象严重,导致轴承表面损伤严重,严重影响了轴承的使用寿命。为此,在牵引电动机中常使用绝缘轴承,绝缘轴承分为全部为绝缘体、滚动体绝缘、内外圈绝缘和内外圈加绝缘涂层这四种基本类型,而从经济性考虑,本文采用等离子喷涂技术在轴承外圈制备绝缘涂层。本文研究了绝缘涂层的制备工艺,总结出喷涂前对基体的预处理方法,提高涂层与基体的结合强度,并对喷涂后的原始涂层进行研磨抛光处理,降低涂层表面的粗糙度,对涂层的表面形貌和物相以及喷涂后基体的显微硬度进行了分析,结果表明涂层组织致密,在进行等离子喷涂后αAl2O3主要转化为γAl2O3,轴承外圈的显微硬度也略有降低。针对轴承外圈表面的涂层,制定出相应的绝缘性能测试方法,采用中性盐雾试验法模拟涂层在潮湿环境中的情况,测试结果表明涂层在干燥状态下绝缘性能满足要求,但在潮湿环境下绝缘性能明显降低。制定出涂层与基体的结合强度测试方法,包括涂层的抗拉强度和抗压强度测试,测试结果表明涂层的抗压强度满足性能要求,但抗拉强度较低,抗拉强度最薄弱处位于涂层与基体的接触面。针对轴承在实际应用中会产生高温,对涂层进行了抗热震性能测试,结果表明涂层在热载荷循环作用下未发生开裂或剥落现象,涂层的绝缘性能仍然满足要求,但涂层的抗压强度降低。分析了涂层中残余应力的产生原因,总结了涂层残余应力的理论分析模型,并运用ANSYS软件计算了涂层中残余应力的分布情况,对比分析了单一涂层、添加打底层和梯度涂层的残余应力大小和分布的不同。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 等离子喷涂工艺国内外发展现状
• 1.2.1 等离子喷涂的原理
• 1.2.2 等离子喷涂设备发展现状
• 1.2.3 等离子喷涂技术的应用
• 1.2.4 等离子喷涂技术发展趋势
• 2O₃研究现状'>1.3 等离子喷涂Al₂O₃研究现状
• 1.4 本文研究内容
• 第2章 绝缘涂层的制备工艺及显微结构分析
• 2.1 引言
• 2.2 基体试样的制备
• 2.2.1 基体试样的材料和尺寸
• 2.2.2 基体试样表面形貌和显微硬度检测
• 2.3 绝缘涂层制备的工艺过程
• 2.3.1 喷涂材料的选择
• 2.3.2 喷涂预处理
• 2.3.3 喷涂主要工艺参数的确定
• 2.3.4 涂层后处理
• 2.4 绝缘涂层显微结构分析
• 2.4.1 绝缘涂层表面形貌
• 2.4.2 绝缘涂层截面形貌
• 2.4.3 绝缘涂层物相分析
• 2.4.4 喷涂后基体显微硬度测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 涂层绝缘性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 涂层绝缘性能测试
• 3.2.1 涂层的绝缘特性分析
• 3.2.2 涂层绝缘电阻的测试方法
• 3.2.3 绝缘电阻测试结果及分析
• 3.3 绝缘涂层与基体的结合强度测试
• 3.3.1 涂层抗拉强度测试
• 3.3.2 涂层抗压强度测试
• 3.4 绝缘涂层抗热震性能测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 绝缘涂层残余应力分析
• 4.1 引言
• 4.2 绝缘涂层残余应力产生的原因
• 4.3 绝缘涂层残余应力的理论分析模型
• 4.3.1 双层材料模型
• 4.3.2 增层模型
• 4.4 绝缘涂层残余应力有限元分析
• 4.4.1 残余应力问题的基本方程和边界条件
• 4.4.2 物理模型的建立和加载
• 4.4.3 计算结果分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢