[0001] 本发明涉及轴承技术领域，具体涉及一种低电容值的绝缘涂层及其制备方法和绝缘轴承。

[0002] 绝缘轴承根据其表面处理方式划分，包括表面涂覆陶瓷的绝缘轴承和表面涂覆树脂的绝缘轴承，其中表面涂覆陶瓷的绝缘轴承用途范围最广，主要应用于电机、发电机等领域，尤其是变频电机。树脂类绝缘轴承虽然具有良好的绝缘性能、较低的电容、较高的成本效益以及易于加工等优点，但是由于其在高温环境下可能会失去其绝缘性能以及某些化学物质可能会对树脂涂层造成损害并影响其绝缘性能，所以热稳定性和化学稳定性有限，并且耐电压能力不如陶瓷绝缘轴承，因而限制了其进一步推广应用。

[0003] 绝缘轴承的电容是指轴承本身所具有的电容值，它是由轴承的结构、材料以及绝缘层的特性所决定的。电容值的大小对于轴承的电气性能和运行稳定性有着重要的影响。在高频或交流电气环境中，电容可能会导致电流通过轴承，从而引发电气噪声、电磁干扰等问题。因此，对于需要高电气绝缘性能的场合，应选择具有较低电容值的绝缘轴承。

[0004] 目前，常用于减小绝缘轴承电容值的方法主要包括优化绝缘层结构、选择低介电常数的绝缘层材料以及减少轴承尺寸等。其中，常用的绝缘层材料包括氧化铝、氧化钛、氮化铝等。其中，氧化铝的介电常数通常在9‑10之间，这使其成为一种具有中等介电常数的绝缘材料，这意味着氧化铝在电场中能够有效地存储电能，但同时也可能带来一定的电容值。氧化钛的介电常数范围在40‑200之间，虽然使用氧化钛可能会使轴承具有更高的电容值，但是氧化钛的光学透明性、化学稳定性和机械强度等也可能在某些特定应用中更具优势。
氮化铝的介电常数通常在7‑9的范围内，这使得它成为一种具有相对较低介电常数的陶瓷材料，在某些需要较低电容值的场合中表现出优势，另外还具有出色的机械性能、良好的热稳定性和化学稳定性等。

[0005] 例如，CN112553558A公开了一种轴承表面绝缘涂层的制备方法，包括：以氧化铝和氧化锆的混合物粉末为涂层原材料进行大气等离子喷涂，冷却后涂覆封孔剂，干燥后制得轴承表面绝缘涂层，该涂层虽然能够达到一定的绝缘效果，但是无法达到较低的电容值，不适用于高电气绝缘性能场合。

[0006] 因此，如何降低绝缘轴承的电容值，使其满足高频或交流电气环境的需要，是目前本领域需要解决的技术问题。

[0076] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0077] 实施例1

[0078] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，如图1和图2所示，所述绝缘涂层包括第一涂层4和第二涂层5，所述第一涂层4设置于轴承外圈的外表面，所述外表面包括外径面1和位于所述外径面1两侧的端面2，所述第二涂层5设置于轴承外圈外表面的凹槽3内，且设置于第一涂层4的上方，所述凹槽3的深度为0.3mm，开口宽度为1.5mm，所述凹槽3中相对的两个侧面设置为斜面，所述斜面与凹槽3深度方向的夹角为45°；

[0079] 所述第一涂层4为金属过渡层和陶瓷绝缘涂层，所述金属过渡层的厚度为0.07mm，设置于轴承外圈外表面与陶瓷绝缘涂层之间，由镍铬合金粉末喷涂得到，所述镍铬合金粉末中镍的质量百分含量为78％，粒径为10‑30μm；

[0080] 所述陶瓷绝缘涂层包括具有孔洞的氧化物陶瓷层和填充于所述孔洞内的封孔树脂，所述氧化物陶瓷层的厚度为0.6mm，所述氧化物陶瓷层由氧化物陶瓷粉末喷涂得到，氧化物陶瓷粉末的粒径10‑30μm，按质量百分含量计包括：20％的氮化铝，剩余为氧化铝，所述氧化物陶瓷层的孔隙率为8％，所述封孔树脂包括环氧树脂；

[0081] 所述第二涂层5包括树脂绝缘涂层，所述绝缘树脂层为环氧树脂，所述树脂绝缘涂层的厚度为0.3mm。

[0082] 本实施例还提供一种上述绝缘涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0083] (1)对设置凹槽3的轴承外圈的外表面采用氧化物陶瓷粉末进行等离子喷涂制备氧化物陶瓷层，所述氧化物陶瓷层的制备中，等离子喷涂采用氩气为主气，氢气为辅气，电流为600A，电压为72V，喷涂距离为120mm，主气流量为41L/min，辅气流量为15L/min，然后进行封孔处理，所述封孔处理包括将轴承外圈放置于密封容器中，进行抽真空至终点真空度至‑0.09MPa，然后注入粘度为1050cps的环氧树脂料浆，在150℃下固化5.5h，得到第一涂层4；

[0084] 所述氧化物陶瓷层制备前，将设置凹槽3的轴承外圈的外表面采用镍铬合金粉末预先等离子喷涂制备金属过渡层，所述金属过渡层中的制备中，等离子喷涂采用氩气为主气，氢气为辅气，电流为520A，电压为69V，喷涂距离为100mm，主气流量为43L/min，辅气流量为9L/min；

[0085] (2)将第一涂层4的外表面涂覆粘度为4500cps的环氧树脂料浆，然后在140℃下固化5.5h，之后采用粒度为380目的氧化铝砂轮进行磨削，将凹槽3之外的固化产物去除，得到第二涂层5，即完成绝缘涂层的制备。

[0086] 本实施例还提供一种绝缘轴承，所述绝缘轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈之间设置轴承滚珠，所述轴承外圈的外表面开设凹槽3，所述轴承外圈的外表面设置上述低电容值的绝缘涂层。

[0087] 实施例2

[0088] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，所述绝缘涂层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层设置于轴承外圈的外表面，所述外表面包括外径面和位于所述外径面两侧的端面，所述第二涂层设置于轴承外圈外表面的凹槽内，且设置于第一涂层的上方，所述凹槽的深度为0.5mm，开口宽度为2mm，所述凹槽中相对的两个侧面设置为斜面，所述斜面与凹槽深度方向的夹角为50°；

[0089] 所述第一涂层为金属过渡层和陶瓷绝缘涂层，所述金属过渡层的厚度为0.1mm，设置于轴承外圈外表面与陶瓷绝缘涂层之间，由镍铬合金粉末喷涂得到，所述镍铬合金粉末中镍的质量百分含量为75.8％，粒径为10‑30μm；

[0090] 所述陶瓷绝缘涂层包括具有孔洞的氧化物陶瓷层和填充于所述孔洞内的封孔树脂，所述氧化物陶瓷层的厚度为1mm，所述氧化物陶瓷层由氧化物陶瓷粉末喷涂得到，氧化物陶瓷粉末的粒径10‑30μm，按质量百分含量计包括：15％的氮化铝，剩余为氧化铝，所述氧化物陶瓷层的孔隙率为6％，所述封孔树脂包括环氧树脂；

[0091] 所述第二涂层包括树脂绝缘涂层，所述绝缘树脂层为环氧树脂，所述树脂绝缘涂层的厚度为0.5mm。

[0092] 本实施例还提供一种上述绝缘涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0093] (1)对设置凹槽的轴承外圈的外表面采用氧化物陶瓷粉末进行等离子喷涂制备氧化物陶瓷层，所述氧化物陶瓷层的制备中，等离子喷涂采用氩气为主气，氢气为辅气，电流为580A，电压为70V，喷涂距离为110mm，主气流量为40L/min，辅气流量为14L/min，然后进行封孔处理，所述封孔处理包括将轴承外圈放置于密封容器中，进行抽真空至终点真空度至‑0.09MPa，然后注入粘度为1000cps的环氧树脂料浆，在155℃下固化5h，得到第一涂层；

[0094] 所述氧化物陶瓷层制备前，将设置凹槽的轴承外圈的外表面采用镍铬合金粉末预先等离子喷涂制备金属过渡层，所述金属过渡层中的制备中，等离子喷涂采用氩气为主气，氢气为辅气，电流为550A，电压为75V，喷涂距离为120mm，主气流量为45L/min，辅气流量为11L/min；

[0095] (2)将第一涂层的外表面涂覆粘度为4000cps的环氧树脂料浆，然后在145℃下固化5h，之后采用粒度为320目的氧化铝砂轮进行磨削，将凹槽之外的固化产物去除，得到第二涂层，即完成绝缘涂层的制备。

[0096] 本实施例还提供一种绝缘轴承，所述绝缘轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈之间设置轴承滚珠，所述轴承外圈的外表面开设凹槽，所述轴承外圈的外表面设置上述低电容值的绝缘涂层。

[0097] 实施例3

[0098] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，所述绝缘涂层包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层设置于轴承外圈的外表面，所述外表面包括外径面和位于所述外径面两侧的端面，所述第二涂层设置于轴承外圈外表面的凹槽内，且设置于第一涂层的上方，所述凹槽的深度为0.25mm，开口宽度为1mm，所述凹槽中相对的两个侧面设置为斜面，所述斜面与凹槽深度方向的夹角为40°；

[0099] 所述第一涂层为陶瓷绝缘涂层，所述陶瓷绝缘涂层包括具有孔洞的氧化物陶瓷层和填充于所述孔洞内的封孔树脂，所述氧化物陶瓷层的厚度为0.3mm，所述氧化物陶瓷层由氧化物陶瓷粉末喷涂得到，氧化物陶瓷粉末的粒径10‑30μm，按质量百分含量计包括：10％的氮化铝，剩余为氧化铝，所述氧化物陶瓷层的孔隙率为10％，所述封孔树脂包括环氧树脂；

[0100] 所述第二涂层包括树脂绝缘涂层，所述绝缘树脂层为环氧树脂，所述树脂绝缘涂层的厚度为0.25mm。

[0101] 本实施例还提供一种上述绝缘涂层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

[0102] (1)对设置凹槽的轴承外圈的外表面采用氧化物陶瓷粉末进行等离子喷涂制备氧化物陶瓷层，所述氧化物陶瓷层的制备中，等离子喷涂采用氩气为主气，氢气为辅气，电流为550A，电压为68V，喷涂距离为100mm，主气流量为38L/min，辅气流量为13L/min，然后进行封孔处理，所述封孔处理包括将轴承外圈放置于密封容器中，进行抽真空至终点真空度至‑0.09MPa，然后注入粘度为1100cps的环氧树脂料浆，在145℃下固化6h，得到第一涂层；

[0103] (2)将第一涂层的外表面涂覆粘度为5000cps的环氧树脂料浆，然后在135℃下固化6h，之后采用粒度为400目的氧化铝砂轮进行磨削，将凹槽之外的固化产物去除，得到第二涂层，即完成绝缘涂层的制备。

[0104] 本实施例还提供一种绝缘轴承，所述绝缘轴承包括轴承内圈和轴承外圈，所述轴承内圈和轴承外圈之间设置轴承滚珠，所述轴承外圈的外表面开设凹槽，所述轴承外圈的外表面设置上述低电容值的绝缘涂层。

[0105] 实施例4

[0106] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的原料仅为氧化铝，厚度为0.6mm。

[0107] 实施例5

[0108] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的原料仅为氧化铝，厚度为1.0mm。

[0109] 实施例6

[0110] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例3相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的原料为氧化铝和氧化钛，其中氧化钛的质量百分含量为2.5％。

[0111] 实施例7

[0112] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例3相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的原料为氧化铝和氧化钛，其中氧化钛的质量百分含量为3.5％。

[0113] 实施例8

[0114] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例3相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的原料仅为氧化铝。

[0115] 实施例9

[0116] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的厚度为0.2mm。

[0117] 实施例10

[0118] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的厚度为1.5mm。

[0119] 实施例11

[0120] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于树脂绝缘涂层的厚度为0.1mm。

[0121] 实施例12

[0122] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于树脂绝缘涂层的厚度为0.7mm。

[0123] 实施例13

[0124] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的孔隙率为4％。

[0125] 实施例14

[0126] 本实施例提供一种低电容值的绝缘涂层，与实施例1相比的区别仅在于氧化物陶瓷层的孔隙率为12％。

[0127] 对比例1

[0128] 本对比例提供一种绝缘涂层，与实施例1的相比的区别仅在于所述轴承外圈的外表面不设置凹槽，所述绝缘涂层仅包括设置于轴承外圈外表面的陶瓷绝缘涂层，所述陶瓷绝缘涂层与实施例1相同。

[0129] 对比例2

[0130] 本对比例提供一种绝缘涂层，与实施例3的相比的区别仅在于所述轴承外圈的外表面不设置凹槽，所述绝缘涂层仅包括设置于轴承外圈外表面的陶瓷绝缘涂层，所述陶瓷绝缘涂层的原料仅为氧化铝粉末。

[0131] 上述实施例和对比例的涂层成分、厚度、孔隙率如表1所示。

[0132] 采用绝缘电阻测试仪(用导电硅胶将涂层面全部包裹)对应用上述绝缘涂层的绝缘轴承的电绝缘性能进行测定，结果如表2所示；采用电容表(用导电硅胶将涂层面全部包裹)对电容值进行测定，结果如表2所示；采用耐压测试仪(用导电硅胶将涂层面全部包裹)对击穿电压进行测定，结果如表2所示；使用2kg重的冲击锤测试轴承的冲击功，结果如表2所示。

[0133] 表1

[0134]

[0135]

[0136] 表1中“/”表示没有设置该涂层。

[0137] 表2

[0138]

[0139]

[0140] 从表2的内容可以看出以下几点：

[0141] (1)从实施例1‑8的数据可以看出，在较优条件下，本发明提供的绝缘涂层用于轴承的绝缘电阻值能够达到200GΩ以上，电容值能够达到0.44NF以下，耐击穿电压能够达到10000‑11000V，冲击功能够达到5.4J。

[0142] (2)综合比较实施例1和实施例9‑10的数据可以看出，实施例9‑10相较于实施例1的区别仅在于氧化物陶瓷层的厚度不在本发明优选的范围内，实施例9‑10中的电容值明显较高，并且电绝缘性能变差，耐击穿电压降低，由此可见，本发明通过优选控制氧化物陶瓷层的厚度，能够在保证轴承绝缘性能的条件下，降低电容值，减少击穿风险。

[0143] (3)综合比较实施例1和实施例11‑12的数据可以看出，实施例11‑12相较于实施例1的区别仅在于树脂绝缘涂层的厚度不在本发明优选的范围内，实施例11中电容值明显较高，实施例12中冲击功明显下降，由此可见，本发明通过优选控制树脂绝缘涂层的厚度，能够在进一步降低轴承电容的同时，保证涂层的抗冲击性。

[0144] (4)综合比较实施例1和实施例13‑14的数据可以看出，实施例13‑14相较于实施例1的区别仅在于氧化物陶瓷层的孔隙率不在本发明优选的范围内，实施例13中的电容值明显较高，实施例14中绝缘阻值和击穿电压明显下降，由此可见，本发明通过优选控制氧化物陶瓷层的孔隙率，能够在保持较低电容值的同时，避免增加击穿风险，保证绝缘性能。

[0145] (5)综合比较实施例1和对比例1、实施例3和对比例2的数据可以看出，本发明通过设置凹槽并且在凹槽内填充树脂绝缘涂层，能够有效降低电容，保证绝缘性能，提高耐击穿电压。

[0146] 综上所述，本发明提供的绝缘涂层将陶瓷绝缘涂层和树脂绝缘涂层相结合，将树脂绝缘涂层设置于轴承外圈的凹槽内，能够在满足轴承绝缘性、机械性能和耐击穿性能的条件下，达到较低的电容值，满足高电气绝缘性能场合的需要。

[0147] 申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。