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等离子喷涂绝缘涂层耐磨性能研究

绝缘涂层，摩擦性能，等离子喷涂

       大功率变频控制电机容易在转轴两端产生电压，当轴电压超过轴承润滑油膜阈值电压时，击穿轴承滚子和滚道间油膜产生轴电流放电。轴电流造成的损伤使轴承疲劳磨损过程急剧缩短，轴承过早失效，实际寿命甚至不到设计寿命的十分之一。随着轴承所在电机的大功率化以及对摩擦性能需求，利用等离子喷涂的方式对轴承钢表面进行绝缘，耐磨保护也成为了研究的热点。通常来说，涂层结构与轴承成品的好坏密切相关。

       本文利用等离子喷涂在轴承钢表面制备Al₂O₃/NiCrAl功能涂层，探究不同结构涂层与摩擦性能关系。实验选用GCr15轴承钢样片作为基底材料，Al₂O₃、Al₂O₃/NiCrAl为喷涂材料进行等离子喷涂。利用涂层附着力自动划痕仪对喷涂后的样品进行膜基结合力测试；通过显微硬度计测量了涂层的维氏显微硬度；通过台阶仪测量涂层厚度；使用金相显微镜对表面的大颗粒进行定量分析；通过摩擦磨损试验机分别进行轴承钢片、Al₂O₃/轴承钢片，Al₂O₃/NiCrAl/轴承钢片摩擦磨损实验。同时采用场发射扫描电子显微镜对各涂层的微观结构与形成的磨痕形貌以及截面形貌进行了观察。

        结果表明：与Al₂O₃涂层相比，Al₂O₃/NiCrAl涂层与基底的结合强度提高明显；Al₂O₃与Al₂O₃/NiCrAl涂层硬度几乎一致，分别为1349HV、1352 HV。但是Al₂O₃/NiCrAl涂层表面大颗粒相对于Al₂O₃涂层数量相对较少。摩擦磨损实验显示2种涂层都是在试验刚开始的很短时间里摩擦因数较高，随着试验进行呈现降低趋势。这说明试验前期，涂层表面较为粗糙，与摩擦副之间主要发生磨粒磨损及粘着磨损。而随着摩擦持续进行，摩擦界面逐渐变得光滑。随着试验的进行，由于Al₂O₃涂层没有Al₂O₃/NiCrAl涂层那样有NiCrAl作为润滑、粘接相，因此膜层的韧性、强度及耐冲击性较低。同时SEM图像表明，等离子喷涂层是层状堆积的结构，虽然存在一定的孔隙，但每一层孔隙的位置不相同，因此基本不会形成直达基体的通孔，起到一定的保护作用。