[发明专利]水轮发电机用导叶轴承的配方及加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种水轮发电机，尤其涉及一种用于水轮发电机上的导叶轴承的配方及加工工艺。

背景技术

导叶是水轮发电机组导水机构中最重要的部件之一，导叶轴承的主要作用是固定机组的轴线位置，承受由水轮机主轴传来的径向力和振动力。一般情况下水轮发电机组每3～5年进行一次大修，此时将发电机分解，检查导叶轴承是否磨损，如磨损严重则进行补焊、打磨后继续使用，如果由于事故导致导叶轴承损坏的，则需要重新更换。因此，导叶轴承的性能好坏对水轮机的安全运行和工作效率起着重要的影响。而由于水轮发电机常年在野外工作，工况条件比较恶劣，温度、湿度和轴承载荷变化很大，对轴承的性能要求较高，而提高轴承材料的耐磨性能，能有效提高使用寿命，而普通轴承由于基材配方、加工工艺等方面不足导致使用并不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基材性能好、综合性能强的水轮发电机用导叶轴承的配方及加工工艺。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明的产品配方包括铜合金，还包括鳞片石墨和硫化钨。

作为优选，以重量百分比计，配方中铜合金占70～80％，鳞片石墨占15～20％，硫化钨占5～10％。

作为优选，以重量百分比计，配方中铜合金占80％，鳞片石墨占15％，硫化钨占5％。

作为优选，以重量百分比计，配方中铜合金占70％，鳞片石墨占20％，硫化钨占10％。

作为优选，以重量百分比计，配方中铜合金占75％，鳞片石墨占17.5％，硫化钨占7.5％。

作为优选，本发明的加工工艺中采用鳞片石墨的Co/Cu复合化学镀，复合材料时采用快速凝固成形工艺，同时铸造采用低频电磁离心铸造快速成形工艺。

由于本发明中采用铜合金/鳞片石墨/硫化钨作为复合材料，可有效提高轴承基材的耐磨性能；而加工工艺中采用鳞片石墨的Co/Cu复合化学镀，可改善鳞片石墨与基体材料的界面结构及湿润性、增强了界面结合；复合材料时采用快速凝固成形工艺，可降低因比重不同引起的成分偏析，获得晶粒细小、纳米硫化钨均匀分布的复合材料；铸造采用低频电磁离心铸造快速成形工艺，使组织致密、晶粒细小、固体润滑剂分布均匀，从而提高综合性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述：

本发明的产品配方优选实施例一：以重量百分比计，配方中铜合金占80％，鳞片石墨占15％，硫化钨占5％。

优选实施例二：以重量百分比计，配方中铜合金占70％，鳞片石墨占20％，硫化钨占10％。

优选实施例三：以重量百分比计，配方中铜合金占75％，鳞片石墨占17.5％，硫化钨占7.5％。

本发明加工工艺：采用鳞片石墨的Co/Cu复合化学镀，复合材料时采用快速凝固成形工艺，同时铸造采用低频电磁离心铸造快速成形工艺。

通过鳞片石墨的Co/Cu复合化学镀，可改善鳞片石墨与基体材料的界面结构及湿润性、增强了界面结合；通过自润滑轴承复合材料的快速凝固成形制造技术，可进一步降低因比重不同引起的成分偏析，获得晶粒细小、纳米硫化钨均匀分布的复合材料。

由于铜液体与鳞片石墨、硫化钨等固体润滑剂颗粒之间浸润性差，接触角大都在90°以上，而且它们的密度往往也差别较大，容易产生偏析而致使金属基自润滑复合材料中颗粒分布不均匀。通过化学镀可以有效地改善固体润滑剂颗粒与合金液体浸润性，抑制材料成分偏析现象。

低频电磁离心铸造是在离心机上配置低频电磁搅拌装置——稳恒磁场，使液态金属在离心力场、重力场和磁场下凝固，从而改变了金属的凝固过程，改善了离心铸件的凝固组织和力学性能，其特点是在完全保持离心铸造的优点的同时又获得了低频电磁搅拌的冶金效果。即利用电场和磁场相互作用原理，在金属熔体内产生电磁力，而电磁力可以通过改变未凝金属液的流动情况来对凝固组织产生作用。对于旋转的电磁场产生搅拌作用而起到散热作用，产生的涡流热又对合金液有加热作用。将电磁场和离心铸造工艺结合起来，可产生良好的效果，如组织致密、缩孔、夹杂等铸造缺陷明显减少，显微组织细化，柱状晶变为等轴晶等作用。在低频电磁离心铸造过程中，液态金属在高速旋转的铸型带动下绕轴线运动，所受体积力除重力外，还有低频电磁力引起的受迫对流运动对液态金属产生低频电磁搅拌作用。因此，低频电磁离心铸造即保留了普通离心铸造组织致密，疏松和气孔少等优点，又通过低频电磁搅拌作用，克服了普通离心铸造的缺点，使粗大的柱状晶组织转变为均匀的等轴晶组织，并使第二相的分布趋于均匀，成分偏析得到控制。在低频电磁离心铸造的过程中，我们采用强制风冷，使金属结晶的过冷度大幅提高，进一步使晶粒得到细化；同时，有效控制了鳞片石墨与硫化钨的均匀分布。通过化学镀和低频电磁离心铸造快速成形复合的制造工艺技术，最终获得了组织致密、晶粒细小、固体润滑剂分布均匀的高性能自润滑鳞片石墨/硫化钨铜轴承材料。