[发明专利]水压机转子及其生产方法

说明书

本发明涉及具有卓越的抗磨损及抗腐蚀性能的水压机转子。

在利用河道中流动的水流做为工作水流的每个水压机中，有一个产生电能的水压涡轮，该水压涡轮具有例如一个由水势能作为动力源转动的转子，一个通过转动转子赋予水流以动能的水泵等。近几年来，水压机常用于具有恶劣条件的地方，并且在存在砂粒、卵石等固体颗粒的条件下水压机的应用有所增加。

在这种条件下运转的水压机转子可产生由于与固体颗粒发生碰撞而引起的磨损(这里指砂粒磨损)，以及产生砂粒磨损与气蚀(腐蚀)的综合损坏。因此，在损坏发生部分衬套或热喷涂上诸如橡胶等树脂、高硬度材料、陶瓷等材料是有效果的，这已在日本专利A 3-47477(1991)上公开。

进一步，有一种通过焊接来装配零件的方法可做为生产水压机转子的一种方法，这是一种为提高转子机械强度通过焊接来装配SUS材料零件的生产转子的方法。例如，对水压涡轮的一种情况，叶片、轮冠、卡圈或卡箍单独成形并通过焊接将它们装配成一个转子。此时，如果转子成形后有必要消除焊接引起的残余应力，进行热处理会有效。此项技术在日本专利A 2-140465(1990)和日本A6-93407(1994)中公开。

传统的水压机转子，甚至相对较硬的转子都是由Ni-13Cr钢制得，当其应用于水流中含有如砂粒、卵石等固体颗粒的河道中时，砂粒磨损发生在叶片插入部分和叶片外露部分或气密部分。这就是为什么含于砂粒和卵石中的高硬度矿物(例如石英)碰撞转子表面时，比矿物软的转子发生磨损的原因。

此外，当水流中在低压区产生的气蚀气泡在高压区破裂时产生冲击压可造成转子表面发生腐蚀。进而，当水流中含有砂粒和卵石等固体颗粒时，可发生砂粒磨损与气蚀造成的腐蚀同时发生的损坏。传统转子还有一个缺陷是其寿命短，这就是说，由于砂粒磨损和转子的损坏，将产生水压机的性能和寿命降低的问题。

本发明的一个目的是提供一种水压机转子，该转子在抗磨损及抗腐蚀性能上有所提高且寿命延长。

本发明的另一目的是提供一种低成本生产具有卓越的抗磨损和抗腐蚀性能的水压机转子的方法。

本发明是通过下述应用于转子结构和转子生产方法的一个或多个特性来表征的。

一个存留于转子结构中的特性为转子的部分表面涂覆上一层材料，该材料包括至少一种选自碳化铬、碳化钨、碳化钛、氧化铬和氧化铝的陶瓷材料以及至少一种选自Ni、Cr和Co的金属元素，且该涂层材料的维氏硬度为1000或更高。

一种生产转子的方法，其特征为通过热喷涂至少在转子部分表面上涂覆上一层硬质材料，该材料包括至少一种选自碳化铬、碳化钨、碳化钛、氧化铬和氧化铝的陶瓷材料以及至少一种选自Ni、Cr和Co的金属元素，然后将转子置于350℃～650℃温度范围下进行热处理1小时或更长时间。

一种生产转子的方法表征为通过热喷涂至少在轮冠、卡圈或卡箍和叶片部分表面上涂覆一层硬质材料，该材料包括至少一种选自碳化铬、碳化钨、碳化钛、氧化铬和氧化铝的陶瓷材料以及至少一种选自Ni、Cr和Co的元素，然后将叶片焊接于轮冠和卡圈或卡箍之间制成转子，然后通过热喷涂至少在转子部分表面上涂覆一层硬质材料，该材料包括陶瓷和金属材料，而后将转子置于350℃～650℃温度范围下热处理1小时或更长时间。

即使砂粒和卵石中所含有的石英碰撞转子表面的硬质涂层，然而由于该硬质涂层具有很高抗砂粒磨损能力且大大提高了转子抗磨损性能，所以转子寿命显著提高。

由于具有卓越抗腐蚀性能的诸如碳化铬、碳化钨、碳化钛、氧化铬和氧化铝陶瓷材料以及诸如Ni、Cr和Co的金属用作维氏硬度为1000或更高的硬质涂层，除了可获得抗磨损性能外，还可获得极佳的抗腐蚀性能。

应用热喷涂作为一种生产维氏硬度为1000或更高的硬质涂层的方法可获得通过电镀、CVD或PVD等方法无法获得的厚涂层。进一步，由于处理过程是在空气中进行的，所以可处理大面积零件，与CVD、PVD相比可降低成本。

在转子生产方法中，通过热喷涂在转子上涂覆一层硬质材料后，将其置于350℃～650℃温度范围下进行热处理至少1小时，硬质涂层中诸如碳化铬、碳化钨、碳化钛、氧化铬和氧化铝的陶瓷材料与诸如Ni、Cr和Co的金属之间的结合力将提高，这样就提高了硬质涂层的硬度以及其与基质材料的亲和力。