高速水軸承材料的抗空蝕性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)旋轉(zhuǎn)機械高速、高精度、高剛度的發(fā)展需求，高速水軸承成為學(xué)術(shù)界競相研究的熱點之一。然而，空蝕是高速水潤滑軸承材料的主要失效形式之一，制約著軸承的工作壽命。為了尋求用于高速水軸承的抗空蝕涂層，本文開展了氣體滲碳涂層、滲氮涂層、滲Cr3Si涂層、微弧氧化涂層和類金剛石涂層等材料抗空蝕的試樣試驗研究，并將優(yōu)選出的試件材料制成實際的水軸承，開發(fā)高速水軸承空蝕試驗裝置，開展水軸承材料抗空蝕的臺架試驗研究。此外，本文還針對高速水軸承的氣水兩相

2、紊流潤滑理論進行了初步探索?，F(xiàn)將論文主要內(nèi)容及取得的研究成果概括如下:
　　(1)開展高速水軸承材料抗空蝕的試樣試驗研究。
　　研制了一種旋轉(zhuǎn)圓盤空蝕裝置和一種恒壓射流空蝕裝置，制備了模擬水軸承的試樣材料:不銹鋼表面低溫電弧沉積類金剛石(DLC)涂層、不銹鋼氣體滲碳涂層、不銹鋼氣體滲氮涂層、不銹鋼表面滲Cr3Si涂層、鋁合金微弧氧化(MAO)涂層等，開展其抗空蝕的試樣試驗研究。試驗后，采用稱重法測量了試樣的失重，并測試了試樣

3、表面的空蝕形貌。
　　結(jié)果表明:水流機械沖擊是造成材料空蝕的主要原因;銅合金、鋁合金等傳統(tǒng)軸承材料的抗空蝕能力差;奧氏體不銹鋼空蝕后的蝕坑數(shù)量明顯減少，具有較優(yōu)的抗空蝕性能;不銹鋼氣體滲氮層、Cr3Si涂層、DLC涂層和MAO涂層均能提高基體的抗空蝕能力。
　　(2)開展高速水軸承材料抗空蝕的臺架試驗研究。
　　研制了一種用于模擬水軸承實際工況的空蝕試驗裝置，著重完成了試驗軸承部分、高壓供水系統(tǒng)和測量系統(tǒng)等的開發(fā)工作。

4、在此基礎(chǔ)上，研制了類金剛石涂層、奧氏體不銹鋼和鉛青銅材料的水軸承，開展高速水軸承材料抗空蝕的臺架試驗研究，試驗后測試了水軸承封水表面的的空蝕形貌。
　　結(jié)果表明:主軸轉(zhuǎn)速的高速化加劇了軸承材料的空化和空蝕;高速下鉛青銅合金水軸承封水面已變得粗糙，出現(xiàn)不規(guī)則剝落，形成氣孔狀深坑和彼此重疊的坑群;奧氏體不銹鋼水軸承的抗空蝕能力明顯優(yōu)于鉛青銅合金水軸承，而DLC涂層水軸承又使不銹鋼基體的抗空蝕能力進一步強化，適應(yīng)了高速水軸承材料抗空蝕性

5、能的要求。
　　(3)高速水軸承氣水兩相紊流潤滑理論的初步探索。
　　基于考慮界面效應(yīng)的廣義Reynolds方程、氣泡力平衡方程和靜壓水腔的流量平衡方程，建立高速水軸承封水面的氣-水紊流潤滑模型。采用數(shù)值計算方法求解此模型，獲得水軸承的壓力分布、氣泡濃度分布、承載能力等靜態(tài)特性參數(shù)。結(jié)果表明:理論空化區(qū)域與試驗空蝕形貌吻合較好，本理論模型的計算結(jié)果能對水軸承材料的空蝕區(qū)域進行有效的預(yù)測;相比純水潤滑，氣水兩相流潤滑改變了水膜