CN102560217A

CN102560217A - 陶瓷滑片

Info

Publication number: CN102560217A
Application number: CN2012100296783A
Authority: CN
Inventors: 李建华; 刘国满; 韩卫平
Original assignee: GUILIN AIPU HI-TECH MATERIAL Co Ltd
Current assignee: GUILIN AIPU HI-TECH MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2012-02-10
Filing date: 2012-02-10
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种陶瓷滑片，用于旋转式压缩机，所述陶瓷滑片包括烧结体及稳定剂，所述烧结体包括重量比50%至94.5%的氧化铝和重量比5.0%至40%的Fe-Al金属间化合物，稳定剂占重量比0.5至10%。本发明的陶瓷滑片不仅具有很高硬度、耐腐蚀性能好、且磨擦系数也很低，因此用于密封旋转式压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小与之相配密封旋转式压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗。

Description

陶瓷滑片

技术领域

本发明涉及一种陶瓷滑片，尤其涉及一种用于旋转式压缩机的陶瓷滑片。

背景技术

通常适用于空调和冰箱等家用电器的密封旋转式压缩机，由电机带动旋转曲轴的偏心部件外周表面上装有自由转动的滚动活塞绕气缸作偏心滚转，使滑片圆弧端部紧紧压在滚动活塞外表面，始终保持与滚动活塞外表面接触，将气缸分为吸气腔和压缩腔。曲轴回转带动滚动活塞旋转运动，同时带动滑片在滑片槽内作往复运动，气缸重复作吸气、压缩、排气及余隙膨胀等工作过程.。

现有密封旋转式压缩机气缸中的滑片是用含有钼和钒等稀土金属元素的高速合金钢材料制成，由于钼和钒的价格不断上涨，高速合金钢滑片的材料成本越来越高。另一方面，随着人们对空调器的效能有着种种不同的要求，而广泛采用变频技术连续驱动空调压缩机，以增加压缩机的可调速范围，从而使滑片与活塞及滑片和气缸之间的接触处相对运动速度大幅度地提高，可能导致滑片与滚动活塞及气缸发热粘附的粘着磨损进一步加剧，这些磨损不仅使压缩机的效率降低，甚至还会导致压缩机发生故障。尤其对于今后，空调压缩机中使用制冷剂R22(二氟一氯甲烷)将会破坏臭氧层，以不含氯的致冷剂HFC代替R22。由于新型冷媒的应用（即使用不含氯的致冷剂HFC如R134a、R125…等）将会使压缩机致冷剂的高速合金钢滑片润滑特性变差，而导致合金钢滑片与滚动活塞接触表面磨损进一步加剧，合金钢滑片的耐磨性和耐腐蚀方面已难以满足压缩机发展的需要。

为了解决上述问题，人们利用氧化锆做基材的烧结体所制成滑片，其主要存在问题在于：一方面，氧化锆及氧化锆基复合陶瓷材料制成的陶瓷滑片的生产成本相对比较高；另一方面，氧化锆及氧化锆基复合陶瓷材料在100至400℃温区长期使用时，在其表面易于产生微观或宏观裂纹的低温老化，从而导致材料的力学性能显著下降。就目前的抗老化措施存在一定的局限性，进行整体抗老化往往会影响材料的整体性能，又因为表面抗老化的工艺措施复杂，造成成本较高，致使其运用受到限制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种陶瓷滑片，用于旋转式压缩机，所述陶瓷滑片包括烧结体及稳定剂，所述烧结体包括重量比50%至94.5%的氧化铝和重量比5.0%至40%的Fe-Al金属间化合物，稳定剂占重量比0.5至10%。

本发明的进一步改进为，所述稳定剂包括La2O3、Y2O3、TiO2、MgO、Cr2O3、SiO2 、CaCO3、BaCO3中的一种或多种。

本发明的进一步改进为，所述烧结体为金属键络、离子键络、共价键络的多元微观晶胞结构。

本发明的进一步改进为，所述陶瓷滑片的烧结体具有均布的长棒状晶粒。

本发明的进一步改进为，所述陶瓷滑片的热膨胀系数为5.8×10^-6m/K至9.8×10^-6m/K。

本发明的进一步改进为，所述陶瓷滑片的晶粒尺寸小于20微米。

本发明的进一步改进为，所述陶瓷滑片的晶粒尺寸小于5微米。

相较于现有技术，本发明的陶瓷滑片不仅具有很高硬度、耐腐蚀性能好、且磨擦系数也很低，因此用于密封旋转式压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小与之相配密封旋转式压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗。具有良好耐腐蚀性能，适用于各种致冷剂。同时由于其比重轻（约为：3.9 g/mm³至5.8g/mm³）可以在更高的速度下工作，而避免出现“拍打”现象，适应更高工作频率的时，仍具有良好的跟随性。

附图说明

图1是本发明陶瓷滑片抗弯强度随Fe-Al金属间化合物含量变化的曲线示意图。

图2是本发明陶瓷滑片断裂韧性随Fe-Al金属间化合物含量变化的曲线示意图。

图3是本发明陶瓷滑片硬度随Fe-Al金属间化合物含量变化的曲线示意图。

图4是本发明陶瓷滑片磨损系数随Fe-Al金属间化合物含量变化的曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

请参阅图1至图4，本发明提供了一种陶瓷滑片，用于旋转式压缩机。

陶瓷滑片包括烧结体及稳定剂，所述烧结体包括重量比50%至94.5%的氧化铝和重量比5.0%至40%的Fe-Al金属间化合物，稳定剂占重量比0.5至10%。在本实施例中，稳定剂包括La₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、MgO、Cr₂O3、SiO2 、CaCO3和BaCO3等金属氧化物中的一种或多种。本发明的陶瓷滑片通过添加稳定剂以降低滑片的烧成温度，抑制复合氧化铝陶瓷的晶粒生长的方法达到控制晶粒尺寸，提高滑片耐磨性能、降低烧成温度和改善烧结体微观结构。

烧结体为金属键络、离子键络、共价键络的多元微观晶胞结构。陶瓷滑片的烧结体具有均布的长棒状晶粒。陶瓷滑片的热膨胀系数为5.8×10^-6m/K至9.8×10^-6m/K范围内。陶瓷滑片的晶粒尺寸小于20微米，在本实施例中，陶瓷滑片的晶粒尺寸较佳的小于5微米。

粘着磨损是滑片发生磨损的主要磨损方式之一。一般而言，摩擦副部件双方的互溶性对粘着磨损有很大的影响，若它们的互溶性好，则粘着倾向就大。相同晶格类型和电化学性能相近的材料则互溶性也大，容易粘着。由于本发明的陶瓷滑片为复合陶瓷材料，与滑槽铸铁或铸钢是两种完全不同的晶格类型和电化学性能，其互溶性不大，因而本发明的陶瓷滑片与铸钢滚动活塞以及铸钢滑槽等摩擦副材料搭配更为合理，这也是本发明的陶瓷滑片与合金钢具有良好耐磨性能的重要原因之一。

表面温度的变化也与滑动速度有关，滑动速度是造成摩擦界面温度升高的一个原因。摩擦过程中，可使瞬时局部温度达到很高称之为“闪温”。会导致摩擦材料产生强烈氧化、相变、硬化和软化，甚至表面微区熔化，成了滑片等摩擦副零件的磨损主要原因之一。本发明的陶瓷滑片的红硬性可达到1200℃，硬度可达72HRA以上，具有良好的导热性能，使其具有良好的耐磨性能和很高的使用寿命。同时，也可以降低滑片摩擦副的其他部件的磨损。

材料的晶粒的大小也会影响材料的耐磨性能的重要因数，本发明的陶瓷滑片的氧化铝（Al₂O₃）和Fe-Al金属间化合物的颗粒相互制约，将减缓了晶粒的长大速度，细化组织，从而使本发明的陶瓷滑片具有优良的耐磨性能。

在滑片的设计和加工的过程特别要考虑以下几个问题：

1、强度和断裂韧性。陶瓷材料尤其要考虑其抗弯强度和断裂韧性。为了满足滑片薄型化、小型化和轻型化设计要求，就要选择强度和断裂韧性较高和高强度比的材料。

图1和图2是对本发明的陶瓷滑片的抗弯强度和断裂韧性测量的结果。从附图1和图2可知，Fe-Al金属间化合物含量的变化影响其抗弯强度，其规律是随着Fe-Al金属间化合物含量的增加，陶瓷滑片的抗弯强度和断裂韧性增加，当Fe-Al金属间化合物含量为5%至40%范围内时，其抗弯强度为485Mpa至670 MPa ；当Fe-Al金属间化合物含量达到40%时，材料强度达到670Mpa、断裂韧性KIC达到8.65Mpa· m^1/2。由此可知当选择Fe-Al金属间化合物为含量5至40%时，其抗弯强度和断裂韧性能满足滑片的设计要求。

2、硬度对耐磨性及加工性能的影响。如图3和图4所示，随着Fe-Al金属间化合物含量提高及合金化，其复合材料的硬度将随晶格电子的增加而下降，使材料磨损加剧。尤其值得注意的是，当Fe-Al金属间化合物含量在35%时，随着Fe-Al金属间化合物含量的增加，其硬度急剧下降，磨损量急剧上升。试验表明：硬度大小直接影响到滑片磨削加工的加工性能和耐磨性能，及影响滑片和摩擦副的其他部件的耐磨性能。当滑片的硬度大于HRC92时，磨削加工工艺性变差，加工费时费工，磨削比降低，磨具磨料的损耗增加使精密加工即磨削加工的加工成本大幅度增加；硬度过高也会导致摩擦副的其他部件磨损加剧。

3、热膨胀系数对动密封的影响，由于现代压缩机可调速范围增加，其工作温度范围已大幅度提高，使得设计合适的材料热膨胀系数，显得尤为重要。

本发明的陶瓷滑片根据Al₂O₃/Fe-Al金属间化合物复合陶瓷材料具有随着Fe-Al含量的增加而增加的特点，可以对热膨胀系数在5.8×10^-6至9.8×10^-6范围内进行与动密封组件的材料热膨胀系数相近的热膨胀适配设计。以避免动密封组件因为热膨胀失配，而出现滑片与滑槽出现间隙过大，导致压缩过程中制冷剂相应的泄露，使得压缩机能效比下降或过紧甚至卡死导致压缩机不能正常工作。

综合上述因素，本发明提供的陶瓷滑片重量比50%至94.5%的氧化铝，5.0%至40%Fa-Al金属间化合物，其余是0.5至10%稳定材料的添加剂组成。为了得到均匀致密烧结体，以获得高性能的陶瓷滑片，采用微波常温烧结加热等静压或采用热压烧结工艺，其烧结温度为1300℃至1550℃，保温保压时间为30分钟，相对密度大于或等于96%，以获得晶粒更细，合理的空隙率，具有良好力学性能的陶瓷滑片。通过试件断口分析发现，断口存在一些棒状颗粒，并呈现明显的拔出韧窝和普通的断口韧窝，表现出较好的韧化特征。同时，还发现无论Al₂O₃还是Fe-Al金属间化合物颗粒均无明显长大，说明两种材料可以抑制对方的长大，有利于本发明的陶瓷滑片的材料的细晶强化及力学性的提高。

本发明的陶瓷滑片不仅具有很高硬度、耐腐蚀性能好、且磨擦系数也很低，因此用于密封旋转式压缩机中，可获得良好的磨损性能，减小与之相配密封旋转式压缩机气缸或滚动活塞之间的磨损及磨擦损耗。具有良好耐腐蚀性能，适用于各种致冷剂。同时由于其比重轻（约为：3.9 g/mm³至5.8g/mm³）可以在更高的速度下工作，而避免出现“拍打”现象，适应更高工作频率的时，仍具有良好的跟随性。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种陶瓷滑片，用于旋转式压缩机，其特征在于：所述陶瓷滑片包括烧结体及稳定剂，所述烧结体包括重量比50%至94.5%的氧化铝和重量比5.0%至40%的Fe-Al金属间化合物，稳定剂占重量比0.5至10%。

2.根据权利要求1所述陶瓷滑片，其特征在于：所述稳定剂包括La₂O₃、Y₂O₃、TiO₂、MgO、Cr₂O3、SiO2 、CaCO3、BaCO3中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述陶瓷滑片，其特征在于：所述烧结体为金属键络、离子键络、共价键络的多元微观晶胞结构。

4.根据权利要求1所述陶瓷滑片，其特征在于：所述陶瓷滑片的烧结体具有均布的长棒状晶粒。

5.根据权利要求1所述陶瓷滑片，其特征在于：所述陶瓷滑片的热膨胀系数为5.8×10^-6m/K至9.8×10^-6m/K。

6.根据权利要求1所述陶瓷滑片，其特征在于：所述陶瓷滑片的晶粒尺寸小于20微米。

7.根据权利要求6所述陶瓷滑片，其特征在于：所述陶瓷滑片的晶粒尺寸小于5微米。