CN103450796B - 压缩机滑动件表面的滑动膜以及形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及压缩机滑动件表面的滑动膜以及形成方法。压缩机滑动件表面的滑动膜包含粘结树脂、固体润滑剂以及填料，粘结树脂为热固性含氟聚酰亚胺树脂，填料为无机填料，固体润滑剂以及填料分散在粘结树脂中，粘结树脂、固体润滑剂以及填料在滑动膜中的重量百分比为：粘结树脂35‑75%，固体润滑剂15‑45%，无机填料2‑20%。即使在压缩机处于缺油状态，该滑动件依然保持良好抗咬合性和耐磨性。
Description
技术领域
本发明涉及滑动件的滑动膜以及形成方法。
背景技术
当压缩机高速运动过程中，压缩机内产生相互滑动摩擦的零件之间，比如斜盘式压缩机中的斜盘与滑履之间、滑片式压缩机的滑动叶片与缸体之间，受高压、离心等作用而贴紧，相互压力大，因而滑动摩擦力大，容易磨损，为此，一般需要在滑动件基体上施加能减小摩擦系数或者提高润滑性的滑动膜。
申请号为CN200910247939.7，公布号为CN102115632A的滑动件涂层专利申请，提出一种斜盘表面涂层包含热固性聚酰亚胺粘结树脂、聚酯填料、固体润滑剂；其中固体润滑剂可以为二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）、聚四氟乙烯(PTFE)、石墨、氟化石墨等颗粒，分散在热固性聚酰亚胺树脂中；聚酯填料包括环氧有机硅、硼硅橡胶等。
该现有技术的涂层可以改善热固性树脂的脆性，增加涂层弹性。但现有技术在缺少润滑油时的干性滑动状态下，在重载条件下，其抗咬合性和耐磨性仍不足。
发明内容
本发明提供一种压缩机滑动件表面的滑动膜以及形成方法，即使在压缩机处于缺油状态，该滑动件依然保持良好抗咬合性和耐磨性。
一种压缩机滑动件表面的滑动膜，包含粘结树脂、固体润滑剂以及填料，其特点是，粘结树脂为热固性含氟聚酰亚胺树脂，填料为无机填料，固体润滑剂以及填料分散在粘结树脂中。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，所述粘结树脂、固体润滑剂以及填料在滑动膜中的重量百分比为：粘结树脂35-75%，固体润滑剂15-45%，无机填料2-20%。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，粘结树脂的数均分子量不低于100000，平均直径在小于等于20μm，玻璃化温度不低于300℃。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，粘结树脂在滑动膜中的重量百分比为55-70%。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，固体润滑剂为聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨、氟化石墨中的一种或多种。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，固体润滑剂在滑动膜中的重量百分比为25-40%。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，无机填料为碳化硅、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、钛酸钾中的一种或多种。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，无机填料的平均直径小于等于1μm，在滑动膜中的重量百分比为3-8%。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，粘结树脂是由含氟二酐单体的共聚型聚酰亚胺或者由含氟二胺单体的共聚型含氟聚酰亚胺。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，滑动件的基体表面为粗糙化表面，该粗糙化表面包含钛化层或铬化层或磷化层。
所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其进一步的特点是，所述粗糙化表面的粗糙度为Rz4-Rz20。
一种在压缩机滑动件上形成滑动膜的方法，其特点是，制备任一所述的滑动膜的材料，将滑动膜的材料涂覆在基体表面上，加热烧结。
所述的方法，其进一步的特点是，在涂覆上述滑动膜前，对压缩机滑动件的基体进行粗糙化处理，然后在粗糙化表面进行钛化处理、铬化处理或磷化处理。
所述的方法，其进一步的特点是，采用刮涂或滚涂方法涂覆上述滑动膜。
所述的方法，其进一步的特点是，烧结温度达到315℃或以上。
由于采用含氟聚酰亚胺粘结树脂的滑动膜，其性能与热塑性聚酰亚胺树脂涂层和热固性聚酰亚胺树脂涂层相比，具有更好的耐磨性、耐高温性、耐溶剂性，机械性能提高很多，相容性也有提高。在干性滑动状态以及高负荷和高转速的工作条件下，比一般的热塑性聚酰亚胺树脂涂层和热固性聚酰亚胺树脂涂层表现出更好的抗咬合性和耐久性，同时具备较为理想的自润滑性，可承受较大冲击载荷。
附图说明
图1是压缩机的斜盘的工作原理图。
图2是斜盘上滑动膜的示意图。
图3是一种含氟聚酰亚胺结构式。
图4是另一种含氟聚酰亚胺结构式。
图5是第三种含氟聚酰亚胺结构式。
具体实施方式
压缩机内产生相互滑动摩擦的零件之间，受高压、离心等作用力而贴紧，比如斜盘式压缩机中的斜盘与滑履之间、滑片式压缩机的滑动叶片与缸体之间，涡旋式压缩机的动涡盘和静涡盘之间，均产生较大压力，从而产生较大滑动摩擦力。下面以斜盘式压缩机的斜盘为例，具体说明滑动膜组成、形成方法和效果。但压缩机的滑动件不限于斜盘也可以是其他滑动件。
如图1所示，在压缩机运动过程中，斜盘10转速一般达到800转/分钟以上，活塞12朝气缸孔13底部运动时气缸孔13内气体压强可达到约2MPa，活塞12端面所承受的压力以及活塞12运动中的惯性力经滑履11传递作用在斜盘10上，一个滑履11作用在斜盘上的压力可达到约1200N。
斜盘10一般采用铁，例如QT500铸铁或45钢，或者铝合金作为基体。滑履11一般由铁系金属制成，如轴承钢、GCr15钢，并经淬火和回火处理，硬度高。由于滑履11硬度高，斜盘10的基体较易磨损。如图2所示，在斜盘10的基体1表面增加滑动膜2，以减小斜盘10与滑履11的摩擦系数，提高润滑效果。
斜盘滑动膜2成分主要包含粘结树脂、固体润滑剂，并添加无机填料。粘结树脂选用热固性树脂如热固性的含氟聚酰亚胺树脂(fluorinated polyimide)，粘结树脂在滑动膜中的重量百分比为45-75%，优选55-70%，数均分子量不低于100000，平均直径在小于等于20μm，玻璃化温度不低于300℃。固体润滑剂可以从聚四氟乙烯（PTFE）、二硫化钼、石墨、氟化石墨中选取一种或多种，固体润滑剂在滑动膜中的重量百分比为15-45%，优选25-40%。无机填料选取碳化硅、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、钛酸钾中的一种或多种，无机填料的平均直径小于等于1μm为佳，重量百分比为2-15%，优选3-8%。
作为粘结剂的含氟聚酰亚胺树脂，其共聚方式有多种，例如由含氟二酐单体为主的共聚型含氟聚酰亚胺，或者是由含氟二胺单体为主的共聚型含氟聚酰亚胺。在本发明的实施例中，以六氟二酐（6FDA）单体为主，与其它单体进行二元共聚制得的共聚型含氟聚酰亚胺，图3、图4、图5分别表示了六氟二酐与ODA/6FDA、6FDAM/6FDA、TPEQ/6FDA不同单体组合的含氟聚酰亚胺结构式，其中6FDA（六氟二酐），（4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐）;ODA(4，4’-二氨基二苯醚)，6FDAM（六氟二胺），TPEQ（1,4-双(4-氨基苯氧基)苯）。
如图2所示，斜盘基体1表面为粗糙化表面3，粗糙度为Rz4-Rz20，在粗糙化表面3进行钛化处理或铬化处理或磷化处理，使粗糙化表面上形成钛化层或铬化层或磷化层。滑动膜2的底部嵌入表面3，且粗糙表面3的凹凸可以增大与滑动膜2的粘结面积，因此在受到平行于斜盘端面的摩擦力时，粗糙化表面3可以帮助保持滑动膜2，防止脱落。钛化处理、铬化处理、磷化处理可以活化金属表面，使滑动膜与基体结合更加牢固。
斜盘表面滑动膜的形成方法为：对斜盘基体1进行粗糙化处理，然后在粗糙化表面3进行钛化处理、铬化处理或磷化处理，制备滑动膜材料，采用刮涂或滚涂方法将滑动膜材料涂覆在斜盘表面上，加热烧结，烧结温度达到315℃或以上。
粗糙化处理采用喷砂（丸）、蚀刻、机加工、激光糙化等方法。
接下来，再通过不同的试验来示例性地说明滑动膜的抗咬合性和耐磨性等性能。
以二元胺（ODA）与6FDA合成的含氟聚酰亚胺作为下述试验的粘结树脂。
抗咬合性能试验
针对不同的聚酰亚胺树脂作为粘结剂形成的滑动膜进行咬合试验比较，来检验和说明该滑动部件的滑动特性，试验条件为：咬合试验采用盘式干摩擦试验机，斜盘试样基体材料采用45钢，斜盘试样尺寸为Φ95mm×Φ55mm×6mm，其中每个斜盘试样基体表面通过喷丸粗糙度为Rz12，并进行磷化处理，然后分别在表面形成含有相同组分固体润滑剂和无机填料的热固性含氟聚酰亚胺树脂滑动膜、热固性聚酰亚胺树脂滑动膜、热塑性聚酰亚胺树脂滑动膜、聚酰胺酰亚胺树脂滑动膜（涂层组成成分按重量百分比），滑动膜厚度均为0.03mm。为了使表面光滑，试样件滑动膜表面粗糙度均加工至Ra1.6。相对摩擦副的滑履为半球状，直径Φ15，材料采用GCr15钢，淬火回火处理，硬度HV650～880，表面粗糙度Ra0.2。3个滑履均布在斜盘试样表面，并通过转盘对3个滑履施加3500N的压力，并在转盘的带动下以2000r/min的转速在斜盘试样上转动，产生滑动摩擦副，试验过程无润滑油。在这种条件，测定斜盘和滑履达到咬合状态的时间。所得到的结果列于表1。
表1
磨损试验
磨损试验采用盘式磨损试验机。斜盘试样基体材料采用45钢，斜盘试样尺寸为Φ95mm×Φ55mm×6mm，其中每个斜盘试样基体表面通过喷丸粗糙度为Rz12，并进行磷化处理，然后分别在表面形成含有相同组分固体润滑剂和无机填料的热固性含氟聚酰亚胺树脂滑动膜、热固性聚酰亚胺树脂滑动膜、热塑性聚酰亚胺树脂滑动膜、聚酰胺酰亚胺树脂滑动膜（涂层组成成分按重量百分比），滑动膜厚度均为0.03mm。为了使表面光滑，试样件滑动膜表面粗糙度均加工至Ra1.6。相对摩擦副的滑履为半球状，直径Φ15，材料采用GCr15钢，淬火回火处理，硬度HV650～880，表面粗糙度Ra0.2。3个滑履均布在斜盘试样表面，并通过转盘对3个滑履施加压力。试验条件为在试验开始100秒，压力为3000N，转速1m/s，保持600秒，然后停止试验，待试样件冷却后，重复相同操作，共完成3次。试验过程无润滑油。在这种条件，测定斜盘滑动膜的磨损量。所测得的结果列于表2。
表2
如表1和表2所示，采用热固性含氟聚酰亚胺树脂滑动膜的斜盘试样件1-3，其滑动膜的抗咬合能力和耐磨性相对于传统技术的对比斜盘试样件4-12有了显著的提高，且作为压缩机的滑动部件表现出的滑动性能较高。
Claims (13)
1.压缩机滑动件表面的滑动膜，包含粘结树脂、固体润滑剂以及填料，其特征在于，粘结树脂是由含氟二酐单体的共聚型聚酰亚胺或者由含氟二胺单体的共聚型含氟聚酰亚胺，填料为无机填料，固体润滑剂以及填料分散在粘结树脂中，其中，所述粘结树脂、固体润滑剂以及填料在滑动膜中的重量百分比为：粘结树脂35-75％，固体润滑剂15-45％，无机填料2-20％。
2.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，粘结树脂的数均分子量不低于100000，平均直径在小于等于20μm，玻璃化温度不低于300℃。
3.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，粘结树脂在滑动膜中的重量百分比为55-70％。
4.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，固体润滑剂为聚四氟乙烯、二硫化钼、石墨、氟化石墨中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，固体润滑剂在滑动膜中的重量百分比为25-40％。
6.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，无机填料为碳化硅、二氧化硅、氮化硅、氮化硼、钛酸钾中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，无机填料的平均直径小于等于1μm，在滑动膜中的重量百分比为3-8％。
8.如权利要求1所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，滑动件的基体表面为粗糙化表面，该粗糙化表面包含钛化层或铬化层或磷化层。
9.如权利要求8所述的压缩机滑动件表面的滑动膜，其特征在于，所述粗糙化表面的粗糙度为Rz4-Rz20。
10.在压缩机滑动件上形成滑动膜的方法，其特征在于，制备权利要求1至7中任一项所述的滑动膜的材料，将滑动膜的材料涂覆在基体表面上，加热烧结。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在涂覆上述滑动膜前，对压缩机滑动件的基体进行粗糙化处理，然后在粗糙化表面进行钛化处理、铬化处理或磷化处理。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，采用刮涂或滚涂方法涂覆上述滑动膜。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，烧结温度达到315℃或以上。
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