CN110374881A - 摩擦结构、摩擦零件和压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种摩擦结构、摩擦零件和压缩机。该摩擦结构包括基体以及在所述基体上依次结合多层涂层；所述基体与相邻所述涂层之间的第一接触面、两个相邻所述涂层之间的第二接触面和最外层所述涂层的外表面，均设为表面织构结构。采用基体与涂层以及相邻两个涂层再结合外表面，均设为表面织构结构，结合力强，且润滑稳定，减少异常磨损。

Description

摩擦结构、摩擦零件和压缩机
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，具体涉及一种摩擦结构、摩擦零件和压缩机。
背景技术
泵体零部件表面，如转子压缩机中的滚子、法兰、滑片、曲轴等，涡旋压缩机中的动静涡旋盘、轴承、十字滑块等表面，经常发生磨粒、黏着、疲劳等磨损形式，严重衰减压缩机性能，进而影响其长寿命、可靠性要求。
为解决摩擦磨损问题，目前常用的主流方法为表面涂层处理与表面织构技术：经涂层处理后零部件的表面硬度与润滑性能获得极大提升，具有较好的耐磨性与较低的热导率，显著改善配副表面摩擦行为；表面织构技术通过精细加工方法，适当在运动副表面加工出按一定规则排列的微观纹理织构，可起到储存润滑油及杂质颗粒作用，且通过织构动压效应，提升流体膜承载能力，改善端面润滑状态，提高摩擦学性能。虽然上述两种方法均能改善运动副表面摩擦润滑行为，但目前所公开的技术大多从单一方面出发，来进行技术提升或方案改进，而未将两种手段有效耦合在一起，以获得摩擦性能与润滑特性更为优异的表面处理方式。
现有技术中也有提出两种手段同时使用的技术报道，如一种带有织构化涂层表面的基体及制备方法，采用双层错位分布的两种织构形貌，增强了硬涂层与基体材料之间以及软硬复合涂层之间的结合强度，表面既具有较低的摩擦系数，起到自润滑的效果，又具有较高的硬度和耐磨性，延长基体使用寿命。
该技术中采用织构技术增强基体与涂层、涂层与涂层间的结合强度，但表面不具有动压润滑特性，无法维持端面的流体润滑状态，只能通过涂层自润滑性能起到润滑效果，涂层易受损伤破坏。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种摩擦结构、摩擦零件和压缩机，能减少摩擦结构表面的异常磨损。
为了解决上述问题，本发明提供一种摩擦结构，包括基体以及在所述基体上依次结合多层涂层；所述基体与相邻所述涂层之间第一接触面、两个相邻所述涂层之间第二接触面和最外层所述涂层的外表面，均设为表面织构结构。
优选地，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构剖切面形状为突向所述基体的半圆形、半椭圆形、锥形和梯形中的一个或多个。
优选地，所述第一接触面的所述表面织构结构包括向远离所述基体方向突出的凸起织构。
优选地，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构采用光纤激光加工而成。
优选地，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构的表面微观为连续地凹凸峰结构。
优选地，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构的深度为0～200μm。
优选地，所述外表面的所述表面织构结构为沟槽或/和微孔结构。
优选地，所述外表面的所述表面织构结构采用掩膜电解、压刻、微细超声波或化学蚀刻加工而成。
优选地，所述微孔为圆形、椭圆形、三节性、菱形、正方形、矩形或蜂窝形中一个或多个组合。
优选地，所述微孔的深度为1～50μm，直径为10～1000μm。
优选地，所述微孔为同一直径，或在润滑液进入所述微孔时沿润滑液流动方向孔径逐渐减小。
优选地，所述基体相邻的所述涂层为硬质耐磨涂层。
优选地，所述硬质耐磨涂层包括磷化层、硫化层、氮化层、碳化层、Ni-P层、氧化铝层、类金刚石薄膜层和类石墨碳层中一个或多个。
优选地，所述最外层涂层为自润滑涂层。
优选地，所述自润滑涂层包括有机硅、石墨、聚四氟乙烯和MoS2中一个或多个。
优选地，所述最外层涂层厚度为10～100μm，所述外表面上所述表面织构结构深度小于所述所述最外层涂层厚度。
根据本发明的另一方面，提供了一种摩擦零件，包括如上所述的摩擦结构。
优选地，所述摩擦零件为转子压缩机中的滚子、法兰、滑片、曲轴，涡旋压缩机中的动静涡旋盘、轴承、十字滑块，活塞压缩机中的活塞、轴承、缸体、曲轴中的一个或多个。
根据本发明的再一方面，提供了一种压缩机，包括如上所述的摩擦零件。
本发明提供的一种摩擦结构，包括基体以及在所述基体上依次结合多层涂层；所述基体与相邻所述涂层之间第一接触面、两个相邻所述涂层之间第二接触面和最外层所述涂层的外表面，均设为表面织构结构。采用基体与涂层以及相邻两个涂层再结合外表面，均设为表面织构结构，结合力强，且润滑稳定，减少异常磨损。
附图说明
图1为本发明实施例的摩擦结构的剖切面示意图；
图2为本发明实施例的摩擦结构中第一接触面的微观结构示意图；
图3为本发明实施例的摩擦结构的外表面微孔分布示意图；
图4为本发明实施例的摩擦结构的另一结构示意图；
图5为本发明实施例的旋转压缩机的结构示意图。
附图标记表示为：
1、滚子；2、上法兰端盖；3、曲轴；4、下法兰端盖；5、基体；6、第一涂层；7、第二涂层；11、第一涂层与基体结合面；12、第一涂层与第二涂层结合面；13、第二涂层外部摩擦表面；111、第一涂层与基体结合面上织构；112、第一涂层与第二涂层结合面上织构；113、第二涂层外部摩擦表面上织构。
具体实施方式
结合参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，一种摩擦结构，包括基体5以及在所述基体5上依次结合多层涂层；所述基体5与相邻所述涂层之间的第一接触面、两个相邻所述涂层之间的第二接触面和最外层所述涂层的外表面，均设为表面织构结构。
通过对基体5与涂层的结合面，两个相邻涂层的结合面，以及最外层涂层的外表面，全部设为表面织构结构。摩擦结构中各相邻部分的结合强度增大，不易出现涂层脱落现象，再利用表面织构结构能起到动压润滑特性，使得外表面具有较低的摩擦系数，维持端面的流体润滑效果，涂层不易出现损伤破坏。
上述的第一接触面和/或第二接触面的表面织构结构剖切面形状可为圆形、椭圆形、锥形和梯形中的一种或多种。采用具有斜直边或斜曲边图形作为表面织构结构的剖切面形状，能增大表面织构的表面积，提高各相邻部分的结合强度。
在实际加工中，上述的第一接触面和/或第二接触面的表面织构结构，采用光纤激光加工而成，制作的精度高，能产生明显的热影响区，整个表面织构结构的剖切面形状线条自身呈现连续地凹凸结构，如图2所示的微观结构示意图，进一步增加结合面积，从而增强涂层结合强度。
对于第一接触面和第二接触面的表面织构结构，可制作成深度为0～
200μm的变化范围，以利于增强相邻部分的结合强度。
对于第一接触面的表面织构结构，还可采用在基体表面设置凸起织构，该凸起织构嵌入相邻的涂层内部；除了增加结合面积和提高涂层结合强度外，还能起到类似限位强化作用，增强涂层整体强度。
对于最外层涂层，其外表面上的表面织构结构，可为沟槽和/或微孔结构；由于外表面是直接的磨损部位，采用带有沟槽和/或微孔结构的表面，能够使得润滑油等流体介质进入沟槽和/或微孔结构中，并暂时储存在其中。另外，沟槽和/或微孔结构本身可以容纳磨屑等杂质颗粒，组织磨粒的连续磨损，储存的润滑液会随剪切运动被挤压、携带或渗透到配合表面，起到二次润滑的作用。
上述的沟槽或微孔结构，采用掩膜电解、压刻、微细超声波或化学蚀刻加工而成；其中，微孔包括圆形、椭圆形、三节性、菱形、正方形、矩形或蜂窝形中一个或多个组合形式。
微孔本身设有多个，可采用单一直径排列，或在润滑液进入微孔时沿润滑液流动方向孔径逐渐减小。微孔的深度为1～50μm，直径为10～1000μm。
上述沟槽或微孔，在深度上均小于最外层涂层的厚度，最外层涂层厚度为10～100μm。
对于与基体直接接触的涂层，采用硬质耐磨涂层，如磷化层、硫化层、氮化层、碳化层、Ni-P层、氧化铝层、类金刚石薄膜层和类石墨碳层中一个或多个。而处于最外层的涂层，采用自润滑涂层，如有机硅、石墨、聚四氟乙烯和MoS2中一个或多个。
根据本发明的实施例，一种摩擦零件，包括上述的摩擦结构。摩擦零件为转子压缩机中的滚子、法兰、滑片和曲轴，涡旋压缩机中的动静涡旋盘、轴承和十字滑块，活塞压缩机中的活塞、轴承、缸体和曲轴中的一个或多个。
根据本发明的实施例，一种压缩机，包括上述的摩擦零件。
压缩机运动副表面采用上述摩擦结构，进行多层织构化涂层处理，如图5所示的旋转压缩机零部件如滚子1、上法兰端盖2、曲轴3、下法兰端盖4等的摩擦表面上，其中涂层包括两层：第一涂层6和第二涂层7；在第一涂层6与基体5、第一涂层6与第二涂层7间采用光纤激光加工纹理织构111、112，织构剖切面为圆形、椭圆形、锥形、梯形等具有斜直边或斜曲边图形，增加结合面积，此外激光加工具有明显热影响区，产生火山状凹凸残量，进一步增加结合面积，从而增强涂层结合强度。
在零部件最外层摩擦表面13采用掩膜电解加工、压刻加工、微细超声波加工或化学蚀刻加工等加工热影响区较小的加工方式制备微观表面织构113，流体介质在剪切作用下进入微孔润滑区域113，沿流动方向，在单个微孔113的收敛一侧，流体产生显著动压效应，提升流体膜整体承载能力，进而提高流体膜刚度与抵抗外界干扰能力，最终维持摩擦端面稳定的流体润滑状态。此外，最外层摩擦表面微孔结构113可以容纳磨屑或杂质颗粒，阻止磨粒的连续磨损，也可存储润滑液，存储的润滑液会随剪切运动被挤压、携带或渗透到配合表面，起到二次润滑的作用。
因此，本申请为了解决压缩机零部件表面的摩擦磨损问题，在压缩机的运动副表面采用多层织构化涂层处理方法，在涂层与基体、涂层与涂层间采用激光加工纹理织构以增强涂层结合性，在最外层摩擦表面采用掩膜电解加工或其它加工方式制备微观表面织构，利用织构流体动压效应，提升流体膜承载力、刚度与抵抗外界干扰能力，从而维持曲轴止推端面流体润滑状态。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各实施方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种摩擦结构，其特征在于，包括基体(5)以及在所述基体(5)上依次结合多层涂层；所述基体(5)与相邻所述涂层之间的第一接触面、两个相邻所述涂层之间的第二接触面和最外层所述涂层的外表面，均设为表面织构结构。
2.根据权利要求1所述的摩擦结构，其特征在于，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构剖切面形状为突向所述基体(5)的半圆形、半椭圆形、锥形和梯形中的一个或多个。
3.根据权利要求1所述的摩擦结构，其特征在于，所述第一接触面的所述表面织构结构包括向远离所述基体(5)方向突出的凸起织构。
4.根据权利要求2所述的摩擦结构，其特征在于，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构采用光纤激光加工而成。
5.根据权利要求4所述的摩擦结构，其特征在于，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构的表面微观结构为连续地凹凸结构。
6.根据权利要求2、4或5所述的摩擦结构，其特征在于，所述第一接触面和/或第二接触面的所述表面织构结构的深度为0～200μm。
7.根据权利要求1所述的摩擦结构，其特征在于，所述外表面的所述表面织构结构为沟槽或/和微孔结构。
8.根据权利要求7所述的摩擦结构，其特征在于，所述外表面的所述表面织构结构采用掩膜电解、压刻、微细超声波或化学蚀刻加工而成。
9.根据权利要求7或8所述的摩擦结构，其特征在于，所述微孔为圆形、椭圆形、三节性、菱形、正方形、矩形或蜂窝形中一个或多个组合。
10.根据权利要求9所述的摩擦结构，其特征在于，所述微孔的深度为1～50μm，直径为10～1000μm。
11.根据权利要求10所述的摩擦结构，其特征在于，所述微孔为同一直径，或在润滑液进入所述微孔时沿润滑液流动方向孔径逐渐减小。
12.根据权利要求1所述的摩擦结构，其特征在于，所述基体相邻的所述涂层为硬质耐磨涂层。
13.根据权利要求12所述的摩擦结构，其特征在于，所述硬质耐磨涂层包括磷化层、硫化层、氮化层、碳化层、Ni-P层、氧化铝层、类金刚石薄膜层和类石墨碳层中一个或多个。
14.根据权利要求1所述的摩擦结构，其特征在于，所述最外层涂层为自润滑涂层。
15.根据权利要求14所述的摩擦结构，其特征在于，所述自润滑涂层包括有机硅、石墨、聚四氟乙烯和MoS2中一个或多个。
16.根据权利要求1所述的摩擦结构，其特征在于，所述最外层涂层厚度为10～100μm，所述外表面上所述表面织构结构深度小于所述所述最外层涂层厚度。
17.一种摩擦零件，其特征在于，包括如权利要求1-16任一所述的摩擦结构。
18.根据权利要求17所述的摩擦零件，其特征在于，所述摩擦零件为转子压缩机中的滚子(1)、法兰、滑片、曲轴(3)，涡旋压缩机中的动静涡旋盘、轴承、十字滑块，活塞压缩机中的活塞、轴承、缸体、曲轴中的一个或多个。
19.一种压缩机，其特征在于，包括如权利要求17或18所述的摩擦零件。
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