CN110701053A - 涡旋压缩机用耐磨件和涡旋压缩机 - Google Patents

涡旋压缩机用耐磨件和涡旋压缩机 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种涡旋压缩机用耐磨件和涡旋压缩机。该涡旋压缩机用耐磨件包括基体，所述基体的摩擦面上设有微米级尺寸的凹坑或凹槽，所述凹坑或所述凹槽设有多个，分布在所述摩擦面的至少部分上。在摩擦面上设置微米级凹坑或凹槽，提高润滑膜的承载力，改善润滑性能；同时凹坑或凹槽发挥动压轴承作用，可俘获磨粒减轻磨料损耗，乏油时可储存润滑剂，提高润滑性能。

Description

涡旋压缩机用耐磨件和涡旋压缩机
技术领域
本发明属于涡旋压缩机技术领域，具体涉及一种涡旋压缩机用耐磨件和涡旋压缩机。
背景技术
新能源车用空调要求体积小、重量轻，并且要能在比较恶劣的工况下工作，涡旋压缩机因其性能上(效率高，体积小、重量轻，噪声小，整机振动小、低温性能好，高效节能)满足上述特点在新能源汽车空调的应用上具有明显的优势，得到了越来越多的应用。
涡旋压缩机包括一对相互啮合的动、静涡旋盘，可以形成数对封闭的月牙形容积腔。当偏心轴推动动涡盘中心绕静涡盘中心作圆周轨道运动时，这些封闭的容积腔相应地扩大或缩小，由此实现气体的吸入、压缩和排气的目的。
涡旋盘下方支架的作用是用来支撑动涡旋盘，动涡盘置于静涡盘和支架之间沿轴向移动。作用在动涡盘上的轴向作用力需由支架端面平衡，因此支架端面是否可以平衡的好，直接影响着整机的可靠性。为减轻整机重量，支架通常采用铝合金，但由于铝合金差模型一般，还需要支架端面放置一层钢制的耐磨片。因此实际与动涡旋盘直接接触的是耐磨片。
耐磨片与动涡旋盘背面直接接触，接触形式为面接触。在涡旋盘高速运转时，铝合金与耐磨片产生的金属摩擦噪音不容忽视。
车用涡旋压缩机的供油形式通常为压差供油，压缩机内的部分润滑油会通过系统带走。现有的耐磨片粗糙度过小仅为0.02微米，表面过光滑，导致耐磨片表面基本无储油功能，当该区域处于缺油或贫油润滑状态时，易导致耐磨片卡死，异常磨损。
现有技术提出对滑动耐磨片先进行磷化处理，磷化处理后的耐磨片再采用喷涂工艺将含有少量二硫化钼固体润滑剂的涂料涂覆在耐磨片表面，然后再通过加热固化的形式与基体结合。这种采用两种表面处理工艺，成本高，工艺复杂。另外还有，对涡旋式汽车空调压缩机中的滑动耐磨片采用经喷砂处理工艺制备一层二硫化钼覆膜层。该滑动耐磨片具有加强的磨合作用，能显著改善涡旋压缩机运转过程中动盘与滑动耐磨片之间润滑状况，减少磨损，大大提高压缩机的运行质量和工作可靠性，延长产品使用寿命。但采用喷砂工艺会增大耐磨片表面粗糙度，不适合在压缩机中采用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种涡旋压缩机用耐磨件和涡旋压缩机，能够提高耐磨效果，减少磨损。
为了解决上述问题，本发明提供一种涡旋压缩机用耐磨件，包括基体，所述基体的摩擦面上设有微米级尺寸的凹坑或凹槽，所述凹坑或所述凹槽设有多个，分布在所述摩擦面的至少部分上。
优选地，所述凹坑或所述凹槽的深度取值范围为5～100μm，所述凹坑或所述凹槽的直径或等效直径取值范围为2～200μm。
优选地，所述凹坑或所述凹槽的开孔面积密度为0.05～0.5。
优选地，所述凹坑或所述凹槽的横截面形状包括圆形、椭圆形、三角形、菱形、正方形、矩形、蜂窝形中的一种或多种组合；和/或，所述凹坑或所述凹槽的纵截面形状包括冠型、柱型或锥形中的一种或多种。
优选地，所述凹坑或所述凹槽的分布为平行间隔分布或交错间隔分布。
优选地，所述摩擦面上涂覆有涂层，所述涂层部分充填在所述凹坑或所述凹槽内。
优选地，所述涂层厚度H为0<H≤50μm。
优选地，所述涂层包括高分子基涂层和润滑层中一种或组合；所述高分子基涂层材质为聚酰胺酰亚胺或聚酰亚胺；所述润滑层的材质包括软金属类固体润滑剂、金属化合物类固体润滑剂、无机物类固体润滑剂、有机物类固体润滑剂以及磷化膜中的一种或多种。
优选地，所述软金属类固体润滑剂包括铅、锡、锌、铟、银中一种或组合；和/或，金属化合物固体润滑剂包括金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属硒化物中一种或组合；和/或，所述无机物类固体润滑剂包括石墨、氟化石墨、氮化硼中一种或组合；和/或，所述有机物类固体润滑剂包括分散剂和树脂载体，分散剂为MoS2、PTFE、石墨中一种或组合，添加量为0～50％。
根据本发明的另一方面，提供了一种涡旋压缩机，包括如上所述的涡旋压缩机用耐磨件。
本发明提供的一种涡旋压缩机用耐磨件，包括基体，所述基体的摩擦面上设有微米级尺寸的凹坑或凹槽，所述凹坑或所述凹槽设有多个，分布在所述摩擦面的至少部分上。在摩擦面上设置微米级凹坑或凹槽，提高润滑膜的承载力，改善润滑性能；同时凹坑或凹槽发挥动压轴承作用，可俘获磨粒减轻磨料损耗，乏油时可储存润滑剂，提高润滑性能。
附图说明
图1为本发明实施例的涡旋压缩机的剖视图；
图2为本发明实施例的支架耐磨片外观图；
图3为本发明实施例的支架耐磨片的表面微孔织构结构示意图；
图4为本发明实施例的支架耐磨片的一种剖面示意图；
图5为本发明实施例的支架耐磨片的另一剖面示意图。
附图标记表示为：
1、机头盖；2、静涡旋盘；3、动涡旋盘；4、支架轴承；5、电机；6、机壳；7、机壳轴承；8、曲轴；9、支架；10、支架圆柱销孔；11、静盘限位销；12、支架耐磨片；121、微孔结构；122、固体润滑涂层；123、高分子基涂层。
具体实施方式
结合参见图1至图5所示，根据本发明的实施例，一种涡旋压缩机用耐磨件，包括基体，所述基体的摩擦面上设有微米级尺寸的凹坑或凹槽，所述凹坑或所述凹槽设有多个，分布在所述摩擦面的至少部分上。
在基体的摩擦面上开设出一系列微纳米尺寸级别的凹坑或凹槽，这些凹坑或凹槽的微孔结构121在摩擦面的整体表面分布或局部表面分布，在相对滑动过程中，这种织构的表面与摩擦副另一面会形成一个发散模和一个收敛模，发散模形成的负压区由于气穴效应而得到抑制，收敛模则会产生额外的流体动压力，此来提髙润滑膜的承载力，改善润滑性能。另外微孔结构121可在流体润滑或混合润滑时发挥动压轴承的作用，在乏油状态时可储存润滑剂，在润滑和非润滑状态时微凹坑可俘获磨粒减轻磨料磨损。
微孔结构121的加工方式包括但不限于掩膜电解加工、压刻加工、微细超声波加工或化学蚀刻加工及激光加工。
具体的，微孔结构121的孔深取值范围为5～100μm，微孔结构121的直径或等效直径取值范围为2～200μm。微孔结构121的开孔面积密度的取值范围为0.05～0.5。
微孔结构121为圆形孔或其它方向性孔，如椭圆形孔、三角形孔、菱形孔、正方形孔、矩形孔、蜂窝孔、圆环孔等。微孔结构121为单一孔型或为多种孔型组合。微孔结构121的剖切面为冠型、柱型或锥形。微孔结构121的排布方式为平行间隔分布或交错间隔分布。
通过在耐磨片表面开设微孔结构121，可增加耐磨片的表面积，增加耐磨片的粗糙度，可取代喷砂和磷化的工艺。
为进一步提高耐磨件的耐磨性能，在摩擦面上涂覆涂层，涂层部分充填在微孔结构121内，使涂层与基体的结合强度更好、进而涂层的承载能力更强。
在耐磨件表面涂覆一层剪切强度很小的薄膜，涂层厚度H为0<H≤50μm，使摩擦副的接触面积既不增加，又能使剪切强度降低，使摩擦引起的塑性变形只发生在薄膜之内，摩擦力和摩擦系数有较大的降低，保护基体免受损伤，起到固体润滑的作用。
采用表面织构使得固体润滑剂牢固的附着于基体表面，在摩擦时不易脱落，能够稳定而持久低发挥作用。同时解决摩擦副之间产生的微动磨损、氧化磨损问题。
涂层包括高分子基涂层123和润滑层中一种或组合；所述高分子基涂层123材质为聚酰胺酰亚胺或聚酰亚胺；所述润滑层的材质包括软金属类固体润滑剂、金属化合物类固体润滑剂、无机物类固体润滑剂、有机物类固体润滑剂以及磷化膜中的一种或多种。
软金属类固体润滑剂包括铅、锡、锌、铟、银中一种或组合；和/或，金属化合物固体润滑剂包括金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属硒化物中一种或组合；和/或，所述无机物类固体润滑剂包括石墨、氟化石墨、氮化硼中一种或组合；和/或，所述有机物类固体润滑剂包括分散剂和树脂载体，分散剂为MoS2、PTFE、石墨中一种或组合，添加量为0～50％。
通过在耐磨片表面涂覆高分子涂层，使摩擦副的摩擦从金属与金属转变为金属与高分子材料的摩擦。高分子材料的分子量大、分子链段较长，受到外部应力的作用时，分子链段通过主链中单键的内旋转不断改变构象，运动滑移、而产生内摩擦，大分子会因为弹性而部分或全部恢复到以前的状态。将金属与金属摩擦噪声转换为金属与高分子材料之间的噪音，可大大降低擦噪音。
固体润滑剂的制备方法包括但不限于电化学沉积法、电刷镀、离子镀、电弧喷涂、热喷涂、溶胶凝胶法、黏结法、PVD、CVD、PECVD等、塔夫拉姆技术。
实施例1
支架9耐磨片的表面进行表面织构处理，在支架9耐磨片表面的微孔结构121采用圆孔结构，圆孔微孔紧密排布。在支架9耐磨片表面采用PVD/CVD、PECVD沉积工艺制备一层25微米的二硫化钼固体润滑涂层122。表面微孔结构121可增加耐磨片的表面积，增加耐磨片的粗糙度，可取代喷砂和磷化的工艺。
使涂层与基材的结合强度更好、进而涂层的承载能力更强。二硫化钼薄膜由近球状颗粒组成，表面织构与MoS2薄膜复合后具有正协同表面润滑抗磨作用，表面织构的“微观动压润滑”和“机械捕捉效应”有利于薄膜的二次铺展，从而形成有效润滑，在单一薄膜的基础上进一步降低摩擦磨损。采用气相沉积工艺制备的涂层具有成分，厚度均匀、重复性更好、摩擦系数低和寿命长的特点。
实施例2
耐磨片表面进行表面织构处理后，再制备一层高分子基涂层123，其中基料为聚酰胺酰亚胺或聚酰亚胺。固体润滑剂为二硫化钼、PTFE、石墨或他们的组合添加范围，添加量为0％-50％。聚酰胺酰亚胺(聚酰亚胺)具有良好的尺寸稳定性、化学稳定性、耐热性，机械性能。聚酰胺酰亚胺(聚酰亚胺)与基材的粘接性更强，因此基材可不采用织构和磷化处理即可达到优异的结合力。采用该实施可大幅降低耐磨片与动盘的摩擦噪音，并且涂层的使用寿命长。
在耐磨片表面不经过表面织构处理，也可制备一层高分子基涂层123和一层固体润滑剂，同样可大幅降低耐磨片与动盘的摩擦噪音，并且涂层的使用寿命长。
根据本发明实施例，一种涡旋压缩机，包括：机头盖1、静涡旋盘2、动涡旋盘3、支架轴承4、电机5、机壳6、机壳轴承、曲轴8、支架9、支架圆柱销孔10、静盘限位销11、支架耐磨片12部件。涡旋压缩机工作过程中，由电机5驱动曲轴8驱动动涡旋盘3并使动涡旋盘3按照一定轨迹平动，与静涡旋盘2按照设计好的间隙配合并形成相对公转运动形成不断周期变化的压缩腔，冷剂气体在这类压缩腔内完成吸气、压缩以及排气的过程，进而实现压缩气体的目的。
动涡旋盘3下方的支架9及支架耐磨片12的作用是用来支撑动涡旋盘3，动涡盘置于静涡旋盘2和支架9之间后沿轴向移动，作用在动涡旋盘3上的轴向作用力需由支架耐磨片12的端面平衡。在高转速下，动涡旋盘3在驱动力的作用下除与静盘形成摩擦副外，还与支架耐磨片12形成滑动摩擦副，该部位会产生摩擦噪声并伴有材料的磨损。
静涡旋盘2通过限位销与支架耐磨片12固定，理论上无相对运动，但实际上限位销与支架圆柱销孔10为间隙配合，在径向两者有振幅较小的相对运动。在微观上两接触面凹凸不平，压力使凸峰黏着，黏着处由于相对运动被剪切，静盘漏出的铝基体表面被氧化而发黑。在整机的振动下，静盘会产生微小位移，形成位小的摩擦副，会导致静盘与耐磨片产生微动磨损和腐蚀磨损+黏着磨损，耐磨片表面会沉积腐蚀产物，如三氧化二铝。
在上述的支架耐磨片12、动涡旋盘3、静涡旋盘2的表面上采用微孔结构121，以及采用涂层涂覆，能避免噪音产生，减少磨料的损耗，以及避免铝基体被氧化。
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 (10)

1.一种涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，包括基体，所述基体的摩擦面上设有微米级尺寸的凹坑或凹槽，所述凹坑或所述凹槽设有多个，分布在所述摩擦面的至少部分上。
2.根据权利要求1所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述凹坑或所述凹槽的深度取值范围为5～100μm，所述凹坑或所述凹槽的直径或等效直径取值范围为2～200μm。
3.根据权利要求1或2所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述凹坑或所述凹槽的开孔面积密度为0.05～0.5。
4.根据权利要求1或2所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述凹坑或所述凹槽的横截面形状包括圆形、椭圆形、三角形、菱形、正方形、矩形、蜂窝形中的一种或多种组合；和/或，所述凹坑或所述凹槽的纵截面形状包括冠型、柱型或锥形中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述凹坑或所述凹槽的分布为平行间隔分布或交错间隔分布。
6.根据权利要求1或5所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述摩擦面上涂覆有涂层，所述涂层部分充填在所述凹坑或所述凹槽内。
7.根据权利要求6所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述涂层厚度H为0<H≤50μm。
8.根据权利要求6所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述涂层包括高分子基涂层(123)和润滑层中一种或组合；所述高分子基涂层(123)材质为聚酰胺酰亚胺或聚酰亚胺；所述润滑层的材质包括软金属类固体润滑剂、金属化合物类固体润滑剂、无机物类固体润滑剂、有机物类固体润滑剂以及磷化膜中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的涡旋压缩机用耐磨件，其特征在于，所述软金属类固体润滑剂包括铅、锡、锌、铟、银中一种或组合；和/或，金属化合物固体润滑剂包括金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属硒化物中一种或组合；和/或，所述无机物类固体润滑剂包括石墨、氟化石墨、氮化硼中一种或组合；和/或，所述有机物类固体润滑剂包括分散剂和树脂载体，分散剂为MoS2、PTFE、石墨中一种或组合，添加量为0～50％。
10.一种涡旋压缩机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的涡旋压缩机用耐磨件。
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