CN1116520C - 回转式压缩机及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种回转式压缩机，包括：具有内空间和槽的汽缸、沿汽缸内空间的内面滑动的滚筒、穿通槽中的叶片以及制冷剂，所述槽穿通汽缸的外侧和内空间，所述叶片一边在滚筒上滑动一边在槽中滑动退出，所述叶片由粉末烧结形成的不锈钢及其在表面设置的氮扩散层和铁氮化合物层构成。所述不锈钢具有多个小孔，空孔率为15%以下，并具有马丁体组织和硬化性能，由此可明显提高叶片的耐磨性和回转式压缩机的长期可靠性。

Description

回转式压缩机及其制造方法
本发明涉及回转式压缩机，特别是涉及适合使用烃碳氟化合物(HFC)制冷剂的回转式压缩机。
图12和图13表示以往的回转式压缩机的纵剖视图和横剖视图。在图12和图13中，在密封容器1的内部配设电机部2和压缩机部3。轴4直接与电机部2连接。该轴4由设在压缩机部3上下的主轴承5和副轴承6支撑。汽缸37与轴4同心状设置。在压缩机部3上，汽缸37的侧面形成吸入孔8，汽缸37的上部形成吐出缺口部9。吸入管10的一端与吸入孔8连接。在密封容器1的上部形成吐出口11。吐出管12的一端与吐出口11连接。吸入管10的另一端和吐出管11的另一端分别与集油器(未图示)连接。向制冷剂添加作为润滑油的冷冻机油27。该冷冻机油在密封容器1内液化。采用这一结构，使制冷剂在密封容器1的内外循环。
在汽缸37内部的轴4上偏心安装着滚筒33。该滚筒33随着轴4的回转进行行星运转。在汽缸37上的吸入孔8与吐出缺口部9之间，沿汽缸半径方向形成导槽34。板状的叶片3 5插入该导槽34内。利用弹簧16的弹力和反压(吐出压)将叶片35推压在汽缸37轴心侧的滚筒33上。这样，将汽缸37内的空间分隔为吸入室17和压缩室18。
采用上述结构，滚筒33在汽缸37的内部沿内壁行星运动。随着这一动作，被推压在滚筒33外壁上的叶片35在导槽34的内部沿汽缸37的半径方向退出。气体通过吸入口8被吸入由该叶片35分隔的吸入室17内。吸入后的气体在压缩机18内压缩，该气体经过吐出缺口部向所定的空间吐出。
一般来讲，叶片35的制造方法包括：对具有优良耐磨性的特殊铁系熔性材料实施热处理的工序、热处理后的磨削工序以及为形成氮扩散层和化合物层的氮化处理工序。在此场合，叶片35的前端部残留着化合物层，为使与汽缸37滑动接合的叶片侧面部符合尺寸精度，需要磨削进行精密加工。
然而，由于经精密加工露出的叶片侧面部的氮扩散层为单层，因此上述传统的叶片35不能保持冷冻机油，有损于汽缸37和叶片35的耐磨性。又由于叶片35采用特殊铁系熔性材料制成，必须进行整个面的加工，因此加工成本非常高。
另一方面，近年来，对汽缸37、滚筒33和叶片35等的滑动条件越来越严格。在使用R22(一氯二氟甲烷)替代制冷剂时，还要求材料的组合具有更高的耐磨性。即，若采用以往那种由特殊钢、特殊铸件或者铁系烧结材料等单独材料制成的叶片35，则耐磨性是不够的。并且，即使对上述的由特殊铁系熔性材料作成的叶片35进行加工和氮化处理，也难以得到汽缸37和叶片35优良的耐磨性。
本发明的目的在于提供一种具有优良耐磨性和低成本的压缩机。
本发明的回转式压缩机包括：
(a)具有内空间和槽的汽缸；
(b)沿着该汽缸的内空间的内面滑动的滚筒；
(c)穿过该槽中间设置的叶片；
(d)制冷剂。
该槽穿通汽缸的外侧和内空间、
该叶片一边在滚筒上滑动一边在槽中滑动退出；
该叶片包括：由粉末材料的烧结形成的不锈钢、设置在该不锈钢表面上的氮扩散层以及设置在该氮扩散层表面上的铁与氮的化合物层；
该不锈钢具有由粉末材料烧结形成的多个小孔、
该多个小孔具有15％以下的空孔率。
最好是该叶片包括：具有马丁体组织的不锈钢、设在不锈钢表面上的氮扩散层以及设在氮扩散层表面上的铁与氮的化合物层。
该不锈钢应具有下列之一的化学组成。
(1)含有铁、9％-27％铬、0.4％以上碳的化学组成；
(2)含有铁、9％-27％铬、4％-8％镍、0.2％以下碳的化学组成；
该不锈钢应具有由硬化性粉末材料烧结形成的多个小孔，该多个小孔具有15％以下的空孔率。
本发明回转式压缩机的制造方法包括：
(a)制造汽缸的工序；
(b)制造滚筒的工序；
(c)制造叶片的工序；
(d)提供制冷剂的工序；
(e)所述汽缸、滚筒、叶片、制冷剂的组装工序。
制造所述叶片的工序包括：
(1)将不锈钢粉末材料加工成所定形状、作成成形体的工序；
(2)烧结成所述成形体、作成具有小孔的基体成形体的工序，
在此，所述小孔具有15％以下的空孔率；
(3)对所述基体成形体进行热处理、作成具有马丁体组织的基体成形体的工序；
(4)对具有马丁体组织和小孔的所述基体成形体进行氮化处理、在基体成形体的表面设置氮扩散层和铁-氮化合物层的工序；
由此，在所述基体成形体上形成氮扩散层，在所述氮扩散层上形成化合物层。
采用上述结构，可明显提高叶片的耐磨性，减少叶片的尺寸歪斜。并且，可减少叶片的强度降低和脆化。其结果，可明显提高回转式压缩机的长期可靠性。
附图简单说明
图1为本发明一实施例的回转式压缩机概略结构的纵剖视图。
图2为本发明一实施例的构成回转式压缩机的叶片侧面部的剖视图。
图3(a)为本发明一实施例的构成回转式压缩机的叶片俯视图，图3(b)为侧面图。
图4为图3所示的叶片制作过程中的剖视图。
图5(a)、(b)、(c)分别为图3的叶片前端部和侧面部的制作过程中及其完成时的剖视图。
图6为图3的叶片放大剖视图。
图7(a)、(b)、(c)分别为本发明一实施例的构成回转式压缩机的叶片前端部和侧面部的剖视图。
图8(a)、(b)分别为本发明一实施例的构成回转式压缩机的叶片侧面部的剖视图。
图9为本发明一实施例的构成回转式压缩机的叶片侧面部的剖视图。
图10为本发明一实施例的构成回转式压缩机的叶片侧面部的剖视图。
图11(a)、(b)分别表示本发明一实施例的回转式压缩机的制造工序。
图12为表示传统的回转式压缩机概略整体结构的纵剖视图。
图13为传统的回转式压缩机横剖视图。
本发明一实施例的回转式压缩机包括：
(a)具有内空间和槽的汽缸；
(b)沿着所述汽缸的内空间的内面滑动的滚筒；
(c)穿过所述槽中的叶片；
(d)制冷剂。
所述槽穿通汽缸的外侧和内空间、
所述叶片一边在滚筒上滑动一边在槽中滑动退出。
所述叶片包括：由粉末材料的烧结形成的不锈钢、设置在所述不锈钢表面上的氮扩散层以及设置在所述氮扩散层表面上的铁与氮的化合物层。
所述不锈钢具有由粉末材料烧结形成的多个小孔、
所述多个小孔具有15％以下的空孔率。
最好是所述叶片包括：具有马丁体组织的不锈钢、设在不锈钢表面上的氮扩散层以及设在氮扩散层表面上的铁与氮的化合物层。
所述不锈钢应具有下列之一的化学组成：
(1)含有铁、9％-27％铬、0.4％以上碳的化学组成；
(2)含有铁、9％-27％铬、4％-8％镍、0.2％以下碳的化学组成。
所述不锈钢应具有由硬化性粉末材料烧结形成的多个小孔，所述多个小孔具有15％以下的空孔率。
采用上述结构，可明显提高叶片的耐磨性，减少叶片的尺寸歪斜。并且，可减少叶片的强度降低和脆化。其结果，可明显提高回转式压缩机的长期可靠性。
本发明一实施例的回转式压缩机制造方法包括：
(a)制造汽缸的工序；
(b)制造滚筒的工序；
(c)制造叶片的工序；
(d)提供制冷剂的工序；
(e)所述汽缸、滚筒、叶片、制冷剂的组装工序。
制造所述叶片的工序包括：
(1)将不锈钢粉末材料加工成所定形状、作成成形体的工序；
(2)烧结成所述成形体、作成具有小孔的基体成形体的工序，
(3)对所述基体成形体进行热处理、作成具有马丁体组织的基体成形体的工序；
(4)对具有马丁体组织和小孔的所述基体成形体进行氮化处理、在基体成形体的表面设置氮扩散层和铁-氮化合物层的工序。
在此，所述小孔具有15％以下的空孔率，在所述基体成形体上形成氮扩散层，在所述氮扩散层上形成化合物层。
最好是所述汽缸具有内空间和槽。
所述槽穿通汽缸的外侧和内空间。
所述滚筒沿着汽缸的内空间的内面滑动。
所述叶片穿通槽中。
所述叶片一边在滚筒上滑动一边在槽中滑动退出。
最好是所述汽缸大致为圆筒状，
所述槽沿着汽缸的半径方向形成，
所述汽缸的内空间的横剖面为圆状，
所述空间具有吸入部和吐出部，
所述滚筒的外周面的横剖面为圆状，
所述滚筒的外周面一边在内空间的内周面滑动，一边在内空间中回转，
所述叶片的前端在滚筒的外周面上滑动，同时叶片在槽中滑动退出，该叶片将汽缸的内空间分隔为吸入部和吐出部。
采用上述结构，由于叶片使用烧结铁，只需要磨削工加即可作成。因此，可大幅度减少制造工序，便于制造工序的管理。其结果，可降低制造成本，并可明显提高叶片的强度和批量性，减少尺寸歪斜。
本发明一实施例的回转式压缩机包括：具有制冷剂的吸入部和吐出部的汽缸、沿着所述汽缸内周面转动的滚筒以及叶片。所述叶片具有在汽缸半径方向上形成的槽部。所述叶片插入槽部内并在滚筒外周面上滑动的状态下退出，将汽缸的内部分隔为吸入部和吐出部。所述叶片由淬火硬化性的铁系粉末材料制成。淬火硬化性的铁系粉末材料包含铁(Fe)、9％-27％铬(Cr)和0.4％以上的碳(C)。将淬火硬化性的铁系粉末材料成形后进行烧结，制成作为所述叶片基体成形体的烧结铁。该烧结铁具有15％以下的空孔率。通过对其烧结铁的基体成形体进行淬火处理和回火处理，使烧结铁的基体成形体马丁体组织化。该马丁体组织化的烧结铁表面经氮化处理后，在基体成形体的表面上形成氮扩散层，在氮扩散层上形成铁与氮的化合物层(Fe-N层)，由此形成所述叶片。“氮化处理”一词的含义是通常的氮化处理或软氮化处理。
另外，氮扩散层是指在基体成形体中氮扩散后形成的层。化合物层是指由铁与氮的化合物形成的层。
最好是铁系粉末材料采用SUS 440A、SUS 440B、SUS 440C、SKD1、SKD11中的任一种。
在此结构中，由于叶片含有9％以上的Cr量，因此可提高Fe-N层的耐磨性，并可大大提高氮扩散层的耐磨性。若Cr量超过27％或不足0.4％，会造成叶片的马丁体组织化不充分。另外，由于叶片的空孔率为15％以下，因此在氮化处理时，可防止氮气深深地侵入叶片的内部，减少尺寸歪斜和因氮化引起的强度降低，还可减少脆化。
本发明又一实施例的回转式压缩机包括：具有制冷剂的吸入部和吐出部的汽缸、沿着所述汽缸内周面转动的滚筒以及叶片。所述叶片具有在汽缸半径方向上形成的槽部。所述叶片插入槽部内，在滚筒外周面上滑动的状态下退出，将汽缸的内部分隔为吸入部和吐出部。所述叶片由淬火析出硬化性的铁系粉末材料制成。析出硬化性的铁系粉末材料包含铁(Fe)、9％-27％铬(Cr)、4％-8％镍(Ni)和0.2％以上的碳C。将析出硬化性的铁系粉末材料成形后进行烧结，制成所述叶片基础的烧结铁。该烧结铁具有15％以下的空孔率。通过对其烧结铁的基体材料进行热处理，使烧结铁的基体成形体马丁体组织化。该马丁体组织化的烧结铁表面经氮化处理后，在该烧结铁的表层依次形成Fe-N层和氮扩散层，由此形成所述叶片。“氮化处理”一词的含义是通常的氮化处理和软氮化处理。
最好是所述铁系粉末材料采用SUS 630-SUS 631中的一种。
在此结构中，由于叶片含有9％以上的Cr量，因此可提高Fe-N层的耐磨性，并可大大提高氮扩散层的耐磨性。若Cr量超27％或不足0.4％，会造成烧结铁的马丁体组织不充分。另外，由于烧结铁的空孔率为15％以下，因此在氮化处理时，可防止氮气深深地侵入叶片的内部，减少尺寸歪斜和因氮化引起的强度降低，还可减少脆化。
所述烧结铁最好是由因相烧结或液相烧结形成。为使烧结铁的空孔率低于15％，通常是使用液相烧结材料，但并不作限定，也可根据不同的添加剂和烧结条件等采用固相烧结。
在所述汽缸的槽内滑动的叶片侧面部最好是具有由磨削加工露出的氮扩散层，使该氮扩散层成为主滑动面。采用上述结构，由于在氮扩散层的空孔内面也形成化合物层，利用在其内面形成的化合物层来可靠地保持冷冻机油，因此可防止叶片与汽缸的凝固磨损，可获得具有优良耐磨性的叶片滑动面。
在所述汽缸的槽内滑动的叶片侧面部最好是具有由磨前加工露出的氮扩散层与Fe-N层的混合组织，使该混合组织成为滑动面。采用上述结构，由于在Fe-N化合物层与氮扩散层之间产生因滑动磨损造成的间隙，在该间隙内可保持冷冻机油，因此可防止叶片与汽缸的凝固磨损，可获得具有优良耐磨性的叶片滑动面。
在所述滚筒上滑动的叶片前端部最好是具有Fe-N化合物层，使该Fe-N化合物层成为滑动面。采用上述结构，即使叶片含有9％以上的Cr，利用Fe-N化合物层中含有的铬氮化物的效果，也可明显地获得具有优良耐磨性的叶片。
在所述滚筒上滑动的叶片前端部最好是具有由磨削加工露出的表面粗糙度Ry3μm以下的Fe-N层，其Fe-N层即为滑动面。采用这种结构，由于表面粗糙度Ry3μm以下的Fe-N层在滚筒上滑动，使细小的凸起部很难产生大的应力，因此可进一步防止金属的凝固，防止叶片与滚筒的凝固磨损，获得具有优良耐磨性的叶片滑动面。
氮化处理最好是气体氮化或气体软氮化处理。采用上述结构，可形成良好的Fe-N层和氮扩散层。
所述氮扩散层最好是在500℃至580℃范围的氮化处理温度中形成。并且，所述氮扩散层具有0.05mm以上的厚度。采用上述结构，可获得具有优良耐磨性和所定厚度的Fe-N化合物层和氮扩散层。在磨削后能确保具有优良耐磨性的氮扩散层。
最好是通过水蒸气处理，在含有空孔的烧结铁表面形成氮化膜。采用上述结构，即使是含有大量Cr的氮化困难的基体成形体，也会因氧化膜(四氧化三铁膜)的存在而容易氮化。
所述滚筒最好是由含有铁(Fe)、0.5％-1.0％铬(Cr)、0.2％-0.4％钼(Mo)和0.1％-0.4％磷(P)的铸铁材料制成。采用上述结构，可获得具有优良耐磨性的滚筒。
所述滚筒最好是由含有铁(Fe)、0.5％-1.0％铬(Cr)、0.2％-0.4％钼(Mo)和0.02％-0.1％硼(B)的铸铁材料制成。采用上述结构，可获得具有优良耐磨性的滚筒。
所述制冷剂最好是烃碳氟化合物(HFC)，冷冻机油含有酯油。采用上述结构，即使使用了作为替代氟利昂制冷剂的HFC，也可获得具有高可靠性的回转式压缩机。
所述制冷剂最好是含有二氟甲烷(R32)。
上述的Fe-N层是指Fe2N、Fe2-3N、Fe3N之类的氮化物形成的层。氮扩散层是指在Fe中含有固溶的N的过饱和固溶体或合金元素的硬性氮化物的扩散层。
不锈钢的化学组成单位是重量％。
下面参照图纸说明本发明典型的实施例。
(典型的实施例1)
图1和图2分别表示本发明典型的实施例1的回转式压缩机结构。
在图1和图2中，在密封容器1的内部配设电动机部2和压缩机部3。轴4直接与电动机部2连接。该轴4由设在压缩机部3上下的主轴承5和副轴承6支撑。汽缸7与轴4同心状设置。在压缩机3上，汽缸7的侧面形成吸入孔8，汽缸7的上部形成吐出缺口部9。吸入管10的一端与吸入孔8连接。在密封容器1的上部形成吐出口11。吐出管12的一端与吐出口11连接。吸入管11的另一端和吐出管11的另一端分别与集油器(未图示)连接。向制冷剂添加作为润滑油的冷冻机油27。该冷冻机油在密封容器1内液化。采用这一结构，使制冷剂在密封容器1的内外循环。
在汽缸7内部的轴4偏心安装着滚筒13。该滚筒13随着轴4的回转进行行星运转。在汽缸7上的吸入孔8与吐出缺口部9之间，沿汽缸半径方向形成导槽14。板状的叶片15插入该导槽14内。利用弹簧16的弹力和反压(吐出压)将叶片15推压在汽缸7轴心侧的滚筒13上。这样，将汽缸7内的空间分隔为吸入室17和压缩室18。
采用上述结构，滚筒13在汽缸7的内部沿内壁行星运动。随着这一动作，被推压在滚筒13外壁上的叶片15在导槽14的内部，沿汽缸7半径方向退出。气体通过吸入口8，被吸入由该叶片15分隔的吸入室17内。吸入后的气体在压缩机18内压缩，该气体经过吐出缺口部向所定的空间吐出。
图11(a)和(b)分别为表示本发明一实施例的回转式压缩机制造方法的概略图。在图11中，回转式压缩机的制造方法包括：
(a)制造汽缸的工序；
(b)制造滚筒的工序；
(c)制造叶片的工序；
(d)提供制冷剂的工序；
(e)上述汽缸、滚筒、叶片、制冷剂的组装工序。
制造所述叶片的工序包括：
(1)将不锈钢粉末材料加工成所定形状、作成成形体的工序；
(2)烧结成所述成形体、作成具有小孔的基体成形体的工序，
在此，所述小孔具有15％以下的空孔率，
(3)对所述基体成形体进行热处理、作成具有马丁体组织的基体成形体的工序；
(4)对具有马丁体组织和小孔的所述基体成形体进行氮化处理、在基体成形体的表面设置氮扩散层和铁-氮化合物层的工序。
在此，在所述基体成形体上形成氮扩散层，在所述氮扩散层上形成化合物层。
本典型的实施例中的回转式压缩机与传统的回转式压缩机结构不同之点在于，包括导槽14在内的汽缸7，滚筒13和叶片15。即，汽缸7由含有10-50％珠光体的金属模共晶石墨铸铁制成。滚筒13由含有铁、0.8％铬(Cr)、0.2％镍(Ni)、0.2％钼(Mo)、0.2％磷(P)的合金铸铁制成。对其合金铸铁实施淬火和回火处理。
图3(a)和(b)分别为叶片15的结构的俯视图和侧视图。在整个叶片15上形成多个空孔，其空孔率为15％以下。并且，叶片15设有前端部15a和侧面部15b，分别具有按照下列方法形成的层。
首先，使用含有16.0-18.0％(Cr)和0.95-1.2％碳(C)的具有淬火硬化性的马丁体系不锈钢粉末作成成形体，并对其成形体固相烧结，以此方法制成具有15％以下空孔率的基体成形体15e，再经过淬火和回火处理获得具有马丁体组织的基体成形体15e。接着，对该基体成形体15e磨削加工，对前端部15a和侧面部15b进行精加工。马丁体组织是淬火钢的一种组织，其含义是对碳进行固熔的固熔体(solid solution)。该马丁体组织的微细组织呈针状。
其次，将精加工后的基体成形体15e在500-580℃温度下氮化处理。或者，也可进行软氮化处理。如图4以及图5(a)和(b)所示，在具有空孔19的基体成形体15e的表面形成氮扩散层，在其氮扩散层上形成Fe-N化合物层20。再对叶片侧面部15b的化合物层20磨削加工，去除侧面部的化合物层20。这样，如图5(c)所示，露出侧面部15b的氮扩散层21。氮扩散层21的厚度约为0.05mm以上。
由于该叶片15具有16.0％-18.0％的Cr量，与以往的叶片相比较，不仅可提高前端部15a的化合物层20的耐磨性，而且可明显地提高氮扩散层21的耐磨性和耐凝固磨损性。
又由于基体成形体15e的空孔率在15％以下，因此在氮化处理或软氮化处理时，可防止氮气深深地侵入叶片15的内部，可减少尺寸歪斜，防止因氮化引起的强度降低和脆性化。反之，若空孔率超过15％，例如在基体成形体上形成的孔是连续的空孔时，会降低叶片的强度，使叶片脆性化，在实际使用条件下不可能运转。并且，在氮化处理时会使氮气扩散到整个基体成形体，由此使叶片15出现很大的歪斜，造成叶片不能使用。因此，叶片15的空孔率最好在15％以下，尤其是10％以下。采用这一结构，可使上述的效果更佳。
并且，由于氮化处理是在500℃-580℃的温度范围内进行处理的，可稳定地形成化合物层20和氮扩散层21，因此可发挥稳定的耐磨性。又由于氮扩散层21具有0.05mm以上的厚度，可使氮扩散层21的耐磨性稳定化。若氮化处理温度低于500℃或高于580℃，就很难形成化合物层20，也难以形成氮扩散层21。氮化处理以约550℃-570℃的温度范围为最佳。在此场合，可获得更加优良的上述效果。
另外，空孔19最好是设在基体成形体15e上。在此场合，如图6所示，在氮化处理时也可使空孔19的内壁形成Fe-N化合物层即空孔内化合物层22。由此，利用空孔内化合物层22可将冷冻机油27保持在空孔19内。被保持的冷冻机油27在叶片15滑动时向滑动面供给，其结果是提高了叶片15的耐磨性。即使在形成若干连续的空孔时，空孔内化合物层22还能起到封孔的效果。因此，利用该封孔的空孔内化合物层22，可防止施加在汽缸7内的压力和冷冻机油27的泄漏，可保持冷冻机油的油压。其结果是可进一步提高叶片15的耐磨性。
这样，叶片15就有了充分的强度。并且，具有优良耐磨性的形成化合物层20的叶片前端部15a即使在十分严酷的滑动条件下，也可防止产生与滚筒13的外周面13a的凝固磨损。叶片侧面部15b的氮扩散层21也具有优良的耐磨性。利用Cr、Mo、P的成分使容器13具有更加优良的耐磨性，并利用Ni进一步提高淬火性。又由于汽缸7由含有15％以上珠光体的共晶石墨铸铁制成，因此可进一步提高耐磨性。
如上所述，在本典型的实施例的回转式压缩机中，即使是在(a)润滑用的冷冻机油27的添加量很少时、(b)导槽14与叶片15的滑动面难以生成油膜、特别是制冷剂本身使用了无润滑性的HFC制冷剂时、(c)叶片15的前端部15a与滚筒13的外周面13a有很少量的油膜、基本上处于金属接触的润滑状态等这些严酷的滑动条件下，也可实现具有长期高可靠性的压缩机。
(典型的实施例2)
本典型的实施例2的回转式压缩机具有以下结构。
汽缸7由含有95％以上珠光体的FC250制成。滚筒13由添加了0.8％Cr、0.2％Ni、0.2％Mo和0.04％B的合金铸铁制成，然后实施淬火处理和回火处理。
叶片15的基体成形体15f先将含有16.0％-18.0％Cr、6.50％-7.75％Ni和0.09％以下C的析出硬化性SUS631成形，再通过固相烧结制成。该基体成形体15f具有15％以下的空孔率，经过固溶化处理和中间处理之后进行析出效果处理。这样，在基体成形体15f上形成马丁体和析出物混合的组织。其次，对具有这一组织的形成体15f磨削加工，对前端部15a和侧面部15b进行精加工。然后，通过氮化处理和软氮化处理，如图7(a)和(b)所示，在基体成形体15f上形成化合物层20和氮扩散层21，再对与汽缸7滑动连接的叶片侧面部15b上的化合物层20磨削加工，露出图7(c)所示的侧面部15b的氮扩散层21。留下了与滚筒13外周面滑动连接的叶片15的前端部15a上的化合物层20。其它结构与典型的实施例1相同。
采用本典型的实施例结构，具有以下优点。
即使在(a)汽缸7的导槽14与叶片15的侧面处于严酷的滑动连接的条件、(b)叶片15的前端部15a与滚筒13的外周面13a有很少量的油膜、基本上处于金属接触的润滑状态等场合，由于叶片15的前端部15a具有优良耐磨性的化合物层20，因此可防止产生与滚筒13外周面13a的凝固磨损。又由于滚筒13含有Cr、Mo、B的成分以及Ni成分，因此可使滚筒13具有优良的耐磨性和淬火性。汽缸7含有95％以上的珠光体，故也具有优良的耐磨性。由此，通过这些滚筒13、叶片15、汽缸7的组合，即可获得具有更加优良耐磨性的回转式压缩机，进而可实现具有长期优良的可靠性的回转式压缩机。
(典型的实施例3)
本典型的实施例3的回转式压缩机具有以下结构。
滚筒13由添加了0.8Cr、0.2％Ni、0.2％Mo和0.3％P成分的合金铸铁制成，再实施淬火处理和回火处理。汽缸7由含有90％以上珠光体的A型片状石墨铸铁FC250制成。
叶片15的基体成形体15e由含有0.95-1.2％的C和16.0-18.0％Cr的马丁体系不锈钢成形、再通过固相烧结制成。基体成形体15e具有15％以下的空孔率，经过淬火处理和回火处理后形成马丁体组织化。接着，对该基体成形体磨削加工，对叶片前端部15a和侧面部15b进行精加工。然后，在500-570℃温度中氮化处理，再对叶片15的前端部15a和侧面部15b进行磨削加工。使前端部15a具有图8(a)所示的残存的化合物层20，其表面粗糙度[Ry]约为1μm。侧面部15b具有图8(b)所示的残存的化合物层20。其它结构与典型的实施例1相同。
采用如此结构，具有以下优点。
由于叶片15的前端部15a表面粗糙度[Ry]约为1μm，因此即使叶片前端部15a与滚筒13的微观性接触，赫兹应力也很小，可防止叶片与滚筒的磨损。又由于叶片15的前端部15a具有残存的化合物层20，可防止叶片15与滚筒13产生凝固磨损。侧面部15b也具有残存的化合物层20，因此不仅是叶片侧面部15b，而且汽缸7的导槽14的磨损也明显减少。在叶片15的前端部15a与侧面部15b滑动面的空孔19内保持有冷冻机油27，故叶片15具有更加优良的耐磨性。
通过这些叶片15、容器13、汽缸7的组合，即可明显减少磨损量，由此可实现具有长期高可靠性的压缩机。
在本实施例中，基体成形体15e可使用典型的实施例2用的基体成形体15f，这种场合也可获得相同的效果。
(典型的实施例4)
本典型的实施例4的回转式压缩机具有以下结构。
如图9所示，通过对化合物层20与氮扩散层21交界处附近进行磨削加工，使叶片15的侧面部15b具有化合物层20与氮扩散层21混合的组织。其它结构与典型的实施例3相同。
由此，在非常硬的组织(化合物层20)与硬组织(氮扩散层21)之间保持有冷冻机油27，可进一步提高耐磨性。其结果，可实现具有长期高可靠性的压缩机。
在本实施例中，基体成形体15e可使用典型的实例2用的基体成形体15f，在这种场合也可获得相同的效果。
(典型的实施例5)
本典型的实施例5的回转式压缩机具有以下结构。
叶片15的基体成形体15e由含有0.95-1.2％的C和16.0-18.0％的Cr的马丁体系不锈钢成形、再经过固相烧结制成。基体成形体15e具有15％以下的空孔率，通过淬火处理和回火处理形成马丁体组织化。然后，对该基体成形体进行水蒸气处理。由此，如图10所示，使表面部和内部的空孔19也形成由四氧化三铁构成的氧化膜23。
其次，与典型实施例3一样进行磨削加工，对前端部15a和侧面部15b进行精加工，再在560-570℃温度中氮化处理，形成化合物层20、氮扩散层21和空孔内化合物层22。然后，对基体成形体15e进行磨削加工。由此，使前端部15a具有残存的化合物层20，其表面粗糙度[Ry]约为1μm。侧面部15b也具有残存的化合物层20。其它结构与典型的实例3相同。
采用上述结构，具有以下优点。
一般来讲，当叶片材料具有很多Cr成分和氧化铬膜时，只进行通常的氮化处理是难以形成氧化膜的，为此，必须进行前处理，使用硫化氢气体或氟化氮气体等除去氧化铬膜。但本典型的实施例是在基体成形体上实施水蒸气处理，不再需要前处理，或者可缩短前处理。
由于在氮化处理后的化合物层20和氮扩散层21的空孔19中残留着微量的空孔内化合物层22和氧化膜23，因此可提高气密性。又由于构成氧化膜23的四氧化三铁为多孔性质，因此可增大保持冷冻机油27的能力，提高耐磨性。其结果，可实现具有长期高可靠性的压缩机。
在本实施例中，基体成形体15e使用典型的实施例2用的基体成形体15f，在这种场合也可获得相同的效果。
如上所述，采用本实施例结构，可获得具有更加优良的耐磨性和批量性、低成本等效果的叶片。其结果，可获得具有长期高可靠性的压缩机。这种叶片在使用HFC等耐磨性差的替代性氟利昂制冷剂的压缩机时，也能获得特别优良的效果。
又由于叶片采用烧结铁作成，只需要磨削加工即可制成。因此，可大幅度减少制造工序及其制造工序的管理。本发明的叶片比以往单纯形成空孔的烧结铁，无论在强度、尺寸歪斜、批量生产性方面均具有优良的性能。
并且，由于在空孔内也形成Fe-N化合物层，因此可保持冷冻机油，其结果，可明显提高耐磨性。
综上所述，采用本发明的结构，可明显提高叶片的耐磨性，实现具有更加高的长期可靠性的回转式压缩机。

Claims (47)

1.一种回转式压缩机，其特征在于，包括：
(a)具有内空间和槽的汽缸，
所述槽穿通所述汽缸的外侧和所述内空间，
(b)沿着所述汽缸的所述内空间内面滑动的滚筒，
(c)穿通所述槽中的叶片，
所述叶片一边在所述滚筒上滑动一边在所述槽中滑动退出，
(d)制冷剂，
所述叶片包括：由粉末材料烧结形成的不锈钢、设置在所述不锈钢表面上的氮扩散层以及设置在所述氮扩散层表面上的铁与氮的化合物层，
所述不锈钢具有由所述粉末材料烧结形成的多个小孔，所述多个小孔具有15％以下的空孔率。
2.如权利要求1所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述叶片包括：具有马丁体组织的不锈钢、设置在所述不锈钢表面上的氮扩散层以及设置在所述氮扩散层表面上的铁与氮的化合物层，
所述不锈钢具有下列之一的化学组成：
(1)具有铁、9％-27％铬和0.4％以上碳的化学组成，
(2)具有铁、9％-27％铬、4％-8％镍和0.2％以下碳的化学组成，
所述不锈钢具有由硬化性粉末材料烧结形成的多个小孔，所述多个小孔具有15％以下的空孔率。
3.一种回转式压缩机，其特征在于，包括：
(a)具有内空间和槽的汽缸，
所述槽穿通所述汽缸的外侧和所述内空间，
(b)沿着所述汽缸的所述内空间内面滑动的滚筒，
(c)穿通所述槽中的叶片，
所述叶片一边在所述滚筒上滑动一边在所述槽中滑动退出，
(d)制冷剂，
所述叶片包括：由具有马丁体组织的不锈钢、设置在所述不锈钢表面上的氮扩散层以及设置在所述氮扩散层表面上的铁和氮的化合物层，
所述不锈钢具有铁、9％-27％铬和0.4％以上碳的化学组成，
所述不锈钢具有由淬火硬化性粉末材料烧结形成的多个小孔，所述小孔具有15％以上的空孔率。
4.如权利要求3所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述汽缸大致呈圆筒状、
所述槽沿所述汽缸的半径方向形成，
所述汽缸的所述内空间的横剖面呈圆状，
所述空间具有吸入部和吐出部，
所述滚筒的外周面的横剖面呈圆状，
所述滚筒的所述外周面一边在所述空间内周面滑动一边在所述内空间中回转，
所述叶片的前端一边在所述滚筒的外周面上滑动一边在所述槽中滑动退出，将所述汽缸的所述内空间分隔为所述吸入部和所述吐出部。
5.如权利要求3所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述粉末材料具有淬火硬化性，
所述马丁体组织通过基体成形体的淬火处理和回火处理形成，
所述基体成形体由所述粉末材料烧结形成，
所述氮扩散层和所述化合物层由具有所述马丁体组织的所述基体成形体氮化处理形成。
6.如权利要求3所述的回转式压缩机，其特征在于，所述不锈钢至少具有从SUS 440A、SUS 440B、SUS440C、SKD1、SKD11组成的群体中选择的一种。
7.一种回转式压缩机，其特征在于，包括：
(a)具有内空间和槽的汽缸，
所述槽穿通所述汽缸的外侧和所述内空间，
(b)沿着所述汽缸的所述内空间内面滑动的滚筒，
(c)穿通所述槽中的叶片，
所述叶片一边在所述滚筒上滑动一边在所述槽中滑动退出，
(d)制冷剂，
所述叶片包括：具有马丁体组织的不锈钢、设置在所述不锈钢表面上的氮扩散层以及设置在所述氮扩散层表面上的铁和氮的化合物层，
所述不锈钢具有铁、9％-27％铬、4％-8％镍和0.2％以下碳的化学组成，
所述不锈钢具有由析出硬化性粉末材料烧结形成的多个小孔，所述多个小孔具有15％以下的空孔率。
8.如权利要求7所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述汽缸大致呈圆筒状，
所述槽沿所述汽缸的半径方向形成，
所述汽缸的所述内空间的横剖面呈圆状，
所述空间具有吸入部和吐出部，
所述滚筒的外周面的横剖面呈圆状，
所述滚筒的所述外周面一边在所述空间内周面滑动，一边在所述内空间中回转，
所述叶片的前端一边在所述滚筒的外周面上滑动一边在所述槽中滑动退出，所述叶片将所述汽缸的所述内空间分隔为所述吸入部和所述吐出部。
9.如权利要求7所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述粉末材料具有淬火硬化性，
所述马丁体组织通过基体成形体的淬火处理和回火处理形成，
所述基体成形体通过具有所述马丁体组织的所述基体成形体的氮化处理形成。
10.如权利要求7所述的回转式压缩机，其特征在于，所述不锈钢至少具有SUS 630和SUS 631中的一种。
11.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述马丁体组织由基体成形体形成，
所述基体成形体由所述粉末材料烧结形成，
所述基体成形体至少由固相烧结和液相烧结中的一种形成。
12.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述叶片具有在所述槽内滑动的叶片侧面部，
所述叶片侧面部具有由磨削加工露出的所述氮扩散层，
所述叶片侧面部的所述氮扩散层在所述槽的内面滑动。
13.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述叶片具有在所述槽内滑动的叶片侧面部，
所述叶片侧面部具有由磨削加工露出的所述氮扩散层和所述化合物层的两者的表面，
所述叶片侧面部的所述氮扩散层和所述化合物层的两者在所述槽的内面滑动。
14.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述叶片具有在所述槽内滑动的叶片侧面，
所述叶片侧面部具有由磨削加工露出的所述化合物层的表面，
所述多个小孔中的至少1个空孔露出在所述化合物层的所述表面上，所述叶片侧面部的所述化合物层在所述槽的内面滑动。
15.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述叶片具有在所述滚筒上滑动的叶片前端部，
所述叶片前端部具有所述化合物层的表面，
所述化合物层的所述表面上在所述滚筒的表面滑动。
16.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
所述叶片具有在所述滚筒上滑动的叶片前端部，
所述叶片前端部具有由磨削加工露出的3μm以下表面粗糙的所述化合物层的表面，
所述化合物层的所述表面上在所述滚筒的表面滑动。
17.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述氮扩散层和所述化合物层由气体氮化处理和气体软氮化处理中的至少一种形成。
18.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述氮扩散层的厚度为0.05mm以上。
19.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述叶片的所述空孔具有由水蒸气处理形成的氮化膜。
20.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述叶片由含有铁、0.5％-1.0％铬(Cr)、0.2％-0.4％钼和0.1％-0.4％磷的铸造合金制成。
21.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述叶片由含有铁、0.5％-1.0％铬、0.2％-0.4％钼和0.02％-0.1％硼的铸造合金制成。
22.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
还具有冷冻机油，
所述制冷剂是烃碳氟化合物，
所述冷冻机油含有脂油。
23.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，所述制冷剂含有二氟甲烷。
24.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，具有在所述多个小孔中由铁和氮形成的化合物层。
25.如权利要求2所述的回转式压缩机，其特征在于，
还具有冷冻机油，
所述冷冻机油可附着在多个所述小孔中。
26.一种回转式压缩机的制造方法，其特征在于，包括：
(a)制造汽缸的工序，
(b)制造滚筒的工序，
(c)制造叶片的工序，
(d)提供制冷剂的工序，
(e)所述汽缸、滚筒、叶片、制冷剂的组装工序；
制造所述叶片的工序包括：
(1)将不锈钢粉末材料加工成所定形状、作成成形体的工序，
(2)烧结成所述成形体、作成具有小孔的基体成形体的工序，
由此，所述小孔具有15％以下的空孔率；
(3)对所述基体成形体进行热处理、作成具有马丁体组织的基体成形体的工序，
(4)对具有马丁体组织和小孔的所述基体成形体进行氮化处理、在基体成形体的表面设置氮扩散层和铁-氮化合物层的工序，
由此，在所述基体成形体上形成氮扩散层，在所述氮扩散层上形成化合物层。
27.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述汽缸具有内空间和槽，
所述槽穿通所述汽缸的外侧和所述内空间，
所述滚筒沿着所述汽缸的所述内空间的内面滑动，
所述叶片穿通槽中，
所述叶片一边在滚筒上滑动一边在槽中滑动退出。
28.如权利要求27所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述汽缸大致呈圆筒状，
所述槽沿所述汽缸的半径方向形成，
所述汽缸的所述内空间的横剖面呈圆状，
所述空间具有吸入部和吐出部，
所述滚筒的外周面的横剖面呈圆状，
所述滚筒的所述外周面一边在所述内空间的内周面上滑动一边在所述内空间中回转，
所述叶片的前端在所述滚筒的外周面上滑动一边在所述槽中滑动退出，所述叶片将所述汽缸的所述内空间分隔为所述吸入部和所述吐出部。
29.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述粉末材料具有包含铁、9％-27％铬、0.4％以上碳的化学组成，
所述粉末材料具有淬火硬化性，
所述基体成形体的热处理工序包括对所述基体成形体的淬火处理和回火处理。
30.如权利要求29所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述不锈钢粉末材料至少具有从SUS 440A、SUS 440B、SUS 440C、SKD1、SKD构成的群体中选择的一种。
31.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述粉末材料具有包含铁、9％-27％铬、4％-8％镍和0.02％以下碳的化学组成，
所述粉末材料具有析出硬化性。
32.如权利要求31所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述不锈钢粉末材料至少具有从SUS 630和SUS 631构成的群体中选择的一种。
33.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述成形体的制造工序至少设有固相烧结和液相烧结中的一种。
34.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述叶片的制造工序还包括：
(5)对所述叶片的侧面切削加工、将设置在所述叶片侧面上的所述化合物层除去、由此露出所述氮扩散层的工序，
所述叶片侧面的所述氮扩散层在所述汽缸上形成的槽内滑动。
35.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述叶片的制造工序还包括：
(5)对所述叶片的侧面切削加工、使设置在所述叶片侧面上的所述化合物层的一部分和所述氮扩散层的一部分两者露出的工序，
所述叶片的所述侧面的具有所述化合物层的一部分和所述氮扩散层一部分两者的面在所述汽缸上形成的槽内滑动。
36.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述叶片的制造工序还包括：
(5)对所述叶片的侧面切削加工、使所述叶片侧面的所述化合物层中形成的所述小孔露出的工序，
所述叶片侧面的具有所述小孔的所述化合物层在所述汽缸上形成的槽内滑动。
37.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述叶片的前端部具有所述化合物层，
具有所述化合物层的所述叶片前端部在所述滚筒上滑动。
38.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述叶片的制造工序还包括：
(5)对所述叶片的前端切削加工，使具有Ry3μm以下表面粗糙度的所述化合物层的表面露出的工序，
所述叶片前端的具有Ry3μm以下表面粗糙度的所述化合物层在所述滚筒上滑动。
39.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述工序(4)的所述基体成形体氮化处理的工序至少具有气体氮化处理和气体软氮化处理中的一种。
40.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述工序(4)设有在500℃-580℃温度范围内对所述基体成形体氮化处理、形成0.05mm以上厚度的所述氮扩散层的工序。
41.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述叶片的制造工序还包括：对具有所述小孔的所述基体成形体表面进行水蒸气处理、在所述小孔内形成氧化膜的工序。
42.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述滚筒的制造工序包括作成包含铁、0.5％-1.0％铬、0.2％-0.4％钼和0.1％-0.4％磷的化学组成的铸造合金的工序。
43.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述滚筒的制造工序包括作成包含铁、0.5％-1.0％铬、0.2％-0.4％钼和0.02％-0.1％硼的化学组成的铸造合金的工序。
44.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述回转式压缩机还具有冷冻机油，
所述制冷剂含有烃碳氟化合物，
所述冷冻机油含有酯油。
45.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述制冷剂含有二氟甲烷。
46.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，所述小孔具有在该小孔中由铁和氮形成的化合物层。
47.如权利要求26所述的回转式压缩机制造方法，其特征在于，
所述回转式压缩机还具有冷冻机油、
所述冷冻机油可随着在所述小孔中。
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