KR0162455B1

KR0162455B1 - 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법

Info

Publication number: KR0162455B1
Application number: KR1019950067391A
Authority: KR
Inventors: 박영도
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 1995-12-29
Filing date: 1995-12-29
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR970045555A

Abstract

본 발명은 부하가 극심하게 증대되는 압축기나 냉매 R407C나 R410A를 사용하는 압축기에 있어서, 압축기의 내구성을 향상시키기 위하여 베인과 롤러의 마모량을 억제할 수 있는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법은 Mo-Ni-Cr 합금주철로 된 롤러에 선단면이 접촉되는 베인을 이온질화처리함에 있어, 노내 가스 분위기를 99.5% N2 + 0.5% C를 유지하는 단계와, 상기 분위기 속에서 상기 베인표면을 500±10℃의 온도로 30분간 이온질화처리하는 단계로 구성되어 있다.

Description

밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법

제1도는 종래 습동부의 종단면도.

제2도는 종래 베인의 사시도.

제3도는 본 발명에 의한 베인의 표면조직을 보인 구성도.

제4도는 본 발명에 의한 각종 베인에 따른 마모량을 비교한 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 베인 10a : 베인의 모재

10b : 확산층 10c : 백층

본 발명은 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법에 관한 것으로, 특히 대체 냉매 적용 회전식 압축기의 베인의 표면에 이온질화처리를 함으로써 베인의 마모를 저감하여 신뢰성을 높인 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법에 관한 것이다.

최근 공조용 압축기는 고성능화나 고능력화에 기인되어 사용조건이 더욱 엄격해지고, 압축기 각 부품의 내구성 향상이 요구된다. 한편, 오존층 파괴 등의 환경 문제로 인하여종래 사용되어 왔던 R22 냉매 등의 HCFC계 냉매의 사용이 규제됨으로써 염소기가 전혀 없는 HFC계의 냉매로의 변경이 필수적이 되었다.

상기한 HFC계의 냉매로서는 R407C(R32 : R125 : R1349 = 23 : 25 : 52), R410A(R32 : R125 = 50 : 50), 그리고 R410B(R32 : R125 = 60 : 40) 등이 있다.

그런데, 압축기에 이와 같은 HFC계의 냉매를 적용할 경우, 냉매 분자내에 염소기를 포함하지 않기 때문에 압축기 내의 윤활성능이 악화되어 압축기의 신뢰성이 떨어지게 된다.

이하, 종래 압축기의 구성 및 동작을 설명하면 다음과 같다.

제1도는 종래 습동부의 종단면도를 도시한 것으로 이에 도시된 바와 같이, 롤러(2)가 실린더(3)의 내주면 및 베인(1)의 선단면과 접촉하면서 회전하여 흡입구(5)를 통해 들어온 냉매가스를 압축하여 토출구(6)를 통해 토출한다.

이때, 상기 베인(1)은 용수철(4)에 의해 지지되어 있는 상태로 왕복운동을 한다.

이와 같이 압축기가 구동을 할 때, 극심하게 접촉되는 부위의 베인(1)과 롤러(2)의 접촉부의 내구성을 유지하기 위해, 베인(1)은 경도 HmV 800∼850 정도의 고속도 공구강(SKH51)으로 제작되며, 롤러(2)는 경도 HmV 500∼550 정도의 주철로 제작된다.

제2도는 종래 베인을 도시한 사시도로, 그 선단부나 측면이 동일한 재질로 구성되어 있다.

또한, 냉매는 압축기의 고성능화에 수반되는 부하의 증대를 고려하여 윤활성이 낮은 R407C나 R410A의 냉매를 사용하게 되는데, 이로 인하여 베인(1)의 선단부와 상대재인 롤러(2) 외주부에 응착 마모가 발생함으로써 압축기의 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 이와 같은 응착 마모를 방지하기 위해서 상기 베인 선단부에 융점이 높은 비철계의 재료인 세라믹 코팅을 행하는 방법이 제안되었으나 아래와 같은 문제점이 있었다.

즉, 상기 베인 전체 혹은 선단부만 용사 등의 방법으로 세라믹 재료를 적용하는 경우에는, 세라믹 부분의 정밀연삭 가공에 상당한 시간이 걸리기 때문에 양산화에 적합치 않은 문제점이 있었다.

또한, 철계재료를 모재로서 사용하여 CVD법에 의해 세라믹 재료를 화학 증착시키는 경우, 피막두께가 정밀하게 제어되기 위해서는 후가공이 필요한데, 모재와의 경도차가 크던가 밀착성이 악화 될 경우에는 베인 선단부와 같이 국부적으로 큰 하중이 걸리는 조건이 되면 세라믹 피막에 깨짐이나 박리가 발생하기 쉬운 문제점이 있었다.

또한, 이 세라믹 피막은 경도 HmV 2000 이상의 고경도이기 때문에, 피막자신의 내마모성은 우수하지만, 습접하는 상대재인 롤러의 외주면의 마모량은 증대되는 문제점이 있었다.

또한, 가스질화처리나 염욕질화처리를 행할 경우에는 NH3 가스나 KCN 등의 공해물질을 유발할 수 있는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 부하가 극심하게 증대되는 압축기나 냉매 R407C나 R410A를 사용하는 압축기에 있어서, 압축기의 내구성을 향상시키기 위하여 베인과 롤러의 마모량을 억제할 수 있는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법을 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법은 Mo-Ni-Cr 합금주철로 된 롤러에 선단면이 접촉되는 베인을 이온질화처리함에 있어, 노내 가스 분위기를 99.5% N2 + 0.5% C를 유지하는 단계와; 상기 분위기 속에서 상기 베인표면을 500±10℃의 온도로 30분간 이온질화처리하는 단계로 구성되어 있다.

이하, 상기한 바와 같은 본 발명을 첨부도면에 도시한 일실시예에 의거하여 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 베인의 표면에 이온질화처리를 하여 롤러의 마모를 억제하는 동시에 응착마모를 방지함을 특징으로 한다.

즉, 베인의 표면에 적절한 표면처리를 행하고, 롤러는 현재 사용중인 Mo-Ni-Cr 합금주철을 택하여 베인의 마모량을 줄이는 것을 목적으로 한다. 먼저, 베인 표면에 ε-Fe₃∼₂N상 단상을 얻기 위하여 노내 가스 분위기를 99.5% N2 + 0.5% C를 유지하고, 500±10℃로 30분간 이온질화처리를 행한다.

이와 같은 상태에서 이온질화처리를 할 때, 로체를 양극, 피처리물을 음극으로 하고 이 사이에 직류전압을 인가하면 글로우(GLOW) 방전이 일어난다.

이때, N2는 전리되어 전자를 방출하고 고속으로 가속되어 피처리물에 충돌한다.

이 충돌에 의하여 상기 직류전압은 열에너지로 변환되어 피처리물을 표면에서 가열할 뿐만 아니라 일부는 직접 N이온을 주입하고, 일부는 음극 스퍼터링(Sputtering)을 일으켜, 그 표면에서 전자 및 Fe, C, O 등의 원소를 떼어낸다.

이 떼어진 Fe원자를 글로우(GLOW) 방전에 의해 생성된 프리즈마 중의 원자상 질소와 결합하여 질화철을 형성하여 피처리물 표면에 흡착한다.

이 흡착된 질화철은 피처리물의 온도상승에 의해 내부까지 확산하여 질화철을 형성하게 된다.

제3도는 상기와 같이 이온질화처리 된 본 발명 일실시예의 베인의 표면조직을 보인 것으로, 10a는 모재인 SKH51을, 10b는 두께가 약 60인 확산층을, 10c는 두께가 3인 백층을 도시한 것이다.

이상과 같이 제조된 베인(10)을 사용하여 베인 시료는 각각 SKH51, SKH51 + 가스질화(확산층 60㎛) SKH51 + 이온질화(확산층 60㎛)로 하고, 흡입압 9㎏/㎝2A, 토출압은 31㎏/㎝2A, 냉매는 R407C를 사용하여 압축기를 3,000시간 운전하여 베인(10) 선단부와 롤러 외경의 마모량을 실험하였다. 제4도는 본 발명 밀폐형 회전식 압축기의 운전후 베인(10) 선단부와 롤러 외경의 마모량을 도시한 것이다.

제4도에 도시된 바와 같이, 베인(10)의 재료에 관계없이 롤러재의 마모량은 4∼6㎛으로 일정한 반면, 베인(10)은 SKH51의 경우 10∼12㎛, SKH51+가스질화의 경우 6∼8㎛, SKH51+이온질화의 경우 2.5∼3㎛의 마모량을 나타냄을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 사용된 재료조합에 의해 베인(10)의 마모량이 아주 작아짐을 알 수 있다.

이와 같은 원인은 베인(10)을 이온질화처리함으로써, 가스질화처리 보다 높은 질소 포텐셜(Potential)로 상대적으로 기공이 없는 질화철을 형성하는 동시에 표면처리에 의해 마찰계수를 저감함에 기인된다.

이와 같은 이온질화처리의 장점은 가스질화와 달리 화학반응 작용이 아니기 때문에, NH3가스를 필요치 않고 N2가스만으로 질화가 가능한 점이다. 또한, 질소 포텐셜(Potential)이 높기 때문에 표면층을 형성하는데 상대적으로 처리시간이 짧아진다.

또한, 가스질화처리와 달리 N이온이 침투하여 확산되므로 기공이 전혀없는 표면층을 형성할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 메인 베어링과 서브 베어링, 그리고, 롤러내면에 접촉되는 축의 마모를 저감하기 위하여 축의 표면에 이온질화처리를 행할 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 밀폐형 회전식 압축기는 베인의 표면을 이온질화처리함으로써 베인표면에 질소이온을 확산, 침투시켜 질화층을 형성하게 하여, 고온에서 재료의 내마모성 및 내소착성을 향상시키고, 그 화합물층 아래에 질소가 고용된 확산층에 의하여 재료의 표면에 압축응력을 형성시켜 내피로강도를 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 제조시 NH3가스 등의 공해물질을 배출하지 않게 되며, 기공이 형성되지 않는 콤팩트한 표면층을 형성할 수 있음으로써 장기간 사용하여도 높은 신뢰성을 유지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

Mo-Ni-Cr 합금주철로 된 롤러와, 선단면이 상기 롤러에 접촉되는 베인을 포함하고 있는 밀폐형 회전식 압축기에 있어서, 노내 가스 분위기를 99.5% N2 + 0.5% C를 유지하는 단계와; 상기 분위기 속에서 상기 베인표면을 500±10℃의 온도로 30분간 이온질화처리하는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 회전식 압축기의 베인 제조 방법.