CN102094169A - 新型压缩机用叶片(滑片)的表面pvd镀层方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法。其基体材料由含铬的铁系合金组成，包括目前滑片使用的高速钢和不锈钢材料，其特征在于：在滑片的五个工作面上用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜。其特征在于：其基体材料的表面经过渗氮处理，然后用磁控溅射或电弧的方法以铬或钛或氮化铬或氮化钛形成底层。其特征在于：在滑片表面用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜形成非金属保护膜的材料为碳、硅、钨、以及含硅的气体、液体，乙炔。本发明的优点是提高了滑片的使用寿命，与没有经过处理的滑片比较使提高了5倍以上，完全能够满足新冷媒或CO2冷冻机用压缩机的使用寿命要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法。
背景技术
目前旋转式空调压缩机是常用的压缩机，其工作原理如图1所示，其中1汽缸，2活塞，3滑片。压缩机工作时，活塞2沿汽缸1内孔作顺时针纯滚动，滑片3在弹簧力作用下与活塞2接触，将汽缸1分隔为密封的A、B两部分。活塞2作顺时针纯滚动时，腔A扩大-吸气，腔B减小-压缩。当活塞2旋转至下死点时，腔B减至最小，压力达到最大，进行排气。继续旋转，则腔A开始压缩，腔B开始吸气，周而复始。滑片是空调压缩机中，最重要的耐磨滑动部件，其六个表面中，五个表面均与压缩机的其他重要零件有相对移动和滑动。传统的采用R-22或F134a作冷媒的空调压缩机，其滑片通常采用高速钢制作，表面不需要进行特殊处理，其耐磨性和使用寿命就能达到设计要求。
但是随着对环保、节能和降耗要求不断提高，低氟、无氟冷媒的强制使用被提到议事日程上来。而变频、节能技术的推广和大功率、大容量空调的使用，以及热泵压缩机和二氧化碳压缩机的开发，其工作压力大幅度提高(如采用R410a作冷媒的空调压缩机，其工作压力比采用R22冷媒的压缩机要高40％，达到26～28kg/cm2)，对滑片的强度、耐磨性、耐疲劳性和使用寿命有更高要求，不经过表面强化处理的的滑片已经无法满足高负荷压缩机对它的耐磨性和整机使用寿命的要求。因此亟待发明新型的镀层工艺以解决存在的问题。
发明内容：
本发明的目的是解决现有技术中转式空调压缩机因工作压力大幅度提高后，不经过表面强化处理的的滑片已经无法满足高负荷压缩机对它的耐磨性和整机使用寿命的问题，提供一种新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法。本发明设计新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法，其基体材料由含铬的铁系合金组成，包括目前滑片使用的高速钢和不锈钢材料，其特征在于：在滑片的五个工作面上用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜。其特征在于：非金属保护膜是采用的物理气相沉积方法包括电弧放电或气体放电、溅射的方法单独使用或组合使用形成的类金刚石涂层，包含DLC为类金刚石，DLC-Si为含硅的类金刚石，DLC-W为含钨的类金刚石，WC/C为碳化钨。其特征在于：其基体材料的表面经过渗氮处理，然后用磁控溅射或电弧的方法以铬或钛或氮化铬或氮化钛形成底层。其特征在于：在滑片表面用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜形成非金属保护膜的材料为碳、硅、钨、以及含硅的气体、液体，乙炔。本发明的优点是提高了滑片的使用寿命，与没有经过处理的滑片比较使提高了5倍以上，完全能够满足新冷媒或CO2冷冻机用压缩机的使用寿命要求。
附图说明
图1为本发明的滑片用于压缩机的运行示意图，
图2为本发明的滑片结构示意图，
图3-1为未经过渗氮处理以及没有涂层过渡的摩擦失效简图和硬度梯度图，
图3-2为经过渗氮处理以及有涂层过渡的摩擦失效简图和硬度梯度图，
图4为镀层的示意图，3为滑片，4为氮化层，5为氮化铬过渡层，6为气体放电的方法形成的类金刚石涂层。
下面结合实例对本发明作详细使用说明。
具体实施方式：
新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法，其基体材料由含铬的铁系合金组成，包括目前滑片使用的高速钢和不锈钢材料，其特征在于：在滑片的五个工作面上用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜。其特征在于：非金属保护膜是采用的物理气相沉积方法包括电弧放电或气体放电、溅射的方法单独使用或组合使用形成的类金刚石涂层，包含DLC为类金刚石，DLC-Si为含硅的类金刚石，DLC-W为含钨的类金刚石，WC/C为碳化钨。其特征在于：其基体材料的表面经过渗氮处理，然后用磁控溅射或电弧的方法以铬或钛或氮化铬或氮化钛形成底层。其特征在于：在滑片表面用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜形成非金属保护膜的材料为碳、硅、钨、以及含硅的碳氢化合物气体、液体，碳氢化合物气体(如CH4，C6H12等)。
本发明所用的方法是：采用电弧放电或气体放电、溅射的方法在滑片的五个面(R面、S面、H面)或尖端(R面)形成0.5---5μm类金刚石PVD涂层，有效的提高滑片表面的硬度，从而提高滑片的使用寿命。上述方法可单独使用也可组合使用。如图2示。
为了更好的保证类金刚石PVD涂层与基体金属的结合力，防止发生涂层剥离，必须对基体金属进行渗氮处理，在基体金属表面形成铁和铬和氮的化合物。同时在形成类金刚石PVD涂层前形成铬或钛或氮化铬或氮化钛底层，使类金刚石PVD涂层与基体金属形成硬度梯度过渡，从而保证类金刚石PVD涂层与基体金属的有效结合，防止发生涂层剥离。
如图3示。图3-1是没有经过渗氮处理以及没有涂层过渡的摩擦失效简图和硬度梯度图，可以看出，由于基体相对较软，缺乏对硬质涂层的有效支撑会发生涂层与基体的剥离，以及涂层内部的断裂，造成滑片寿命降低。
图3-2是经过渗氮处理以及有涂层过渡的摩擦失效简图和硬度梯度图，可以看出，由于基体的支撑强度提高，同时涂层的底层的有效过渡，防止了涂层与基体的剥离，以及涂层内部的断裂，提高了滑片的使用寿命。
以上描述的涂层是以类金刚石为主要成分的涂层，包括DLC，DLC-Si，DLC-W，WC/C并且不仅限于含晶状碳的涂层。试验表明在含有晶状碳的涂层中，优选DLC-Si，其次为DLC，再其次为DLC-W，WC/C，但其性能均可满足压缩机滑片的寿命要求。
具体实施方式
实施例1
如图4，滑片采用6542高速钢，经过渗氮处理，形成40ηm有效氮化层，采用电弧的方法在尖端氮化层表面形成200ηm的氮化铬过渡层，再在氮化铬过渡层外用气体放电的方法形成3μm的类金刚石DLC涂层。经过此处理的滑片其使用寿命与没有经过处理的滑片比较使用寿命提高了5倍，完全能够满足410冷媒压缩机的使用寿命要求。
实施例2
滑片采用6542高速钢，经过渗氮处理，形成40ηm有效氮化层，采用电弧的方法在氮化层表面形成200ηm的氮化铬过渡层，再在氮化铬过渡层外用气体放电的方法形成3μm的类金刚石DLC-Si涂层。经过此处理的滑片其使用寿命与没有经过处理的滑片比较使用寿命提高了10-15倍，完全能够满足CO2冷冻机用压缩机的使用寿命要求。
实施例3
滑片采用11Cr17不锈钢，经过渗氮处理，形成40ηm有效氮化层，采用溅射的方法在氮化层表面形成200ηm的氮化钛过渡层，再在氮化钛过渡层外用气体放电的方法形成3μm的类金刚石DLC-Si涂层。经过此处理的滑片其使用寿命与没有经过处理的滑片比较使用寿命提高了10-15倍，完全能够满足CO2冷冻机用压缩机的使用寿命要求。
Claims (4)
1.新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法，其基体材料由含铬的铁系合金组成，包括目前滑片使用的高速钢和不锈钢材料，其特征在于：在滑片的五个工作面上用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜。
2.按权利要求1所述的新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法，其特征在于：非金属保护膜是采用的物理气相沉积方法包括电弧放电或气体放电、溅射的方法单独使用或组合使用形成的类金刚石涂层，包含DLC为类金刚石，DLC-Si为含硅的类金刚石，DLC-W为含钨的类金刚石，WC/C为碳化钨。
3.按权利要求1所述的新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法，其特征在于：其基体材料的表面经过渗氮处理，然后再用磁控溅射或电弧的方法以铬或钛或氮化铬或氮化钛形成底层。
4.按权利要求1所述的新型压缩机用叶片(滑片)的表面PVD镀层方法，其特征在于：在滑片表面用物理气相沉积方法形成的非金属保护膜，形成非金属保护膜的材料为碳、硅、钨、以及含硅的碳氢化合物气体、液体，碳氢化合物气体(如CH4，C6H12等)。
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