CN112555155B - 一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片及其制备方法 - Google Patents

一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片及其制备方法，包括金属基体层，所述金属基体层表面经磷化处理为磷化中间层，所述磷化中间层表面上烧结有自润滑耐磨层，所述自润滑耐磨层包括以下重量组份的原料组成：高分子材料65‑75份；固体润滑剂1‑5份；耐磨无机物0.5‑2份；其中，所述高分子材料由以下重量组份的原料组成：聚四氟乙烯类树脂5‑40份，聚醚醚酮0‑60份，环氧树脂0‑40份，聚酰亚胺0‑30份，聚酰胺‑酰亚胺0‑30份。聚四氟乙烯、聚醚醚酮树脂摩擦系数低，化学稳定性好，耐制冷剂腐蚀，使得耐磨垫片在交变应力下疲劳断裂的失效概率大幅度降低；在金属基体层上采用磷化处理工艺，有效提高自润滑耐磨层与金属基体层之间的结合力，防止金属基体层变形。

Description

一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片及其制备方法
技术领域
本发明属于自润滑材料领域，具体涉及一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片及其制备方法。
背景技术
新能源汽车空调***多采用电动涡旋压缩机，其工作原理是两个具有双函数方程型线的动涡旋盘和静涡旋盘相错180°对置，其中动涡旋盘由一个偏心距很小的曲柄轴驱动，并通过防自转机构约束，绕静涡旋体中心作半径很小的无自转平动，型线啮合与端板配合形成一系列月牙形柱体工作容积，从而实现了制冷剂的吸入、压缩、排出。
车用电动涡旋压缩机多为轴销式防自转结构，动涡旋盘背面在耐磨垫片上滑动，起到端面密封作用。现有技术的耐磨垫片多采用钢质垫片，因电动涡旋压缩机转速范围较大，受力也比较复杂，压缩机轴向力较难以平衡消除，尤其在频繁变速启动的情况下，容易造成动盘背面与钢质耐磨垫片磨损失效，从而导致压缩机端面间隙泄露，严重制约了电动涡旋压缩机的可靠性及寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片及其制备方法以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，包括金属基体层，所述金属基体层表面经磷化处理为磷化中间层，所述磷化中间层表面上烧结有自润滑耐磨层，所述自润滑耐磨层包括以下重量组份的原料：
其中，所述高分子材料由以下重量组份的原料组成：聚四氟乙烯类树脂5-40份，聚醚醚酮0-60份，环氧树脂0-40份，聚酰亚胺0-30份，聚酰胺-酰亚胺0-30份。
进一步的，所述固体润滑剂包括二硫化钼和石墨中的至少一种。
进一步的，所述耐磨无机物包括碳化硅、三氧化二铝、二氧化钛中的至少一种。
进一步的，所述其他助剂包括增韧剂、固化剂、附着力促进剂、水性分散剂和水性消泡剂中的至少一种。
进一步的，所述增韧剂为丁腈橡胶。
进一步的，所述固化剂为潜伏型咪唑类固化剂。
进一步的，所述附着力促进剂为聚乙烯醇。
进一步的，所述金属基体层厚度0.3-0.8mm；所述磷化中间层厚度为2-5μm；所述自润滑耐磨层厚度为0.01-0.04mm，平面度小于0.01mm，粗糙度Ra值小于0.8。
所述一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片的制备方法包括如下步骤：
1)阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，制成金属基体层；
2)清洗金属基体层表面油污，对其表面进行磷化处理得到磷化中间层；
3)制备自润滑耐磨涂料：按自润滑耐磨层的各原料重量组份称取并混合均匀，再加入其他助剂并搅拌、研磨得到混合均匀的液态自润滑耐磨涂料；
4)将自润滑耐磨涂料均匀地喷涂在步骤2)得到的磷化中间层表面，经高温烧结固化，冷却后得到自润滑耐磨垫片。
进一步的，所述步骤3)中还添加稀释剂，所述稀释剂为二丙二醇二甲醚、异丙醇、二甲基亚砜、去离子水等中的至少一种。
与现有技术相比，本发明有益效果体现在：聚四氟乙烯、聚醚醚酮树脂不仅具有较低的摩擦系数，而且其化学稳定性好，耐制冷剂的腐蚀，使得耐磨垫片在交变应力下疲劳断裂的失效概率大幅度降低；在金属基体层上采用磷化处理工艺，不仅有效提高自润滑耐磨层与金属基体层之间的结合力，相比喷砂处理更能防止金属基体层的变形，使得耐磨垫片具有承受较高交变应力的耐疲劳特性；本发明采用液体涂料形式将涂料涂覆在金属基体层表面，具有较低的摩擦系数，在运动摩擦副之间形成一层转移膜，并有助于垫片与动盘摩擦副流体动压润滑油膜的形成，通过改善润滑提高摩擦副的耐久寿命。
附图说明
图1为本发明制备的电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片的结构示意图；
图2为本发明制备的电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片性能检测试验示意图；
图中：1-自润滑耐磨层、2-磷化中间层、3-金属基体层、4-上试样、5-下试样、6-试验工装。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
如图1所示，本发明的第一个方面公开了一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，包括金属基体层3、所述金属基体层3表面经磷化处理为磷化中间层2，所述磷化中间层2表面上烧结有自润滑耐磨层1，所述自润滑耐磨层1包括以下重量组份的原料：高分子材料65-75份、固体润滑剂1-5份、耐磨无机物0.5-2份、其他助剂1-1.5份；其中所述高分子材料包含以下重量组份的原料：聚四氟乙烯类树脂5-40份，聚醚醚酮0-60份，环氧树脂0-40份，聚酰亚胺0-30份，聚酰胺-酰亚胺0-30份；所述固体润滑剂包含二硫化钼和石墨中的至少一种，所述耐磨无机物包括碳化硅、二氧化钛微粉、三氧化二铝中的至少一种。所述其他助剂包括增韧剂、固化剂、附着力促进剂、水性分散剂和水性消泡剂中的至少一种。
其中，所述固体润滑剂原料(二硫化钼、石墨)为纳微米级粉末态；所述耐磨无机物原料(碳化硅、二氧化钛、三氧化二铝)为纳微米级粉末态；所述高分子材料中的聚四氟乙烯类树脂、聚醚醚酮树脂、聚酰胺-酰亚胺为纳微米级粉末态，环氧树脂、聚酰亚胺为液态。
进一步的，所述稀释剂为二丙二醇二甲醚、异丙醇、二甲基亚砜、去离子水等中的至少一种；所述增韧剂为丁腈橡胶；所述固化剂为潜伏型咪唑类固化剂；所述分散剂为BYK-190分散剂；所述消泡剂为BYK-024消泡剂；所述附着力促进剂为聚乙烯醇。
进一步的，所述金属基体层厚度0.3-0.8mm；进一步的，所述磷化层厚度为2-5μm；进一步的，所述自润滑耐磨层厚度为0.01-0.04mm，平面度小于0.01mm，粗糙度Ra值小于0.8。
本发明的第二个方面公开了本发明第一方面所述的电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片制备方法，包括以下步骤：
1)阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，制成金属基体层；
2)清洗金属基体层表面油污，对其表面进行磷化处理，得到磷化中间层；
3)制备自润滑耐磨涂料：按自润滑耐磨层的各原料重量组份混合均匀，加入其他助剂并搅拌、研磨得到液体涂料；
4)将液体涂料均匀地喷涂在步骤2)得到的磷化中间层表面，经高温烧结固化，冷却后得到自润滑耐磨垫片。
进一步的，所述步骤3)中还添加稀释剂，所述稀释剂为二丙二醇二甲醚、异丙醇、二甲基亚砜、去离子水等中的至少一种。
步骤3)中将原料混合均匀，具体为：
将粉末态原料(固体润滑剂、耐磨无机物以及聚四氟乙烯类树脂、聚醚醚酮树脂、聚酰胺-酰亚胺)加入到粉体搅拌机中，在1500-1800r/min转速下搅拌4-8min；将液态原料(环氧树脂、聚酰亚胺)混合均匀成粉体混合物；再将粉体混合物、液态原料、其他助剂和稀释剂混合并搅拌、混合均匀的液态自润滑耐磨涂料。稀释剂有利于降低所述液体涂料的粘度，提高喷涂的便利性，同时增加了所述液态涂料的流平性、控制干燥时间，使其饱满均匀地附着在金属基体层表面。
当高分子原料中不含聚醚醚酮时，步骤4)中高温烧结固化具体包括以下步骤：
A：将烧结炉升温至120℃，保温30-40分钟；
B：继续升温至160℃，保温120-180分钟；
C：再升温至180℃保温60-90分钟；
D：随炉冷却至室温。
当高分子原料中含聚醚醚酮时，步骤4)中高温烧结固化具体包括以下步骤：
S1：将涂覆后的金属基体层在100-200℃下烘干5-40min，使涂料中溶剂充分挥发；
S2：将烘干后的金属基体层再经380-400℃氮气保护下塑化烧结5-30min；
S3：自然冷却或风冷降温。
步骤4)制得的自润滑耐磨层厚度控制在0.02-0.04毫米，平面度控制在0.01毫米以内，粗糙度控制在Ra0.8。
实施例1：
1)选用UHB20C阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，得到厚度为0.8mm的金属基体层。
2)清洗金属基体层表面油脂及污物，再通过磷化处理，使垫片表面生成一层厚度2-5微米的磷化中间层，工件不发生变形。
3)制备自润滑耐磨层的涂料
将粉末态物料2份石墨、2份二硫化钼、5份增韧剂、30份聚四氟乙烯微粉、1份二氧化钛微粉放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉体混合物，待用；
将液态原料20份环氧树脂、20份聚酰亚胺混合均匀并加入25份二甲基亚砜、32份丙酮、1份固化剂，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得液体混合物；
将粉体混合物和液体混合物共同放入砂磨机内，研磨4小时，即制得自润滑耐磨涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度为15-30Pa·s；
4)喷涂固化
在自动喷涂机上将涂料均匀喷涂在步骤(2)所得的磷化中间层表面，经流平后按如下过程进行烧结固化：
升温至120℃保温30分钟，继续升温至160℃保温180分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温。
烧结固化、冷却后得到耐磨垫片1，其自润滑耐磨层厚度为0.03mm，平面度小于0.01mm，粗糙度小于Ra0.8。
实施例2：
1)选用UHB20C阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，得到厚度为0.8mm的金属基体层。
2)清洗金属基体层表面油脂及污物，再通过磷化处理，使垫片表面生成一层厚度2-5微米的磷化中间层，而工件几乎不发生变形。
3)制备自润滑耐磨层的涂料
将粉末态原料1份石墨、2份二硫化钼、15份聚四氟乙烯微粉、50份聚醚醚酮、1份三氧化二铝，加入到粉体搅拌器中，在1600r/min转速下混合5min，得到均匀的粉体混合物；
将上述粉体混合物加入到10份二丙二醇二甲醚、20份异丙醇中，再加入30份去离子水，1份附着力促进剂、0.2份水性分散剂、0.1份水性消泡剂混合后置于分散机中，在2000r/min转速下进行搅拌1h，得到混合溶液；
将上述混合溶液转入胶体磨中，在3000r/min转速下研磨5min制得均匀稳定的自润滑耐磨涂料。
4)喷涂固化
在自动喷涂机上将涂料均匀喷涂在步骤(2)所得的磷化中间层表面，经流平后按如下过程进行烧结固化：
将涂覆后的耐磨垫片在120℃下烘干30min，使自润滑耐磨涂料中溶剂充分挥发；将烘干后的耐磨垫片再经380℃氮气保护下塑化烧结30min，自然冷却或风冷降温。
经烧结固化、冷却后得到耐磨垫片2，其自润滑耐磨层厚度为0.03mm，平面度小于0.01毫米，粗糙度Ra小于0.8。
对比例1
1)选用UHB20C阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，得到厚度为0.8mm的金属基体层。
2)清洗金属基体层表面油脂及污物。
得到耐磨垫片3。
对比例2
1)选用UHB20C阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，得到厚度为0.8mm的金属基体层。
2)清洗金属基体层表面油脂及污物，均匀铺上球形青铜粉后烧结，使金属基体层表面生成一层厚度2-5微米的多孔铜粉，得铜粉中间层。
3)制备自润滑耐磨层的涂料
将粉末态物料2份石墨、2份二硫化钼、5份增韧剂、30份聚四氟乙烯微粉、1份二氧化钛微粉放入混料机内混合搅拌3-5分钟，制得搅拌均匀的粉体混合物，待用；
将液态原料20份环氧树脂、20份聚酰亚胺混合均匀并加入25份二甲基亚砜、32份丙酮、1份固化剂，在高速分散机中搅拌、分散5-10分钟，制得液体混合物；
将粉体混合物和液体混合物共同放入砂磨机内，研磨4小时，即制得自润滑耐磨涂料，研磨过程中保持水循环冷却，涂料温度不超过50℃，涂料粘度为15-30Pa·s；
4)喷涂固化
在自动喷涂机上将涂料均匀喷涂在步骤(2)所得的铜粉中间层表面，经流平后按如下过程进行烧结固化：
升温至120℃保温30分钟，继续升温至160℃保温180分钟，再升温至180℃保温60分钟，最后随炉冷却至室温。
烧结固化、冷却后得到耐磨垫片4，其自润滑耐磨层厚度为0.03mm。
如图2所示，本发明实验方法为将实施所得的耐磨垫片制成外径为φ35mm的下试样5，以动涡旋盘材料(4032锻造铝)加工成上试样4结构，再进行表面化学镀镍处理制成上试样4，将采用合肥工业大学摩擦学研究所端面摩擦磨损试验机进行实验，采用上试样4(圆环，外径φ30mm，内径φ22mm，圆环上开2个对称的2mm油槽)旋转，下试样5(外径φ35mm的自润滑耐磨垫片和外径φ35mmUHB20C耐磨钢片)静止的端面接触滑动摩擦形式，在试验工装6上以油布擦拭试样方式的润滑条件，检测对比摩擦磨损性能。
实验条件：
油擦拭干摩擦-RL68H冷冻油布擦拭上试样4和试样5，载荷为2Mpa，线速度2.5m/s，报警温度设置180℃，报警摩擦扭矩设置10N.m，时间90min终止。检测摩擦系数以及上试样4和试样5的总失重。
每个耐磨垫片经过十组试验得到检测数据，去除一个最高值，去除一个最低值，计算平均摩擦系数以及平均总失重。
上试样4：4032锻造铝圆环，外径φ30mm，内径φ22mm，表面化学镍处理，硬度HV700-900，粗糙度小于Ra0.4；
下试样5：
实施例1中实施所得的耐磨垫片1，为外径φ35mm圆垫片；
实施例2中实施所得的耐磨垫片2，为外径φ35mm圆垫片；
对比例1中制得的耐磨垫片3，为外径φ35mm圆垫片；
对比例2中制得的耐磨垫片4，为外径φ35mm圆垫片。
端面摩擦磨损台架对比试验，其检测结果如表1所示：
表1：电动涡旋压缩机垫片摩擦系数和磨损失重检测结果
由实施例1-2的数据和对比例1-2的试验数据对比可以看出，经过喷涂、固化自润滑耐磨层的耐磨垫片1、耐磨垫片2的平均摩擦系数和平均磨损失重均小于未经处理的耐磨垫片4，其耐磨性得到显著提升；由实施例1的数据和对比例2的试验数据对比可以看出，同样添加聚四氟乙烯、聚醚醚酮和无机耐磨物的垫片，经过表面磷化处理的耐磨垫片2的平均摩擦系数和平均磨损失重均小于未经磷化处理的耐磨垫片4，其耐磨性更加优异。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
故以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请的实施范围；即凡依本申请的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本申请权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，包括金属基体层，其特征在于，所述金属基体层表面经磷化处理为磷化中间层，所述磷化中间层表面上烧结有自润滑耐磨层，所述自润滑耐磨层由以下重量组份的原料组成：
高分子材料65-75份；
固体润滑剂1-5份；
耐磨无机物0.5-2份；
其他助剂1-1.5份；
其中，所述高分子材料由以下重量组份的原料组成：聚四氟乙烯类树脂5-40份，聚醚醚酮50份，环氧树脂0-40份，聚酰亚胺0-30份，聚酰胺-酰亚胺0-30份。
2.根据权利要求1所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述固体润滑剂包括二硫化钼和石墨中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述耐磨无机物包括碳化硅、三氧化二铝、二氧化钛中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述其他助剂包括增韧剂、固化剂、附着力促进剂、水性分散剂和水性消泡剂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述增韧剂为丁腈橡胶。
6.根据权利要求4所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述固化剂为潜伏型咪唑类固化剂。
7.根据权利要求4所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述附着力促进剂为聚乙烯醇。
8.根据权利要求1所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片，其特征在于，所述金属基体层厚度0.3-0.8mm；所述磷化中间层厚度为2-5μm；所述自润滑耐磨层厚度为0.01-0.04mm，且其平面度小于0.01mm，粗糙度Ra值小于0.8。
9.根据权利要求1-8任何一项所述的一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
1）阀片钢经模具冲压成型，抛光去除毛刺，制成金属基体层；
2）清洗金属基体层表面油污，对其表面进行磷化处理得到磷化中间层；
3）制备自润滑耐磨涂料：按自润滑耐磨层的各原料重量组份混合均匀，再加入其他助剂并搅拌、研磨得到混合均匀的液态自润滑耐磨涂料；
4）将自润滑耐磨涂料均匀地喷涂在步骤2）得到的磷化中间层表面，经高温烧结固化，冷却后得到自润滑耐磨垫片。
10.根据权利要求9所述一种电动涡旋压缩机用自润滑耐磨垫片的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中还添加稀释剂，所述稀释剂为二丙二醇二甲醚、异丙醇、二甲基亚砜、去离子水中的至少一种。
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