专利名称：斜盘压缩机的斜盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种斜盘压缩机的斜盘，特别是涉及为改进由铁或铝基材料构成的斜盘的滑动性的表面处理技术。
例如在美国专利No.5 228 379(参见图3)中示出的一种斜盘型压缩机。在斜盘型压缩机中，如
图1所示的斜盘14以其倾斜角可变的方式倾斜地刚性固定到一个旋转轴(未示出)上。斜盘14通过前瓦(Shoes)(未示出)和带有活塞(未示出)的后瓦19啮合。美国专利No.5228379的说明书(2栏16-48行)引入本文说明图1所示的部件。
将致冷气体从吸气室抽到汽缸腔，然后压缩。将压缩过的致冷气体排到排放室。
在斜盘滑动条件中的重点是在压缩机的最初操作期间在润滑油到达位于斜盘14和瓦19之间的滑动件之前致冷气体到达滑动部件；这样，致冷气体对留在滑动部件上的润滑油具有冲洗作用，结果该滑动条件是一个无润滑油的干燥条件，所以，卡塞很可能发生。
所以，提出许多表面处理方法使斜盘适应如上所述的滑动条件。最近在PCT申请WO95/25224和日本未审专利说明书(公开)No.8-331 634的部分公开中提出铜的火焰喷涂。
同时，题为“Friction Wear Characteristics of Solid-Lubricant Coating inCoexistent Condition of Refrigerant and Lubrication Oil of Freezing Machine”的学术论文在日本摩擦学会的固体润滑研究会议上发表。根据这个公开文献，在无润滑和致冷气体的条件下试验其中使用聚酰胺-酰亚胺作为粘合剂的固体润滑剂涂层。当MoS2，Sb2O3和石墨一起添加时，该固体润滑剂涂层呈现最佳的性能。当只添加MoS2时，该固体润滑剂涂层呈现稍差的性能。只有粘合剂而无固体润滑剂的涂层呈现最差的性能。其上涂以固体润滑剂涂层的基体材料是加铬的过共晶Al-Si合金。
斜盘型压缩机的最重要的操作条件是干燥润滑的操作条件。在这种操作条件下固体润滑剂可多少保留良好的抗卡塞性。但是，在其中固体润滑剂用热固性树脂粘合的涂层在这种操作条件下不利地是易于磨损。这个缺点显然可通过增加热固性树脂的量来克服。但是，热固性树脂的增加量有一个限制，因为可导致抗卡塞性下降。
本发明人提出使用固体润滑剂涂层并改进基体结构的设想，为了防止斜盘卡塞。本发明人在实验室进行了基础试验并进行了实际机器的试验。然后本发明人分析了试验结果并得出下述意见。在斜盘型压缩机中，由瓦施加到斜盘的负载在斜盘的某一旋转角度高。在另外旋转角度，负载相对低。所以，斜盘在旋转期间经受交替负载。在大多数情况下，斜盘的卡塞和磨损出现在斜盘承受负载高的区域。在斜盘经受负载低的另外区域，涂层材料从该区域流出，结果涂层的厚度减小。这种变薄不是从呈现在负载高区域的基体上涂层材料的排出或分离。呈现在高负载区域的固体润滑剂涂层的卡塞和磨损可通过规定基体的结构，如基体的材料和粗糙度来防止。基于上述分析和意见完成了本发明。
本发明斜盘包括铝基或铁基基体，由锡、铜或金属的磷酸盐为主构成的中间层，和由热固性树脂和至少一种选自二硫化钼和石墨的，有时有氧化铅的固体润滑剂构成的滑动接触层。
本发明斜盘的表面涂层包括滑动接触层和中间层。在滑动接触层中使用MoS2和/或石墨以获得在干燥润滑条件下良好的滑动性。因为在开始操作期间在不稳定状态下固体润滑剂磨损大，底层材料易于暴露。在这种情况下，底层材料的滑动性能差。卡塞容易发生。为了消除该缺点，本发明提供了中间层。期望的是，当部分或全部滑动接触层被磨损时，由于供给一定量的润滑油到滑动表面，中间层不一定需要极好的滑动性，例如公开于PCT申请WO95/25224的日本专利部分公开和日本未审专利公开8-311634中，中间层可以是锡基合金、铜(合金)和金属的磷酸盐。
下面更详细地叙述本发明斜盘。
图1是显示压缩机斜盘和瓦配置的透视图。
图2是显示本发明斜盘横截面的示意图。
图3图示使斜盘粗糙化的方法。
图4是显示在实际机器中磨损试验结果的图。
基体6(图2)可为铁基或铝基材料。铝基材料可为包层铝材料或复合铝材料。铝基材料最好是具有初生Si晶的Al-Si合金，例如A390。基体6最好粗糙化，在这种形式下，在基体6上形成的中间层7也具有粗糙的表面，表面粗糙化的目的包括改进滑动接触层8的粘合力，中间层和滑动接触层的热分散性和这些层的耐磨性。粗糙度较好为Rz0.4-25μm，更好为Rz0.6-20μm。在该粗糙度的下限之下，上述目的很难满足。另一方面，在该粗糙度的上限之上，滑动接触层8必须不必要地很厚的沉积，以避免该层表面非常粗糙。表面粗糙化可通过喷丸、蚀刻等来进行。通过这些方法形成的粗糙度是无方向性的，即在任选的任何测量方向上它都具有相同的值。
粗糙度可为如图3所示的方向，其中标记数字5表示沟纹。该沟纹5可通过机加工，如用滚轧机制成。图3所示粗糙度值根据测量方向变化很大。粗糙度的方向这里被确定与沟纹5的方向一致。粗糙度的方向最好相对于滑动方向(R)有一个5°或更大的角度。粗糙度方向以5°或更大的角度与滑动方向(R)交叉。最好是，在粗糙度方向和滑动方向交叉的表面积占斜盘14总表面的20％或更多。如上所述，当粗糙度方向与滑动方向成一斜角时，中间层和滑动接触层的表面形状复制斜盘14的粗糙表面。
当固体润滑剂在滑动方向经受瓦的压力时，固体润滑剂很高易脱离斜盘。这种脱离借助于交叉上述粗糙表面被抑制，因为固体润滑剂受到锥形粗糙表面的压制。
现在说明中间层7(图2)。中间层设在基体6和滑动接触层8之间，甚至当滑动接触层8磨损时仍保持良好的滑动性。优选的中间层7的材料是电镀或无电镀锡镀层，电镀锡合金镀层，电镀或无电镀铜镀层，带有改进滑动性的合金元素，如Pb、Sn、In和Ag的铜合金的电镀层，火焰喷涂的铜(合金)，包层铜(合金)和烧结铜(合金)。更好的材料是电镀或无电镀锡镀层和火焰喷涂铜(合金)。中间层的厚度优选1-1000μm。
当中间层7的支承件基体6由钢或铝构成时，它可镀镍或铜，以使改进基体6和中间层7之间的粘合力。当基体6由铝构成时，它可以铬化。
现在说明滑动接触层8。滑动接触层包括热固性树脂和至少一种选自二硫化钼和石墨的固体润滑剂。二硫化钼(MoS2)在大体上干燥条件下可提高抗卡塞性，同时石墨在大体上油润滑条件下可提高抗卡塞性和耐磨性。热固性树脂是固体润滑剂的粘合剂，并可保证涂层强度和涂层与基体之间的粘合强度。该热固性树脂可以是聚酰亚胺树脂或聚酰胺酰亚胺树脂。
较好，热固性树脂范围为滑动接触层的20-80％(体积)，而固体润滑剂范围为其80-20％(体积)。更好，热固性树脂范围为滑动接触层的30-70％(体积)，而固体润滑剂范围为其70-30％(体积)。最好，热固性树脂范围为滑动接触层的40-65％(体积)，而固体润滑剂范围为其60-35％(体积)。固体润滑剂的比例较好为MoS210-90％(体积)，石墨90-10％(体积)，更好为MoS220-80％(体积)，石墨80-20％(体积)。在这些范围内在干燥条件下和油润滑条件下的滑动性能可很好地平衡。
MoS2的平均颗粒直径优选为3-40μm。该平均颗粒直径小于3μm，固体润滑剂涂层的强度和耐磨性降低。另一方面，该平均颗粒直径大于40μm，固体润滑剂涂层的表面比油润滑条件下油膜的厚度更厚，所以，滑动性降低。石墨的平均颗粒直径优选为0.3-10μm。该平均颗粒直径小于0.3μm，石墨易于脱离涂层，因为颗粒直径太细，结果滑动性降低。另一方面，该平均颗粒直径超过10μm，在干燥条件下滑动性下降，且在固体润滑剂涂层中的石墨颗粒的粘合力不能令人满意。
测量MoS2和石墨的平均颗粒直径可使用激光衍射型颗粒直径分布测量仪(如，可购得的商品名“HELOS”类型测试器，Nippon Electron Co.,Ltd.产品)。
表1示出了MoS2和石墨的平均颗粒直径对滑动接触层抗卡塞性的影响。具有不同平均颗粒直径MoS2和石墨的10μm厚的滑动接触层在实施例1使用的基体6上形成。由表1可清楚看出，抗卡塞性受MoS2和石墨的平均颗粒直径的影响。表1
如上所述，在瓦和斜盘相对旋转运动期间，瓦从低负载区移动到高负载区和反之。固体润滑剂和热固性树脂在斜盘上移动。以这种方式它们沉积在固体润滑剂完全或部分磨损地方。
固体润滑剂涂层在斜盘和瓦相对旋转运动期间经受摩擦热和力。为了滑动接触层保持其厚度，该层必须抗由于摩擦的剪切应力。基体要发挥固定作用以保持固体润滑剂层抗摩擦力。关于这一点，滑动接触层较好小于其一厚度，因为如滑动接触层厚度更薄时，固定作用更强。但是，当滑动接触层的厚度比某一值小得多时，不仅支承的中间层易于暴露，而且树脂等从低负载区不期望的转移到高负载区。滑动接触层的厚度这样决定，当该层的上表面与中间层平均粗糙度的顶点一致时，该厚度为零。零微米厚滑动接触层可满意地抗摩擦力，只要支承的中间层是充分的粗糙。特别是当基体的粗糙度为Rz2μm或更大时，滑动接触层较好为0-25μm厚。当基体的粗糙度小于Rz2μm时，滑动接触层较好为2-25μm。更好，滑动层为6-12μm。
滑动接触层的粗糙度优选小于某一值，在该值下该层上述抗摩擦力的作用达到一个高水平，进而油膜可容易地形成。更特殊地是，滑动接触层的表面粗糙度优选Rz25μm或更小，更好优选Rz12μm或更小，在滑动速度和负载高的严重条件下，滑动接触层的表面粗糙度优选Rz6μm或更小。
该滑动接触层可另外含有至少一种选自Sb2O3、SnO2、粘土和Al2O3的，可改善耐磨性的硬质添加剂。该硬质添加剂的含量较好为10％(体积)或更少，更好为1-10％(体积)，最好为3-8％(体积)。该硬质添加剂的平均颗粒直径优选1-5μm。
现在说明沉积形成滑动接触层的优选方法。
将滑动接触层的组分，即热固性树脂和固体润滑剂，偶尔有硬质添加剂，与树脂溶剂混合，如果需要，以便调节粘度。然后使这样制备的涂层组分经受下述任一项工艺以形成涂层。
(1)喷涂法，例如气喷涂和气静电涂(2)Bell型旋转静电喷涂(3)网板印刷(4)衬垫印刷(5)将涂层组分挤压到基体上的丝辊法
(6)浸渍或滚动法对于方法(1)和(2)混合物的粘度希望为300厘泊或更小，对于方法(3)-(5)粘度的范围为800-50000厘泊，而对于方法(6)粘度范围为30-200厘泊。
将通过方法(1)-(6)形成的固体润滑剂涂层在170℃或更高的温度下，更好在190℃或更高的温度下烘烤。烘烤后，通过金刚石或SiC砂轮将涂层表面抛光，或通过钢棉或各种纤维将涂层表面磨光。
下面参考实施例说明本发明。
实施例制备5种用于实施例和比较例的具有或没有中间层的基体。
(1)铝合金(A390)-最终磨光的表面粗糙度-Rz0.512μm(2)铝合金(A390)-Sn镀层(中间层)，镀层厚度-3μm基体的表面粗糙度-Rｚ0.84μm(3)碳钢(S15C)-Cu火焰喷涂层(中间层)火焰喷涂层厚度-50μm(纯铜)基体的表面粗糙度-Rz0.5-1.6μm(4)碳钢(S15C)-Cu火焰喷涂层(中间层)，接着喷丸火焰喷涂层厚度-50μm(纯铜)基体的表面粗糙度-Rz2-15μm(5)碳钢(S15C)-渗碳(中间层)基体表面粗糙度-Rz2-15μm实施例1准备原料50％(体积)工业上可获得的聚酰胺酰亚胺树脂、30％(体积)MoS2(平均颗粒直径20μm)、20％(体积)石墨(平均颗粒直径1μm)。将作为树脂溶剂的N-甲基-2-吡啶酮(pyrolidone)添加到原料中并将整个组分混合，接着通过喷涂沉积在基体(2)上。然后在环境空气中在190℃烘烤1小时。接着通过用SiC砂轮抛光来精整固体润滑剂涂层表面。得到的滑动接触层10μm厚，其表面粗糙度为5μmRz。在下述条件下试验由基体(2)和滑动接触层构成的卡塞试验的试样。
试验机三销/盘型卡塞试验机负载1kN转数1000rpm滑动状态致冷气体(无氯型HFC-134a)试样尺寸外径96mm，内径75mm相对的材料轴承钢(SUJ2)，尺寸14.28mm表面粗糙度-0.4μmRz。
温度试验在室温开始。接着温度不测量又不控制地升高。
试验结果与其它实施例和比较例一起示于表2。实施例2除了用基体(4)代替基体(2)外，按实施例1相同的方法进行。实施例3按实施例1相同的方法进行，只是使用50％(体积)聚酰胺酰亚胺树脂、30％(体积)MoS2、15％(体积)石墨和5％(体积)PbO(平均颗粒直径-2μm)作为滑动接触层的材料。比较例1除了用基体(1)代替基体(2)外，按实施例1相同的方法进行比较例2除了用基体(2)作为试样外，按实施例1相同的方法进行。比较例3除了用基体(3)代替基体(2)，还不使用滑动接触层外，接实施例1相同的方法进行。比较例4除了用基体(5)代替基体(2)外，按实施例1相同的方法进行。
表2
<p>实施例4通过实施例1的方法处理斜盘(直径96mm)以形成中间层和滑动接触层，其厚度为5μm。将这样处理的斜盘安装在斜盘型压缩机上，并在下述条件下进行卡塞试验10000rpm的转速、干燥润滑和致冷气体。卡塞试验重复4次。
将该斜盘在下述条件下还进行磨损试验100小时700rpm旋转速度的重复周期20秒，然后停止5秒。在4次卡塞试验中获得的最大和最小值示于表3。磨损试验的结果示于图4。实施例5通过实施例2的方法处理斜盘以形成中间层和滑动接触层，其厚度为5μm。将这样处理的斜盘进行与实施例4相同的试验。结果如实施例4示于表3和图4。比较例5将没有滑动接触层的基体经受如实施例4相同的试验。结果如实施例4示于表3和图4。
表3
如上所述，从实验室试验和实际机器上试验可清楚看出，由本发明表面处理方法处理的斜盘在干燥条件下呈现出改进的抗卡塞性和耐磨性。
权利要求
1.一种斜盘压缩机的斜盘，它包括铝或铁基的基体(6)；中间层(7)，它含有至少一种选自锡、铜和金属的磷酸盐的组分；和滑动接触层(8)，它含有热固性树脂和选自二硫化钼和石墨的至少一种的固体润滑剂。
2.按照权利要求1的斜盘，其中所述的固体润滑剂为选自二硫化钼、石墨和氧化铅中的至少一种。
3.按照权利要求1或2的斜盘，其中所述的滑动接触层(8)含有20-80％(体积)的热固性树脂和80-20％(体积)的固体润滑剂。
4.按照权利要求1或2的斜盘，其中所述的滑动接触层(8)还含有至少一种选自Sb2O3、SnO2、Al2O3和粘土的硬质添加剂。
5.按照权利要求1或2的斜盘，其中所述的滑动接触层含有不大于10％(体积)的硬质添加剂。
6.按照权利要求1-5任一项的斜盘，其中所述的二硫化钼的平均颗粒直径为3-40μm，所述的石墨的平均颗粒直径为0.3-10μm。
7.按照权利要求1-6任一项的斜盘，其中所述的基体(6)和所述的中间层(7)具有无方向粗糙度，其值根据测量方向是不变的。
8.按照权利要求1-6任一项的斜盘，其中所述的基体(6)和所述的中间层(7)具有方向性粗糙度，其方向与滑动方向(R)交叉。
9.按照权利要求8的斜盘，其中粗糙度方向(5)和滑动方向(R)之间的交叉角度为5°或更大。
10.按照权利要求9的斜盘，其中具有5°或更大交叉角度的方向性粗糙度在至少20％斜盘(14)的面积上形成。
11.按照权利要求7-10的任一项的斜盘，其中粗糙度为Rz0.4-25μm。
全文摘要
斜盘压缩机的斜盘在瓦(19)上经受滑动,需要在干燥润滑条件下具有极好的抗卡塞性和耐磨性。本发明斜盘(14)提供经处理的表面层,即由Cu、Sn或金属的碳酸盐构成的中间层(7)和由MoS
文档编号F04B53/00GK1215141SQ9811754
公开日1999年4月28日 申请日期1998年6月26日 优先权日1997年6月26日
发明者金山弘, 加藤崇行, 川上真也, 加藤正文, 乡原千明, 片山诚二, 高松正人 申请人:大丰工业株式会社, 株式会社丰田自动织机制作所