[發(fā)明專利]絕熱耐磨空調(diào)滾動活塞壓縮機(jī)活塞環(huán)及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410420874.2
• 申請日: 2014-08-21
• 公開（公告）號: CN104148267A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梁小平;毛新鈺;王瑞雪;劉凱;王明霞;嚴(yán)峰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B05D7/14
• 分類號: B05D7/14;B05D7/24;C23C18/18;C23C18/36;B32B9/04;F04B39/00
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于表面工程領(lǐng)域，特別涉及一種絕熱耐磨空調(diào)滾動活塞壓縮機(jī)活塞環(huán)及其制備方法。

背景技術(shù)

空調(diào)活塞式壓縮機(jī)氣缸與活塞環(huán)配合是活塞式壓縮機(jī)上一對舉足輕重的配對副。在活塞式壓縮機(jī)工作過程中，活塞環(huán)與氣缸壁之間的磨損是最常見的故障，過渡磨損會導(dǎo)致缸內(nèi)壓力下降而達(dá)不到工作壓力、機(jī)油油膜變薄、活塞環(huán)與氣缸之間形成邊界潤滑或干摩擦。磨損后的氣缸壁面在中心線方向呈腰鼓形，橫截面為橢圓形，即沿垂直方向的尺寸比水平方向大，從而引起活塞在運(yùn)行中跳動，產(chǎn)生串油、漏氣，使排氣量降低。氣缸壁面的磨損加劇了活塞環(huán)的磨損，甚至造成斷裂，而活塞環(huán)的磨損尤其是斷裂又會導(dǎo)致壁面磨損加快，加劇磨損的惡性循環(huán)。隨著工作時間的增加，使這對配對副的配合發(fā)生變化，良好的氣體密封性逐步惡化。高負(fù)荷、高參數(shù)、高自動化程度使活塞式壓縮機(jī)的工作條件更加嚴(yán)酷，磨損問題日益突出已成為影響活塞式壓縮機(jī)工作可靠性及使用壽命的一個重要因素。要改善其摩擦性能，提高活塞式壓縮機(jī)氣缸的抗磨減摩能力，可采用表面工程技術(shù)對材料表面進(jìn)行改性，賦予材料及其制品表面抵御環(huán)境作用的能力，如提高材料及其制品耐腐蝕、抗高溫氧化、耐磨減摩、潤滑及抗疲勞性能等，從而延長其使用壽命，具有省料、節(jié)能、高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、成本低等優(yōu)點(diǎn)。表面工程技術(shù)包括有電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、涂料涂裝、熱浸鍍、氣相沉積等。

化學(xué)鍍技術(shù)依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，通過強(qiáng)還原劑將金屬離子還原在工件表面形成金屬鍍層的技術(shù)。化學(xué)鍍技術(shù)不需要通電，利用化學(xué)反應(yīng)在基體表面涂覆鍍層，因此表面能夠附著比較均勻，不會隨電流強(qiáng)弱變化而產(chǎn)生厚度不一；而且只要鍍液浸漬到的地方都可以輕松涂覆，不會擔(dān)心復(fù)雜零件基體漏鍍問題。隨著化學(xué)鍍技術(shù)工藝的不斷發(fā)展成熟，其功能性越來越強(qiáng)，應(yīng)用范圍也越來越廣，因其耐磨耐腐蝕等優(yōu)異性能而在眾多領(lǐng)域獲得了重要的應(yīng)用。

隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，人們對材料的要求也越來越高，單一的化學(xué)鍍鎳耐磨涂層已無法滿足人們的需求。于是人們開始研究復(fù)合鍍層以期獲得更好的耐磨性能。典型常見的方法是在鍍層中加入SiC、金剛石、氧化鋁等顆粒來提高鍍層的硬度，由此提高其耐磨性能。另一種方法是加入無機(jī)纖維來對鍍層增強(qiáng)增韌，比如氧化鋁纖維等。而無論是利用顆粒增強(qiáng)還是纖維增強(qiáng)，鮮見有加入氧化鋯對其進(jìn)行改性，更沒有利用氧化鋯納米纖維來對鍍層進(jìn)行改性的嘗試。更為重要的是，在傳統(tǒng)的氧化物陶瓷中，氧化鋯的熱膨脹系數(shù)與金屬基體最為接近，這就保證了在利用纖維對鍍層進(jìn)行增強(qiáng)增韌的同時，使鍍層與基體的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)一步提高。

在載荷作用下，摩擦副表面間因有相對滑動而產(chǎn)生摩擦，摩擦生熱致使局部產(chǎn)生很高的溫升，形成瞬時過熱，一個瞬時高溫的熱點(diǎn)會導(dǎo)致表面上相應(yīng)結(jié)點(diǎn)材料狀態(tài)的改變，造成摩擦表面的焊聯(lián)作用。隨后在分離的瞬間，連結(jié)點(diǎn)被撕裂。隨著損傷的積累，將引發(fā)明顯的粘著磨損。而由于短時間內(nèi)摩擦產(chǎn)生的大量的熱能傳遞至金屬構(gòu)件內(nèi)部后可引起金屬內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的晶格畸變，嚴(yán)重影響金屬構(gòu)件的使用壽命。因此在研究磨損機(jī)理時，溫度是起重要作用的因素。雖然利用化學(xué)鍍工藝在活塞環(huán)基體表面制備耐磨Ni-P合金鍍層可提高其耐磨性能，但其導(dǎo)熱系數(shù)與金屬基體相比并無明顯不同，無法阻擋因摩擦而產(chǎn)生的熱向基體傳遞，即無法保護(hù)基體免受熱沖擊所引起的損傷。

發(fā)明內(nèi)容

由于空調(diào)滾動活塞壓縮機(jī)活塞環(huán)在工作過程中有大量的熱產(chǎn)生，為了防止短時間內(nèi)大量的熱傳遞至活塞環(huán)內(nèi)部而引起晶格畸變，即受到熱震損傷，提出在活塞環(huán)表面制備一層陶瓷絕熱涂層來對其內(nèi)部進(jìn)行絕熱保護(hù)。而在陶瓷中氧化鋯的熱膨脹系數(shù)與金屬最為接近，所以選用氧化鋯陶瓷涂層作為絕熱涂層可獲得與基體良好的結(jié)合強(qiáng)度。在眾多制備陶瓷涂層的方法中，利用浸漬提拉法將基體浸入配制好的溶膠后提拉制膜最為簡便易行。

本發(fā)明的目的是提供一種絕熱耐磨空調(diào)滾動活塞壓縮機(jī)活塞環(huán)及其制備方法，通過在活塞環(huán)基體表面涂覆陶瓷絕熱涂層來盡可能的減少熱沖擊對壓縮機(jī)活塞環(huán)的損傷，即在活塞環(huán)基體表面先涂覆陶瓷絕熱涂層，再于陶瓷絕熱涂層表面鍍覆耐磨Ni-P合金鍍層。空心材料具有良好的保溫絕熱性能，所以可以利用在陶瓷絕熱涂層中摻雜納米空心球來進(jìn)一步提高其絕熱性能。而在陶瓷中氧化鋯的熱膨脹系數(shù)與金屬基體最為接近，因此選用氧化鋯陶瓷涂層來作為活塞環(huán)基體表面的絕熱涂層，這就保證了在利用氧化鋯納米空心球進(jìn)一步提高陶瓷絕熱涂層的絕熱性能的同時，使陶瓷絕熱涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度進(jìn)一步提高。