專利名稱：斜盤式壓縮機的斜盤的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及斜盤式壓縮機的斜盤。更具體而言，本發(fā)明涉及一種表面處理技術，該技術能顯著提高由鐵基或鋁基材料組成的斜盤的滑動性能。
背景技術：
在斜盤式壓縮機中，斜盤2以剛性方式傾斜地固定到

圖1所示的轉軸1上。采用另一種方案，斜盤是以可改變傾角的方式傾斜地固定到轉軸上。借助于斜盤的旋轉進行壓縮和膨脹，斜盤能增加或減少壓縮機內分隔空間的體積，視轉軸的旋轉而定。這種斜盤在稱作滑瓦3的保護件上滑動。斜盤與滑瓦之間的氣密性密封能使冷卻介質在所述的空間中壓縮和膨脹。4是個球狀物。
在斜盤的滑動條件中，值得注意的一點是，在壓縮機開始運行期間，冷卻介質在潤滑油到達斜盤和滑瓦之間的滑動部分之前到達滑動部分，因此冷卻介質對仍留在滑動部分上的潤滑油有沖洗作用，其結果是，滑動條件是無潤滑油的干條件。所以對斜盤的滑動條件要求是非常嚴格的。
對在上述條件下使用的斜盤而言，所要求的滑動性能是抗咬合和耐磨等。因此有人建議向鋁材料中加入硬成分，以提高耐磨性能，改進斜盤材料，和對鐵基斜盤進行熱處理，以提高硬度并從而提高耐磨性能。此外，還推薦下面的表面處理方法。
本申請人之一在日本未審定的專利公報Sho 51-36611中推薦，在使用鐵基斜盤的情況下，將燒結的Cu材料粘結到滑瓦上。也就是說，鐵基斜盤現(xiàn)已受到硬化處理。然而在相對件即滑瓦的材料是鐵基材料時，在同一種類的材料之間發(fā)生滑動，因而容易出現(xiàn)咬合問題，為了避免上述問題，對與鐵基斜盤相對的相應部件(滑瓦)，采用燒結的銅合金。
此外，為了避免在同一種類的材料之間滑動，并從而提高抗咬合性能，還建議在鐵基斜盤上鍍錫。由于在鐵基斜盤上施加的鍍錫層軟，出現(xiàn)的問題是耐磨性能不夠。
由鑄造或鍛造生產的共晶或過共晶Al-Si基鋁合金具有極好的耐磨性能。然而在Si含量超過15％時，其生產是很困難的。因此，這種合金的耐磨性能受Si含量的限制。
最近有人建議采用熔體淬冷粉末的粉末冶金品(例如日本專利公報2535789)。
由于Si含量非常高，竟達14-30％之多，所以大大提高了耐磨性能。然而，所得的合金必須首先進行熱壓，然后進行熱擠出之類的加工。因此，為了生產尺寸較大的部件例如斜盤，必須投資安裝大功率的設備，例如鍛壓機和擠壓機。所以降低了在費用上的競爭能力。
發(fā)明公開因此，本發(fā)明的目的是對鐵或鋁基斜盤的表面提供具有提高耐咬合和耐磨性能的表面層，從而提高斜盤式壓縮機的運行性能和可靠性。
因此本發(fā)明人進行了研究，結果能利用一種簡單的方法制備一種在共晶區(qū)或過共晶區(qū)的Al-Si鋁合金基滑動材料作為斜盤表面上的滑動層；并且證明其改進的性能明顯地超過各種常規(guī)滑動層的性能。
本發(fā)明人大力進行試驗并且發(fā)現(xiàn)，在共晶區(qū)或過共晶區(qū)內火焰噴涂Al-Si基鋁合金提高了對基體的附著性能，而且使Si顆粒變細。于是完成了本發(fā)明。
即本發(fā)明的第一項發(fā)明是斜盤式壓縮機的斜盤，其特征在于附著在基體上的火焰噴涂層包含20-60％(重量)的Si，其余基本上是Al，在其基質中分散有粒狀的Si顆粒。本發(fā)明的第二項發(fā)明是斜盤式壓縮機的斜盤，其特征在于附著在基體上的火焰噴涂層包含20-60％(重量)的Si，0.1-30％(重量)的Sn，其余基本上是Al，在其基質中分散有粒狀的Si顆粒和Sn相。
火焰噴涂(噴涂)是基于日本工業(yè)標準工業(yè)術語匯編詞典(GlossaryDictionary of JIS Industrial Terms)第4版1946頁的定義，該定義表述為“利用熱源使材料轉變成熔融或半熔融狀態(tài)，將其噴到基體上形成膜”。更確切地說，“材料”是鋁合金或其原料，例如Al和Si的粉末。半熔融狀態(tài)系指象在高Si的Al-Si合金中，即在一種高熔點的材料中所獲得的那種固-液共存狀態(tài)。半熔融狀態(tài)系指有一部分粉末尚未熔化。這一點在下文中進行闡述。
在下文中詳細地闡述了本發(fā)明。除非另有說明，百分數(shù)均為重量％。
發(fā)明實施方案。
根據(jù)本發(fā)明第一項發(fā)明的Al-Si基合金，大量顆粒狀的Si細分散在鋁基質中。因此，Si提高了合金的硬度，從而提高了合金的耐磨性能。此外，大量粒狀的Si顆粒分散得很細，消除了鋁基質與滑瓦之間的粘附作用，從而排除了由于這種粘附作用而引起的咬合現(xiàn)象。
由本發(fā)明人提交的歐洲專利0713972 Al以Cu-Pb合金為實例對火焰噴涂的銅合金做了詳細的闡述。熔融顆粒的迅速冷卻和固化在Al合金的實例中是常見的?；鹧鎳娡緼l-Si合金的一個特點是添加元素(Si)的熔點比基質元素(Al)的熔點高。結果，大量粒狀的Si細分散在鋁基質中。因此，獲得的效果是Si提高了合金的硬度，從而提高了合金的耐磨性能。
在本發(fā)明中，粒狀Si顆粒的形狀與常規(guī)熔融合金原有的Si或軋制合金的Si顆粒不同。它們沿縱向具有單向性。更確切地說，本發(fā)明粒狀Si顆粒的形狀是球形的、結核狀的、多邊形的或不屬于前三種形狀的不規(guī)則形的，它們在任何方向上都具有幾乎相同的尺寸。而且，在本發(fā)明的情況下，在常規(guī)熔融合金中所見的原有Si和共晶Si之間的明顯區(qū)別消失了。
在根據(jù)本發(fā)明的鋁合金由Si含量低于12％時，耐磨和防咬合效果略有提高。另一方面，在Si含量超過60％時，強度急劇下降，以致?lián)p害耐磨性能。優(yōu)選的Si含量為15-50％。在Si顆粒的粒度超過50μm時，Si顆粒容易發(fā)生剝離。優(yōu)選的粒度為1-40μm。
其次，本發(fā)明第二項發(fā)明的Al-Si-Sn基合金提高了耐磨和抗咬合性能。Si的形狀和含量與對第一項發(fā)明所述的相同。Sn是提供潤滑性能和兼容性能的成分。Sn優(yōu)先附著到滑瓦上，避免同一種類材料即附著Al對軸承Al的滑動，結果提高了耐咬合性能。在Sn含量低于0.1％時，不能提高潤滑等性能。另一方面，在Sn含量超過30％時，合金的強度下降。優(yōu)選的Sn含量為5-25％。在該層中Sn相的形狀是長片形的。從潤滑性能來看，這種形狀似乎是優(yōu)選的。
根據(jù)本發(fā)明第一項和第二項發(fā)明的鋁合金，可包含下列任選的元素。
CuCu是以過飽和狀態(tài)均勻地溶解在鋁基質中，因而提高了鋁合金的強度。因此Cu排除了鋁的粘附磨損和由于Si顆粒剝落引起的磨損。此外，一部分Cu與Sn生成一種Sn-Cu金屬互化物，因而提高了耐磨性能。然而，在Cu含量超過7.0％時，合金的硬度增加太大，不能制成適宜的滑動材料，優(yōu)選的Cu含量為0.5-5％。
MgMg與一部分Si結合，生成Mg-Si金屬互化物。因此，Mg提高了耐磨性能。然而，在Mg含量超過5.0％時，生成的相大Mg相有損滑動性能。
MnMn是以過飽和狀態(tài)均勻地溶解在鋁基質中，因而提高了鋁合金的強度。由Mn獲得的效果與由Cu獲得的效果相同。然而，在Mn含量超過1.5％時，合金的硬度增加太大，不能制成適宜的滑動材料。優(yōu)選的Mn含量為0.1-1％。
FeFe是以過飽和狀態(tài)均勻地溶解在鋁基質中，因而提高了鋁合金的強度。由Fe獲得的效果與由Cu獲得的效果相同。然而，在Fe含量超過1.5％時，合金的硬度增加太大，不能制成適宜的滑動材料。優(yōu)選的Fe含量為0.1-1％。
NiNi是以過飽和狀態(tài)均勻地溶解在鋁基質中，因而提高了鋁合金的強度。由Ni獲得的效果與由Cu獲得的效果相同。然而，在Ni含量超過8％時，合金的硬度增加太大，不能制成適宜的滑動材料。優(yōu)選的Ni含量為0.1-5％。
接著說明由火焰噴涂形成的滑動層，在本發(fā)明的第一和第二項發(fā)明中都有該層。
在本發(fā)明中，可以采用列于摩擦磨損潤滑學家(Tribologist)第20頁圖2中的各種火焰噴涂方法，摩擦磨損潤滑學家的出處同前?？蓛?yōu)選采用其中的高揮發(fā)性含氧燃料火焰噴涂方法(HVOF，高揮發(fā)性含氧燃料)?？磥砝眠@種方法可以獲得特征性的Si形狀和Sn相，因為它具有摩擦磨損潤滑學家第20頁右欄4-13行所述的特性，摩擦磨損潤滑學家的出處同前?；鹧鎳娡康腁l能如此迅速地冷卻和固化，以使大量的Si被均勻地溶解，增加了Al的硬度。因此它具有在高強度下保持Si顆粒的特性。所以可排除Si顆粒的剝落和由這種剝落而引起的磨損。
可以采用合金例如Al-Si合金、Al-Si-Sn合金等粉化的粉末作為火焰噴涂的粉末。這些粉化的粉末可被完全熔化在基體上然后固化。采用另一種方案，可將部分未熔的粉化粉末施加到基體上，以便仍然保持未熔的粉末結構。
火焰噴涂條件優(yōu)選為氧壓力0.45-0.76MPa；燃料壓力0.45-0.76MPa；和火焰噴涂距離50-250mm。優(yōu)選的火焰噴涂層厚度為10-500μm，特別優(yōu)選10-300μm。
火焰噴涂合金的硬度為Hv(維氏硬度)100-600。由于含Si12％的常規(guī)合金的硬度為Hv 70-150，所以可以說根據(jù)本發(fā)明的火焰噴涂層是非常硬的。
可以采用例如鐵、銅、鋁等各種金屬基體作為在其上形成火焰噴涂合金的基體。在借助于噴射處理等方法使基體的表面粗糙時，優(yōu)選表面的粗糙度達到Rz 10-60μm，這樣可提高膜的附著強度。更確切地說，采用剪切斷裂測試方法測定膜的附著強度表明火焰噴涂的Ni膜對噴射處理的鋼基體的附著強度為30-50MPa；而根據(jù)本發(fā)明的膜的附著強度為40-60MPa。這些迄今一直被認為具有優(yōu)良附著性能的火焰噴涂Ni膜的附著強度還高。
可對火焰噴涂的合金進行熱處理來調節(jié)其硬度。
火焰噴涂層與基體的附著強度是通過鋁(即火焰噴涂層的基質)與基體金屬的熔合和互相擴散在它們之間形成合金產生的。在另一方面，分散相例如Si似乎缺乏這種功能，因而不能提高附著強度。由于Sn和Si往往能降低上述的附著性能，所以可利用這些元素的濃度從基體側到表面的方向上連續(xù)或不連續(xù)地增加所形成的濃度梯度來提高附著強度。結果與基體接觸的火焰噴涂層是一種純粹的Al合金，其中形成第二相的元素，例如Si，濃度很低。這樣的濃度梯度可通過改變火焰噴涂粉末混合料的組成來形成。
在采用無覆層施涂的火焰噴涂合金的情況下，優(yōu)選將火焰噴涂過的表面拋光到Rz 3.2μm或更小。在采用覆層的情況下，可以采用具有極好兼容性的各種軟覆層，例如Sn、Pb-Sn、MoS2和MoS2-石墨基覆層，以便提高抗咬合性能。
滑瓦本身已為人們所知。例如在本申請人提交的日本未審定的專利公報51-36611中就表示出滑瓦。可采用主要成分為鐵的任一種材料作為鐵基材料，然而軸承鋼是優(yōu)選的。此外滑瓦的生產方法根本不受限制?？扇芜x地采用象軋制、鍛造、粉末冶金、表面硬化之類的技術。
現(xiàn)在通過實施例來說明本發(fā)明。
附圖簡述圖1是表示斜盤、轉軸和斜盤式壓縮機滑瓦的附圖。
圖2是表示根據(jù)實施例1的火焰噴涂鋁合金的微觀結構照片。
實現(xiàn)發(fā)明的最佳方式實施例1制備一種金屬粉末的混合物，以提供Al-40％ Si的組合物。同時采用鋼粒(粒度0.7mm)噴射處理在市場上購買的純鋁軋制板，使其表面粗糙到Rz 45μm。
采用HVOF型的火焰噴涂機(DJ，Sulzer Meteco有限公司產品)在下列條件下進行火焰噴涂。
氧壓力150psi燃料壓力100psi火焰噴涂距離180mm火焰噴涂層的厚度200μm所得火焰噴涂層的硬度為Hv＝180-250，粒狀Si顆粒的平均粒度為3μm?；鹧鎳娡繉拥谋砻鎾伖獾絉z 1.2μm。然后在下列條件下進行磨損測試。
對比實施例1在與實施例1相同的條件下制備純鋁的火焰噴涂層。進行同樣的磨損測試。
對比實施例2用砂模鑄造含17％ Si的Al-Si合金，以便制備測試試樣。
測試機器三-柱/盤(three-pin/disc)摩擦磨損測試機載荷40 kg/cm2轉數(shù)700 rpm潤滑冷凍機潤滑油+冷卻介質氣體(R 134a)測試時間120 min測試的結果一并列于下面的表1中。
表1

>工業(yè)實用性如上文所述，可以很容易地制成作為斜盤滑動層的過共晶Al-Si合金。此外，由于本發(fā)明合金的性能優(yōu)于常規(guī)熔融Al-Si合金的性能，所以本發(fā)明會對提高斜盤式壓縮機的性能做出巨大貢獻。
權利要求
1.斜盤式壓縮機的一種斜盤，其特征在于附著在基體上的火焰噴涂層包含12-60％(重量)的Si，其余基本上是Al，在該層的基質中分散有粒狀的Si顆粒。
2.斜盤式壓縮機的一種斜盤，其特征在于附著在基體上的火焰噴涂層包含12-60％(重量)的Si，0.1-30％(重量)的Sn，其余基本上是Al，在該層的基質中分散有粒狀的Si顆粒和Sn相。
3.根據(jù)權利要求1或2的斜盤式壓縮機的斜盤，其中所述的合金包含至少一種下列元素至多7.0％(重量)的Cu；至多5.0％(重量)的Mg；至多1.5％(重量)的Mn；至多1.5％(重量)的Fe；和至多8.0％(重量)的Ni。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項的斜盤式壓縮機的斜盤，其中所述的基體是金屬基體，其表面被處理粗糙。
5.根據(jù)權利要求1-4任一項的斜盤式壓縮機的斜盤，其中所述粒狀Si顆粒的平均粒徑至多為50μm。
6.根據(jù)權利要求1-5任一項的斜盤式壓縮機的斜盤，其中改變所述火焰噴涂層中所述Si和Sn的濃度，使它們的濃度沿從基體到火焰噴涂層表面的方向增加。
7.根據(jù)權利要求1-6任一項的斜盤式壓縮機的斜盤，其中將軟性膜施加到所述火焰噴涂的鋁合金上。
全文摘要
含有12—60%的Si和當需要時還含有0.1—30%的Sn的鋁合金,火焰噴涂在斜盤式壓縮機的鐵或鋁基的基體上,形成抗咬合和抗磨損的表面層,其中分散有粒狀的Si顆粒。
文檔編號F04B27/08GK1272165SQ99800784
公開日2000年11月1日 申請日期1999年3月26日 優(yōu)先權日1998年3月27日
發(fā)明者村松省吾, 秋月政憲, 粥川浩明, 水谷秀樹, 杉浦學, 仲井間裕之 申請人:株式會社豐田自動織機制作所