磷酸錳薄膜技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)式空調(diào)壓縮機(jī)曲軸影響研究

李志辰

摘 要：空調(diào)已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的電器，空調(diào)除了需要具備節(jié)能、低噪，使用舒適等特點(diǎn)外，作為一種耐用消費(fèi)品，其在壽命周期內(nèi)的高可靠性備受關(guān)注。這很大程度上依賴于空調(diào)器的心臟——壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)，空調(diào)的性能、可靠性以及長達(dá)10年以上的運(yùn)行壽命，必須由壓縮機(jī)來保證。因此，如何提高作為主機(jī)——壓縮機(jī)的高效率、低噪音、高可靠性的壓縮機(jī)是所有壓縮機(jī)生產(chǎn)不懈努力的方向。本文采用磷酸錳薄膜技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)式空調(diào)壓縮機(jī)曲軸進(jìn)行處理，研究該處理技術(shù)對(duì)曲軸耐磨性的影響。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī) 磷酸錳薄膜技術(shù) 曲軸

中圖分類號(hào)：TQ63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（b）-0117-02

目前，空調(diào)壓縮機(jī)常用的是旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)中壓縮冷媒的反作用力將曲軸推向上下軸承形成很大的接觸壓力，由于金屬間直接接觸，故運(yùn)行中發(fā)生咬死與燒傷及產(chǎn)生較大的磨損。

磷酸錳鹽涂層是一種非導(dǎo)電性而又具有防銹性的覆膜，具有穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，本身為微細(xì)結(jié)晶體組成，對(duì)各種潤滑油均具甚強(qiáng)的吸附性，從而在金屬間形成抗摩擦與耐磨耗用的助層。這層覆膜的存在使得曲軸與軸承間金屬表面的直接接觸隔離開，防止高壓力下的咬合和強(qiáng)力摩擦下的燒傷。

對(duì)鋼鐵表面進(jìn)行碳氮共滲處理可以提高其耐磨，氣體碳氮共滲技術(shù)是人們常用的一種表面改性技術(shù)。

本文采用磷酸錳薄膜技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)式空調(diào)壓縮機(jī)曲軸進(jìn)行處理，研究該處理技術(shù)對(duì)曲軸耐磨性的影響。

1 項(xiàng)目研究目標(biāo)、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題

1.1 研究目標(biāo)

旋轉(zhuǎn)式空調(diào)壓縮機(jī)曲軸與上、下軸承間的磨擦阻力直接影響其啟動(dòng)性能與功耗，其磨耗直接關(guān)系到壓縮機(jī)的可靠性。常用通過對(duì)曲軸進(jìn)行錳鹽磷化處理，在金屬間形成抗摩擦與耐磨耗助層，防止高壓力下的咬合及強(qiáng)力摩擦下的燒傷，提高軸承間的初期磨合性，使壓縮機(jī)的起動(dòng)性能大為改善。

本文通過理論分析、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分闡述有效降低摩擦阻力與磨耗的磷酸錳薄膜技術(shù)，通過在旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)上的運(yùn)用效果說明磷酸錳薄膜技術(shù)對(duì)壓縮機(jī)使用性能與可靠性的重要作用。

1.2 研究內(nèi)容

磷酸錳薄膜技術(shù)包括：

（1）研究磷酸錳薄膜的生成機(jī)理及處理液管理。

（2）研究部件表面磷酸錳薄膜的制備及處理工藝。

（3）研究磷磷酸錳薄膜自身的摩擦磨損性能。

（4）研究磷酸錳薄膜技術(shù)在壓縮機(jī)上的實(shí)際運(yùn)用效果。

1.3 擬解決的關(guān)鍵問題

（1）部件上磷酸錳薄膜、碳氮滲層的制備及處理工藝。

（2）磷酸錳薄膜、碳氮滲層的耐磨性能研究及在壓縮機(jī)上的實(shí)際運(yùn)用效果。

2 項(xiàng)目研究的實(shí)施方案及擬采取的研究方法和技術(shù)路線

2.1 實(shí)施方案

（1）通過調(diào)研及查閱資料，進(jìn)行系統(tǒng)需求分析。

（2）針對(duì)相關(guān)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)查閱相關(guān)資料，梳理磷酸錳薄膜、碳氮滲層的制備及處理工藝。

（3）在摩擦試驗(yàn)機(jī)上對(duì)經(jīng)過磷酸錳薄膜技術(shù)處理的部件進(jìn)行試驗(yàn)，研究磷酸錳薄膜、碳氮滲層的摩擦磨損性能。

（4）研究經(jīng)磷酸錳薄膜技術(shù)處理后的壓縮機(jī)的跑合性、耐磨性、制冷量、能效比及噪音（聲功率級(jí)）等。

2.2 研究方法

2.2.1 磷酸錳薄膜的生成及管理

（1）磷酸錳薄膜的生成。

磷酸錳薄膜處理液的組成為Mn++、Fe++、Ni++、PO43-、NO3-，生成的薄膜為（Mn、Fe）5、H2（PO4）4、H2O?；瘜W(xué)反應(yīng)的初期為游離磷酸造成鐵的腐蝕。

為此，氫離子被消耗，鐵界面的pH值上升。其結(jié)果使處理液中的Mn+、Fe++和PO43-之間所成立的下面所示的平衡被破壞，反應(yīng)向右方進(jìn)行，即生成不溶性的第二磷酸鹽和游離的磷酸，前者以薄膜的形式在鐵表面析出。

（2）磷酸錳處理液的管理。

以上的反應(yīng)，處理液的全酸度、游離酸度、酸比、溫度、鐵分、時(shí)間等的管理很重要，全酸度即H3PO4+Mn （H2PO4）2的濃度，游離酸度即H3PO4的濃度，酸比即平衡常數(shù)的程度，鐵分與反應(yīng)速度及薄膜組成有關(guān)，溫度左右著平衡常數(shù)。磷酸錳薄膜處理液一般按表1進(jìn)行管理。

2.2.2 磷酸錳薄膜的制備工藝

珠光體鑄鐵回轉(zhuǎn)部件為基體部件→脫脂處理（50℃～60℃）→水洗（室溫）表面調(diào)整（室溫）→化成（96±3）℃→水洗（室溫）→熱水洗（60℃～80℃）→拋光+二硫化鉬浸漬。

2.2.3 分析測試方法

（1）物相相結(jié)構(gòu)分析。

利用X射線線衍射分析，以確定磷酸錳薄膜物相結(jié)構(gòu)。樣品的物相常通過X射線衍射儀進(jìn)行確定，對(duì)經(jīng)過PEC/N處理的樣品經(jīng)酒精沖洗干燥后在X射線衍射儀上進(jìn)行X射角為20，終止角為90，掃面速率為3°/min。對(duì)測試得出XRD衍射圖，用Jade軟件進(jìn)行峰值標(biāo)定，查出磷酸錳薄膜的相組成。

（2）磷酸錳薄膜表面形貌觀察及成分分析。

對(duì)磷酸錳薄膜處理后的的試樣表面進(jìn)行掃描電子顯微鏡（SEM）表面形貌觀察并通過能譜（EDS）對(duì)處理后的表面進(jìn)行面掃描分析，研究磷酸錳薄膜表面各主要元素分布。

（3）磷酸錳薄膜耐磨性能測試分析。

試樣在摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦磨損實(shí)驗(yàn)試樣磨損前先用酒精對(duì)試樣表面進(jìn)行清潔處理，然后將試樣烘干，再用分析天平稱重，其精度為10-4g。使用磨耗試驗(yàn)機(jī)，按表1所示分組進(jìn)行試驗(yàn)，測定磷酸錳覆膜的摩擦系數(shù)、耐磨性，試驗(yàn)所用載荷3kg、6kg、9kg，磨擦速度0.30m/s、0.84m/s，研究載荷及摩擦速度對(duì)磷磷酸錳薄膜摩擦系數(shù)、耐磨性的影響。利用掃描電子顯微鏡、能譜分別對(duì)每次磨損完后的試樣進(jìn)行表面形貌、元素含量分析，研究磷酸錳薄膜耐磨性能。

2.2.4 壓縮機(jī)上的實(shí)際運(yùn)用效果

按上述制備工藝在旋轉(zhuǎn)式空調(diào)壓縮機(jī)的曲軸表面制備磷酸錳薄膜，將含磷酸錳薄膜的曲軸裝配于壓縮機(jī)上，對(duì)經(jīng)磷酸錳薄膜處理的壓縮機(jī)進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)，研究經(jīng)磷酸錳處理后的壓縮機(jī)的跑合性、耐磨性、制冷量、能效比及噪音（聲功率級(jí)）等。試驗(yàn)時(shí)間2000h，頻率34Hz、130Hz。

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