[发明专利]绝热耐磨空调滚动活塞压缩机活塞环及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于表面工程领域，特别涉及一种绝热耐磨空调滚动活塞压缩机活塞环及其制备方法。

背景技术

空调活塞式压缩机气缸与活塞环配合是活塞式压缩机上一对举足轻重的配对副。在活塞式压缩机工作过程中，活塞环与气缸壁之间的磨损是最常见的故障，过渡磨损会导致缸内压力下降而达不到工作压力、机油油膜变薄、活塞环与气缸之间形成边界润滑或干摩擦。磨损后的气缸壁面在中心线方向呈腰鼓形，横截面为椭圆形，即沿垂直方向的尺寸比水平方向大，从而引起活塞在运行中跳动，产生串油、漏气，使排气量降低。气缸壁面的磨损加剧了活塞环的磨损，甚至造成断裂，而活塞环的磨损尤其是断裂又会导致壁面磨损加快，加剧磨损的恶性循环。随着工作时间的增加，使这对配对副的配合发生变化，良好的气体密封性逐步恶化。高负荷、高参数、高自动化程度使活塞式压缩机的工作条件更加严酷，磨损问题日益突出已成为影响活塞式压缩机工作可靠性及使用寿命的一个重要因素。要改善其摩擦性能，提高活塞式压缩机气缸的抗磨减摩能力，可采用表面工程技术对材料表面进行改性，赋予材料及其制品表面抵御环境作用的能力，如提高材料及其制品耐腐蚀、抗高温氧化、耐磨减摩、润滑及抗疲劳性能等，从而延长其使用寿命，具有省料、节能、高效、优质、环保、成本低等优点。表面工程技术包括有电镀、化学镀、热喷涂、涂料涂装、热浸镀、气相沉积等。

化学镀技术依据氧化还原反应原理，通过强还原剂将金属离子还原在工件表面形成金属镀层的技术。化学镀技术不需要通电，利用化学反应在基体表面涂覆镀层，因此表面能够附着比较均匀，不会随电流强弱变化而产生厚度不一；而且只要镀液浸渍到的地方都可以轻松涂覆，不会担心复杂零件基体漏镀问题。随着化学镀技术工艺的不断发展成熟，其功能性越来越强，应用范围也越来越广，因其耐磨耐腐蚀等优异性能而在众多领域获得了重要的应用。

随着科技的进步和社会的发展，人们对材料的要求也越来越高，单一的化学镀镍耐磨涂层已无法满足人们的需求。于是人们开始研究复合镀层以期获得更好的耐磨性能。典型常见的方法是在镀层中加入SiC、金刚石、氧化铝等颗粒来提高镀层的硬度，由此提高其耐磨性能。另一种方法是加入无机纤维来对镀层增强增韧，比如氧化铝纤维等。而无论是利用颗粒增强还是纤维增强，鲜见有加入氧化锆对其进行改性，更没有利用氧化锆纳米纤维来对镀层进行改性的尝试。更为重要的是，在传统的氧化物陶瓷中，氧化锆的热膨胀系数与金属基体最为接近，这就保证了在利用纤维对镀层进行增强增韧的同时，使镀层与基体的结合强度进一步提高。

在载荷作用下，摩擦副表面间因有相对滑动而产生摩擦，摩擦生热致使局部产生很高的温升，形成瞬时过热，一个瞬时高温的热点会导致表面上相应结点材料状态的改变，造成摩擦表面的焊联作用。随后在分离的瞬间，连结点被撕裂。随着损伤的积累，将引发明显的粘着磨损。而由于短时间内摩擦产生的大量的热能传递至金属构件内部后可引起金属内部微观结构的晶格畸变，严重影响金属构件的使用寿命。因此在研究磨损机理时，温度是起重要作用的因素。虽然利用化学镀工艺在活塞环基体表面制备耐磨Ni-P合金镀层可提高其耐磨性能，但其导热系数与金属基体相比并无明显不同，无法阻挡因摩擦而产生的热向基体传递，即无法保护基体免受热冲击所引起的损伤。

发明内容

由于空调滚动活塞压缩机活塞环在工作过程中有大量的热产生，为了防止短时间内大量的热传递至活塞环内部而引起晶格畸变，即受到热震损伤，提出在活塞环表面制备一层陶瓷绝热涂层来对其内部进行绝热保护。而在陶瓷中氧化锆的热膨胀系数与金属最为接近，所以选用氧化锆陶瓷涂层作为绝热涂层可获得与基体良好的结合强度。在众多制备陶瓷涂层的方法中，利用浸渍提拉法将基体浸入配制好的溶胶后提拉制膜最为简便易行。

本发明的目的是提供一种绝热耐磨空调滚动活塞压缩机活塞环及其制备方法，通过在活塞环基体表面涂覆陶瓷绝热涂层来尽可能的减少热冲击对压缩机活塞环的损伤，即在活塞环基体表面先涂覆陶瓷绝热涂层，再于陶瓷绝热涂层表面镀覆耐磨Ni-P合金镀层。空心材料具有良好的保温绝热性能，所以可以利用在陶瓷绝热涂层中掺杂纳米空心球来进一步提高其绝热性能。而在陶瓷中氧化锆的热膨胀系数与金属基体最为接近，因此选用氧化锆陶瓷涂层来作为活塞环基体表面的绝热涂层，这就保证了在利用氧化锆纳米空心球进一步提高陶瓷绝热涂层的绝热性能的同时，使陶瓷绝热涂层与基体的结合强度进一步提高。