一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法和螺杆压缩机与流程

1.本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法和螺杆压缩机。


背景技术：

2.螺杆压缩机是一种新型的回转容积式压缩机，具有结构简单、可靠性高及操作维护方便等一系列独特的优点，被广泛应用于制冷空调和空气动力、石油、化工等工业领域。
3.螺杆压缩机的机头主要由一对阴阳螺杆转子和一个内腔呈“8”字形的机壳构成。阴阳螺杆转子上的凸齿、凹槽与机壳形成工作腔。在转子转动过程中，齿槽与机壳形成的工作腔体积由大变小，从而实现气体的压缩过程。为保证螺杆压缩机的安全运行，压缩机阴转子和阳转子的齿面之间留有一定的设计间隙，以防止阴转子和阳转子的干涉和摩擦。阴转子和阳转子齿面间的间隙会引起压缩机的内泄漏，降低压缩机的容积效率和能效，导致压缩机的能效较低。同时，一般情况下，阴转子和阳转子的材质为45#钢，转子之间相互啮合时，产生的较大的噪音和振动。
4.压缩机转子存在的上述行业难题，并不是单一靠结构设计可以解决，需要利用新的技术手段来辅助解决，如通过对转子进行表面喷涂工艺，一方面利用涂层的自润滑特性，降低转子啮合的摩擦系数，从而降低转子啮合过程产生的振动和噪音。另外，还可以利用涂层的封严特性，减少转子间的配合间隙，从而减少转子间的内泄漏，提高转子的能效。
5.目前，行业内有在压缩机转子上喷涂一层聚四氟乙烯类涂层，该聚四氟乙烯类涂层虽然能增加自润滑特性，降低转子啮合的摩擦系数，进而降低转子啮合过程产生的噪音和振动，以及可以利用涂层的封严特性，减少转子间的配合间隙，从而减少转子间的内泄漏，提高转子的能效。但是采用聚四氟乙烯涂料涂覆后，涂层质量差，附着力不强，压缩机运行测试一定时间后，涂层存在脱落现象，压缩机的内泄漏增大，容积效率和能效降低，压缩机的振动和噪音问题仍然存在。同时，喷涂的厚度控制不均匀，色泽及遇水耐蚀性不够稳定，容易影响涂层的使用寿命。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法，该制备方法能在转子表面上制备出厚度均匀的peek(聚醚醚酮)涂层，该peek涂层具有摩擦系数低、耐磨损、自润滑、附着强度好和吸声效果好的优点。
7.为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
8.提供一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤，
9.s1、采用螺杆压缩机的阴转子和阳转子，啮合试装配阴转子和阳转子，使阴转子和阳转子保持一定的啮合间隙；对阴转子和/或阳转子的转子表面进行除油，除油后，吹干转子表面；
10.s2、采用喷砂机对转子表面进行喷砂，喷砂后，清理转子表面上的砂粒；
11.s3、在转子表面的待喷涂区域喷涂peek涂层；
12.s4、将s3喷涂后的转子进行烧结处理，烧结处理在20min～25min内从室温升至380℃～420℃，并以380℃～420℃保温0.5h～1.5h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成peek涂层，控制阳转子peek涂层厚度与阴转子peek涂层厚度，使其二者加起来的总peek涂层厚度与啮合间隙之比为(3～5):(3～6)，制得螺杆压缩机耐磨涂层。
13.在一些实施方式中，所述阴转子和所述阳转子的啮合间隙为0.03mm～0.06mm，所述总peek涂层厚度为30μm～50μm。在一些实施方式中，所述待喷涂区域包括阴转子和阳转子二者的螺旋型面及阴转子和阳转子二者的螺旋端面。
14.在一些实施方式中，所述s2中，所述喷砂机的喷砂压力是0.3mpa～0.55mpa。
15.在一些实施方式中，所述喷砂机使用的砂粒粒径是50目～80目。
16.在一些实施方式中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
17.在一些实施方式中，所述s3中，peek涂层的喷涂方式是手工喷涂、刷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、冷压烧结、超音速喷涂和静电喷涂中的任意一种。
18.在一些实施方式中，所述静电喷涂的电压是65kv～75kv，peek出粉量为50％～70％、气压为0.2mpa～0.6mpa。
19.在一些实施方式中，所述s2后，先采用火焰喷涂在转子表面增加过渡层，再在所述过渡层上喷涂peek涂层。
20.在一些实施方式中，所述过渡层是镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层中的任意一种。
21.在一些实施方式中，所述s1中，除油的方式是无水乙醇除油、清洗剂除油、碱洗除油、高温除油、超声波清洗除油中的任意一种或两种以上的组合。
22.本发明一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法的有益效果：
23.(1)本发明的制备方法通过喷砂机在转子表面制造出小凹坑，液态的peek涂料就会流入转子喷砂后的小凹坑内，在小凹坑的辅助下，整个涂层均匀地分布在转子表面上，待冷却后，peek涂层与转子表面互相嵌入，形成很好的附着力，这个附着力可以达到12mpa以上，使得peek涂层能持久地附着在转子表面上。
24.(2)本发明的制备方法在烧结peek涂料时，先缓慢升温，即在20min～25min内从室温升至380℃～420℃，这样避免温度升温过快导致peek涂层受热不均出现脱落，能有效地控制peek涂层的分布均匀度、厚度均匀度以及附着持久度；后续以380℃～420℃保温0.5h～1.5h，温度达到380～420℃时，peek涂层才会均匀地融化，并与转子结合形成较好的附着力。
25.(3)本发明的制备方法将总peek涂层厚度与啮合间隙之比控制在(3～5):(3～6)，将总peek涂层厚度控制在此范围内，防止涂层过厚会导致转子前期运行时阻力增大，而需要较长的磨合期过渡，同时也防止涂层过薄时，涂层填补啮合间隙不足，对转子间内泄漏改善不明显，导致压缩机能效增大达不到理想状态。
26.(4)本发明的制备方法能在螺杆压缩机的转子表面制出厚度均匀的peek涂层，该厚度均匀的ppek涂层具有摩擦系数低和耐磨损、自润滑和吸声特性，peek涂层具有弹性形变，能提供足够的间隙以供阴转子和阳转子安装，同时也能有效减小阴转子和阳转子之间啮合间隙，减少转子间内泄漏，既提升压缩机的容积效率和能效，又能降低转子啮合过程的
振动和噪音；peek涂层附着力强，厚度均匀，色泽及遇水耐蚀性好，涂层使用寿命极强，显著可以满足压缩机的稳定性使用要求。
27.本发明还提供一种螺杆压缩机，包括阴转子和阳转子，所述阴转子和/或所述阳转子上设有耐磨涂层，所述耐磨涂层上述的螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法制得。
附图说明
28.图1为螺杆压缩中阴转子与阳转子的啮合装配图。
29.图2为阳转子的结构示意图。
30.图3为图2中的沿a-a线的剖视图。
31.图4为图2中的沿e-e线的剖视图。
32.图5为阴转子的结构示意图。
33.图6为图5中的沿a-a线的剖视图。
34.图7为图5中的沿e-e线的剖视图。
35.附图标记：
36.阴转子1；阳转子2；啮合间隙3；peek涂层4；螺旋型面5；螺旋端面6。
具体实施方式
37.以下结合具体实施例及附图对本发明进行详细说明。
38.实施例1
39.本实施例公开的一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法，其中可参见图1-图7，包括以下步骤，
40.s1、采用螺杆压缩机的阴转子1和阳转子2，啮合试装配阴转子1和阳转子2，使阴转子1和阳转子2保持一定的啮合间隙3；对阴转子1和/或阳转子2的转子表面进行除油，除油后，吹干转子表面；保持一定的啮合间隙3方便安装转子以及方便转子运行，对转子表面除油和吹干以便去除转子表面的污迹，避免影响后续涂料的附着效果，优选地，用压缩空气吹干。
41.s2、采用喷砂机对转子表面进行喷砂，喷砂后，清理转子表面上的砂粒；对转子表面进行喷砂，能去除转子表面氧化皮、钝化层和碳化物，同时增大表面粗糙度，制造出较多的小凹坑，提升后续涂层附着力，优选地，用压缩空气将转子表面的灰尘清理干净。
42.s3、在转子表面的待喷涂区域喷涂peek涂层4；对非喷涂区域进行遮挡，确保减少影响因素，从而能更均匀涂布涂层，保证涂层均匀、厚度合适。
43.s4、将s3喷涂后的转子进行烧结处理，烧结的升温过程是在20min内从室温升至380℃，并以380℃保温0.5h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成peek涂层4，控制阳转子peek涂层厚度与阴转子peek涂层厚度，使其二者加起来的总peek涂层厚度与啮合间隙3之比为3:3，制得螺杆压缩机耐磨涂层，此时peek涂层与啮合间隙3是最小过盈等于0的过盈配合；采用逐渐升温和保温的方式来烧结peek涂层4，使得peek涂层4能受热均匀以及充分融化，保证peek涂层4的附着力以及厚度均匀度。
44.上述制备方法的功效与作用是：能在螺杆压缩机的转子上制造出一层厚度均匀、厚度适中和附着力强的peek涂层4。
45.本实施例中，所述阴转子1与所述阳转子2的啮合间隙3为0.03mm，总peek涂层厚度为30μm。啮合间隙3为0.03mm，不但能便于安装，并且能减少内泄漏，peek涂层4的厚度为30μm，防止涂层厚度过大而增加转子前期运行时阻力，避免较长的磨合期，同时也防止涂层过薄时，涂层填补转子间的间隙不足，对“泄气”的改善不明显，导致压缩机能效增大达不到理想状态。
46.本实施例中，所述待喷涂区域包括阴转子1和阳转子2二者的螺旋型面5及阴转子1和阳转子2二者的螺旋端面6。螺旋型面5和螺旋端面6均涂覆有peek涂层4，能保证啮合面均有peek，以及防止peek涂层4有缺口漏出。
47.本实施例中，所述s2中，喷砂压力是0.3mpa，所述喷砂机使用的砂粒粒径是50目。喷砂压力是0.3mpa和砂粒粒径是50目，这样不但能制备出适中的小凹坑，以及不损坏转子表面。
48.本实施例中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
49.本实施例中，所述s3中，peek涂层4的喷涂方式是手工喷涂、刷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、冷压烧结、超音速喷涂和静电喷涂中的任意一种。优选地，peek涂层4的喷涂方式是静电喷涂，静电喷涂的电压是65kv，peek出粉量为50％、气压为0.2mpa。静电喷涂采用的是peek粉末，peek粉末能更好地附着在转子表面上，并容易控制厚度。
50.本实施例中，所述s2后，先采用火焰喷涂在转子表面增加过渡层，再在所述过渡层上喷涂peek涂层4。这些过渡层铺设在转子表面，增大了peek涂层4与转子表面的结合力。
51.本实施例中，所述过渡层是镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层中的任意一种。镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层与peek的结合强度均优于材质为45#钢的转子表面，增加该无机过渡层或者复合材料过渡层，能进一步地提高peek涂层4与转子表面的结合强度。
52.本实施例中，所述s1中，除油的方式是无水乙醇除油。
53.实施例2
54.本实施例公开的一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法，其中可参见图1-图7，包括以下步骤，
55.s1、采用螺杆压缩机的阴转子1和阳转子2，啮合试装配阴转子1和阳转子2，使阴转子1和阳转子2保持一定的啮合间隙3；对阴转子1和/或阳转子2的转子表面进行除油，除油后，吹干转子表面；保持一定的啮合间隙3方便安装转子以及方便转子运行，对转子表面进行除油和吹干，以便去除转子表面的污迹，避免影响后续涂料的附着效果，优选地，用压缩空气吹干。
56.s2、采用喷砂机对转子表面进行喷砂，喷砂后，清理转子表面上的砂粒；对转子表面进行喷砂，能去除转子表面氧化皮、钝化层和碳化物，同时增大表面粗糙度，制造出较多的小凹坑，提升后续涂层附着力，优选地，用压缩空气将转子表面的灰尘清理干净。
57.s3、在转子表面的待喷涂区域喷涂peek涂层4；对非喷涂区域进行遮挡，确保减少影响因素，从而能更均匀涂布涂层，保证涂层均匀、厚度合适。
58.s4、将s3喷涂后的转子进行烧结处理，烧结处理在25min内从室温升至420℃，并以420℃保温1.5h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成peek涂层4，控制阳转子peek涂层厚度与阴转子peek涂层厚度，使其二者加起来的总peek涂层厚度与啮合间隙3之
比为5:6，制得螺杆压缩机耐磨涂层，此时peek涂层与啮合间隙3是间隙配合；采用逐渐升温和保温的方式来烧结peek涂层4，使得peek涂层4能受热均匀以及充分融化，保证peek涂层4的附着力以及厚度均匀度。
59.上述制备方法的功效与作用是：能在螺杆压缩机的转子上制造出一层厚度均匀、厚度适中和附着力强的peek涂层4。
60.本实施例中，所述阴转子1和所述阳转子2的啮合间隙3为0.06mm，总peek涂层厚度为50μm。啮合间隙3为0.06mm，不但能便于安装，并且能减少内泄漏，peek涂层的厚度为50μm，防止涂层厚度过大而增加转子前期运行时阻力，避免较长的磨合期，同时也防止涂层过薄时，涂层填补转子间的间隙不足，对“泄气”的改善不明显，导致压缩机能效增大达不到理想状态。
61.本实施例中，所述待喷涂区域包括阴转子1和阳转子2二者的螺旋型面5及阴转子1和阳转子2二者的螺旋端面6。螺旋型面5和螺旋端面6均涂覆有peek涂层4，能保证啮合面均有peek，以及防止peek涂层4有缺口漏出。
62.本实施例中，所述s2中，喷砂压力是0.55mpa，所述喷砂机使用的砂粒粒径是80目。喷砂压力是0.55mpa和砂粒粒径是80目，不但能制备出适中的小凹坑，以及不损坏转子表面。
63.本实施例中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
64.本实施例中，所述s3中，peek涂层4的喷涂方式是手工喷涂、刷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、冷压烧结、超音速喷涂和静电喷涂中的任意一种。优选静电喷涂，静电喷涂的电压是75kv，peek出粉量为70％、气压为0.6mpa。静电喷涂采用的是peek粉末，peek粉末能更好地附着在转子表面上，并容易控制厚度。
65.本实施例中，所述s2后，先采用火焰喷涂在转子表面增加过渡层，再在所述过渡层上喷涂peek涂层4。这些过渡涂层铺设在转子表面上，增大peek涂层4与转子表面的结合力。
66.本实施例中，所述过渡层是镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层中的任意一种。镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层与peek的结合强度均优于材质为45#钢的转子表面，增加该无机过渡层或者复合材料过渡层，能进一步地提高peek涂层4与转子表面的结合强度。
67.本实施例中，所述s1中，除油的方式是超声波清洗除油。
68.实施例3
69.本实施例公开的一种螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法，其中可参见图1-图7，包括以下步骤，
70.s1、采用螺杆压缩机的阴转子1和阳转子2，啮合试装配阴转子1和阳转子2，使阴转子1和阳转子2保持一定的啮合间隙3；对阴转子1和/或阳转子2的转子表面进行除油，除油后，吹干转子表面；保持一定的啮合间隙3方便安装转子以及方便转子运行，对转子表面进行除油和吹干，以便去除转子表面的污迹，避免影响后续涂料的附着效果，优选地，用压缩空气吹干。
71.s2、采用喷砂机对转子表面进行喷砂，喷砂后，清理转子表面上的砂粒；对转子表面进行喷砂，能去除转子表面氧化皮、钝化层和碳化物，同时增大表面粗糙度，制造出较多的小凹坑，提升后续涂层附着力，优选地，用压缩空气将转子表面的灰尘清理干净。
72.s3、在转子表面的待喷涂区域喷涂peek涂层4；对非喷涂区域进行遮挡，确保减少影响因素，从而能更均匀涂布涂层，保证涂层均匀、厚度合适。
73.s4、将s3喷涂后的转子进行烧结处理，烧结处理在22min内从室温升至400℃，并以400℃保温1h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成peek涂层4，控制阳转子peek涂层厚度与阴转子peek涂层厚度，使其二者加起来的总peek涂层厚度与啮合间隙3之比为5:4，制得螺杆压缩机耐磨涂层，此时peek涂层与啮合间隙3是间隙配合；采用逐渐升温和保温的方式来烧结peek涂层4，使得peek涂层4能受热均匀以及充分融化，保证peek涂层4的附着力以及厚度均匀度。
74.上述制备方法的功效与作用是：能在螺杆压缩机的转子上制造出一层厚度均匀、厚度适中和附着力强的peek涂层4。
75.本实施例中，所述阴转子1和所述阳转子2的啮合间隙3为0.04mm，所述总peek涂层厚度为40μm。啮合间隙3为0.04mm，不但能便于安装，并且能减少内泄漏，peek涂层4的厚度为40μm，防止涂层厚度过大而增加转子前期运行时阻力，避免较长的磨合期，同时也防止涂层过薄时，涂层填补转子间的间隙不足，对“泄气”的改善不明显，导致压缩机能效增大达不到理想状态。
76.本实施例中，所述待喷涂区域包括阴转子1和阳转子2二者的螺旋型面5及阴转子1和阳转子2二者的螺旋端面6。螺旋型面5和螺旋端面6均涂覆有peek涂层4，能保证啮合面均有peek，以及防止peek涂层4有缺口漏出。
77.本实施例中，所述s2中，喷砂压力是0.4mpa，所述喷砂机使用的砂粒粒径是70目。喷砂压力是0.4mpa和砂粒粒径是70目，不但能制备出适中的小凹坑，以及不损坏转子表面。
78.本实施例中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
79.本实施例中，所述s3中，peek涂层4的喷涂方式是手工喷涂、刷涂、等离子喷涂、火焰喷涂、冷压烧结、超音速喷涂和静电喷涂中的任意一种。优选静电喷涂，静电喷涂的电压是70kv，peek出粉量为60％、气压为0.4mpa。静电喷涂采用的是peek粉末，peek粉末能更好地附着在转子表面上，并容易控制厚度。
80.本实施例中，所述s2后，先采用火焰喷涂在转子表面增加过渡层，再在所述过渡层上喷涂peek涂层4。这些过渡涂层铺设在转子表面上，增大peek涂层4与转子表面的结合力。
81.本实施例中，所述过渡层是镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层中的任意一种。镍铝合金层、氮化钛镀层、ptfe改性层与peek的结合强度均优于材质为45#钢的转子表面，增加该无机过渡层或者复合材料过渡层，能进一步地提高peek涂层4与转子表面的结合强度。
82.本实施例中，所述s1中，除油的方式是无水乙醇除油、清洗剂除油、碱洗除油、高温除油、超声波清洗除油中的任意一种或两种以上的组合。
83.实施例4
84.本实施例公开一种螺杆压缩机，包括阴转子1和阳转子2，所述阴转子1和/或所述阳转子2上设有耐磨涂层，所述耐磨涂层实施例1所述的螺杆压缩机耐磨涂层的制备方法制得。
85.性能测试
86.对实施例1所得的螺杆压缩机耐磨涂层进行以下性能测试，
87.1.硬度测试：用铅笔硬度计，在1kg载荷经过6h铅笔测试后，peek涂层没有出现划痕，得到的硬度为铅笔硬度6h及以上。
88.2.附着强度测试：采用测试板，对测试板按照实施例1中处理转子表面的方式进行除油、吹干、喷砂，然后将peek涂层按实施1涂布和烧结peek涂层的方式涂布在测试板上，进行拉拨力测试，拉拨力可达10mpa～15mpa；将压缩机转子在正常运行状态下运行10万个小时以上，实现涂层不脱落。
89.3.能效测试：将压缩机转子在正常运行状态下运行10万个小时以上，测试能效，压缩机能效提升3％～5％。
90.4.厚度测试：用厚度仪测量转子表面peek涂层的厚度，获知peek涂层厚度均匀。
91.5.其他性能测试：由于peek材料自身具有的较低的摩擦系数和良好耐磨损、良好自润滑和吸声特性，而厚度均匀的peek材料更能降低转子啮合过程的振动和噪音，从而解决螺杆压缩机存在能效低、振动噪音较大的问题。
92.由上述性能测试可见，本发明制备方法能制得厚度均匀的peek涂层，而厚度均匀的peek涂层使得peek涂层具有更优异的低摩擦系数、耐磨损、自润滑、强度和附着强度。
93.最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。