压缩机铝涡旋表面陶瓷涂层的制备方法涡旋及工艺

压缩机铝涡旋表面陶瓷涂层的制备方法涡旋及工艺

压缩机用铝质涡旋盘表面陶瓷涂层的制备方法、涡旋盘与流程/

1、本发明涉及新材料制造技术领域,具体涉及一种压缩机用铝涡旋件表面陶瓷涂层的制备方法及涡旋件。

背景技术:

2、随着国家对节能环保要求的不断提高,涡旋压缩机以其能效高、噪音低、结构紧凑等优点,在制冷、热泵领域迅速发展,成为压缩机行业的热点,运行稳定。 涡旋压缩机是通过动、静涡旋盘之间相对高频的往复运动而形成封闭容积的连续变化,从而达到压缩空气的目的。 然而,关键的压缩部件——动涡旋盘和定涡旋盘,大多采用轻质、高强度的铸造铝合金制成。 在高速相对旋转和无油润滑的恶劣工况下,必须采用表面处理来提高铝合金的表面质量。 耐磨性。

3、目前提高铝合金件表面耐磨性能的主要方法有化学镀镍、硬质阳极氧化和微弧氧化。 然而化学镀镍和硬质阳极氧化这两种工艺越来越受到环境压力的影响。 另一方面,生产出来的膜层性能有限,无法满足卷轴在特殊/恶劣使用条件下的长期连续运行。 因此,具有绿色、环保、高效、短流程等工艺特点的微弧氧化技术成为涡旋盘技术研发的重点。

4、微弧氧化可以在铝合金上轻松制备显微硬度超过1000hv的氧化铝陶瓷层。 但应用于滚动板耐磨涂层制备时仍存在以下问题:(1)高硅铸铝困难,在合金上获得高生长速率的微弧氧化陶瓷涂层; 由于富硅相的泄漏效应,铝硅压铸合金的涂层在微弧氧化过程中生长缓慢(2)涡旋盘中复杂涡旋齿结构的​​限制,这提高了铝硅压铸合金的涂层的生长速度。陶瓷涂层生长的均匀性; (3)涂层表面微米级的多孔结构导致表面粗糙度较高。

5、公开号为CN109161846a的中国专利公开了一种铝工件表面复合涂层及其应用。 它采用两步法在铝卷轴上制备复合涂层。 然而,该方法得到的复合涂层存在层间性能不均匀的问题。 表层二硫化钨涂层虽然具有自润滑性能,但硬度较低,而陶瓷底层硬度较高,但无自润滑性能。 其次,在涂层的制备过程中,涂层的生长速度和涂层的均匀性都需要提高。

技术实现要素:

6、本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供一种压缩机用铝涡旋板表面制备陶瓷涂层的方法。 该制备方法可以提高陶瓷膜层的生长速率并降低膜层的厚度。 极差,降低膜层表面粗糙度。

7、根据本发明的第一方面,提供了一种压缩机用铝涡旋件表面陶瓷涂层的制备方法,具体包括以下步骤:

8、将清洗干净的待处理涡流盘放入盛有电解液的微弧氧化槽中。 涡流盘连接至微弧氧化电源的正极。 以不锈钢板为阴极,连接微弧氧化电源输出的负极。 设置电气参数,打开电源、吹风系统、循环喷涂系统,对待处理的涡旋盘进行微弧氧化处理;

9、其中,所述电解液含有纳米石墨颗粒; 电解液通过循环喷射系统循环喷射。

撒在待加工的旋流板上;

10、微弧氧化处理完成后,将氧化后的卷轴板清洗并干燥。

11、优选的,所述电解液的配方为:磷酸盐20-50g/l、成膜助剂0-5g/l、pH调节剂0-2g/l、纳米石墨颗粒2-10g/l、添加剂a 4~8g/l。 l、添加剂b 0~10g/l; 其余的是去离子水。

12.优选地,纳米石墨颗粒的平均粒径为60至200nm。

13.优选地,磷酸盐是六偏磷酸钠。

14、优选的,所述成膜助剂为硅酸钠、铝酸钠中的一种或两种的混合物,所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

15、优选地,所述添加剂a为十二烷基苯磺酸钠,所述添加剂b为钨酸钠。

16、优选的,微弧氧化处理参数为:频率200-1000Hz,脉冲宽度80-500μs,电流密度2-8a/dm2,氧化时间30-60min,电解液温度20-40℃。 。

17、优选地,所述循环喷雾系统的循环频率大于或等于4次/小时。

18、优选地,所述循环喷射系统采用多点喷射方式,各点垂直等距喷射在待处理的涡轮盘的涡流齿面上。

19、根据本发明的第二方面,提供了一种涡旋件,所述涡旋件表面涂层是通过前述的压缩机用铝质涡旋件表面陶瓷涂层的制备方法制备的。

20、本发明的有益效果是:

21.1。 本发明在微弧氧化电解液中引入纳米石墨颗粒,利用纳米石墨颗粒在阳极液液固界面过程中通过电泳、浸润等作用参与工件表面涂层的生长,并伴随着化学反应。 -原位复合、陶瓷烧结等工艺。 在一定程度上填充和/或堵塞涂层的微孔结构,降低粗糙度,形成沿表面和界面具有不同纳米石墨颗粒分布状态的陶瓷涂层,并赋予涂层在滑动磨损时的自润滑作用服务。 齿条试验中,满足磨损率小于10μm/1000h的要求; 同时,通过槽内循环喷淋系统,高效的循环传质,加强了阳极界面纳米石墨等颗粒的供给和微气泡的溢出,从而改善陶瓷涂层的生长。 速度快,并通过独特的循环喷射系统的出口直接注入涡流齿面,有助于快速更新涡流盘涡流齿面附近的电解液,从而减少因浓度差和温度差造成的膜厚度不均匀。 问题; 通过电解液吹入空气,使溶液中的纳米石墨颗粒分散,减少石墨的团聚和沉降,使石墨离子均匀分布在电解液中,从而均匀分布在陶瓷涂层中。

22.2. 本发明制备工艺简单,重复性好,可靠性高。 可实现压缩机用铝涡旋板表面耐磨陶瓷涂层的自动化、低成本、规模化生产,且不产生废水。 绿色环保,具有良好的应用前景。

附图说明

23、图1为本发明压缩机用铝涡旋盘表面陶瓷涂层的制备方法的工艺流程图。

24、图2为本发明压缩机用铝质涡旋件的实物图。

25、图3为本发明微弧氧化槽的结构示意图。

26、图4为实施例2所得样品的xrd图。

27.图5a是实施例2中获得的样品的表面SEM图像。

28.图5b是实施例2中获得的样品的截面SEM图像。

29、附图标记说明: 1、罐体; 11、出水口; 2、阴极不锈钢板; 3、阳极导电板; 4、循环注射

系统; 41、循环喷射系统进水端; 42、喷淋管; 421.喷嘴; 5、鼓风系统; 51、鼓风系统接入端; 52. 管道; 6、待加工的滚动盘; 7. 固定装置。

详细方式

30、为了更好地理解本发明的技术内容,下面结合附图对具体实施例进行描述。

31.在本公开中参考附图描述了本发明的各方面,附图中示出了多个图示的实施例。 本公开的实施例不一定旨在包括本发明的所有方面。 应当理解,上面介绍的各种概念和实施例以及下面更详细描述的那些可以以多种方式中的任何一种来实现。

32.本发明提供了一种在压缩机用铝涡旋板表面制备陶瓷涂层的方法。 通过在微弧氧化工艺中引入纳米石墨颗粒,并在罐内设置循环喷雾系统,解决了压缩机用铝涡旋板的问题。 质量涡盘微弧氧化制备耐磨陶瓷涂层生长速率低、均匀性差、粗糙度高的生产技术问题。

33、 在一个具体实施例中,如图1所示,提供了一种压缩机用铝质涡旋板表面制备陶瓷涂层的方法,具体包括以下步骤:

34、将清洗干净的待处理涡流盘放入盛有电解液的微弧氧化槽中。 涡流盘连接至微弧氧化电源的正极。 以不锈钢板为阴极,连接微弧氧化电源输出的负极。 设置电流。 参数,打开电源、吹风系统、循环喷涂系统,对待处理的涡旋盘进行微弧氧化处理;

35、其中,所述电解液含有纳米石墨颗粒; 通过循环喷淋系统将电解液循环喷淋到待处理的涡盘上;

36、微弧氧化处理完成后,对氧化后的卷轴板进行清洗、干燥。 所得涂层滚动板如图2所示。

37、在一优选例中,所述电解液的配方为:磷酸盐20-50g/l、成膜助剂0-5g/l、pH调节剂0-2g/l、纳米石墨颗粒2-10g/l、添加剂a 4 ~8g/l,添加剂b 0~10g/l; 其余的是去离子水。

38.在一个更优选的实施方案中,纳米石墨颗粒的平均粒径为60至200nm。

39.在一个更优选的实施方案中,磷酸盐是六偏磷酸钠。

40.在另一个优选的实施方案中,磷酸盐是三聚磷酸钠或多聚磷酸钠。

41、更优选的实施例中,所述成膜助剂为硅酸钠和铝酸钠中的一种或两种的混合物,所述pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

42、在一个更优选的实施例中,所述添加剂a为十二烷基苯磺酸钠,用于分散纳米石墨粉; 添加剂b为钨酸钠,用于增强涂层的硬度。

43、在另一优选例中,所述微弧氧化处理的参数为:频率200-1000Hz,脉冲宽度80-500μs,电流密度2-8a/dm2,氧化时间30-60min,电解液温度:20~200℃。 40℃。

44、在另一优选例中,所述循环喷雾系统的循环频率大于或等于4次/小时。

45、在另一优选例中,所述循环喷射系统采用多点喷射方式,各点垂直等距喷射在待处理涡轮盘的涡流齿面上。

46、在其他优选实施例中,在进行微弧氧化之前,首先对涡旋盘进行清洗,将待处理的涡旋盘通过工装夹具安装,挂在脱脂槽中清洗其表面,然后进行漂洗用干净的水就可以了。

47、压缩机用铝涡旋板表面耐磨陶瓷涂层制备工艺见图3。

微弧氧化槽包括槽体1、阴极不锈钢板2、阳极导电板3、循环喷射系统4和鼓风系统5。

48、阴极防渗钢板2竖直安装在罐体1内,阳极导电板3可拆卸地安装在罐体1的上端面上,待加工的卷盘6夹紧在阳极导电板3上。待处理的卷盘6通过夹具7伸入罐体1的内腔,并与阴极不透钢板2平行。

49、水箱底部设有出水口11,出水口11与循环泵的一端连接。 循环泵的另一端连接至循环喷射系统的进水端41。 循环喷射系统出水端设有一组喷头。 喷淋管42上设置有多个喷嘴421,喷嘴421与待加工的涡旋件6的位置相对应地设置。

50、吹气系统的接入端51与空压机连接,吹气系统的出气端位于罐体1的腔体内。

51、本优选实施例中,喷嘴421与待处理卷轴6的距离为15~20cm,且喷嘴所在纵截面与待处理卷轴6的纵截面平行。使射流中的电解液垂直、等距地喷射在经过处理的涡轮盘的涡流齿面上。

52、需要理解的是,喷淋管42的数量和喷嘴421的数量可以根据实际情况设定,只要保证涡轮盘的涡流齿面能够将电解液完全喷洒即可。

53、在另一优选实施例中,采用功率为1至3千瓦的循环泵。

54、需要理解的是,循环泵的功率以及喷嘴421与待处理的涡旋盘6之间的距离可根据实际情况选择,只要保证喷射的电解液即可。可喷射到涡轮盘的涡流齿面上。 就是这样。

55、在另一优选实施例中,所述吹风系统的出风端为一组管道52,所述管道上设有出风口。

56、在另一优选例中,还提供了一种涡旋件,其涡旋件表面涂层采用上述压缩机用铝质涡旋件表面陶瓷涂层的制备方法制备而成。

57、下面结合具体实例和试验,对涡旋盘表面耐磨陶瓷涂层的制备及效果进行示范性试验和比较。 当然,本发明实施例不限于此。

58、除非另有说明,以下实施例中所用的实验方法均为常规方法。 下述实施例中所用的材料、试剂等,除非另有说明,均可从商业来源获得。

59.【例1】

60、第一步:通过工装夹具安装好待加工的滚动盘,放入脱脂槽中,清洗其表面,然后用清水冲洗干净。

61、第二步:将步骤一清洗干净的卷轴板运至微弧氧化槽内,连接至微弧氧化电源正极。 打开微弧氧化电源系统,进行批量工件的加工。 电源参数设置为:频率300hz、脉冲宽度300μs、电流密度6a/dm2、氧化时间30min; 处理过程中,电解液需要保持高效的鼓风和循环,温度控制在20℃,循环频率4次/小时。

62、电解液配方为:六偏磷酸钠50g/l、硅酸钠2g/l、铝酸钠3g/l、纳米石墨颗粒2g/l(平均粒径60nm)、十二烷基苯磺酸钠4g/l、钨酸钠2g/l,电解液采用去离子水配制,电解液总体积为4000l。

63、第三步:将第二步微弧氧化处理后的工件转移至水洗槽中进行水洗。

64、第四步:将第三步清洗后的工件转移到烘箱或隧道炉中干燥。 干燥时间为10分钟。

65.【例2】

66、第一步:通过工装夹具安装好待加工的滚动盘,放入脱脂槽中,清洁其表面,然后用清水冲洗干净。

67、第二步:将步骤一清洗干净的卷轴板运至微弧氧化槽内,连接至微弧氧化电源正极。 打开微弧氧化电源系统,进行批量工件的加工。 电源参数设置为:频率900hz、脉冲宽度100μs、电流密度4a/dm2、氧化时间60min; 处理过程中,电解液需要保持高效的鼓风和循环,温度控制在30℃,循环频率5次/小时。

68、电解液配方为:六偏磷酸钠30g/l、铝酸钠4g/l、氢氧化钾1g/l、纳米石墨颗粒8g/l(平均粒径200nm)、十二烷基苯磺酸钠8g/l、钨酸钠6g/l,电解液由去离子水配制,电解液总体积为4000l。

69、第三步:将第二步微弧氧化处理后的工件转移至水洗槽中进行水洗。

70、第四步:将第三步清洗后的工件转移至烘箱或隧道炉中干燥。 干燥时间为30分钟。

71.【例3】

72、第一步:通过工装夹具安装好待加工的滚动盘,放入脱脂槽中,清洁其表面,然后用清水冲洗干净。

73、第二步:将步骤一清洗干净的卷轴板运至微弧氧化槽内,连接至微弧氧化电源正极。 打开微弧氧化电源系统,进行批量工件的加工。 电源参数设置为:频率600hz、脉冲宽度200μs、电流密度4a/dm2、氧化时间40min; 处理过程中,电解液需要保持高效的鼓风和循环,温度控制在25℃,循环频率为6次/小时。

74、电解液配方为:六偏磷酸钠40g/l、硅酸钠3g/l、氢氧化钠1g/l、纳米石墨颗粒5g/l(平均粒径100nm)、十二烷基苯磺酸钠6g/l、钨酸钠4g/l,电解液采用去离子水配制,电解液总体积为4000l。

75、第三步:将第二步微弧氧化处理后的工件转移至水洗槽中进行水洗。

76、第四步:将第三步清洗后的工件转移到烘箱或隧道炉中烘干。 干燥时间为30分钟。

77.【比较例1】

78、第一步:通过工装夹具安装待加工的滚动盘,放入脱脂槽中,清洁其表面,然后用清水冲洗干净。

79、第二步:将步骤一清洗干净的卷轴板运至微弧氧化槽内,连接至微弧氧化电源正极。 打开微弧氧化电源系统,进行批量工件的加工。 电源参数设置为:频率600hz、脉冲宽度200μs、电流密度4a/dm2、氧化时间40min; 处理过程中,电解液需要保持高效的鼓风和循环,温度控制在25℃,循环频率为6次/小时。

80、电解液配方为:六偏磷酸钠40g/l、硅酸钠3g/l、氢氧化钠1g/l、十二烷基苯磺酸钠6g/l、钨酸钠4g/l,电解液由去离子水和总体积组成。电解液为4000l。

81、第三步:将第二步微弧氧化处理后的工件转移至水洗槽中进行水洗。

82、第四步:将第三步清洗后的工件转移到烘箱或隧道炉中干燥。 干燥时间为30分钟。

83.【比较例2】

84、第一步:通过工装夹具安装待加工的滚动盘,放入脱脂槽中,清洁其表面,然后用清水冲洗干净。

85、第二步:将步骤一清洗干净的卷轴板运至微弧氧化槽内,连接至微弧氧化电源正极。 打开微弧氧化电源系统,进行批量工件的加工。 电源参数设置为:频率600hz、脉冲宽度200μs、电流密度4a/dm2、氧化时间40min; 处理过程中必须保持电解液通气,循环封闭。

86、电解液配方为:六偏磷酸钠40g/l、硅酸钠3g/l、氢氧化钠1g/l、十二烷基苯磺酸钠

6g/l,钨酸钠4g/l,电解液用去离子水配制,电解液总体积为4000l。

87、第三步:将第二步微弧氧化处理后的工件转移至水洗槽中进行水洗。

88、第四步:将第三步清洗后的工件转移到烘箱或隧道炉中干燥。 干燥时间为30分钟。

89.【比较例3】

90、第一步:通过工装夹具安装好待加工的滚动盘,放入脱脂槽中,清洁其表面,然后用清水冲洗干净。

91、第二步:将步骤一清洗干净的卷轴板运至微弧氧化槽内,连接至微弧氧化电源正极。 打开微弧氧化电源系统,进行批量工件的加工。 电源参数设置为:频率600hz、脉冲宽度200μs、电流密度4a/dm2、氧化时间40min; 处理过程中必须保持电解液通气,循环封闭。

92、电解液配方为:六偏磷酸钠40g/l、硅酸钠3g/l、氢氧化钠1g/l、纳米石墨颗粒5g/l(平均粒径100nm)、十二烷基苯磺酸钠6g/l、钨酸钠4g/l,电解液采用去离子水配制,电解液总体积为4000l。

93、第三步:将第二步微弧氧化处理后的工件转移至水洗槽中进行水洗。

94、第四步:将第三步清洗后的工件转移到烘箱或隧道炉中干燥。 干燥时间为30分钟。

95.【测试】

96.xrd 和扫描电镜

97.对实施例2获得的样品进行xrd和sem测试

98、从XRD图(图4)可以看出,微弧氧化涂层主要由氧化铝和石墨组成,说明电解液中添加的纳米石墨颗粒已经融入到微弧氧化中。涂层; 同时,结合对比例实施例3和对比例1的平均生长速率(表1)可以看出,石墨的添加有助于提高镀层的生长速率,降低涂层的摩擦系数。涂层。

99、从涂层表面SEM图(图5a)可以看出,压缩机铝涡旋件表面的微弧氧化陶瓷涂层均匀、细腻。 结合实际产品照片(图2),可以进一步证明涂层均匀且粗糙度低。

100、从涂层表面SEM截面图(图5a)可以看出,该样品的微弧氧化陶瓷涂层(b)厚度约为20μm,且厚度均匀,表面均匀(a为基材)。

101.性能测试

102、对实施例1~3和对比例1~3得到的样品进行性能测试,结果如表1所示。

103、表1 各实施例制备的涂层测试数据

[0104][0105][0106]

从表1中可以看出,采用本发明的制备方法在铝涡旋盘上制备的微弧氧化涂层厚度为8-24μm,膜厚范围<2μm,微弧氧化涂层厚度为8-24μm,膜厚范围<2μm,微弧氧化涂层厚度为8-24μm,膜厚范围<2μm。涂层硬度为900-1300HV。 表面粗糙度为0.7-1μm,摩擦系数为0.15-0.35μm。 各实施例制备的涂层在机器磨损试验中均满足小于10μm/1000h的磨损率。

使用要求。

[0107]

对比例1至3均与实施例3相同体系,不同之处在于:对比例1电解液中不含有纳米石墨颗粒; 对比例2的电解液不含纳米石墨颗粒,且不具备循环喷雾系统。 3 级没有循环喷水灭火系统。

[0108]

与对比例1的实施例3相比,对比例1的电解液缺少纳米石墨离子。 表1结果表明,添加纳米石墨粉可以增加成膜反应物质,有效提高涂层的生长速率,并通过石墨的自然生长起到润滑作用,降低涂层的摩擦系数。

[0109]

对比例2和对比例3 与实施例3相比,对比例2和对比例3没有循环喷雾系统。 表1结果表明,循环喷涂系统不仅有利于提高涂层的生长速率,而且可以铝滚动板滚动齿面的特殊结构减少对成膜的限制,使得涂层生长更均匀(膜厚范围更小)。

[0110]

另一方面,通过对比例1~3与实施例3的对比,也可以证明,本发明的方法中,纳米石墨离子与循环喷涂系统协同作用,提高了涂层的生长速率。 。

[0111]

以上虽然已通过优选实施例公开了本发明,但是本发明并不局限于此。 本发明所属技术领域的普通技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。 因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特点:

1、一种压缩机用铝涡旋件表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:将清洗后的待处理涡旋件置于装有电解液的微弧氧化槽中,卷轴板连接微弧氧化电源的正极,不锈钢板作为负极连接微弧氧化电源的负极。 设置电气参数,打开电源、吹风系统、循环喷雾系统,对待处理的滚动盘进行微弧处理。 氧化处理; 其中,电解液含有纳米石墨颗粒; 通过循环喷淋系统,将电解液循环喷淋到待处理的涡流盘上; 微弧氧化处理完成后,将氧化涡流皿洗净并晾干即可。 2.根据权利要求1所述的压缩机用铝涡旋板表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述电解液的配方为:磷酸盐20-50g/l,成膜助剂0~5g/l ,pH调节剂0~2g/l,纳米石墨颗粒2~10g/l,添加剂a 4~8g/l,添加剂b 0~10g/l; 其余的是去离子水。 3.根据权利要求2所述的压缩机用铝涡旋板表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述纳米石墨颗粒的平均粒径为60~200nm。 4.根据权利要求2所述的压缩机用铝涡旋板表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述磷酸盐为六偏磷酸钠。 5.根据权利要求2所述的压缩机用铝质涡旋板表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述成膜助剂为硅酸钠和铝酸钠中的一种或两种。 混合,pH调节剂为氢氧化钠或氢氧化钾。 6.根据权利要求2所述的压缩机用铝质涡旋板表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述添加剂a为十二烷基苯磺酸钠,所述添加剂b为钨酸钠。 7.根据权利要求1或2所述的压缩机用铝涡旋盘表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述微弧氧化处理的参数为:频率200~1000Hz,脉宽80 ~500μs,电流密度2~8a/dm2,氧化时间30~60min,电解液温度20~40℃。 8.根据权利要求1或2所述的压缩机用铝质涡旋板表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述循环喷涂系统的循环频率大于或等于4次/小时。 9.根据权利要求1或2所述的压缩机用铝涡旋盘表面陶瓷涂层的制备方法,其特征在于,所述循环喷涂系统采用多点喷射方式,各点垂直等距喷涂在铝质涡旋盘表面。待处理涡轮盘涡齿面。 10.一种涡旋件,其特征在于,所述涡旋件表面涂层是采用权利要求1至9中任一项所述的压缩机用铝质涡旋件表面陶瓷涂层的制备方法制备的。

技术总结

本发明提供了一种压缩机用铝涡旋板表面制备陶瓷涂层的方法。 通过在微弧氧化电解液中引入纳米石墨颗粒,并在微弧氧化槽内部设置循环喷射系统,在氧化过程中,槽内的电解液不断喷射到涡流齿面使陶瓷涂层在涡轮盘表面原位生长。 本发明还提供一种滚动盘。 本发明的制备方法可以提高陶瓷膜层的生长速率,减小膜层的厚度差,降低膜层的表面粗糙度和摩擦系数。 粗糙度和摩擦系数。 粗糙度和摩擦系数。

技术研发人员:杨波、李洪涛、徐童、刘灿灿、卢永荣、包兴义

受保护技术使用者:江阴微弧金属科技有限公司

技术研发日:2021.12.10

技术公告日期:2022年4月15日