磷酸錳薄膜技術對旋轉式空調壓縮機曲軸影響研究

李志辰

摘 要：空調已經成為人們生活中不可缺少的電器，空調除了需要具備節能、低噪，使用舒適等特點外，作為一種耐用消費品，其在壽命周期內的高可靠性備受關注。這很大程度上依賴于空調器的心臟——壓縮機來實現，空調的性能、可靠性以及長達10年以上的運行壽命，必須由壓縮機來保證。因此，如何提高作為主機——壓縮機的高效率、低噪音、高可靠性的壓縮機是所有壓縮機生產不懈努力的方向。本文采用磷酸錳薄膜技術對旋轉式空調壓縮機曲軸進行處理，研究該處理技術對曲軸耐磨性的影響。

關鍵詞：壓縮機 磷酸錳薄膜技術 曲軸

中圖分類號：TQ63 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（b）-0117-02

目前，空調壓縮機常用的是旋轉式壓縮機，旋轉式壓縮機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，故運行中發生咬死與燒傷及產生較大的磨損。

磷酸錳鹽涂層是一種非導電性而又具有防銹性的覆膜，具有穩定的化學性質，本身為微細結晶體組成，對各種潤滑油均具甚強的吸附性，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力摩擦下的燒傷。

對鋼鐵表面進行碳氮共滲處理可以提高其耐磨，氣體碳氮共滲技術是人們常用的一種表面改性技術。

本文采用磷酸錳薄膜技術對旋轉式空調壓縮機曲軸進行處理，研究該處理技術對曲軸耐磨性的影響。

1 項目研究目標、研究內容和擬解決的關鍵問題

1.1 研究目標

旋轉式空調壓縮機曲軸與上、下軸承間的磨擦阻力直接影響其啟動性能與功耗，其磨耗直接關系到壓縮機的可靠性。常用通過對曲軸進行錳鹽磷化處理，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力摩擦下的燒傷，提高軸承間的初期磨合性，使壓縮機的起動性能大為改善。

本文通過理論分析、實驗數據充分闡述有效降低摩擦阻力與磨耗的磷酸錳薄膜技術，通過在旋轉式壓縮機上的運用效果說明磷酸錳薄膜技術對壓縮機使用性能與可靠性的重要作用。

1.2 研究內容

磷酸錳薄膜技術包括：

（1）研究磷酸錳薄膜的生成機理及處理液管理。

（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在壓縮機上的實際運用效果。

1.3 擬解決的關鍵問題

（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上的實際運用效果。

2 項目研究的實施方案及擬采取的研究方法和技術路線

2.1 實施方案

（1）通過調研及查閱資料，進行系統需求分析。

（2）針對相關的幾個關鍵技術查閱相關資料，梳理磷酸錳薄膜、碳氮滲層的制備及處理工藝。

（3）在摩擦試驗機上對經過磷酸錳薄膜技術處理的部件進行試驗，研究磷酸錳薄膜、碳氮滲層的摩擦磨損性能。

（4）研究經磷酸錳薄膜技術處理后的壓縮機的跑合性、耐磨性、制冷量、能效比及噪音（聲功率級）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。化學反應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，反應向右方進行，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，處理液的全酸度、游離酸度、酸比、溫度、鐵分、時間等的管理很重要，全酸度即H3PO4+Mn （H2PO4）2的濃度，游離酸度即H3PO4的濃度，酸比即平衡常數的程度，鐵分與反應速度及薄膜組成有關，溫度左右著平衡常數。磷酸錳薄膜處理液一般按表1進行管理。

2.2.2 磷酸錳薄膜的制備工藝

珠光體鑄鐵回轉部件為基體部件→脫脂處理（50℃～60℃）→水洗（室溫）表面調整（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）物相相結構分析。

利用X射線線衍射分析，以確定磷酸錳薄膜物相結構。樣品的物相常通過X射線衍射儀進行確定，對經過PEC/N處理的樣品經酒精沖洗干燥后在X射線衍射儀上進行X射角為20，終止角為90，掃面速率為3°/min。對測試得出XRD衍射圖，用Jade軟件進行峰值標定，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。

對磷酸錳薄膜處理后的的試樣表面進行掃描電子顯微鏡（SEM）表面形貌觀察并通過能譜（EDS）對處理后的表面進行面掃描分析，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機上進行摩擦磨損實驗試樣磨損前先用酒精對試樣表面進行清潔處理，然后將試樣烘干，再用分析天平稱重，其精度為10-4g。使用磨耗試驗機，按表1所示分組進行試驗，測定磷酸錳覆膜的摩擦系數、耐磨性，試驗所用載荷3kg、6kg、9kg，磨擦速度0.30m/s、0.84m/s，研究載荷及摩擦速度對磷磷酸錳薄膜摩擦系數、耐磨性的影響。利用掃描電子顯微鏡、能譜分別對每次磨損完后的試樣進行表面形貌、元素含量分析，研究磷酸錳薄膜耐磨性能。

2.2.4 壓縮機上的實際運用效果

按上述制備工藝在旋轉式空調壓縮機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上，對經磷酸錳薄膜處理的壓縮機進行實際試驗，研究經磷酸錳處理后的壓縮機的跑合性、耐磨性、制冷量、能效比及噪音（聲功率級）等。試驗時間2000h，頻率34Hz、130Hz。

參考文獻

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