磷酸锰薄膜技术对旋转式空调压缩机曲轴影响研究

李志辰

摘 要：空调已经成为人们生活中不可缺少的电器，空调除了需要具备节能、低噪，使用舒适等特点外，作为一种耐用消费品，其在寿命周期内的高可靠性备受关注。这很大程度上依赖于空调器的心脏——压缩机来实现，空调的性能、可靠性以及长达10年以上的运行寿命，必须由压缩机来保证。因此，如何提高作为主机——压缩机的高效率、低噪音、高可靠性的压缩机是所有压缩机生产不懈努力的方向。本文采用磷酸锰薄膜技术对旋转式空调压缩机曲轴进行处理，研究该处理技术对曲轴耐磨性的影响。

关键词：压缩机 磷酸锰薄膜技术 曲轴

中图分类号：TQ63 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（b）-0117-02

目前，空调压缩机常用的是旋转式压缩机，旋转式压缩机中压缩冷媒的反作用力将曲轴推向上下轴承形成很大的接触压力，由于金属间直接接触，故运行中发生咬死与烧伤及产生较大的磨损。

磷酸锰盐涂层是一种非导电性而又具有防锈性的覆膜，具有稳定的化学性质，本身为微细结晶体组成，对各种润滑油均具甚强的吸附性，从而在金属间形成抗摩擦与耐磨耗用的助层。这层覆膜的存在使得曲轴与轴承间金属表面的直接接触隔离开，防止高压力下的咬合和强力摩擦下的烧伤。

对钢铁表面进行碳氮共渗处理可以提高其耐磨，气体碳氮共渗技术是人们常用的一种表面改性技术。

本文采用磷酸锰薄膜技术对旋转式空调压缩机曲轴进行处理，研究该处理技术对曲轴耐磨性的影响。

1 项目研究目标、研究内容和拟解决的关键问题

1.1 研究目标

旋转式空调压缩机曲轴与上、下轴承间的磨擦阻力直接影响其启动性能与功耗，其磨耗直接关系到压缩机的可靠性。常用通过对曲轴进行锰盐磷化处理，在金属间形成抗摩擦与耐磨耗助层，防止高压力下的咬合及强力摩擦下的烧伤，提高轴承间的初期磨合性，使压缩机的起动性能大为改善。

本文通过理论分析、实验数据充分阐述有效降低摩擦阻力与磨耗的磷酸锰薄膜技术，通过在旋转式压缩机上的运用效果说明磷酸锰薄膜技术对压缩机使用性能与可靠性的重要作用。

1.2 研究内容

磷酸锰薄膜技术包括：

（1）研究磷酸锰薄膜的生成机理及处理液管理。

（2）研究部件表面磷酸锰薄膜的制备及处理工艺。

（3）研究磷磷酸锰薄膜自身的摩擦磨损性能。

（4）研究磷酸錳薄膜技术在压缩机上的实际运用效果。

1.3 拟解决的关键问题

（1）部件上磷酸锰薄膜、碳氮渗层的制备及处理工艺。

（2）磷酸锰薄膜、碳氮渗层的耐磨性能研究及在压缩机上的实际运用效果。

2 项目研究的实施方案及拟采取的研究方法和技术路线

2.1 实施方案

（1）通过调研及查阅资料，进行系统需求分析。

（2）针对相关的几个关键技术查阅相关资料，梳理磷酸锰薄膜、碳氮渗层的制备及处理工艺。

（3）在摩擦试验机上对经过磷酸锰薄膜技术处理的部件进行试验，研究磷酸锰薄膜、碳氮渗层的摩擦磨损性能。

（4）研究经磷酸锰薄膜技术处理后的压缩机的跑合性、耐磨性、制冷量、能效比及噪音（声功率级）等。

2.2 研究方法

2.2.1 磷酸锰薄膜的生成及管理

（1）磷酸锰薄膜的生成。

磷酸锰薄膜处理液的组成为Mn++、Fe++、Ni++、PO43-、NO3-，生成的薄膜为（Mn、Fe）5、H2（PO4）4、H2O。化学反应的初期为游离磷酸造成铁的腐蚀。

为此，氢离子被消耗，铁界面的pH值上升。其结果使处理液中的Mn+、Fe++和PO43-之间所成立的下面所示的平衡被破坏，反应向右方进行，即生成不溶性的第二磷酸盐和游离的磷酸，前者以薄膜的形式在铁表面析出。

（2）磷酸锰处理液的管理。

以上的反应，处理液的全酸度、游离酸度、酸比、温度、铁分、时间等的管理很重要，全酸度即H3PO4+Mn （H2PO4）2的浓度，游离酸度即H3PO4的浓度，酸比即平衡常数的程度，铁分与反应速度及薄膜组成有关，温度左右着平衡常数。磷酸锰薄膜处理液一般按表1进行管理。

2.2.2 磷酸锰薄膜的制备工艺

珠光体铸铁回转部件为基体部件→脱脂处理（50℃～60℃）→水洗（室温）表面调整（室温）→化成（96±3）℃→水洗（室温）→热水洗（60℃～80℃）→抛光+二硫化钼浸渍。

2.2.3 分析测试方法

（1）物相相结构分析。

利用X射线线衍射分析，以确定磷酸锰薄膜物相结构。样品的物相常通过X射线衍射仪进行确定，对经过PEC/N处理的样品经酒精冲洗干燥后在X射线衍射仪上进行X射角为20，终止角为90，扫面速率为3°/min。对测试得出XRD衍射图，用Jade软件进行峰值标定，查出磷酸锰薄膜的相组成。

（2）磷酸锰薄膜表面形貌观察及成分分析。

对磷酸锰薄膜处理后的的试样表面进行扫描电子显微镜（SEM）表面形貌观察并通过能谱（EDS）对处理后的表面进行面扫描分析，研究磷酸锰薄膜表面各主要元素分布。

（3）磷酸锰薄膜耐磨性能测试分析。

试样在摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损实验试样磨损前先用酒精对试样表面进行清洁处理，然后将试样烘干，再用分析天平称重，其精度为10-4g。使用磨耗试验机，按表1所示分组进行试验，测定磷酸锰覆膜的摩擦系数、耐磨性，试验所用载荷3kg、6kg、9kg，磨擦速度0.30m/s、0.84m/s，研究载荷及摩擦速度对磷磷酸锰薄膜摩擦系数、耐磨性的影响。利用扫描电子显微镜、能谱分别对每次磨损完后的试样进行表面形貌、元素含量分析，研究磷酸锰薄膜耐磨性能。

2.2.4 压缩机上的实际运用效果

按上述制备工艺在旋转式空调压缩机的曲轴表面制备磷酸锰薄膜，将含磷酸锰薄膜的曲轴装配于压缩机上，对经磷酸锰薄膜处理的压缩机进行实际试验，研究经磷酸锰处理后的压缩机的跑合性、耐磨性、制冷量、能效比及噪音（声功率级）等。试验时间2000h，频率34Hz、130Hz。

参考文献

[1] 陈锋.R410A空调压缩机用滑片的表面处理[D].上海交通大学，2008.

[2] 石万凯，姜宏伟，秦大同，等.超微细磷酸锰转化涂层摩擦磨损性能研究[J].摩擦学学报，2009（3）：267-271.

[3] 吴萍，周德馨.空调压缩机芯部件国产化的可行性分析[J].日用电器，1998（4）：17-19.