1.本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种螺杆压缩机转子复合涂层及其制备方法和螺杆压缩机。


背景技术：

2.聚醚醚酮(peek)主链中含有大量的酮键、醚键，因此peek具有优良的刚性和柔韧性，是一种耐高温、高性能的热塑性特种工程塑料。peek具有良好的机械性能、耐化学腐蚀以及耐磨损等性能，耐高温性能超过ptfe、pps等特种塑料；具有良好的自润性，有着非常好的加工性能，广泛应用于航空、航天、化工、汽车等领域，有着代替金属材料的趋势。
3.在螺杆压缩机中，阴、阳转子是最关键的运动部件，在运动过程中阴、阳转子相互啮合，转速可达到3000～4500r/min，其螺旋曲面、公差范围小，制造工艺要求极高。
4.由于设计过程中阴、阳转子之间需要留有一定的间隙，这样就导致了螺杆压缩机在工作的过程中会造成一定的泄露，这样就会使得螺杆压缩机的效率降低，为了提高螺杆压缩机的工作效率，就要减小阴、阳转子之间的间隙，所以在阴、阳转子表面喷涂一层耐磨、附着力高、具有一定的自润滑性的涂层。peek的综合性能是现有涂层材料中最适合的一个，但是纯的peek由于表面结构问题，表面摩擦系数偏大、滑动性差，在高速、高载荷的情况下表面产生大量的热能无法扩散，影响其使用。
5.专利cn109777036b公开了一种聚醚醚酮基耐磨复合材料及其制备方法，其采用改性石墨烯纳米微片、聚醚醚酮和聚四氟乙烯来制得复合涂层，但其采用的是改性石墨烯纳米微片，该改性石墨烯纳米微片是纺锤形碳酸钙负载改性的石墨烯纳米微片，即，该专利的技术方案引入了碳酸钙，而碳酸钙会极大降低复合涂层在金属表面上的附着强度以及不容易散热，而螺杆压缩机中的阴、阳转子材质为45#钢且阴、阳转子在高载荷下工作，会产生较多的热量，可见，该专利的复合涂层并不适用于螺杆压缩机中的阴、阳转子。


技术实现要素：

6.本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种螺杆压缩机转子复合涂层，该复合涂层具有散热效果好、摩擦系数低、厚度均匀、附着强度好和致密度好的优点。
7.本发明的目的之二在于提供一种螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法。
8.本发明的目的之三在于提供一种螺杆压缩机。
9.为实现上述目的之一，本发明提供以下技术方案：
10.在一些实施方式中，所述复合涂层包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨，所述复合涂层涂布在所述螺杆压缩机中的阴转子和/或阳转子上。
11.在一些实施方式中，所述聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨在复合涂层中的重量百分数分别是聚醚醚酮87％～93％、聚四氟乙烯3％～9％、石墨1％～7％。
12.本发明一种螺杆压缩机转子复合涂层的有益效果：
13.(1)本发明的peek本身具有耐摩擦、耐高温和耐化学强度以及较好弹性形变的性能，在peek中加入聚四氟乙烯，聚四氟乙烯分子较小且富含双键，将其与peek混合，能填充peek的间隙并稳定地结合在peek中，使得气孔率更低，进而使得复合涂层更加致密，在保证压缩机转子正常运行状态下，实现涂层不脱落，厚度均匀，提升压缩机能效3％～5％，并且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。
14.(2)本发明的在复合涂层中加入石墨，该石墨具有润滑作用，进一步地降低了复合涂层的摩擦系数，从而进一步地降低了摩擦损耗，并且石墨具有较好的散热性能，石墨使得复合涂层在高负载下也能及时散热，保证使用效率。
15.(3)本发明无需改性各原料组分即可提高复合涂层的耐磨擦性、散热性以及致密度，有效保证了复合涂层的使用寿命。
16.为实现上述目的之二，本发明提供以下技术方案：
17.提供上述的螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法，包括以下步骤，
18.s1、将聚醚醚酮粉末、聚四氟乙烯粉末和石墨粉末混合均匀，将混合好的粉末在真空条件下干燥，获得复合粉末；
19.s2、将阴转子和阳转子啮合试装配，使阴转子和阳转子保持一定的啮合间隙，拆卸阴转子和阳转子，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；
20.s3、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；
21.s4、在转子表面的待喷涂区域喷涂复合粉末涂层；
22.s5、烧结转子，其烧结的控温过程是在20min～30min内从室温升至380℃～400℃，并以380℃～400℃保温1h～1.5h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成复合涂层，控制阳转子复合涂层厚度和阴转子复合涂层厚度，使其二者的总复合涂层厚度与啮合间隙之比为(2～5):(3～6)，制得螺杆压缩机转子复合涂层。
23.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，所述总复合涂层厚度为20μm～50μm。
24.在一些实施方式中，所述s1中，混合时间为2h～4h。
25.在一些实施方式中，所述s1中，干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为7h～12h。
26.在一些实施方式中，所述s3中，所述喷砂机的喷砂压力是0.4mpa～0.6mpa。
27.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。
28.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。
29.在一些实施方式中，采用静电喷涂的方式来喷涂复合粉末涂层，所述静电喷涂的电压是60kv～70kv，复合粉末喷枪出粉量为50％～60％，气压为0.4mpa～0.6mpa，喷头距离转子表面的距离是0.15m～0.2m。
30.在一些实施方式中，所述待喷涂区域包括阴转子和阳转子各自的型线侧面及阴转子和阳转子各自的两个端面。
31.在一些实施方式中，所述s2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。
32.本发明一种螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法的有益效果：
33.(1)本发明的制备方法先将聚醚醚酮粉末、聚四氟乙烯粉末和石墨粉末混合均匀，使得各组分先充分混合，利于提高涂层均匀度。
34.(2)本发明的制备方法采用喷砂的方式对阴转子、阳转子进行表面预处理，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，提升涂层附着力。
35.(3)本发明的制备方法在烧结复合涂料时，先缓慢升温，这样避免温度升温过快导致涂层容易出现气孔的问题，能有效地控制复合涂层致密度；后续以高温保温一定时间，温度达到该高温度时，复合涂料中的各组分才会均匀地融化，并与转子结合，具有较好的附着力；采用380℃～400℃的加热温度，使得聚醚醚酮粉末、聚四氟乙烯粉末和石墨粉三者的融合温度落入温度范围380℃～400℃内，不会因温度过高或过低而影响各组分的融化效果。
36.(4)本发明的制备方法将复合涂层厚度与啮合间隙之比控制在为(2～5):(3～6)，防止复合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以致转子间内泄漏改善不明显的问题，导致压缩机能效增大达不到理想状态。
37.为实现上述目的之三，本发明提供以下技术方案：
38.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复合涂层，所述复合涂层由上述的螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法制得。
具体实施方式
39.以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。
40.实施例1
41.本实施例公开的一种螺杆压缩机转子复合涂层，所述复合涂层包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨，所述复合涂层涂布在所述螺杆压缩机中的阴转子和/或阳转子上。
42.上述螺杆压缩机转子复合涂层的作用和功效：在peek材料中添加聚四氟乙烯(ptfe)、石墨，在不改变各原料组分性能的情况下大大增加涂层的摩擦学性能以及致密度。
43.其中，所述聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨在复合涂层中的重量百分数分别是聚醚醚酮87％、聚四氟乙烯9％、石墨1％。
44.上述的螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法，包括以下步骤，
45.s1、将聚醚醚酮粉末、聚四氟乙烯粉末和石墨粉末混合均匀，将混合好的粉末在真空条件下干燥，获得复合粉末；粉末状的原料更利于各原料混合均匀。
46.s2、将阴转子和阳转子啮合试装配，使阴转子和阳转子保持一定的啮合间隙，拆卸阴转子和阳转子，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；先将阴转子和阳转子啮合试装，以便调整和获知阴转子与阳转子之间的啮合间隙。
47.s3、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；优选地，用压缩空气清理砂粒。
48.s4、在转子表面的待喷涂区域喷涂复合粉末涂层；可以采用缠绕胶带、包锡纸等方式遮盖非喷涂区域，喷砂后将缠绕胶带、包锡纸等取下，清理转子表面的砂粒，用压缩空气将转子表面的灰尘清理干净。
49.s5、烧结转子，其烧结的控温过程是在20min内从室温升至380℃，并以380℃保温1h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成复合涂层，控制阳转子复合涂层厚度和阴转子复合涂层厚度，使其二者的总复合涂层厚度与啮合间隙之比为2:3，制得螺杆压缩机转子复合涂层，此时复合涂层与啮合间隙之间是间隙配合。采用逐渐升温和保温的方式
来烧结复合涂层，使得复合涂层不易产生气泡，且受热均匀以及充分融化，保证复合涂层的附着力以及厚度均匀度。
50.上述制备方法的功效与作用：能在螺杆压缩机的转子上制造出一层厚度均匀、厚度适中、摩擦系数低和致密度高的复合涂层。
51.本实施例中，所述阴转子和所述阳转子的啮合间隙为0.03mm，所述总复合涂层厚度为20μm。将复合涂层控制为20μm，能避免厚度过大磨合期长或过薄不利于改善内泄漏问题；将啮合间隙控制在0.03mm，能避免啮合间隙过宽容易泄漏或过窄不便于安装。
52.本实施例中，所述s1中，混合时间为2h，干燥温度为100℃，干燥时间为7h。
53.本实施例中，所述s3中，所述喷砂机的喷砂压力是0.4mpa，所述喷砂机使用的砂粒粒径是50目～80目，这样不但能制备出适中的小凹坑，还不会损坏转子表面。
54.本实施例中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
55.本实施例中，采用静电喷涂的方式来喷涂复合粉末涂层，所述静电喷涂的电压是60kv，复合粉末喷枪出粉量为50％，气压为0.4mpa，喷头距离转子表面的距离是0.15m；由于本实施例采用的是复合粉末，静电喷涂能使喷涂复合粉末更好地附着在转子表面上，并容易控制厚度。
56.本实施例中，所述待喷涂区域包括阴转子和阳转子各自的型线侧面及阴转子和阳转子各自的两个端面，这样使得转子表面上均布有复合涂层。
57.本实施例中，所述s2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。
58.实施例2
59.本实施例公开的一种螺杆压缩机转子复合涂层，所述复合涂层包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨，所述复合涂层涂布在所述螺杆压缩机中的阴转子和/或阳转子上。
60.上述螺杆压缩机转子复合涂层的作用和功效：在peek材料中添加ptfe、石墨，在不改变各原料组分性能的情况下大大增加涂层的摩擦性能以及致密度。
61.其中，所述聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨在复合涂层中的重量百分数分别是聚醚醚酮93％、聚四氟乙烯3％、石墨6％。
62.上述的螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法，包括以下步骤，
63.s1、将聚醚醚酮粉末、聚四氟乙烯粉末和石墨粉末混合均匀，将混合好的粉末在真空条件下干燥，获得复合粉末；粉末状的原料更利于各原料混合均匀。
64.s2、将阴转子和阳转子啮合试装配，使阴转子和阳转子保持一定的啮合间隙，拆卸阴转子和阳转子，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；先将阴转子和阳转子啮合试装，以便调整和获知阴转子与阳转子之间的啮合间隙。
65.s3、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；优选地，用压缩空气清理砂粒。
66.s4、在转子表面的待喷涂区域喷涂复合粉末涂层；可以采用缠绕胶带、包锡纸等方式遮盖非喷涂区域，喷砂后将缠绕胶带、包锡纸等取下，清理转子表面的砂粒，用压缩空气将转子表面的灰尘清理干净。
67.s5、烧结转子，其烧结的控温过程是在30min内从室温升至400℃，并以400℃保温1.5h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成复合涂层，控制阳转子复合涂层厚
度和阴转子复合涂层厚度，使其二者的总复合涂层厚度与啮合间隙之比为5:3，制得螺杆压缩机转子复合涂层，此时复合涂层与啮合间隙之间是过盈配合。采用逐渐升温和保温的方式来烧结复合涂层，使得复合涂层不易产生气泡，且受热均匀以及充分融化，保证复合涂层的附着力以及厚度均匀度。
68.上述制备方法的功效与作用：能在螺杆压缩机的转子上制造出一层厚度均匀、厚度适中、摩擦系数低和致密度高的复合涂层。
69.本实施例中，所述阴转子和所述阳转子的啮合间隙为0.03mm，所述总复合涂层厚度为50μm。将复合涂层控制为50μm，能避免厚度过大磨合期长或过薄不利于改善内泄漏问题；将啮合间隙控制在0.03mm，能避免啮合间隙过宽容易泄漏或过窄不便于安装。
70.本实施例中，所述s1中，混合时间为4h，干燥温度为120℃，干燥时间为12h。
71.本实施例中，所述s3中，所述喷砂机的喷砂压力是0.6mpa，所述喷砂机使用的砂粒粒径是80目，这样不但能制备出适中的小凹坑，还不会损坏转子表面。
72.本实施例中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
73.本实施例中，采用静电喷涂的方式来喷涂复合粉末涂层，所述静电喷涂的电压是70kv，复合粉末喷枪出粉量为60％，气压为0.6mpa，喷头距离转子表面的距离是0.2m；由于本实施例采用的是复合粉末，静电喷涂能将喷涂复合粉末更好地附着在转子表面上，并容易控制厚度。
74.本实施例中，所述待喷涂区域包括阴转子和阳转子各自的型线侧面及阴转子和阳转子各自的两个端面，这样使得转子表面上均布有复合涂层。
75.本实施例中，所述s2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。
76.实施例3
77.本实施例公开的一种螺杆压缩机转子复合涂层，所述复合涂层包括聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨，所述复合涂层涂布在所述螺杆压缩机中的阴转子和/或阳转子上。
78.上述螺杆压缩机转子复合涂层的作用和功效：在peek材料中添加ptfe、石墨，在不改变各原料组分性能的情况下大大增加涂层的摩擦学性能以及致密度。
79.其中，所述聚醚醚酮、聚四氟乙烯和石墨在复合涂层中的重量百分数分别是聚醚醚酮88％、聚四氟乙烯4％、石墨7％。
80.上述的螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法，包括以下步骤，
81.s1、将聚醚醚酮粉末、聚四氟乙烯粉末和石墨粉末混合均匀，将混合好的粉末在真空条件下干燥，获得复合粉末；粉末状的原料更利于各原料混合均匀。
82.s2、将阴转子和阳转子啮合试装配，使阴转子和阳转子保持一定的啮合间隙，拆卸阴转子和阳转子，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；先将阴转子和阳转子啮合试装，以便调整和获知阴转子与阳转子之间的啮合间隙。
83.s3、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；优选地，用压缩空气清理砂粒。
84.s4、在转子表面的待喷涂区域喷涂复合粉末涂层；可以采用缠绕胶带、包锡纸等方式遮盖非喷涂区域，喷砂后将缠绕胶带、包锡纸等取下，清理转子表面的砂粒，用压缩空气将转子表面的灰尘清理干净。
85.s5、烧结转子，其烧结的控温过程是在25min内从室温升至390℃，并以390℃保温1.2h，烧结后，将转子自然冷却至常温，使转子表面形成复合涂层，控制阳转子复合涂层厚度和阴转子复合涂层厚度，使其二者的总复合涂层厚度与啮合间隙之比为4:4，制得螺杆压缩机转子复合涂层，此时复合涂层与啮合间隙之间是最小过盈等于0的过盈配合。采用逐渐升温和保温的方式来烧结复合涂层，使得复合涂层不易产生气泡，且受热均匀以及充分融化，保证复合涂层的附着力以及厚度均匀度。
86.上述制备方法的功效与作用：能在螺杆压缩机的转子上制造出一层厚度均匀、厚度适中、摩擦系数低和致密度高的复合涂层。
87.本实施例中，所述阴转子和所述阳转子的啮合间隙为0.04mm，所述总复合涂层厚度为40μm。将复合涂层控制为40μm，能避免厚度过大磨合期长或过薄不利于改善内泄漏问题；将啮合间隙控制在0.04mm，能避免啮合间隙过宽容易泄漏或过窄不便于安装。
88.本实施例中，所述s1中，混合时间为3h，干燥温度为110℃，干燥时间为10h。
89.本实施例中，所述s3中，所述喷砂机的喷砂压力是0.5mpa，所述喷砂机使用的砂粒粒径是60目，这样不但能制备出适中的小凹坑，还不会损坏转子表面。
90.本实施例中，所述喷砂机使用的砂粒是刚玉砂或钢砂。
91.本实施例中，采用静电喷涂的方式来喷涂复合粉末涂层，所述静电喷涂的电压是65kv，复合粉末喷枪出粉量为55％，气压为0.5mpa，喷头距离转子表面的距离是0.17m；由于本实施例采用的是复合粉末，静电喷涂能将喷涂复合粉末更好地附着在转子表面上，并容易控制厚度。
92.本实施例中，所述待喷涂区域包括阴转子和阳转子各自的型线侧面及阴转子和阳转子各自的两个端面，这样使得转子表面上均布有复合涂层。
93.本实施例中，所述s2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。
94.实施例4
95.本实施例公开一种螺杆压缩机，包括阴转子和阳转子，所述阴转子和/或所述阳转子上设有复合涂层，所述复合涂层由实施例1所述的螺杆压缩机转子复合涂层的制备方法制得
96.性能测试
97.对实施例1所得的螺杆压缩机转子复合涂层进行以下性能测试，
98.1.摩擦系数：用摩擦检测仪检测复合涂层的涂层表面，得到摩擦系数0.07～0.2。
99.2.致密度测试：常温下以压力挤压复合涂层，复合涂层弯曲强度是150mpa～300mpa。
100.3.耐热性测试：复合涂层热变形温度为315℃以上，在260℃下能运行12万小时以上。
101.4.硬度测试：设置试验力为25n，保持时间15s，取10次测量的平均值，得到复合涂层的平均硬度为16hv～20hv。
102.5.附着力测试：采用astm d3359-02标准试验的画叉法，用美工刀均匀稳定地沿直线切割复合涂层，美工刀与复合涂层的夹角是30
°
～45
°
，切割线长为45mm，得到复合涂层附着力等级为5a。
103.由上述摩擦系数测试可见，本实施例的复合涂层摩擦系数低，摩擦系数为0.07～0.2，能有效降低摩擦阻力，且确保阳转子与阴转子之间能稳定地相对转动。
104.由上述致密度测试可见，本实施例的复合涂层致密度好从而弯曲强度好，在保证压缩机转子正常运行状态下，实现涂层不脱落，厚度均匀，并提升压缩机能效，降低转子啮合过程的振动和噪音。
105.由上述耐热性测试可见，本实施例的复合涂层散热性能好，从而耐热性能好，便于转子在高速、高载荷的情况下表面产生的大量热能能快速扩散，提高使用寿命。
106.由上述硬度测试可见，本实施例的复合涂层的硬度好，使得转子在高速、高载荷的情况下仍能稳定使用。
107.由上述附着力测试可见，本实施例的复合涂层的附着力好，使得转子在高速、高载荷的情况下仍能稳定地附着在转子表面上。
108.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。