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制冷压缩机包括壳体，该壳体包括驱动用于压缩制冷气体的压缩装置的电动机。该电动机和压缩装置包括一个或多个金属滑动件，具有滑动面的所述每一金属滑动件彼此相互滑动，其中用不是与该金属滑动件的基底材料一体化形成的反应层来涂覆至少一个滑动件的滑动面。本发明还公开了生产该制冷压缩机的方法。

1.  制冷压缩机，其包括：
壳体，其包括驱动用于压缩制冷气体的压缩装置的电动机；所述电动机和压缩装置包括一个或多个金属滑动件，具有滑动面的所述每一金属滑动件彼此相互滑动；
其中，用不是与所述金属滑动件的基底材料一体化形成的反应层来涂覆所述至少一个滑动件的所述滑动面。

2.  如权利要求1所述的制冷压缩机，其中所述反应层的表面硬度为至少14千兆帕斯卡。

3.  如权利要求1或2所述的制冷压缩机，其中所述反应层选自碳化钽、碳化铌、碳化锌、含碳的碳化钨以及四面体无定形碳。

4.  如权利要求1至3中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中所述滑动件包含碳浓度为0.5％或更低的钢材料。

5.  如权利要求1至3中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中所述滑动件包含不含钼的不锈钢材料。

6.  如权利要求1至3中任一项所述的制冷压缩机，其中所述滑动件包含铸铁。

7.  如权利要求6所述的制冷压缩机，其中所述铸铁包含的碳浓度为0.25％至0.5％且在珠光体基中含有铁素体。

8.  如权利要求1至3中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中所述滑动件包含硅浓度为14％或更少的铝合金。

9.  如权利要求1至8中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中所述制冷气体选自R600a、R290、R600a与R290的混合物以及基于HFC的制冷剂。

10.  如权利要求1至9中任一权利要求所述的制冷压缩机，其还包括用于润滑所述滑动件的油，其中所述油选自烷基苯、矿物油、酯、聚乙烯醚、聚二醇及其混合物，以及所述油的粘度为VG10至VG2。

11.  如权利要求1至10中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中所述压缩装置包括往复式压缩装置。

12.  如权利要求1至11中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中，所述滑动件选自活塞、气缸体、连杆、活塞销、转轴以及轴承。

13.  如权利要求1至12中任一权利要求所述的制冷压缩机，其中使用蒸汽沉积法涂覆所述反应层。

14.  生产制冷压缩机的方法，所述制冷压缩机包括壳体，所述壳体包括驱动用于压缩制冷气体的压缩装置的电动机；所述电动机和所述压缩装置包括一个或多个金属滑动件，具有滑动面的所述每一金属滑动件彼此相互滑动，所述方法包括以下步骤：
用不是与所述一个或多个滑动件的基底材料一体化形成的反应层涂覆所述一个或多个滑动件的所述滑动面。

15.  如权利要求14中所述的方法，其中所述反应层的表面硬度为至少14千兆帕斯卡。

16.  如权利要求14或15中所述的方法，其中所述反应层选自碳化钽、碳化铌、碳化锌、含碳的碳化钨及四面体无定形碳(TA-C)。

17.  如权利要求14至16中任一权利要求所述的方法，其中所述滑动件包含碳浓度为0.5％或更低的钢材料。

18.  如权利要求14至17中任一权利要求所述的方法，其中所述滑动件包含不含钼的不锈钢材料。

19.  如权利要求14至18中任一权利要求所述的方法，其中所述滑动件包含铸铁。

20.  如权利要求19中所述的方法，其中所述铸铁包含的碳浓度为0.25％至0.5％且在珠光体基中含有铁素体。

21.  如权利要求14至18中任一权利要求所述的方法，其中所述滑动件包含硅浓度为14％或更低的铝合金。

22.  如权利要求14至21中任一权利要求所述的方法，其中所述滑动件选自活塞、气缸体、连杆、活塞销、转轴和轴承。

23.  如权利要求14至22中任一权利要求所述的方法，其中所述涂覆步骤包括采用蒸汽沉积法涂覆所述反应层，以及其中所述制冷压缩机为往复式制冷压缩机。

具有非一体化形成的反应层的制冷压缩机滑动面
技术领域
本发明的实施方案涉及用于电冷冻器/电冰箱的压缩机。
背景技术
近来已开发出高效制冷压缩机。这些高效压缩机耗电更少，这有助于减少所燃烧的矿物燃料的量，因此增进全球环境保护。
图1为现有技术—密封型的电动机驱动制冷压缩机的横断面视图，通常被标示为参考数字100。如图1所示，油102储存在密封容器101的底部，容器101进一步包括由定子103、转子104和电动机105驱动的往复式压缩元件106组成的电动机105。
压缩机100进一步包括曲轴107，该曲轴107可包括主轴108和相对于主轴108偏心形成的偏心轴109。能使转子104压入配合主轴108。提供轴承114以重点支撑主轴108。压缩机100也包括供油泵110。
压缩元件106进一步包括气缸体111，该气缸体在其中界定了由基本上圆柱形缸腔112所形成的压力室113。在圆柱形缸腔112内有与该缸腔112滑动配合的活塞115。连杆117通过活塞销116连接活塞115与偏心轴109。所述缸腔112的端面用阀板118密封。将顶盖119固定在所述缸腔112反面的阀板118上，从而界定压力室113。吸入管120被固定在压缩机100中。将吸入管120连接到制冷循环的低压侧(未显示)，该制冷循环将制冷气体(未显示)引入压缩机100内。吸气消声器121与阀板118和顶盖119连接。
主轴108与轴承114形成一对互相滑动的移动部件。同样地，偏心轴109与连杆117、连杆117与活塞销116、活塞销116与活塞115以及活塞115与缸腔112都被看作彼此相互滑动的摩擦力作用的移动部件。
运转时，向电动机105供给电源，从而使转子104在电动机105中旋转。转子104使驱动偏心轴109的曲轴107旋转，因而经活塞销116和连杆117使活塞115移动。当活塞115在缸腔112内移动时，制冷气体通过吸入管120和吸气消声器121被引入到压缩机100中，使该气体在压力室113内被压缩。
从供油泵110向与曲轴107的旋转相关联的每一移动部件供给油112，从而润滑移动部件。此外，油112在活塞115和缸腔筒112之间提供了密封。
传统上，一对移动部件中的一个是由铸铁或基于铁的材料制成。该对中的另一个移动部件是由铸铁或压铸铝合金制成。为了增加压缩机的效率和寿命周期，对由铁或基于铁的材料制成的部件进行硬化处理，例如渗氮、渗碳或碳氮共渗。
渗氮是使氮扩散到钢的表面以增加表面硬度的化学方法。氮与以不同数量存在于钢中的诸如铝、铬、钼和钒等元素形成氮化物。部件在渗氮前经过热处理和回火，然后清洗部件并在500℃至625℃(932℉至1157℉)下、离解的氨(包含N和H)气氛中于熔炉中加热10至40小时。氮扩散到钢中并在整体上形成延伸距离长达0.65mm(0.025in)的氮化物合金。所述整体渗氮层非常硬且变形很小。不需要进一步的热处理；实际上，进一步的热处理可能使整体渗氮层破裂。由于整体渗氮层很薄，不建议表面打磨，其可能会限制渗氮对需要非常光滑磨光的表面的用途。必须对所述方法进行控制以免材料的硬度增加太多致使该材料变得易碎。
对于基于铁的材料，例如各种钢，钢中含碳量决定其是否能够被直接硬化。如果含碳量低(例如小于0.25％)，则渗碳法能够用于增加部件表面的含碳量。于是，能够通过在液体中淬火或在静止的空气中冷却对所述部件进行热处理，其取决于所预期的性能。应注意，该方法只能使表面硬化，而无法使核心硬化，因为高的碳含量仅在表面整体形成。有时会很需要这样，因为其使硬表面具有良好的耐磨性，正如用于现有技术压缩机100的部件，但其具有在冲击负载下表现良好的韧性核心。
渗碳是将碳加入表面的方法。该方法通过在高温下将部件暴露于富碳气氛中，以使得扩散能够将碳原子整体转移至钢中而完成。因为扩散是在浓度差原理下进行的，所以只要所述钢具有低的碳含量，该扩散即会进行。如果，例如所述钢一开始就具有高的碳含量，并且在无碳的熔炉中加热，例如空气，碳将倾向于从钢中扩散出来，导致脱碳。
在一些现有技术申请中，部件可先整体渗碳，然后对所得的整体渗碳层进行进一步的渗氮处理。整体渗碳/渗氮法产生在表面上形成极硬膜的部件，该表面由整体渗碳/渗氮层构成。
在另一现有技术申请中，可使用碳氮共渗法。碳氮共渗法最适合用于低碳钢和低碳合金钢。在该方法中，碳和氮都被整体扩散至表面。部件在混有氨气(NH₃)的烃(例如甲烷或丙烷)气氛中加热。此方法是渗碳和渗氮的混合。
能够对由压铸铝合金制成的其它移动部件进行阳极氧化处理。阳极氧化或阳极化处理是常见的商业术语，用来指金属的电解处理，其在不同表面整体形成稳定的氧化膜或涂层。与渗氮相同，该方法用来对金属表面提供提高的磨损特性(参见，例如现有技术公开的日本专利申请号117371/1994)。以下讨论整体渗氮和阳极氧化过程中关于压缩机100的一些不同问题。
回到图1的讨论。活塞销116和连杆117将主轴107和偏心轴109的旋转运动转化为活塞的往复运动。曲轴每旋转一次，活塞销116和连杆117的相对速度将两次至零。这可能在活塞销116和连杆117间产生不希望有的金属与金属的接触。
特别地，在活塞销116和连杆117间的运转支承应力会增加，从而使活塞销116弯曲。这造成了整体形成的渗氮层破裂和剥落，使在下面的基体暴露。这就是为什么现有技术中需要渗碳步骤的原因：为了产生整体形成的坚硬的抗磨损层以使部件维持得更长久，或防止非正常的磨损破坏。对于可渗氮的钢，其必须包含形成氮化物的物质，例如铝、铬、钒或钼，在技术论文中，最后一个由于其稳定性而被给予最多的关注。这些额外的金属可能增加与钢有关的成本。
特别地，在制冷压缩机100中，在活塞销116和连杆117之间施加的负载在曲轴107的一次转动中波动显著。此外，溶于油102中的制冷气体可根据负载的波动而发泡。该发泡会降低移动部件的润滑作用，使得在活塞销116和连杆117处金属与金属的接触增加。这导致更高的摩擦系数，其在移动部件的接合处可能导致与热相关的问题。类似的现象也可能出现在活塞115和缸腔112之间，以及以上讨论的其它移动部件对的接合处。
可能在移动部件上增加磨损的另一问题是将酸引入至制冷气体/油的混合物中。现今的大气含有由汽车废气或火山气产生的二氧化硫(SO₂)。二氧化硫(SO₂)与水反应生成亚硫酸(H₂SO₃)。当制冷压缩机100开始用制冷气体加载时，或当维修制冷压缩机100时，含有二氧化硫的气体可能被引入到系统中。然后该二氧化硫能够与压缩机100中的少量水反应产生亚硫酸。依次地，该亚硫酸能够对移动部件造成氧化和其它降解，从而减少压缩机的寿命。
因此，对于制冷压缩机，存在着解决一个或多个上述问题的需要。
发明概述
为了克服现有技术相关的各种问题，本发明的实施方案提供了包括壳体的制冷压缩机，该壳体中包括驱动用于压缩制冷气体的压缩装置的电动机。所述电动机和压缩装置能够包括一个或多个金属滑动件，具有滑动面的所述每一金属滑动件彼此相互滑动；其中，用不与该金属滑动件的基底材料一体化形成的反应层来包覆至少一个所述滑动件的所述滑动面。
在一些实施方案中，反应层具有至少14千兆帕斯卡的表面硬度。反应层能够选自碳化钽、碳化铌、碳化锌、含碳的碳化钨和四面体无定形碳。滑动件可以是不含钼的不锈钢材料、铸铁或铝合金。在一些实施方案中，铸铁可包含的碳浓度为0.25％至0.5％且在珠光体基中含有铁素体。在其它实施方案中，铝合金可具有的硅浓度为14％或更少。
在一些实施方案中，制冷气体选自R600a、R290、R600a与R290的混合物以及基于HFC的制冷剂。制冷压缩机还可包括用于润滑滑动件的油，其中所述油选自烷基苯、矿物油、酯、聚乙烯醚、聚二醇及其混合物，以及所述油具有的粘度为VG10至VG2。压缩装置可以是往复式压缩装置。
在一些实施方案中，滑动件可能选自活塞、气缸体、连杆、活塞销、转轴和轴承。使用蒸汽沉积法涂覆所述层。
本发明可选的实施方案涉及生产制冷压缩机的方法。该制冷压缩机包括壳体，该壳体中包括驱动用于压缩制冷气体的压缩装置的电动机。该电动机和压缩装置包括一个或多个金属滑动件，具有滑动面的所述每一金属滑动件彼此相互滑动。该方法包括用反应层涂覆一个或多个所述滑动件的滑动面的步骤，该反应层不是与该金属滑动件的基底材料一体化形成的。
附图简要描述
附图说明了本发明的一实施方案并用于解释本发明的工作原理，将其并入且构成本发明一部分。然而，应当理解，该附图的意图仅用于说明，而不作为对本发明范畴的限定。因此，所述附图提供了本发明的一实施方案，其中：
图1是显示现有技术的制冷压缩机的横断面视图；
图2是显示本发明一实施方案所述的制冷压缩机的横断面视图；
图3是图2中具有代表性的部分的放大图；
图4是说明图2和图3的实施方案所述的四面体无定形碳(TA-C)反应层的抗磨损性增强的图；以及
图5是说明图2和图3的实施方案所述的TA-C反应层的摩擦系数特征的图。
发明详述
图2是显示本发明一实施方案所述的制冷压缩机200的横断面视图。该压缩机200包括充满制冷气体204的壳体202。一定量的油206储存在压缩机内壳体202的底部。
在本发明的一实施方案中，作为实例而不是限制，制冷气体204可以是R134a。或者，所述制冷气体可以是R600a、R290、R600a与R290的混合物、基于氢氟烃(HFC)的制冷剂或本领域技术人员已知的其它制冷气体。此外，作为实例而不是限制，所述油可以选自下述任意一种：烷基苯、矿物油、酯、聚乙烯醚、聚二醇、这些物质的任意混合物或粘度为粘度级别(VG)10至VG2的任意种类的油。
在壳体202内，压缩机200进一步包括电动机210。电动机210包括定子212、主轴216以及能够被压入配合主轴216的转子214。主轴216与偏心轴218相连接。推力轴承220重点支撑主轴216。推力轴承220可进一步包括在与转子214的接合处形成的法兰面222、主轴承224以及位于推力轴承220上部与法兰面222之间的止推垫片226。主轴承224的推力部分225与法兰面222相接触。将与油206相接触的油泵228连在发动机210上并由其驱动。
压缩机200进一步包括压缩制冷气体204的压缩元件230。压缩元件230包括连接在偏心轴218一端的连杆232。连杆232的另一端与活塞销234相连。活塞销234与活塞236相连，该活塞可滑动地装嵌于气缸体240的缸腔238内。阀板242与气缸体240的上端相连。压缩元件230进一步包括连在阀板242上的顶盖246和连在顶盖246上的吸气消声器248。活塞236、气缸体240、阀板242和顶盖246在缸腔238内界定出压力室244。
壳体202可进一步在压缩元件的低压侧具有密封进口(未显示)以引入制冷气体204。同样地，壳体可具有与压力室相连的密封高压出口(未显示)以使压缩的制冷气体204离开压缩机200。
活塞236与缸腔238、主轴216与主轴承224、推力部分225与止推垫片226、活塞销234与连杆232、以及偏心轴218与连杆232形成彼此相互滑动的移动部件(在下文中称为滑动件(slide part)或滑动件(sliding part))的对应对。应当注意，很多滑动件之间的间隙距离可以相当小。例如，在活塞销234与连杆232之间的间隙可能为约5μm至20μm。
在本发明的不同实施方案中，上述的每一滑动件能够由铸铁、铁合金、铝合金或本领域技术人员已知的其它金属或合金制成。应当理解，在随后的讨论中，所讨论的部件可以是任意的以上金属或金属合金。
图3说明了上述各种滑动件的具有代表性的部分300。第一部件302与第二部件304相对滑动。在第一部件302和第二部件304中至少一个部件上有反应层306(以在第二部件304上来说明)。然而，应当理解，所述反应层306能够被涂覆在两个滑动件上，从而进一步增加本发明的这个实施方案的优势，如下文所述。在反应层306和第二滑动件304之间还有界面308。用高硬度涂料涂覆金属部件以形成反应层306。该涂层不是与部件302、304一体化形成的，而是涂覆至部件302、304上的。作为实例而不是限制，具体的涂料可以是碳化钽(TA-C)、碳化铌(NbC)、碳化锌(ZnC)、含碳的碳化钨(WCC)和四面体无定形碳(TA-C)。TA-C也可被认为是类金刚石涂料。
在一实施方案中，使用化学气相沉积法涂覆反应层306。在其它实施方案中，可使用过滤阴极真空弧反应。当使用化学气相沉积法时，反应层306形成厚度为3纳米(nm)至5微米(μm)的非一体化涂层。在一些实施方案中，每对滑动件中的至少一个具有直接沉积于基底材料304上的反应层306。在一些这样的实施方案中，反应层306可多层涂覆。
为了说明使用反应层306的优势，下文提供了压缩机100运转的简短讨论。在运转中，向电动机210供给电力，从而使转子214旋转。转子214使主轴216旋转以驱动偏心轴218，从而通过活塞销234与连杆232使活塞236移动。当活塞236在缸腔238内移动时，制冷气体204通过吸入管(未显示)和吸气消声器248被引入至压缩机200中，使气体204在压力室244内被压缩。
从供油泵228向与主轴216转动相关联的每一移动部件供给油206，从而润滑移动部件。此外，油206在活塞236与缸腔238之间提供了密封。
如背景部分所讨论的，当压缩机200运转时，由于在活塞销234与连杆232之间的间隙很窄，活塞销234和连杆232(以及其它滑动件)可使金属与金属相互接触。以下的讨论使用活塞销234和连杆232作为滑动件的实例。然而，应当理解，相同的分析适用于压缩机200的任何移动部件。
表1