[发明专利]固体润滑颗粒在金属合金基体中的受控分布

说明书

本发明提供了一种制造用于压缩机部件的摩擦学支承磨损表面的方法。该方法包括半固态金属铸造，其中，加热固体润滑剂颗粒和金属合金材料的掺和物以熔化金属合金材料，同时润滑剂颗粒保持固相。合金材料和固体润滑剂具有显著不同的密度。例如，金属合金材料可以是铜合金、铁合金或铝合金。该方法还包括混合并冷却该掺和物，以形成半固态浆料掺和物；接下来，该方法包括将半固态浆料掺和物引入模具中。最后，使位于模具中的半固态浆料掺和物固化以形成固体部件，该固体部件具有均质地分布在金属合金材料的基体内的固体润滑剂颗粒，从而形成金属基体复合结构。本发明还提供了一种通过该方法制造的压缩机部件。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月22日提交的美国临时申请No.62/365,756的权益。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文中。

技术领域

本公开涉及用于制造支承材料的半固态金属铸造方法，其对固体润滑颗粒在金属合金基体中的分布提供高水平的控制，并且涉及由其形成的支承材料。

背景技术

在用于加热、通风、空气调节和制冷(HVACR)工业的空调和制冷压缩机中使用的支承件与其他应用(如汽车空调压缩机)相比在所需的设计寿命方面是独特的。支承件通常用于减小接合磨损表面的摩擦同时支撑径向和轴向载荷的目的。住宅HVACR应用的典型压缩机寿命大于50,000小时，HVACR商业应用的典型压缩机寿命超过100,000小时。相比之下，典型的汽车空调压缩机寿命为约3000小时。因此，在用于HVACR应用的压缩机中使用的支承件必须被设计成比其他压缩机应用具有显著更长的寿命。此外，将HVACR压缩机部分或完全密封以防止制冷剂泄漏和确保长时间、可靠、不间断的运行而不需要检修。因此，油或支承件在压缩机的整个寿命期间不改变。因此，这样的支承件的耐久性要求高。只有精心设计的支承件才能够在连续压缩机操作而无需维护或更换的情况下实现如此长的寿命。

此外，制冷和空气调节压缩机支承件具有潜在的固有润滑问题。在很大程度上，润滑油与制冷剂在化学和物理上是可混溶的，制冷剂被压缩和循环通过封闭系统以在制冷回路内向压缩机提供回油。这种可混溶性特征反过来意味着制冷剂对润滑油具有高度的溶解能力。这在关闭系统一段时间后可导致重复的“干”启动条件，因为在这样的关机时间期间，制冷剂可用作从关键支承表面除去油的脱脂剂。

此外，其在发生重复制冷剂溢流情况的压缩机的使用寿命期间、特别是在启动期间或在系统除霜期间并不罕见，因此将油-制冷剂混合物的有效粘度降低至支承件变得严重受力的程度。该制冷剂溢流事件除去了合适的支承性能所需的极重要的润滑。其他现象通常也与HVACR压缩机有关，例如由于这样的系统的室内与室外部分之间的温度平衡而在压缩机的各种内表面上重复出现冷凝和沸腾。

因此，支承件的润滑性能是非常重要的并且与制冷和空气调节压缩机的高耐久性和可靠性要求直接相关。由于存在帮助减小摩擦和防止磨损的固体润滑颗粒，这些特性在HVACR工业的大多数支承件中得以实现并且对于压缩机支承件尤为重要。在压缩机以及其他设备中，通常使用圆柱形套筒式支承件，其可包括具有与聚合物设置在其中以形成磨损表面的套筒相邻的多孔金属层的外部金属套筒或背衬(例如，由钢形成)。例如，用作压缩机中的轴颈轴承的普通轴承具有含有多孔青铜层的钢套筒/背衬，所述多孔青铜层具有良好分散的PTFE树脂，并且还具有分散在整个多孔青铜层中的树脂(例如，通过使用基于溶剂的浆料)中的铅颗粒。在其他变体中，套筒轴承可用分散在金属合金基体中的润滑剂颗粒(例如铅)浇铸，或者可具有通过这样的技术形成的轴承层。