旋轉式壓縮機用葉片及其制造方法

專利名稱：旋轉式壓縮機用葉片及其制造方法
技術領域：
本發明涉及耐磨耗性及潤滑性和防發熱膠著性(即滑動性)優異的旋轉式壓縮機用葉片及其制造方法。
背景技術：
考慮到拉伸強度、抗彎強度等原材料強度和耐磨耗性和/或耐發熱膠著性等原材料特性或該原材料的加工性，目前廣泛使用鐵系鋼材作為空調、冰箱用的旋轉式壓縮機中使用的葉片(滑動部件)的原材料。所述鋼材是以鐵(Fe)為主要成分、含有C、Cr、Mo、W、Co、V、Si等的特殊鋼，主要使用高速工具鋼(JIS規格SKH51)。除此之外，還使用通過調合Mo、Cr等所含成分而改善了耐磨耗性、耐發熱膠著性的燒結合金。該燒結合金由于可在金屬模中成形為類似形狀，因此，可降低加工成本。
然而，最近，隨著旋轉式壓縮機變得可翻轉、高效率和節能等而日趨多樣化，對能夠適應高負荷、高速化、高功率化的嚴酷條件的葉片的要求變得更加嚴格，用以往的超耐熱硬質合金和特殊鋼的凈材(無垢材)已經難以滿足耐磨耗性、耐發熱膠著性的要求。
為此，以進一步改善耐磨耗性、耐發熱膠著性、耐疲勞性、耐腐蝕性等為目的，通過采用鹽浴法或氣體法的表面處理使該鋼材的表面硬化，開發可承受高負荷、高功率的葉片。
鹽浴法有鹽浴軟氮化處理和低硫系的鹽浴硫氮共滲處理二種方法。鹽浴軟氮化處理是，將鋼材在500-610℃左右的低于鐵的變態溫度的低溫進行處理，使N、C、O元素滲入鐵中，在表面附近形成8-15μm左右的氮化合物層(白層)和其下面的0.3mm左右的氮擴散硬化層(網眼層)。低硫系的鹽浴硫氮共滲處理是，將含S(硫)的堿金屬鹽在565℃±5℃的溫度加熱、保持，并將需處理的材料浸漬于熔融鹽浴中，在其表面形成以硫化物和氮化物為主體的氮化合物層，再在其下面生成氮擴散層。
例如，采用1972年在法國Hydromecanique Et.Frottement(法國流體力學磨耗研究所，簡稱H.E.F.)開發并實用化的Sur·Sulf法，在鐵部件表面附近形成由硫化物和氮化物構成的多孔質層，在母材附近形成氮化物(Fe3N)的單一層，通過氮原子的擴散，提高母材硬度，并通過以硫化物為主體的多孔質層的作用，降低摩擦系數和提高耐發熱膠著性和耐磨耗性。在該鹽浴硫氮共滲處理中，可容易地對鑄鐵、結構用鋼、工具鋼、高速鋼、不銹鋼等以鐵(Fe)為主要成分的材料進行氮化處理，并該處理方法并被廣泛地用于汽車部件的軸承、齒輪等，通過形成于最外表面的滲硫層的作用，非常有助于消除噪音和提高耐磨耗性。
然而，在鹽浴軟氮化處理和鹽浴硫氮共滲處理中，以一定的時間間隔分析NaCN、NaCNO、NaCO3并添加補充藥品以使處理穩定乃必不可少。因此，在鹽浴中，無法作到不摻雜，不可能進行細致的N和S的濃度管理，在批量生產品質穩定的制品上仍存在技術問題。而且，鹽浴難以進行鹽浴管理，氮濃度容易變得過剩，從而生成具有硬而脆的多孔質層的厚的氮化合物層，制品表面粗糙且粗糙度不確定，此外，表面會有色差，處理效果不均勻，后沖洗不充分時鹽分會殘留于表面，導致生銹。另外，對有害物質CN、CNO等的管理和處理后的排水對環境的不良影響也是大問題。
旋轉式壓縮機用葉片也是通過上述硫氮共滲處理來進行表面處理的，通常，為發揮該硫化物的特性，以具有形成于葉片外表面的滲硫層的狀態加以使用。然而，該滲硫層的硬度為HV150左右，與氮化層相比，極軟，在初期階段，能發揮固體潤滑材料的作用，但不久，隨著對轉子的反復擠壓和與壓縮機內致冷劑的融合，該滲硫層剝離，漸漸地發揮不出效果。而且，因為滲硫層下面的組織的氮化合物層是粗的多孔層，因此，在滑動特性方面有負面影響。
另外，氣體法有氣體氮化處理和氣體軟氮化處理，它們以NH3的分解反應()為前提，NH3吸附于鋼材表面、分解，氮擴散至內部，生成氮化合物層和氮擴散硬化層。但通過氮化處理而生成的HV300以上的氮擴散硬化層和表面硬度為HV1000以上的多孔氮化合物層雖能改善耐久性(耐磨耗性或耐疲勞性等動態機械生質)，但其潤滑性差，缺乏滑動特性。
此外，對高速工具鋼進行氣體氮化處理或氣體軟氮化處理時，氮化層(氮化合物層+氮擴散硬化層)向原材料內部的擴散性低，形成所需化合物層(一般為10-20μm)需要很長時間，而且，由于形成于外表面的化合物層為多孔層，因此，對滑動特性有不利影響。另外，隨著氮化合物層變厚，表面的多孔度增大，表面變得粗糙。
鑒于此，為改善滑動特性，近年來嘗試進行氣體硫氮共滲處理，但由于難以對氣體成分進行精確地控制，因此，滲硫層下面的氮化合物層仍然厚實，成多孔層。由此，處理效果的差異大，滑動特性未得到改善。
另一方面，對燒結合金進行氮化處理時，一般進行封孔處理(也稱均化處理)后僅將表面氮化。這是因為原材料本身為多孔層，因此會氮化至內部，部件整體膨脹且變脆。這樣，不僅封孔處理需要很長的時間，而且，品質不穩定，因此，一般批量生產時不大采用此方法。
本發明的目的在于，提供一種能夠解決上述現有的氮化處理方法和硫氮共滲處理方法及用這些方法制得的旋轉式壓縮機用葉片存在的問題并由此最大限度地發揮葉片基材的特性和表面處理特性的高性能的旋轉式壓縮機用葉片及其制造方法。

發明內容
本發明者以作為現有工藝的上述氣體氮化處理等氣體法、鹽浴硫氮共滲處理等鹽浴法的長處和短處為借鑒，以①氮化劑投入量的管理容易且能夠以持續穩定的狀態進行處理、②能夠進行使原材料發揮出耐受旋轉式壓縮機用葉片的嚴酷的滑動條件的特性的表面處理、③處理成本低、④對環境無不良影響為條件下，對用于旋轉式壓縮機用葉片的新的表面處理方法進行了深入的研究其結果，注目于處理過程中處理介質總是新的且處理溫度和處理條件較鹽浴法容易控制的氣體硫氮共滲處理。
本發明的氣體硫氮共滲處理方法的特征在于，在往氮化氣氛氣體中添加了氣態硫化氫的硫氮共滲用氣氛中，將基體保持在規定處理溫度并嚴密控制硫氮共滲用氣氛，不使氮濃度過剩，由此在基體表面生成含有硫化物的致密的氮化合物層和氮擴散硬化層，再在其上面形成滲硫層。
在本發明的氣體硫氮共滲處理方法中，作為添加于氣體氮化用氣氛中的滲硫氣體并作為表面活性劑，使用硫化氫(H2S)。尤其是對于不銹鋼這樣的表面形成有牢固的鈍態膜(主要是Cr2O3)的鋼材，由于不進行預處理就不容易氮化，因此，提高處理溫度以進一步增強硫化氫對表面的活化作用。所述硫化氫可以是硫化氫發生器制造的，也可以是裝入氣瓶中的，但以使用市售的裝入氣瓶中的用氮氣稀釋至3％左右的硫化氫為佳，因為其便于微量控制和安全管理。此外，也可以使用市售的硫化銨溶液，向其吹入載氣，使溶解在該硫化銨溶液中的硫化氫與NH3一起氣化，隨載氣送入封閉容器中。
此外，作為氮化用氣氛氣體，使用便于控制的、與硫化物的反應較少的NH3-N2，在嚴密控制處理環境、不使脆弱的多孔質層在氮化合物層上生成的條件下于較低溫度進行處理。
例如有下述二種方法一種方法是在430-530℃進行低溫處理和在430-530℃進行氮化后，減少或停止供給NH3，并同時在550-620℃的處理溫度進行使氮向內部擴散的二步處理、在533-548℃或550-620℃的溫度范圍使NH3的供給時斷時續，交替反復地進行表面氮化和氮的內部擴散；另一種方法是將處理溫度從430-530℃徐徐上升至550-620℃。因此，可以根據使用目的將上述處理方法進行組合，也可以根據被處理物的鋼材、形狀、尺寸、處理量等選擇處理時間和氣氛氣體組成。通過該處理方法，在作為被處理物的葉片基體的外表面上均勻地形成厚度為1-5μm左右的柔軟的滲硫層(HV150)，在其下面形成硬的氮化合物層(白層，HV1100)。
本發明者首先注目于該氮化合物層比采用現有的鹽浴法或氣體硫氮共滲處理時明顯地致密且牢固這一點上。
接著，本發明者用表面粗糙度儀對滾磨除去葉片基體外表面上的滲硫層之后露出的該氮化合物層的表面粗糙度進行了測定，結果發現，采用現有的硫氮共滲處理方法時，處理后的氮化合物層的表面比處理前的母材粗，而采用上述本發明的硫氮共滲處理方法時，處理后的氮化合物層的表面粗糙度與處理前的母材相等或更小。這從葉片的耐磨耗性和耐發熱膠著性的角度看，是極其有利的。
而且，本發明者還用掃描式電子顯微鏡觀察了滾磨除去葉片基體外表面上的滲硫層之后露出的由上述本發明的硫氮共滲處理方法而形成的氮化合物層的表面及與其垂直的面并作了面分析，結果發現，微細的硫化物細細微地擴散于各個面內。這表明，該硫化物分散在由上述本發明的硫氮共滲處理方法而形成的氮化合物層的整個層。順便說一下，用光學顯微鏡難以發現硫化物。在氮化合物層下面的氮擴散硬化層中不存在硫化物。
此外，本發明者還用盤上針(Pin-on-Disc)式磨耗試驗機對該氮化合物層進行了磨耗試驗并與用現有的鹽浴硫氮共滲處理方法和氣體氮化處理方法處理過的表面的滑動特性進行了比較，結果得知，該氮化合物層具有極其優異的耐磨耗性和耐發熱膠著性。以往，人們認為，在進行過硫氮共滲處理的機械部件中，是滲硫層使滑動部分具有潤滑性，對滑動部分的磨耗和發熱膠著有效，且其下面的氮化合物層的下面沒有潤滑性，因此，進行過硫氮共滲處理的機械部件一直是以滲硫層附著于其上面的狀態使用的。
但是，在旋轉式壓縮機中，由于葉片在其對轉子的擠壓力以高頻率劇烈變動的嚴酷滑動條件下與轉子接觸滑動，因此，形成于葉片外表面的滲硫層會剝離、脫落，對抑制磨耗和發熱膠著基本上不起作用。不僅如此，脫落的滲硫層會混入壓縮機的冷卻用介質中，影響壓縮機的冷卻性能。
基于上述情況，本發明者著眼于通過滾磨除去以往被認為是抑制磨耗和發熱膠著所不可缺少的形成于葉片外表面的滲硫層，在使其下面的含有微細硫化物的致密的氮化合物層露出于外表面的狀態下使用葉片。
若將這樣的表面狀態的葉片裝入壓縮機中使用，則可以消除滲硫層的剝離對壓縮機內冷卻介質的不良影響，并且，含有微細硫化物的、表面光滑的氮化合物層得以一直露出于葉片外表面，并發揮持續穩定的潤滑性。
除去該滲硫層的方法有用手工研磨法和噴砂法等。但手工研磨時，人均處理能力低，不適合批量生產，而且，在滲硫層的除去上會有差異。而采用噴砂法時，需要長時間來排列被處理品，且噴射介質破碎形成的粉末會粘附在被處理品上，產生后處理問題。因此，每次的處理能力大、適合批量生產且后處理容易的滾磨較適宜。
滾磨機有被處理品與滾磨介質邊旋轉邊通過離心力研磨的離心滾磨機、被處理品通過細微振動、在與滾磨介質接觸的同時進行研磨的振動滾磨機和可全自動的流動研磨方式的流動滾磨機。
離心滾磨時，被處理品之間的接觸沖擊大、會使被處理品出現大的缺陷，因此，自動化困難、處理能力低但品質穩定的振動滾磨較適宜。但可全自動地進行批量生產、品質穩定的流動滾磨最佳。
本發明者在對用高速鋼、馬氏體不銹鋼、鋁鉻鉬鋼制成的葉片基體進行本發明的氣體硫氮共滲處理后，通過流動滾磨除去外表面的滲硫層，裝入葉片性能測定用的旋轉式壓縮機試驗機中進行實機滑動試驗，檢查葉片的滑動特性和壓縮機性能隨時間的變化，并與用現有的硫氮共滲法處理過的葉片進行了比較。
其結果，發現用本發明的氣體硫氮共滲法處理后除去了外表面的滲硫層的葉片與用現有的硫氮共滲法處理過的葉片相比，滑動部分的磨耗明顯地少、不易出現發熱膠著且完全不會污染冷卻介質，所以，壓縮機冷卻性能隨時間的變化明顯地小。
本發明是在上述發現的基礎上完成的。根據本發明，通過將適合旋轉式壓縮機用葉片的新的氣體硫氮共滲法和基材的特殊鋼材以及該硫氮共滲處理后的滾磨處理進行組合，可以提供一種耐磨耗性、耐發熱膠著性、耐粘著性、耐熱性、耐腐蝕性、耐疲勞性、經濟性等旋轉式壓縮機用葉片所必需的諸特性全部滿足的優異的旋轉式壓縮機用葉片。


圖1是本發明的實施方式中的旋轉式壓縮機的剖面圖。
圖2是本發明的旋轉式壓縮機用葉片的一代表例的示意圖。
圖3是本發明較佳制造工序的加工工藝圖。
圖4是用本發明的氣體硫氮共滲法處理過的滲氮組織的剖面圖。
圖5是本發明的氣體硫氮共滲法與現有的凈材和各種氮化處理的摩擦磨耗試驗結果的比較。
圖6是進行本發明的硫氮共滲處理之前后和滾磨后的葉片各部分表面粗糙度變化的比較。符號說明1 葉片4曲軸1a寬度方向的面(寬度面)5盤簧1b厚度方向的面(厚度面)6滲硫層1cR面 7氮化合物層1d座部8氮擴散硬化層2 轉子9母材(基體)3 圓筒
具體實施例方式
本發明通常以下述方式實施。
在本發明中，以特殊鋼材作為原材料制作壓縮機用葉片時，采用圖3所示加工工序。首先，將厚度和高度已被加工成與葉片成品形狀近似的板素材切割成規定長度。然后，進行粗磨削，使其成大致長方體，接著，對葉片底面進行座加工(對葉片座部亦即凹部分進行加工)后，在氮氣氛爐中淬火，在電爐中回火，將板素材加工處理成規定硬度。然后，精磨削成大致成品尺寸，為了除去磨削毛口和進行各角R加工而滾磨后，清洗、干燥，進行氣體硫氮共滲處理。之后，視需要，還要進行厚度面的精磨削和/或寬度面的精磨削。此外，滾磨處理5-15分鐘，除去滲硫層，使含有硫化物的致密的氮化合物層露出，最后清洗、干燥，處理完畢。
適合用作本發明的旋轉式壓縮機用葉片的原材料有硬度、耐腐蝕性、耐熱性、耐疲勞性優異的下述特殊鋼材。首先，在特殊鋼材中有耐磨耗性和耐疲勞強度最優異的高速工具鋼(以重量比計，C 0.7-1.0％，Si 0.5％以下，Mn 0.5％以下，Cr 3.5-4.8％，Mo 4.1-5.8％，W 5.2-6.9％，V 1.3-2.6％，其余為Fe)及所含成分與高速工具鋼近似、原材料便宜、被切削性和被磨削性優異的稱作半高速鋼的合金鋼AISA規格M50(以重量比計，C 0.7-0.9％，Si 0.1-0.5％，Mn 0.1-0.5％，Cr 3.7-4.7％，Mo 3.5-4.9％，V 0.7-1.5％，其余為Fe)。
該鋼材的熱處理方法是，在氮氣氛爐中淬火，在電爐中回火。高速工具鋼的淬火溫度為1190℃，回火溫度為560-580℃，M50的淬火溫度為1110℃，回火溫度為540-580℃，將它們處理成規定的HRC60-HRC66的硬度。在高速工具鋼和M50的氣體硫氮共滲處理中，淬火、回火處理后的母材的硬度高且母材的耐磨耗性和耐疲勞強度也優，因此，宜將硬而脆的氮化合物層(白層)的厚度處理成0.2-3.0μm，將氮擴散硬化層處理成30μm以上。
另外，對于原材料便宜、與N2的親和力大、Cr含量高、氮化性好的馬氏體不銹鋼(以重量比計，C 0.9-1.4％，Si 1.2％以下，Mn 1.3％以下，Cr 15.7-18.4％，P 0.1％以下，S 0.1％以下，其余為Fe)，該鋼材的熱處理方法是，在氮氣氛爐中淬火(1060℃)，在電爐中回火(560-580℃)，處理成規定的硬度(HRC40-HRC59)。經硫氮共滲處理而形成的硬的氮化合物層(白層)的厚度宜為6-18μm，氮擴散硬化層宜在30μm以上。
鋁鉻鉬鋼(以重量比計，C 0.3-0.6％，Si 0.1-0.6％，Cr 1.1-1.9％，Al 0.4-1.6％，Mo 0.1-0.6％，其余為Fe)由于其被加工性優異、可短時間內形成硫氮共滲層，因此，能夠以低成本提供耐磨耗性和潤滑性優異的滑動部件。
對于旋轉式壓縮機用葉片，并非只要對表面進行硫氮共滲、使其硬化，就可使耐久性增加，如不使葉片基底硬化，則得不到高耐磨耗性。即使在基底柔軟的母材上形成硬的表明層，在使用中會出現變形，表面效果減弱。因此，在本發明中，對成為母材的鋁鉻鉬鋼的基底進行滲碳處理，然后通過氣體硫氮共滲處理，在該基體外表面上形成滲硫層，在其下面生成分散有微細硫化物的致密的氮化合物層和氮擴散硬化層。另外，滾磨除去表面滲硫層，使滑動面從初期階段起總是有一定的硫化物存在。
下面結合附圖對實施例進行說明。
圖1是使用本發明葉片的旋轉式壓縮機的實施方式的剖面圖。圖2是該葉片的代表性示意圖。圖1中，葉片1裝在中空狀圓筒3的內側，由曲軸4驅動，與偏芯旋轉的轉子2的外周面在R面接觸。該葉片如圖2所示，其底面設有座部1d，該葉片的R面1c被盤簧5持續擠壓在轉子2的外周面上。
因此，對于圖2的該葉片的R面1c而言，由盤簧的擠壓和與旋轉體(轉子2)的摩擦產生的負荷極大，是最需要耐發熱膠著性、耐磨耗性和潤滑性的部分。此外，該葉片的厚度面1b和寬度面1a由于與圓筒和密封套筒之間的接觸而產生的摩擦大，因此，也需要使用滑動特性好的原材料或需要進行表面處理。
本發明的葉片具有上述旋轉式壓縮機中的葉片所需的優異的耐磨耗性和潤滑性等滑動特性，可延長壓縮機的使用壽命。
圖4是本發明的葉片的剖面圖。該葉片經過下述處理對各種原材料進行粗加工后，通過淬火、回火，處理成規定硬度，再進行精磨削，然后用本發明的氣體硫氮共滲法進行處理。
例如，就將以馬氏體不銹鋼SUS440為原材料、經粗成形處理而成大致葉片形狀并在淬火溫度1060℃和回火溫度570℃熱處理后滾磨、清洗、干燥過的葉片在下述處理條件下進行硫氮共滲處理的情況作說明在540℃保持5小時。
在對被處理品進行上述氣體硫氮共滲處理時，通過硫化氫(H2S)的活化作用除去表面的鈍態膜，在作為基體的母材8上形成N2向內部擴散的、能提高母材強度的氮擴散硬化層7，再在其上面形成能提高耐磨耗性的含有硫化物的致密的氮化合物層(以Fe3N為主體)6。再在外表面生成具有耐發熱膠著效果的1-5μm的滲硫層(以硫化物FeS為主體)5。如上所述，為消除該滲硫層對壓縮機的致冷劑的不良影響，通過滾磨將其除去。
圖5是用盤上針型磨耗試驗機對經過熱處理的4種特殊鋼試樣(SACM645經過滲碳處理)和經過包括本發明的葉片制造方法中的表面處理在內的3種表面處理的上述特殊鋼的試樣進行磨耗試驗而得到的結果。各數據值均為3個試樣的平均值。該試驗中使用的針是上述測定試樣，驅動盤是FC250。控制方式為階式，最大負荷力為20N，反復次數為1次，旋轉半徑為20mm，試驗時間為30分鐘，支柱長度為50mm，取樣間隔為0.1秒，以轉矩曲線急速上升的位置作為膠粘開始點，用從開始至達到膠粘狀態之間的時間(分鐘)進行評價。
其結果，特殊鋼的凈材明顯地直接表現出其材料特性，在特殊鋼材中，屬于高級材料的SKH9的壽命比SUS440長2倍左右，雖優于半高速鋼M50、滲碳處理過的SACM645，但無明顯差異。此外，從總體上說，經氣體氮化處理后，表面會有HMV1000以上的硬的氮化合物層和氮擴散硬化層形成，因此，原材料的影響減小，其結果，由各鋼材產生的差異縮小。另外，在屬于鹽浴硫氮共滲處理的Sur·Sulf處理中，由于外表面生成硫化物，因此，初期滑動特性高，與氣體氮化相比，其效果明顯顯露。
然而，對于進行過本發明的葉片制造方法中的表面處理的試樣，事先滾磨除去其外表面上生成的1-5μm的硫化物，使均勻含有硫化物的氮化合物層露出，且由于該氮化合物層遠比用鹽浴硫氮共滲法處理時致密，因此，從滑動初期起，潤滑性穩定，對提高耐發熱膠著性具有極大的效果。
圖6是對于以馬氏體不銹鋼SUS440為原材料、粗加工后進行熱處理、精磨削成厚3.2mm、寬30.0mm、高23.0mm、凸緣R 4.0mm的葉片進行本發明的氣體硫氮共滲處理之前后和進一步滾磨后的各表面粗糙度的測定結果的比較。滾磨時使用流動滾磨機，將三角形邊長為13mm、厚10mm的三角柱形氧化鋁系介質與三角形邊長為10mm、厚7mm的三角柱形氧化鋁系介質的混合物150Kg、粉狀拋光劑500cc、水60L、被處理材料200個處理10分鐘。
厚度面的表面粗糙度在氣體硫氮共滲處理之前為0.99Rz，處理后為1.51Rz，再進行滾磨后，成0.96Rz，與氮化前的母材表面粗糙度大致相等。此外，寬度面的氮化之前、之后及滾磨后的表面粗糙度也分別為0.94Rz、1.57Rz和0.96Rz，與氮化前大致相等。對于R面的表面粗糙度，在圓弧的圓周方向進行了測定，氮化處理之前、之后及滾磨后分別為1.96Rz、2.68Rz和1.69Rz，比氮化前略小。
由此，在氣體硫氮共滲處理后的外表面形成的滲硫層的表面粗糙度雖然比氮化前的母材的精磨削過的面粗糙，但滾磨除去該滲硫層后，其下面的氮化合物層的表面粗糙度與母材相等或更小，且硫化物在致密的氮化合物層中均勻地分布，這樣就使得耐磨耗性、耐發熱膠著性有大的提高。
上述各實施例表明，本發明的旋轉式壓縮機用葉片與現有的特殊鋼材的無處理品和氣體氮化處理品相比，耐發熱膠著性和耐磨耗性極高，并且優于現有的鹽浴硫氮共滲處理品。
此外，氣體硫氮共滲后通過滾磨處理而露出的氮化合物層不僅能提高表面粗糙度和增加耐磨耗性，而且，由于該氮化合物層中均勻地含有成為潤滑劑的硫化物，因此，與現有的氣體氮化(或氣體軟氮化)處理等相比，會產生具有極高的滑動特性和耐磨耗性且抗疲勞強度高、品質穩定這樣的優異效果。
本發明的葉片制造方法中的氣體硫氮共滲法，由于是在添加了少量氣態硫化物(H2S)的硫氮共滲用氣氛氣體中通過控制氣氛氣體成分使被處理物在低溫氮化，或通過氮化后升溫使氮擴散至內部、或通過使NH3的供給時斷時續，重復進行氮化和擴散，因此具有以下效果不會生成脆弱的多孔質的氮化合物層，可使均勻地含有硫化物的致密的氮化合物層穩定地生成，通過處理條件的選擇和組合，可將氮擴散硬化層控制在符合目的的深度。
因此，即使對于具有鈍態膜、最難氮化的SUS440、氮化層的內部擴散性差、形成氮化層需要較長時間的SKH51或SKH9等高速工具鋼、或稱作半高速鋼的M50，也可以通過對上述處理條件的組合，容易地在短時間內得到所需厚度的氮化合物層和氮擴散硬化層。對于屬于速氮化鋼、氮化性非常高的鋁鉻鉬鋼SACM645，則更是自不待言。
此外，在本發明的旋轉式壓縮機用葉片的制造方法中，將經過上述氣體硫氮共滲處理的葉片滾磨，除去形成于表面的滲硫層，使均勻地含有作為潤滑劑的硫化物的致密的氮化合物層露出于外表面，可以從滑動初期就保持穩定的潤滑性，大幅提高耐發熱膠著性、耐膠粘性和耐磨耗性。而且，具有與原材料特性相適應的適當厚度的氮擴散硬化層通過氮原子的擴散，可以提高抗疲勞強度，產生優異的耐久性。
如上面所說明的，本發明的旋轉式壓縮機用葉片通過將母材硬度容易提高、耐磨耗性和抗疲勞強度高的高速工具鋼和半高速鋼、原材料便宜、切削性和磨削性優異的馬氏體不銹鋼和鋁鉻鉬鋼等特殊鋼材與上述氣體硫氮共滲的諸條件和滾磨處理組合，可以應對旋轉式壓縮機的從低速向高速的運轉條件的急劇變化和在高溫潮濕環境下的運轉等各式各樣的用途。根據本發明，可以提供廉價的長壽命的旋轉式壓縮機用葉片。
權利要求
1.一種旋轉式壓縮機用葉片，其特征在于，由與轉子接觸的面呈圓弧狀曲面的大致長方體形狀的特殊鋼構成的基體的外表面由0.2-0.8μm的含有硫化物的致密的氮化合物層構成。
2.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述特殊鋼是工具鋼。
3.如權利要求2所述的葉片，其特征在于，所述工具鋼是高速工具鋼，以重量比計，含有C 0.7-1.0％、Si 0.5％以下、Mn 0.5％以下、Cr 3.5-4.8％、Mo 4.1-5.8％、W 5.2-6.9％、V 1.3-2.6％，其余為Fe。
4.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述特殊鋼是馬氏體不銹鋼，以重量比計，含有C 0.9-1.4％、Si 1.2％以下、Mn 1.3％以下、Cr 15.7-18.4％、P0.1％以下、S 0.1％以下，其余為Fe。
5.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述特殊鋼是合金鋼，以重量比計，含有C 0.7-0.9％、Si 0.1-0.5％、Mn 0.1-0.5％、Cr 3.7-4.7％、Mo 3.5-4.9％、V 0.7-1.5％，其余為Fe。
6.如權利要求1所述的葉片，其特征在于，所述特殊鋼是鋁鉻鉬鋼，以重量比計，含有C 0.3-0.6％、Si 0.1-0.6％、Cr 1.1-1.9％、Al 0.4-1.6％、Mo 0.1-0.6％，其余為Fe。
7.如權利要求3所述的葉片，其特征在于，所述高速工具鋼經過淬火、回火處理。
8.如權利要求4所述的葉片，其特征在于，所述馬氏體不銹鋼經過淬火、回火處理。
9.如權利要求5所述的葉片，其特征在于，所述合金鋼經過淬火、回火處理。
10.如權利要求6所述的葉片，其特征在于，所述鋁鉻鉬鋼經過滲碳處理。
11.旋轉式壓縮機用葉片的制造方法，其特征在于，在往氮化氣氛氣體中添加了氣態硫化物的硫氮共滲用氣氛中，將將已成形為葉片成品形狀的由特殊鋼構成的基體保持在規定處理溫度并控制氣氛，在該基體表面依次生成滲硫層·氮化合物層和氮擴散硬化層，然后，滾磨除去外表面的滲硫層，使含有硫化物的致密的氮化合物層露出。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述硫化物是硫化氫。
13.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述氮化氣氛氣體是NH3-N2。
14.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述處理溫度為533-548℃。
15.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述處理溫度為430-530℃。
16.如權利要求11所述的方法，其特征在于，所述處理溫度為550-620℃。
全文摘要
本發明提供一種品質穩定、潤滑性和耐磨耗性極其優異的滑動部件，它是旋轉式壓縮機用葉片。本發明還提供該葉片的制造方法。在本發明中，對經過淬火、回火處理或滲碳處理的特殊鋼用硫化氫進行氣體硫氮共滲處理，然后滾磨除去表面的滲硫層，使含有潤滑性優異的硫化物的致密的氮化合物層露出，由此得到持續穩定的極高的滑動特性和耐磨耗性。
文檔編號F04C18/356GK1417477SQ0215125
公開日2003年5月14日 申請日期2002年12月12日 優先權日2002年12月12日
發明者市原智和, 富松賢治 申請人:上榮精工(上海)有限公司