壓縮機的制作方法

本發明涉及能夠減小結構要素之間的摩擦阻力的結構的壓縮機。

背景技術：

壓縮機可按照壓縮制冷劑的方式區分為往復式、旋轉式、渦旋式等。

往復式壓縮機是活塞驅動部使活塞以直線方向移動并壓縮制冷劑的方式。

旋轉式壓縮機是利用在缸筒的壓縮空間中進行偏心旋轉運動的滾動活塞和與該滾動活塞相接并將缸筒的壓縮空間劃分為吸入室和吐出室的葉片來壓縮制冷劑的方式。

渦旋式壓縮機是在密閉容器的內部空間固定有固定渦旋盤，隨著回旋渦旋盤與該固定渦旋盤相嚙合并進行回旋運動，在固定渦旋盤的固定渦卷部和回旋渦旋盤的回旋渦卷部之間連續地形成由吸入室、中間壓室、吐出室構成兩個成對的壓縮室的壓縮機。

特別是，在諸如旋轉式壓縮機或渦旋式壓縮機的以結構要素的旋轉為基礎進行工作的壓縮機中，為了減小與旋轉軸的摩擦阻力而使用軸承。進一步，為了減小旋轉軸和軸承的摩擦阻力而利用潤滑膜。

作為涂覆軸承作用而利用固體潤滑膜的摩擦及磨損減小方法是，在相互接觸并進行相對運動的機械部件的兩側或一側的摩擦面以數μm以下的厚度沉積具有優異的摩擦及磨損特性的固相材料，從而提高摩擦面的摩擦特性并減小摩擦和磨損的方法。

隨著壓縮機的高速化及小型化的趨勢，機械部件的工作條件持續變得苛刻，利用固體潤滑膜的摩擦及磨損減小方法的重要性越趨增大。因此，亟需選定適合于機械部件的固體潤滑膜，以減小機械系統的摩擦損失并延長機械系統的壽命，從而使機械系統的工作可靠性提升效果達到最大。

特別是，為使按高速化及小型化條件設計的壓縮機發揮出與大型的壓縮機等同或其以上的效率，不可避免地進行新的設計以防止其在苛刻的運轉條件下被劣化。

在壓縮機的高溫或過負載運轉條件下，軸承的表面溫度能夠維持100℃以上，隨著油膜被碎裂，磨損或摩擦特性可能會急劇變差。對此，在現有技術中作為代替錳系覆膜鹽的材料采用了作為高硬度、耐磨、低摩擦材料的類金剛石(Diamond like Carbon，DLC)。DLC與Lubrite涂覆對比能夠減小30％以上的損失，但是，其與壓縮機中使用的油的添加劑的親和力較差，從而在改善低速的特性方面存在限制。并且，以往的錳系覆膜鹽相比于高硬度、低摩擦材料，其利用自身消耗來維持低摩擦特性，因此，在苛刻的運轉條件下，在針對耐磨性的可靠性及效率改善方面存在限制。

因此，亟需開發出能夠克服現有技術的限制并改善摩擦特性的壓縮機。

技術實現要素：

本發明的一目的在于提供一種具有相比于現有技術改善的耐久性的潤滑層的壓縮機。

本發明的另一目的在于提供一種具有相比于現有技術改善的低摩擦、耐熱性及磨合特性的潤滑層的壓縮機。

為了實現這樣的本發明的一目的，本發明的一實施例的壓縮機包括：潤滑層，涂覆于旋轉軸和軸承的摩擦部位；所述潤滑層包含(a)Ti和(b)選自Cu、Co、Ni及Zr構成的群的至少一種金屬相，具有由非晶質和納米結晶質構成的復合結構。

根據與本發明相關的一例，所述潤滑層可包含(b1)Cu；所述(a)Ti和所述(b1)Cu的比率可以是Ti:Cu＝75.6:24.4原子百分比(at.％，atomic percent)至Ti:Cu＝55:45原子百分比(at.％)，從而能夠形成所述非晶質。

根據與本發明相關的另一例，所述潤滑層可包含(b2)Co；所述(a)Ti和所述(b2)Co的比率可以是Ti:Co＝83:17at.％至Ti:Co＝24.2:75.8 at.％，從而能夠形成所述非晶質。

根據與本發明相關的另一例，所述潤滑層可包含(b3)Ni；所述(a)Ti和所述(b3)Ni的比率可以是Ti:Ni＝82:18at.％至Ti:Ni＝49:61at.％，從而能夠形成所述非晶質。

根據與本發明相關的另一例，所述非晶質的彈性變形率可以是1.5％以上。

根據與本發明相關的另一例，所述潤滑層可還包含(c1)(CH3)4Si(tetra methyl silane，TMS)。

根據與本發明相關的另一例，所述潤滑層可還包含(c2)Mo。

根據與本發明相關的另一例，所述納米結晶質可還包含(d1)N或(d2)C中的至少一種；所述(d1)N可與所述(a)Ti一同形成Ti氮化物，所述(d2)C可與所述(a)Ti一同形成Ti碳化物。

所述Ti氮化物可包含TiN，所述Ti碳化物可包含TiC。

根據與本發明相關的另一例，所述納米結晶質可還包含(d1)N及(d2)C；所述(d1)N及(d2)C可與所述(a)Ti一同形成TiNC。

根據與本發明相關的另一例，涂覆有所述潤滑層的母材可包含鋼材、鑄件、含鋁合金及含鎂合金中的至少一種。

根據與本發明相關的另一例，所述非晶質和所述納米結晶質可依次地層積于母材。

附圖說明

圖1是與本發明相關的壓縮機的部分剖視圖。

圖2是用于說明由非晶質結構和納米結晶質結構構成的本發明的潤滑層的概念圖。

圖3是將非晶質金屬與金屬氮化物及結晶質金屬相比較的應力-變形率線圖。

圖4是用于說明非晶質形成能力的概念圖。

圖5是用于說明由Ti和Co構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分范圍的Ti和Co的相平衡圖。

圖6是用于說明由Ti和Ni構成的二元系合金的具有非晶質形成能 力的組分范圍的Ti和Ni的相平衡圖。

圖7是用于說明由Ti和Cu構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分范圍的Ti和Cu的相平衡圖。

圖8是用于確認由Ti和Cu構成的二元系合金是否形成了非晶質的X線衍射分析結果。

圖9是示出圖8中實施了分析的基于Ti和Cu的組分的硬度的圖表。

圖10是將本發明中提示的潤滑層的硬度與現有技術的潤滑材料相比較的圖表。

圖11是選擇鋼材作為母材并針對本發明的潤滑層評價了摩擦特性的圖表。

圖12是選擇鑄件作為母材并針對本發明的潤滑層評價了摩擦特性的圖表。

圖13是與本發明相關的渦旋式壓縮機的剖視圖。

圖14是與本發明相關的渦旋式壓縮機的另一剖視圖。

圖15是與本發明相關的旋轉式壓縮機的剖視圖。

具體實施方式

圖1是與本發明相關的壓縮機10的部分剖視圖。

壓縮機10按照壓縮制冷劑的方式區分為多個種類。在多個種類的壓縮機10中，利用旋轉軸11的旋轉的結構的壓縮機10包括軸承12、13，用于減小與所述旋轉軸11相接觸的結構要素的摩擦阻力。圖1示出使用旋轉軸11和軸承12、13的任意的形態的壓縮機10。

在壓縮機10進行工作時，旋轉軸11為了氣體的壓縮而進行旋轉。此外，軸承12、13包覆旋轉軸11的至少一部分。軸承12、13雖處于固定狀態，但與旋轉軸11進行相對旋轉。軸承12、13可包括主軸承12(或是第一軸承)和副軸承13(或是第二軸承)。

當壓縮機10進行工作時，在旋轉軸11旋轉的過程中，氣體從旋轉軸11的一側流入。此外，以與基于流入的氣體的氣體力G相反方向形成反作用力F。由此，在旋轉軸11旋轉的過程中，旋轉軸11持續地與軸承相接觸。

為了實現耐磨及低摩擦，潤滑層形成于旋轉軸11和軸承12、13的摩擦部位12a、13a。潤滑層可沉積于旋轉軸11和軸承12、13中的至少一個。

為了提高壓縮機10的性能，本發明中要改善的潤滑層的特性是耐久性、低摩擦特性、耐熱性、磨合特性。以下要說明的本發明的潤滑層能夠滿足這樣的性能。

圖2是用于說明由非晶質21和納米結晶質22構成的本發明的潤滑層20的概念圖。

潤滑層20形成于旋轉軸和軸承的摩擦部位。圖2中示出潤滑層20和形成有所述潤滑層20的母材11、12、13。涂覆有潤滑層20的母材11、12、13包括鋼材、鑄件、含鋁合金、含鎂合金中的至少一種。鋼材、鑄件、含鋁合金、含鎂合金在進行涂覆時，能夠通過快速的導熱以急速冷卻方式來促進潤滑層20的非晶質形成。

本發明的潤滑層20具有由非晶質21和納米結晶質22構成的復合結構。

非晶質21指的是構成元素具有諸如液體的不規則的原子球路，并具有均勻的組分的物質。非晶質21一般不存在諸如結晶粒系的結合區域，因此，與結晶質相比具有大的硬度(hardness)值，具有比結晶質相對小的彈性系數、大的彈性變形率(strain)。

如果母材11、12、13和潤滑層20之間的界面彈性特性(或是機械特性)不類似，在變形中因受到殘留應力的影響，潤滑層20可能會容易從母材11、12、13被剝離或使潤滑層20被破壞。彈性特性不一致表示母材11、12、13和潤滑層20之間的彈性系數差異較大。現有技術的潤滑材料一般主要由高硬度陶瓷相構成，因此具有較大的彈性系數。因此，在現有技術的潤滑材料中，即使析出軟質結晶相，由于與母材11、12、13具有較大的彈性系數差異，即使初始潤滑性能優異，也將呈現出較低的界面穩定性。現有技術的潤滑材料由于容易從母材被剝離或被破壞，未能充分地具有可持續性。潤滑層20發生剝離或被破壞表示潤滑層20的耐久性(對于耐磨性的可靠性)較低。

與此相比，本發明的潤滑層20由具有非晶質21形成能力的材料及 組分構成，因此，能夠形成由非晶質21和納米結晶質22構成的復合結構。潤滑層20被剝離或破壞是因母材11、12、13和潤滑層20之間的界面彈性特性(或是機械特性)不一致而引起，而包含有非晶質21的潤滑層20與結晶質合金相比具有高硬度及低彈性系數值，因此，即使通過氮化物和/或碳化物陶瓷析出相形成高硬度膜，也能夠使潤滑層20被剝離或破壞的情況達到最小。由此，本發明的潤滑層20與現有技術的潤滑材料相比具有較高的耐久性(對于耐磨性的可靠性)。

結晶質是指原子的排列在格子結構內具有反復的長周期規則(longrange order)。此外，納米結晶質22是指結晶粒的平均大小處于數nm至數百nm的范圍內。結晶質相比非晶質21具有相對小的硬度值，但是在析出金屬間化合物的情況下，可具有相比非晶質21更大的硬度值。

潤滑層20包含選自Cu、Co、Ni及Zr構成的群的至少一種金屬相。Cu、Co、Ni及Zr是與Ti形成負的混合熱關系并具有優異的非晶質形成能力的元素群。當Cu、Co、Ni及Zr形成為非晶質21時，能夠向潤滑層20提供相對的高硬度及低彈性系數，并同時提供優異的彈性變形率。

本發明的潤滑層20具有由非晶質21和納米結晶質22構成的復合結構，因此，能夠補充潤滑層20的硬度降低。納米結晶粒的軟質金屬可通過微細的結晶粒的結構化來補充潤滑層20的硬度特性。利用納米結晶質22補充潤滑層20的硬度特性，能夠提高潤滑層20的硬度和耐磨性。

同時，軟質金屬能夠改善潤滑層20的磨合特性。

母材11、12、13上形成(沉積)的潤滑層20并非立即發揮出原有的潤滑性能，而是需要經由某種程度的動作程度才能發揮出原有的潤滑性能。磨合是指潤滑層20在發揮出原有的潤滑性能之前需要經由的動作過程。磨合特性優異是指所花費的磨合時間相對較短，相反的，磨合特性差是指所花費的磨合時間相對較長。

軟質金屬與硬質金屬相比提供大的彈性變形率，因此，能夠改善潤滑層20的磨合特性。由此，能夠減少潤滑層20的磨合時間。

本發明的潤滑層20包含(a)Ti和(b)選自Cu、Co、Ni及Zr構成的群的至少一種金屬相。潤滑層20的非晶質21和納米結晶質22可由相同的材料和相同的組分構成。但是，非晶質21和納米結晶質22的組分 并非必須相同。

例如，納米結晶質22可與非晶質21不同的還包含(d1)N和/或(d2)C。N與Ti一同形成Ti氮化物。Ti氮化物包含TiN。C與Ti一同形成Ti碳化物。Ti碳化物包含TiC。當納米結晶質22一同包含N和C時，N和C與Ti一同形成TiNC。TiN、TiC或TiNC向潤滑層20提供高硬度特性。由于N和C形成結晶質，非晶質21襯底內的N和C的影響甚微。

潤滑層20的復合結構由非晶質21和納米結晶質22構成。附加說明如下，如圖2所示，當形成非晶質時，因析出結晶相而由納米結晶質22來填充由非晶質21襯底構成的彼此間空間，從而能夠形成潤滑層20的多相復合結構。與此不同的，也可使非晶質21和納米結晶質22依次地層積于母材11、12、13并形成潤滑層20的復合結構。

圖3是將非晶質金屬(METALLIC GLASS)與金屬氮化物(METAL NITRIDE)及結晶質金屬(CRYSTALLINE METAL)相比較的應力-變形率線圖。

應力是指當向材料施加外力時材料內產生的抗力。變形率是指材料中產生的變形量和原先材料的長度的比率。應力-變形率圖中的斜率相當于彈性系數。

潤滑層的耐久性(針對耐磨性的可靠性)可由硬度H和彈性系數E的比H/E進行評價。硬度和彈性系數的比具有相對大的值表示潤滑層的耐久性較高，從而被剝離或破壞的可能性較低。

金屬氮化物具有很高的硬度。但是，從圖3所示的圖表可知，金屬氮化物具有高的彈性系數。并且，金屬氮化物具有0.5％以下的低的彈性變形率。其結果，金屬氮化物因其相對高的硬度能夠形成高硬度潤滑層，而另一方面，因其相對高的彈性系數不易確保耐久性。

從圖3所示的圖表的斜率可知，結晶質金屬具有很低的彈性系數。但是，結晶質金屬與金屬氮化物相同的具有0.5％以下的低的彈性變形率。此外，結晶質金屬與金屬氮化物相比具有很低的硬度。其結果，結晶質金屬因其低的彈性系數能夠確保潤滑層的耐久性，而另一方面，因其相對低的硬度不易形成高硬度潤滑層。

從金屬氮化物和結晶質金屬的結果可確認的是，通常，硬度變高時， 彈性系數也呈隨之變高的傾向。相反的，彈性系數變低時，硬度也呈隨之變低的傾向。因此，不易開創性地提高硬度和彈性系數的比。這意味著不易通過高硬度和低彈性系數確保高硬度潤滑層的耐久性。但是，本發明能夠通過由非晶質和納米結晶質構成的復合結構來實現高硬度及低彈性系數。

非晶質金屬與金屬氮化物相比具有低的硬度，而與結晶質金屬相比具有高的硬度。參照圖3，非晶質金屬的彈性系數與結晶質金屬或金屬氮化物相比很低。并且，非晶質金屬的彈性變形率為1.5％以上，因此，非晶質金屬表現出較寬的彈性界限，用于執行潤滑層和摩擦劑之間的緩沖作用。

因此，與前述的一般傾向不同的，非晶質金屬具有高硬度、低彈性系數及大彈性變形率。由此，非晶質金屬的硬度和彈性系數的比H/E與結晶質金屬或金屬氮化物相比具有大的值。其結果，利用非晶質金屬的潤滑層除了耐磨性以外，還一同具有關于耐磨性的可靠性(耐久性)。

本發明的潤滑層包含(a)Ti和(b)選自Cu、Co、Ni及Zr構成的群中的至少一種金屬相，并具有由非晶質和納米結晶質構成的復合結構。

Ti用于增強潤滑層的硬度。特別是，潤滑層可還包含N和C，Ti與N和/或C一同形成TiN、TiC或TiNC。如前所述，金屬氮化物和金屬氮化物具有很高的硬度。

圖4是用于說明非晶質形成能力的概念圖。

非晶質形成能力(Glass-forming ability，GFA)表示特定組分的合金以何種程度被容易非晶質化。金屬、合金的非晶質形成能力較大地取決于組分。

本發明的潤滑層具有由非晶質和納米結晶質構成的復合結構。非晶質可由具有非晶質形成能力的組分形成。

非晶質和納米結晶質需要與微型結晶質加以區分。在此，首先對微型結晶質的形成過程進行說明，然后對與之對比的非晶質及納米結晶質的形成過程進行說明。

液體熔融物(liquid metal)具有無序的原子結構(Random atomic structure)。利用冷卻液體熔融物的工藝產生結晶化。此時的結晶化被分 類為結晶相的成長占支配地位的結晶化(Growth-dominatedcrystallization)。基于液體熔融物的結晶化形成的結晶結構為微型結晶質。微型結晶質具有規則的原子結構。微型結晶質的結晶粒的平均大小存在于數μm至數百μm的范圍內。

與此相比，在具有優異的非晶質形成能力的合金組分的情況下，由于在冷卻液體熔融物時具有相對穩定的液相結構，能夠容易地進行過冷(undercooling)。因此，具有非晶質形成能力的合金組分形成非晶質固體，或者通過結晶相的核生成占支配地位的結晶化(Nucleation-dominated crystallization)過程形成平均大小存在于數nm至數百nm的范圍內的納米結晶相。

具有優異的非晶質形成能力的組分除了非晶質以外，還可通過退火(annealing)形成納米結晶質。本發明具有由非晶質和納米結晶質構成的復合結構，非晶質和納米結晶質可由具有非晶質形成能力的組分形成。

本發明的潤滑層包含(a)Ti和(b)選自Cu、Co、Ni及Zr構成的群中的至少一種金屬相。可根據潤滑層的需要改善的特性來選擇金屬相。與此相比，潤滑層始終包含Ti。

Ti是帶有強還原性的活性金屬。由于Ti是高硬度材料，利用Ti能夠提高潤滑層的硬度。但是，即使是具有再高的硬度的潤滑層，如果與母材的界面彈性特性不一致，則會發生潤滑層被破壞及剝離。如前所述，為了防止潤滑層被破壞及剝離，本發明的潤滑層由具有非晶質形成能力的組分構成。

具有非晶質形成能力的組分優選具有寬的范圍。過窄的組分范圍可能無法充分具有非晶質形成能力，并且不易改善因組分的不同而改變的特性。

以下，對基于Ti的二元系合金(Ti based binary alloy)的具有非晶質形成能力的組分的范圍進行說明。

圖5是用于說明由Ti和Co構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分范圍的Ti和Co的相平衡圖。

對于二元系合金的具有非晶質形成能力的組分而言，基于各元素的熔點(rule of mixture)預測的理想熔點對比實際熔點的比ΔT*相對較大， 因此，可在包含液相的穩定性最為突出的共熔點(Eutectic)的范圍內決定。參照相平衡圖，Ti和Co的共熔點是23.2at.％Co、75.8at.％Co。

在由Ti和Co構成的二元系合金中，用陰影示出所述ΔT*值為0.2以上而可具有非晶質形成能力的組分范圍。由Ti和Co構成的二元系合金可在包含有共熔點之一的23.2at.％Co的17至40at.％Co具有非晶質形成能力，并可在另一共熔點的75.8at.％Co左右也具有非晶質形成能力。

圖6是用于說明由Ti和Ni構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分范圍的Ti和Ni的相平衡圖。

參照相平衡圖，Ti和Ni的共熔點是24at.％Ni、61at.％Ni。

在由Ti和Ni構成的二元系合金中，用陰影示出ΔT*值為0.2以上而可具有非晶質形成能力的組分范圍。由Ti和Ni構成的二元系合金可在包含有共熔點之一的24at.％Ni的18至40at.％Ni具有非晶質形成能力，并可在另一共熔點的61at.％Ni左右也具有非晶質形成能力。

圖7是用于說明由Ti和Cu構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分范圍的Ti和Cu的相平衡圖。

參照相平衡圖，Ti和Cu的共熔點是43at.％Cu、73at.％Cu。

在由Ti和Cu構成的二元系合金中，用陰影示出ΔT*值為0.2以上而可具有非晶質形成能力的組分范圍。由Ti和Cu構成的二元系合金可在包含有兩個共熔點的30至78at.％Cu具有非晶質形成能力。

將圖5至圖7的相平衡圖進行比較可知，由Ti和Cu構成的二元系合金具有最寬的非晶質形成能力的組分范圍。因此，如果不考慮軟質金屬的其他特性而僅比較非晶質形成能力，則本發明的潤滑層優選包含Ti和Cu。

非晶質和非晶質形成能力需要加以區別。具有非晶質形成能力表示可成為非晶質，但并非表示必須形成為非晶質。如前述的針對非晶質和納米結晶質的說明，即使是相同的組分，根據工藝的不同，可能會制備出非晶質，也可能會制備出結晶質。

可通過對具有非晶質形成能力的組分的二元系合金實施X線衍射分析，來確認在具有非晶質形成能力的組分的范圍內是否實際形成非晶質。

以下，對通過對具有非晶質形成能力的組分的二元系合金實施X線衍射分析，來檢驗是否形成非晶質的過程進行說明。

圖8是用于確認由Ti和Cu構成的二元系合金是否形成了非晶質的X線衍射分析結果。

作為X線衍射分析對象的Ti和Cu的組分設定如下。

(1)組分1：Ti:Cu＝75.6:24.4(at.％)

(2)組分2：Ti:Cu＝65:35(at.％)

(3)組分3：Ti:Cu＝60:40(at.％)

(4)組分4：Ti:Cu＝55:45(at.％)

觀察組分1的結果，能夠從峰值確認出形成了作為結晶質的α-Ti相和作為金屬間化合物的Ti3Cu。

觀察組分2和組分3的結果，由于未出現峰值，能夠確認出分析2和分析3的組分中未形成結晶質，而是形成了非晶質。

觀察組分4的結果，能夠從峰值確認出除了非晶質以外，還形成了作為結晶質的α-Ti相和作為金屬間化合物的TiCu。

因此，根據組分1至組分4的X線衍射分析結果，由Ti和Cu構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分可在Ti:Cu＝55:45at.％至Ti:Cu＝75.6:24.4at.％的范圍進行選擇。

在潤滑層的耐久性方面，由Ti和Cu構成的二元系合金的具有非晶質形成能力的組分優選在Ti:Cu＝60:40at.％至Ti:Cu＝65:35at.％的范圍進行選擇。金屬間化合物在承受負荷時作為缺陷起作用，因此，可能會不易充分地確保潤滑層的耐久性。

圖9是示出圖8中實施了分析的基于Ti和Cu的組分的硬度的圖表。

通過圖表可確認出，具有非晶質形成能力的組分2和組分3與包含有結晶質的組分1和組分4相比具有低的硬度。因此，可得出僅由非晶質構成的潤滑層無法具有充分高的硬度。因此，需要改善非晶質的低的硬度。

可利用納米結晶質改善潤滑層的硬度。在前述的圖2的說明中指出，通過與納米結晶質的復合結構能夠補充潤滑層的硬度特性。

本發明的潤滑層除了(a)Ti和選自(b)Cu、Co、Ni及Zr構成的 群的至少一種金屬相以外，還可包含摻雜元素。摻雜元素包含(c1)四甲基硅烷(CH3)4Si(tetra methyl silane，TMS)和(c2)Mo中的至少一種。

(c1)(CH3)4Si(tetra methyl silane，TMS)的Si向潤滑層提供耐熱性。在高速旋轉的環境下，即使潤滑層的溫度增加，在Si的作用下，潤滑層能夠保持耐久性。

(c2)Mo能夠降低潤滑層的摩擦系數，從而使潤滑層的低摩擦特性極大化。Mo可與氧結合而生成Libricious oxide。Mo特別是在高速旋轉的環境中作用為潤滑成分。

因此，同時包含有(a)Ti、(b)金屬相、(c1)TMS、(c2)Mo的潤滑層可同時具有基于Ti的高硬度特性、基于由金屬相提供的大的彈性變形率的耐久性、基于Si的耐熱性及基于Mo的低摩擦特性。

圖10是將本發明中提示的潤滑層的硬度與現有技術的潤滑材料相比較的圖表。

實施例1至實施例3是本發明的潤滑層。

實施例1是由Ti、Cu、N構成的潤滑層。實施例2是除了Ti、Cu、N以外還包含C的潤滑層。實施例3是在Ti、Cu、N摻雜TMS的潤滑層。

比較對象潤滑材料是MoS2、類金剛石(Diamond like Carbon，DLC)及ZALC。

MoS2是Mo系潤滑材料。DLC(Diamond like Carbon)是碳系潤滑材料。ZALC是包含有Zr、Al、Cu的潤滑材料。

將本發明的潤滑層和比較對象潤滑材料應用于壓縮機時的硬度進行比較，本發明的潤滑層與Mo系潤滑材料相比，具有出色的高硬度值。并且，可從圖表確認出本發明的潤滑層具有與DLC或ZALC等同或其以上的硬度值。

圖11是選擇鋼材作為母材并針對本發明的潤滑層評價了摩擦特性的圖表。

實施例1至實施例3分別與圖10中測定硬度的實施例1至實施例3相同。比較對象潤滑材料也與圖10的相同。

摩擦特性由摩擦系數進行評價，摩擦系數越低，表示低摩擦特性極大化，從而能夠起到優異的潤滑作用。

參照圖11的摩擦系數測定結果可確認出，實施例1至實施例3的潤滑層與比較對象潤滑材料相比，具有更低的摩擦系數。特別是可確認出，實施例2和實施例3與實施例1相比具有更優異的低摩擦特性，并且與高速旋轉的環境相比，在低速旋轉的環境下表現出極大化的低摩擦特性。

圖12是選擇鑄件作為母材并針對本發明的潤滑層評價了摩擦特性的圖表。

實施例1至實施例3分別與圖10中測定硬度的實施例1至實施例3相同。比較對象潤滑材料也與圖10的相同。

圖12的摩擦系數測定結果大體上與圖11的結果類似。從圖12可確認出，實施例1至實施例3的潤滑層與比較對象潤滑材料相比，具有更低的摩擦系數。特別是，在實施例1的情況下，當選擇鑄件作為材料時，與實施例2相比具有更低的摩擦系數。與圖11的結果類似的是，與高速旋轉的環境相比，實施例1至實施例3在低速旋轉的環境下表現出極大化的低摩擦特性。

以下，對本發明中提供的潤滑層和具有該潤滑層的壓縮機進行說明。

圖13是與本發明相關的渦旋式壓縮機100的剖視圖。

圖13中以渦旋式壓縮機作為對象，但是本發明并不限定于此，其可同樣適用于為了減小與旋轉軸的摩擦阻力而使用軸承的任意的形態的壓縮機。

參照圖13，所述渦旋式壓縮機100在密閉容器110的內部設置有主框架120和副框架130，在所述主框架120和副框架130之間設置有作為電動單元的驅動馬達140，在所述主框架120的上側設置有壓縮單元，所述壓縮單元與驅動馬達140相結合，由固定渦旋盤150和回旋渦旋盤160構成并壓縮制冷劑。

所述驅動馬達140包括：定子141，纏繞有線圈；轉子142，以可旋轉的方式插入于所述定子141；旋轉軸143，壓入于所述轉子142的中心，用于向壓縮機構部傳遞旋轉力。所述旋轉軸143在其上端突出形成有驅動銷部144，所述驅動銷部144對于軸的旋轉中心呈偏心狀態。

所述壓縮機構部包括：固定渦旋盤150，固定于主框架120的上面；回旋渦旋盤160，放置于主框架120的上面，并與所述固定渦旋盤150相嚙合；十字環(Oldham ring)170，配置于所述回旋渦旋盤160和主框架120之間，用于防止所述回旋渦旋盤160進行自轉。

在所述固定渦旋盤150形成有以螺旋形狀纏繞的固定渦卷部151，其與后述的回旋渦卷部161一同構成壓縮室P，在所述回旋渦旋盤160形成有以螺旋形狀纏繞的回旋渦卷部161，其與所述固定渦卷部151相嚙合并構成壓縮室P。此外，在所述回旋渦旋盤160的底面，即，所述回旋渦卷部161的相反側的側面突出形成有凸柱部162，所述凸柱部162與所述旋轉軸143相結合，從而傳遞到旋轉力。

在所述回旋渦旋盤160的凸柱部162的內部形成有第一涂層163，所述第一涂層163與所述旋轉軸143的驅動銷部144的外周面相面對地配置。所述第一涂層163形成于所述凸柱部162的內面，起到減小所述旋轉軸143和所述回旋渦旋盤160之間的摩擦的作用。

此外，在所述主框架120的內側也形成有第二涂層122，用于減小旋轉軸和主框架之間的摩擦，在所述副框架130的內側也設置有第三涂層132。在所述第一至第三涂層122、132、163中供給有油，從而能夠實現順暢的潤滑作用。

當所述驅動馬達140中接通電源以使旋轉軸143進行旋轉時，與所述旋轉軸143偏心結合的回旋渦旋盤160按一定的軌跡進行回旋運動，形成于所述回旋渦旋盤160和固定渦旋盤150之間的壓縮室P朝回旋運動的中心連續地移動并體積減小，從而連續地吸入壓縮制冷劑并吐出。

在此過程中，為了減小構成所述壓縮單元的各個結構要素之間產生的摩擦，需要供給適當量的油，這樣的油注入儲存于所述密閉容器110的底座112側。這樣被注入的油可通過形成于所述旋轉軸143的內部的油流路180提供給所述壓縮單元內部及所述第一至第三軸承層。

附圖中未說明的附圖標記152是吸入口、153是吐出口、190是油泵蓋、SP是吸入管、DP是吐出管。

在現有技術的渦旋式壓縮機的情況下，代替所述第一至第三涂層而使用環(ring)形態的徑向軸承(journal bearing)，這樣的徑向軸承具 有大致2mm程度的厚度。在所述第一至第三涂層的情況下，僅用大致0.1mm以下的厚度即可取得充分的耐磨性及潤滑效果，因此，與現有技術相比，具有非常薄的厚度即能夠提供類似的耐磨性。

利用這樣被減小的厚度，能夠減小渦旋式壓縮機100的尺寸，與相同尺寸的壓縮機相比能夠提供更高的壓縮比。同時，在渦旋式壓縮機100的情況下，為了防止因氣體壓導致回旋渦旋盤后退，需要在回旋渦旋盤的背面施壓背壓。使壓縮室中存在的壓縮氣體的一部分流入來施加所述背壓，在使用現有技術的軸承的情況下，經常會發生因存在有這樣的背壓供給結構，不易將軸承尺寸增大至所需的大小，而根據本發明的所述實施例，還能夠消除這樣的設計上的制約。

另外，本發明還可適用于省略了主框架并使固定渦旋盤兼具有主框架的功能的所謂“軸貫通”形態的渦旋式壓縮機。用語“軸貫通”是鑒于旋轉軸貫穿插入于固定渦旋盤的結構而取的名稱，圖14中示出在這樣的軸貫通渦旋式壓縮機中采用本發明的技術思想的渦旋式壓縮機的第二實施例。

圖14是與本發明相關的渦旋式壓縮機200的另一剖視圖。

參照圖14，渦旋式壓縮機200包括由上殼212和下殼214構成的殼體210，所述上殼212和下殼214焊接于所述殼體210，從而與殼體210一同形成一個密閉空間。

在所述上殼212的上部設置有吐出管216。所述吐出管216相當于被壓縮的制冷劑向外部排出的通道，用于分離被吐出的制冷劑中混入的油的分油器(未圖示)可與所述吐出管216相連接。此外，在所述殼體210的側面設置有吸入管218。所述吸入管218作為使要被壓縮的制冷劑流入的通道，圖14中所述吸入管218位于所述殼體210和上殼212的臨界面，但是其位置可任意地進行設定。同時，所述下殼214還可作用為用于儲存為使壓縮機順暢地進行工作而供給的油的油腔體。

在所述殼體210內部的大致中央部設置有作為驅動單元的馬達220。所述馬達220包括：定子222，固定于所述殼體210的內面；轉子224，位于所述定子222的內部，利用與定子222的相互作用進行旋轉。在所述轉子224的中心配置有旋轉軸226，所述轉子224和旋轉軸226一同進 行旋轉。

在所述旋轉軸226的中心部，油流路226a沿著旋轉軸226的長度方向延長形成，在所述旋轉軸226的下端部設置有用于向上部供給所述下殼214中儲存的油的油泵226b。所述油泵226b可以是在所述油流路226a的內部形成螺旋形的槽或設置額外的螺旋槳的形態，還可設置額外的容積式泵。

在所述旋轉軸226的上端部配置有插入于后述的固定渦旋盤上形成的凸柱部(boss)內部的擴徑部226c。所述擴徑部與其他部分相比具有更大的直徑，在擴徑部226c的端部形成有銷部226d。偏心軸承層228位于所述銷部226d。

在所述殼體210和上殼212的臨界部安裝有固定渦旋盤230。所述固定渦旋盤230的外周面可在所述殼體210和上殼212之間以熱壓配合(shrink fit)方式壓入固定，或者與殼體210和上殼212一同以焊接方式相結合。

在所述固定渦旋盤230的底面形成有其中插入上述的旋轉軸226的凸柱部232。在所述凸柱部232的上側面(以圖14為基準)形成有貫通孔，所述旋轉軸226的銷部226d可貫穿所述貫通孔，通過這樣的結構，所述銷部226d向所述固定渦旋盤230的硬板部231的上側突出。此外，在所述凸柱部232的內面形成有用于減小與旋轉軸226的摩擦的第一涂層234。

在所述硬板部231的上部面形成有與后述的回旋渦卷部242相嚙合而形成壓縮室的固定渦卷部232，在所述硬板部231的外周部形成有用于容納后述的回旋渦旋盤240的空間部，并形成有與所述殼體210的內周面相接的側壁部238。

在所述固定渦旋盤230的上部設置有回旋渦旋盤240。所述回旋渦旋盤240形成有大致呈圓形的硬板部241及與所述固定渦卷部232相嚙合的回旋渦卷部242。此外，在硬板部241的中心部形成有大致圓形的旋轉軸結合部246，所述偏心軸承層228以可旋轉的方式插入及固定于所述旋轉軸結合部246。所述旋轉軸結合部246的外周部與所述回旋渦卷部242相連接，從而在壓縮過程中，起到與所述固定渦卷部232一同形成壓縮 室的作用。

另外，在所述旋轉軸結合部246形成有所述偏心軸承層228，使得所述旋轉軸226的端部貫穿所述固定渦旋盤230的硬板部231并插入，所述回旋渦卷部242、固定渦卷部232及偏心軸承層228以所述壓縮機的側方向重疊地設置。當進行壓縮時，制冷劑的反作用力施加于所述固定渦卷部232和回旋渦卷部242，作為對其的反作用力，在旋轉軸支撐部和偏心軸承層之間施加有壓縮力。如上所述，在旋轉軸226的一部分貫穿硬板部231并與渦卷部相重疊的情況下，制冷劑的反作用力和壓縮力以硬板為基準施加于相同側面，從而將相互被抵消。由此，能夠防止因壓縮力和反作用力的作用導致的回旋渦旋盤240傾斜的現象。

此外，雖未圖示，在所述硬板部241形成有吐出孔，從而使被壓縮的制冷劑能夠向所述殼體的內部吐出。所述吐出孔的位置可考慮所要求的吐出壓等而任意地進行設定。

此外，在所述回旋渦旋盤240的上側設置有用于防止所述回旋渦旋盤自轉的十字環250。另外，在所述殼體210的下部設置有用于以可旋轉的方式支撐所述旋轉軸226的下側的下框架260，在所述回旋渦旋盤的上部設置有用于支撐所述回旋渦旋盤和所述十字環250的上框架270。在所述上框架270的中央形成有與所述回旋渦旋盤240的吐出孔相連通，從而使被壓縮的制冷劑向所述上殼側吐出的孔。

在具有上述的結構的第二實施例中，所述偏心軸承層228及第一涂層234具有如所述第一實施例所述的結構及材料。特別是，在第二實施例中，在回旋渦旋盤的中心部設有旋轉軸結合部，從而使回旋渦旋盤240的硬板部231中可作為壓縮空間使用的空間大幅地縮小。因此，在軸貫通型渦旋式壓縮機200的情況下，與不是該結構的壓縮機相比，為了取得相同的壓縮比需要增大其尺寸，而根據本發明，能夠將涂層的厚度與現有技術相比大幅地縮小，從而能夠使增大的尺寸達到最小。

圖15是與本發明相關的旋轉式壓縮機300的剖視圖。

如圖15所示，本實施例的旋轉式壓縮機300可包括：殼體310，內部裝有油并設有吐出管DP及吸入管SP；驅動馬達320，設置于所述殼體310的內部，用于產生驅動力；壓縮機構部340，設置于所述殼體310 的內部，利用所述驅動馬達320進行驅動并壓縮制冷劑氣體；以及，曲柄軸330，用于從所述驅動馬達320向所述壓縮機構部340傳遞驅動力。

所述殼體310可在上部設有貫穿所述殼體310的壁面的所述吐出管DP，在下部設有貫穿所述殼體310的壁面并與所述壓縮機構部340相連通的所述吸入管SP。并且，所述殼體310可在上部設置有以可通電的狀態連接所述驅動馬達320和外部電源的線束塊350(cluster block)。

所述驅動馬達320可包括：定子322，固定于所述殼體310；以及，轉子324，相隔一定的空隙插入于所述定子322，利用與所述定子322的相互作用進行旋轉。

所述轉子324可與所述曲柄軸330的一端部相結合。

所述曲柄軸330可在另一端部設有與所述曲柄軸330的旋轉軸呈偏心狀態的偏心部332。所述曲柄軸330的另一端部貫穿后述的第一軸承344及第二軸承346，所述偏心部332可配置于后述的壓縮空間內。此時，所述曲柄軸330可支撐于所述第一軸承344及所述第二軸承346。并且，所述曲柄軸330可在內部朝軸方向較長地貫穿形成有油流路334。在所述油流路334的下部可結合有用于抽吸所述殼體310中填充的油的給油器(未圖示)。

所述壓縮機構部340可包括：圓形的缸筒342，固定于所述殼體310的內周面，與所述吸入管SP相連通；第一軸承344和第二軸承346(以下稱為“軸承”)，貼附于所述缸筒342的兩側開口部，與所述缸筒342一同形成壓縮空間；滾動軸承348，與所述曲柄軸330的偏心部332相結合，在所述壓縮空間內進行偏心旋轉；以及，葉片(未圖示)，壓接于所述滾動軸承348的外周面，在所述滾動軸承348的回旋運動時進行直線運動，并將所述壓縮空間劃分為吸入空間和吐出空間。

在如上所述的本實施例的旋轉式壓縮機中，當所述驅動馬達中接通電源時，所述轉子324及所述曲柄軸330可進行旋轉。所述滾動軸承348可利用所述曲柄軸330的旋轉而在所述壓縮空間內進行偏心旋轉。所述葉片(未圖示)可利用所述滾動軸承348的旋轉而進行直線運動，并將所述壓縮空間劃分為吸入空間和壓縮空間。通過所述吸入管SP流入到所述壓縮空間的制冷劑可在所述滾動軸承348及所述葉片(未圖示)的運 動的作用下，被壓縮并向所述吐出空間DP吐出。

其中，所述曲柄軸330以滑動方式接觸于所述第一軸承344和第二軸承346，因此，所述曲柄軸330的表面狀態對于減小壓縮機的摩擦損失而言尤為重要。

考慮到這樣的情況，在曲柄軸330和第一軸承344、第二軸承346可形成有前述的涂層。或者，所述曲柄軸330可在母材的外周面形成所述緩沖層，并在所述緩沖層的外周面形成所述涂層。

由此，涂層基于其高硬度及低摩擦特性抑制旋轉式壓縮機300的效率降低，并能夠抑制所述曲柄軸330的與所述軸承344、346相接觸的部位發生損壞。

與此同時，在未能順暢實現基于油膜的潤滑的情況下，所述涂層也能夠保持低摩擦特性以抑制壓縮機的效率降低，從而能夠抑制所述曲柄軸330的與所述軸承344、346相接觸的部位發生損壞。

其中，當壓縮機處于剛啟動的狀態、以高荷重及低速運轉中的狀態、流入有液態制冷劑的狀態、啟動停止的狀態等的運轉狀態時，由于在所述曲柄軸330和所述軸承344、346之間的接觸部位的油量不足或油粘度不足，可能會發生所述未能順暢地實現基于油膜的潤滑的情況。

在此情況下，前述的實施例的涂層應用于旋轉式壓縮機300的所述曲柄軸330和第一及第二軸承344、346，但是，其也可同樣適用于其他部件。例如，涂層可適用于旋轉式壓縮機300的缸筒342、所述滾動軸承348、所述葉片(未圖示)等的摩擦部位。

根據如上所述的本發明，潤滑層的組分具有非晶質形成能力，因此，可具有包含非晶質的復合結構。

通常，硬度和彈性系數具有一同增大或一同減小的傾向，因此，高硬度相具有相對大的彈性系數，軟質低硬度相具有相對小的彈性系數。但是，非晶質與低硬度相相比具有大的硬度且低的彈性系數值。為了形成潤滑層，不可避免的使用具有高硬度及高彈性系數的特性的氮化物和/或碳化物的復合結構，而在非晶質與氮化物和/或碳化物形成復合結構的情況下，將提供保持相對大的硬度值且相對低的彈性系數值。基于非晶質而賦予的潤滑層的低的彈性系數值與金屬母材類似，因此，本發明的 潤滑層能夠抑制從母材被剝離或破壞，除了潤滑層的耐磨性以外，還能夠提高針對耐磨性的可靠性(耐久性)。

并且，根據本發明，潤滑層具有包含有軟質金屬被結構化的納米結晶粒的復合結構，基于納米結構結晶粒的增強效果使金屬相的比率增加，能夠補充硬度降低的問題。

并且，本發明改善了軟質金屬的潤滑層的磨合特性，從而能夠縮短磨合時間，基于Si摻雜提高耐熱性，并基于Mo摻雜使低摩擦特性極大化。

以上所述的壓縮機并不限定于所述說明的實施例的結構和方法，而是各實施例的全部或一部分可選擇性地進行組合，從而能夠實現所述實施例的多種變形。