固體潤(rùn)滑技術(shù)在渦旋真空泵中的應(yīng)用研究

     渦旋真空泵作為一種容積式粗抽無(wú)油泵，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、振動(dòng)噪音小、可靠性高、抽氣特性好，因此在真空應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越引起人們的重視。

　　由于其內(nèi)部沒(méi)有任何油類(lèi)和密封液體，有效地杜絕了泵油的污染，從而可獲得潔凈的真空。然而另一方面由于缺少了油的潤(rùn)滑和密封作用，渦旋體嚙合時(shí)僅靠間隙來(lái)密封，這樣泵的性能將決定于加工精度和渦旋體之間的固體潤(rùn)滑性能。本文對(duì)固體潤(rùn)滑技術(shù)在渦旋真空泵中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

　　1渦旋真空泵內(nèi)的摩擦部位由于渦旋真空泵是靠間隙密封的，為了提高抽速和降低極限壓強(qiáng)，必須通過(guò)控制間隙來(lái)降低泄露。密閉腔之間的間隙主要有徑向間隙和軸向間隙，如所示。當(dāng)間隙很小時(shí)，由于加工、裝配誤差以及工作時(shí)的受熱變形很容易接觸，產(chǎn)生磨擦。根據(jù)摩擦發(fā)生的部位分為齒頂摩擦和齒側(cè)摩擦。齒頂摩擦發(fā)生在動(dòng)盤(pán)（靜盤(pán)）齒頂與靜盤(pán)（動(dòng)盤(pán)）齒槽底面之間的軸向間隙處；而齒側(cè)摩擦則發(fā)生在動(dòng)盤(pán)與靜盤(pán)齒側(cè)面相嚙合的徑向間隙處。機(jī)械摩擦一方面會(huì)導(dǎo)致功率的損耗，另一方面也會(huì)造成渦旋壁的磨損咬合甚至發(fā)生鎖死，導(dǎo)致渦旋泵的損壞。因此對(duì)間隙處的兩個(gè)接觸面必須考慮采取潤(rùn)滑措施，在渦旋壓縮機(jī)中一般采取油潤(rùn)滑來(lái)解決，但渦旋真空泵中不能有油的存在，因此必須尋求采用固體潤(rùn)滑的方法來(lái)解決。

　　2固體潤(rùn)滑的作用機(jī)理和影響因素所謂固體潤(rùn)滑是指用鍍、噴涂等方法將固體潤(rùn)滑劑粘著在摩擦表面上形成固體潤(rùn)滑膜，摩擦?xí)r在對(duì)偶材料表面形成轉(zhuǎn)移膜使摩擦發(fā)生在潤(rùn)滑劑內(nèi)部，從而達(dá)到減少摩擦、降低磨損的目的。固體潤(rùn)滑劑的種類(lèi)很多，潤(rùn)滑機(jī)理也較復(fù)雜，以基本原料來(lái)分，可以分為軟金屬類(lèi)、金屬化合物類(lèi)、無(wú)機(jī)物類(lèi)和有機(jī)物類(lèi)等。不論何種固體潤(rùn)滑劑，其潤(rùn)滑性能主要取決于能否在摩擦面上形成轉(zhuǎn)移膜轉(zhuǎn)移膜是否具有低的摩擦系數(shù)，轉(zhuǎn)移膜與基材粘著的牢固程度及耐磨性如何等因素。固體潤(rùn)滑膜的潤(rùn)滑特性與基材硬度、對(duì)偶材料及其表面粗糙、熱膨脹系數(shù)等因素有關(guān)。

　　在眾多潤(rùn)滑材料中，由于聚四氟乙烯（FIFE）具有摩擦系數(shù)低、高低溫性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好和不受環(huán)境氣氛影響等優(yōu)點(diǎn)，成為應(yīng)用多的材料之一。但由于它的晶體結(jié)構(gòu)特性決定了它容易磨損，為了彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，通常不單獨(dú)使用PTFE，而是使用添加了各種添加劑的填充FTFE，在渦旋真空泵的潤(rùn)滑中就大量使用了這種潤(rùn)滑材料，下面就針對(duì)真空泵內(nèi)不同的摩擦部位介紹一下固體潤(rùn)3齒側(cè)摩擦的固體潤(rùn)滑齒側(cè)摩擦發(fā)生在動(dòng)盤(pán)與靜盤(pán)齒側(cè)面相嚙合的徑向間隙處。由于齒側(cè)靠間隙密封來(lái)防止泄露因此為了減少通過(guò)徑向間隙的泄露量，徑向間隙的值一般取的很小，此時(shí)由于加工精度、裝配精度以及工作時(shí)泵內(nèi)溫升很容易使渦旋體之間產(chǎn)生接觸，導(dǎo)致動(dòng)盤(pán)和靜盤(pán)齒側(cè)發(fā)生摩擦，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成渦旋體的相互咬合和泵的鎖死。

　　渦旋體側(cè)面摩擦一般采用在基體表面形成固體潤(rùn)滑膜來(lái)解決。在選擇鍍層材料時(shí)首先應(yīng)考慮其摩擦學(xué)特性，同時(shí)也應(yīng)考慮鍍層與基材間的合理匹配問(wèn)題，如基材的物理機(jī)械性能對(duì)鍍層的影響，鍍層與基材間的結(jié)合強(qiáng)度等。鍍層與基材的合理匹配應(yīng)包含以下內(nèi)容：鍍層與基材的彈性模量接近程度。如果二者相差較大，當(dāng)受到外力作用時(shí)，界面將產(chǎn)生較大應(yīng)力，容易使鍍層與基材剝離。

　　二者的熱膨脹系數(shù)應(yīng)該接近。否則當(dāng)體系升溫時(shí)，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也會(huì)使鍍層脫落。

　　基材的硬度應(yīng)該足夠大。固體潤(rùn)滑膜是通過(guò)基材分擔(dān)負(fù)荷而發(fā)揮潤(rùn)滑作用的，基材硬度越高，固體潤(rùn)滑膜的摩擦系數(shù)越小，而且越耐磨。

　　大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，提高基材的硬度，可有效地提高潤(rùn)滑膜的耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命。

　　在渦旋真空泵和渦旋壓縮機(jī)中，渦旋盤(pán)一般都經(jīng)過(guò)硬化處理，如對(duì)鋁合金基材采用陽(yáng)極氧化處理，鋼鐵采用NI*P化學(xué)鍍等方法來(lái)提高其硬度及耐腐蝕度。鍍膜的好壞決定著泵的整體性能，如何在渦旋體表面鍍上一層耐磨、潤(rùn)滑性好，又不易脫落的固體潤(rùn)滑膜已成為渦旋機(jī)械研制中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

　　4齒頂摩擦的固體潤(rùn)滑齒頂和齒槽底面的平面度和平行度決定著齒頂與底平面的密封性能，當(dāng)加工精度較低時(shí)，貝|J會(huì)出現(xiàn)局部區(qū)域的接觸磨擦。對(duì)此處的摩擦，國(guó)外的渦旋真空泵多采用密封條結(jié)構(gòu)，將密封條鑲?cè)朕D(zhuǎn)子和定子的渦旋體頂部的密封槽內(nèi)，通過(guò)齒頂?shù)拿芊鈼l與底平面的彈性接觸代替齒頂與底平面的直接剛性接觸，既起到了密封和潤(rùn)滑作用，又可通過(guò)彈性的密封條，自動(dòng)調(diào)節(jié)因加工、裝配及變形而產(chǎn)生的軸向誤差。并噴涂或浸潤(rùn)了PTFE具有一定的自潤(rùn)滑性。因此齒頂?shù)臐?rùn)滑性能將主要取決于密封條的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

　　針對(duì)渦旋泵密封條的工作特點(diǎn)，其性能應(yīng)滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求：以上性能有些是相互關(guān)聯(lián)的，必須綜合考慮。

　　密封條為自潤(rùn)滑復(fù)合材料，是將固體潤(rùn)滑劑（如PTFE）與其他材料混合后壓制燒結(jié)或浸漬而形成。根據(jù)其工作要求，可選擇添加不同組分。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)密封條材料作了大量的研究，研制出了具備各種性能的復(fù)合材料。

　　種可噴注成型的密封材料，質(zhì)量組成包括：35 ?80的聚苯硫醚樹(shù)脂（PS），10?35的氟烴聚合物（fluorocarbonpolymer），5?15的碳素纖維和5?15的有機(jī)粉狀物。這種密封材料具有諸如耐磨性、容易成型的特點(diǎn)，在用于鋁合金制成的渦旋部件的密封時(shí)具有很好的密封。在JP?A*4*5492和JP?A *6*25645中提出的密封材料中含有液態(tài)晶體聚合物，并在其中加入了玻璃碳（vitreouscarbon）或熒光聚合物（fluoroiesin）和碳素纖維等材料。

　　對(duì)密封條材質(zhì)的選取，既要滿(mǎn)足一定的彈性、耐磨性，又要有一定的自潤(rùn)滑性和耐高溫性。聚四氟乙烯就是符合這種要求的較好的密封材料，但單獨(dú)使用時(shí)耐磨性不高及熱膨脹系數(shù)較大等缺點(diǎn)也對(duì)其性能及使用壽命產(chǎn)生影響。因此國(guó)內(nèi)外關(guān)于密封材料的各種研究大多是以聚四氟乙烯為基本材料，添加其他成分而展開(kāi)的。如美國(guó)專(zhuān)利USPatent 5，575，634中所介紹的密封材料中，添加了碳素纖維和不超過(guò)10堅(jiān)硬粒子以及聚苯硫醚樹(shù)脂的平衡材料，大大提高了密封材料的耐磨性，降低了其熱膨脹系數(shù)，并且由于聚四氟乙烯具有很好的自潤(rùn)滑性，降低了摩擦面的粗糙度，在沒(méi)有潤(rùn)滑油的情況下改善了滑動(dòng)摩擦性能，既起到了良好的密封作用又減少了摩擦損失。

　　5結(jié)束語(yǔ)1如前所述，及靜盤(pán)都做了表面硬化處理，釀ishing在介紹固體潤(rùn)滑技術(shù)機(jī)理（下轉(zhuǎn)29頁(yè)）net力、降低注射速度以減低熔體流動(dòng)時(shí)的剪切力。另外，還可以提高料筒溫度，提高模具溫度，從而增加分子的布郎運(yùn)動(dòng)，盡可能的消除分子定向的程度。通過(guò)這方面的努力可降低由分子定向而引起的收縮不均及變形所帶來(lái)的危害。

　　6結(jié)束語(yǔ)注射成型中，除分子定向外，還有其它因素也會(huì)引起塑料的收縮和變形，實(shí)際中應(yīng)全面考慮各種因素。分子定向發(fā)生在塑料內(nèi)部，是人們不易掌握的。