[发明专利]一种具有表面压应力的膜片及其制备方法和应用

说明书

本申请提供一种具有表面压应力的膜片及其制备方法和应用，属于压缩机技术领域。具有表面压应力的膜片包括：柔性片状基体和含氮层，柔性片状基体具有相对的两面。含氮层位于柔性片状基体的两面，含氮层产生压应力，含氮层产生的压应力为组织应力。含氮层与柔性片状基体之间的结合是冶金结合。本申请的具有表面压应力的膜片表面形成含氮层，从而使得膜片的两面产生压应力，当膜片处于凹凸(或弯曲)状态时，该压应力能够部分或全部抵消凹凸变形在凸出面产生的拉应力，使凸出表面承受的拉应力减小，甚至使凸出表面承受的应力从拉应力状态转变为压应力状态，从而抑制或阻止裂纹扩展，进而延长膜片的使用寿命。

技术领域

本申请涉及压缩机技术领域，具体而言，涉及一种具有表面压应力的膜片及其制备方法和应用。

背景技术

隔膜式压缩机是一种压缩腔不存在泄漏的气体压缩专用设备。由于其所能提供的密封性能好、压力范围广、压缩比较大，因此被广泛应用于压缩输送高纯气体、贵重稀有气体、有毒有害气体和腐蚀性气体等。膜片是隔膜压缩机的核心部件，活塞推动油腔中的工作油液，进而推动膜片在膜腔中做往复运动，以改变气腔的工作容积，在吸、排气阀的配合下实现无泄漏的周期性工作过程。即膜片的使用寿命对压缩机的无故障运行时间等性能有重要的影响。

影响膜片使用寿命的因素包括外在因素和内在因素两类。其中，外在因素主要有压缩机型腔轮廓尺寸、气体纯洁度、压缩机运行状况等。内在因素主要有膜片材质、膜片硬度等。优化压缩机型腔设计方案可以有效提升膜片的使用寿命，迄今为止，通过优化型腔设计方案延长膜片使用寿命的方法已接近极限。降低膜片表面的粗糙度，也可以提升膜片的寿命，但对此缺乏细致的研究。尽管机械零件表面可以制造的非常光滑，但依然有一些微裂纹，膜片工作时会产生凹凸变形，凸出面的表面上会出现拉应力，如果表面上有微裂纹，则微裂纹在拉应力作用下会扩展，进而导致膜片疲劳开裂失效。

发明内容

本申请提供了一种具有表面压应力的膜片及其制备方法和应用，其能够制得具有表面压应力的膜片，从而长期抑制微裂纹的扩展，延长膜片的寿命。

本申请的实施例是这样实现的：

在第一方面，本申请示例提供了一种具有表面压应力的膜片，其包括：柔性片状基体和含氮层，柔性片状基体具有相对的两面。含氮层位于柔性片状基体的两面，含氮层产生压应力，含氮层产生的压应力为组织应力。含氮层与柔性片状基体之间的结合是冶金结合。

在上述技术方案中，本申请的具有表面压应力的膜片表面形成含氮层，从而使得膜片的两面产生压应力，当膜片处于凹凸(或弯曲)状态时，该压应力能够部分或全部抵消凹凸变形在凸出面产生的拉应力，使凸出表面承受的拉应力减小，甚至使凸出表面承受的应力从拉应力状态转变为压应力状态，从而抑制或阻止裂纹扩展，进而延长膜片的使用寿命。

且本申请的具有表面压应力的膜片的表面压应力为组织应力，其具有持久特性，不会在使用过程中消失，具有长期抑制微裂纹扩展的作用。

结合第一方面，在本申请的第一方面的第一种可能的示例中，柔性片状基体为高度为0.3～0.5mm、直径为400～500mm的圆柱形。

可选地，柔性片状基体的材质为奥氏体不锈钢。

在上述示例中，柔性片状基体的材质为奥氏体不锈钢，制得的膜片硬度较高、柔韧性较好。

结合第一方面，在本申请的第一方面的第二种可能的示例中，含氮层的厚度为0.01～0.03mm。

可选地，含氮层为含氮奥氏体，和/或含氮层为韧性含氮化合物。

结合第一方面，在本申请的第一方面的第三种可能的示例中，含氮层产生的压应力为300～1000MPa。

第二方面，本申请示例提供了一种上述的具有表面压应力的膜片的制备方法，其包括：准备柔性片状基体，对柔性片状基体的两面进行增氮处理以分别形成含氮层。