用于制造運(yùn)行輪和運(yùn)行裝置的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造一種結(jié)構(gòu)零件尤其運(yùn)行輪的方法，并且涉及一種結(jié)構(gòu)零件尤其運(yùn)行輪，以及一種用于制造結(jié)構(gòu)零件組合體尤其運(yùn)行裝置的方法，并且涉及一種結(jié)構(gòu)零件組合體尤其運(yùn)行裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于當(dāng)代的內(nèi)燃機(jī)來(lái)說(shuō)廢氣渦輪增壓器被越來(lái)越多地使用，以便實(shí)現(xiàn)更加節(jié)省但卻動(dòng)態(tài)性較好和較舒適的柴油和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)今使用鎳(Ni)基合金作為廢氣側(cè)的渦輪的材料。為了改善動(dòng)態(tài)性越來(lái)越多的基于鈦鋁(TiAl)的合金成為焦點(diǎn)，該合金的特征在于低的密度(?4g/cm3)和高的比強(qiáng)度。由鈦鋁基合金所制造的渦輪能夠例如通過(guò)精密鑄造方法或者金屬粉末噴鑄(MIM)制造。一個(gè)較大的挑戰(zhàn)是把鈦鋁渦輪連接到把渦輪與在空氣側(cè)上的壓縮輪相連接的鋼軸上。
[0003]對(duì)于由鎳基合金制造的渦輪在鋼軸上的接合來(lái)說(shuō)當(dāng)今基于較短的節(jié)拍時(shí)間和接合位置的高的可靠性建立了熔焊方法-例如電子束焊接或者激光束焊接。但是在T1、Fe和Al之間所出現(xiàn)的脆性相構(gòu)形卻阻礙所述焊接方法在由鈦鋁基合金制造的渦輪與鋼的連接上的應(yīng)用傳播。
[0004]為了解決該問(wèn)題能夠把由鎳基合金制造的可在鋼上焊接的中間塊安裝在鈦鋁渦輪上-例如通過(guò)擴(kuò)散焊或者摩擦焊。但是該原理是耗時(shí)并且耗成本的。此外能夠通過(guò)粉末噴射方法-例如通過(guò)離子噴射、高速火焰噴射或者冷氣噴射-施加由鎳基合金制造的可在鋼上焊接的中間層。該方法同樣是成本密集的并且只是較低比率地利用所采用的昂貴的粉末。此外對(duì)于該方法來(lái)說(shuō)不在鈦鋁合金和由鎳基合金制造的中間層之間出現(xiàn)金屬性的連接。由于鈦鋁基合金和鎳基合金的不同熔化區(qū)域和鎳基合金與鈦鋁基合金的較高的反應(yīng)傾向，通過(guò)共同燒結(jié)把由鎳基合金制造的中間層施加在鈦鋁渦輪上是不可能的。
[0005]在DE 10 2010 011 486 Al中描述一種廢氣渦輪增壓器，它為了把渦輪連接在軸上至少在所述渦輪和軸之間具有至少一個(gè)多孔金屬的或者陶瓷的中間塊，該中間塊經(jīng)過(guò)滲透過(guò)程與渦輪并且/或者軸相連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主題是一種根據(jù)主權(quán)利要求的用于制造結(jié)構(gòu)零件尤其運(yùn)行輪的方法并且一種結(jié)構(gòu)零件尤其運(yùn)行輪。此外本發(fā)明涉及一種根據(jù)主權(quán)利要求的用于制造結(jié)構(gòu)零件組合體尤其運(yùn)行裝置的方法，并且涉及一種結(jié)構(gòu)零件組合體尤其運(yùn)行裝置。有利的型式從各個(gè)從屬權(quán)利要求和下文的說(shuō)明中得出。
[0007]通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的方法提供一種結(jié)構(gòu)零件尤其(渦輪)運(yùn)行輪(葉輪)，它以非常簡(jiǎn)單的方式和形式能夠得以制造并且借助于熔焊方法能夠安全、快速并且低成本地得以連接在另一結(jié)構(gòu)零件尤其鋼軸上。這根據(jù)本發(fā)明尤其通過(guò)設(shè)置隔離層實(shí)現(xiàn)，該層基于其特性被構(gòu)造用于，阻礙在熱處理時(shí)基體的第一合金的原子和能熔焊的連接層的第二合金的原子的反應(yīng)。這意味著，換而言之，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的隔離層有效地阻礙(防止)從第一合金的原子種類到第二合金的相互擴(kuò)散。同時(shí)在熱處理時(shí)-尤其在加熱步驟時(shí)隔離層相對(duì)于兩偵U，即基體和能熔焊的連接層，形成一個(gè)固定的連接。由此于是在結(jié)構(gòu)零件上提供連接層，該層一方面與結(jié)構(gòu)零件以材料配合連接的方式相連接，而不形成脆性相并且另一方面通過(guò)熔焊能夠很好地把鋼軸與該層相連接。
[0008]此外有利的是，第一合金是鈦鋁基合金并且第二合金是釩(V)基合金。因?yàn)殁佷X基合金的特征在于低的密度和高的比強(qiáng)度，并且釩基合金是很好能夠熔焊的-尤其與鋼軸，由此能夠提供能夠很簡(jiǎn)單并且低成本地借助于熔焊被連接在鋼軸上的運(yùn)行輪。
[0009]此外有利的是，隔離層構(gòu)造成，阻礙(防止)基體的第一合金的原子到能熔焊的連接層的第二合金的原子的擴(kuò)散。這意味著，換而言之，隔離層能夠具有被設(shè)計(jì)用于阻礙基體的第一合金的原子擴(kuò)散到能熔焊的連接層的第二合金的原子的擴(kuò)散系數(shù)。從而能夠把隔離層構(gòu)造為對(duì)第一合金的原子的擴(kuò)散屏障。通過(guò)所述措施能夠有效阻礙，出現(xiàn)原子種類的加強(qiáng)的濃度平衡并且由比第一合金例如組分鈦和鋁的不定比例的原子到達(dá)能熔焊的連接層中，這借助于熔焊方法將惡化或者完全妨礙可焊性。在這里的背景是，在溫度高于1400°C時(shí)實(shí)現(xiàn)例如鈦鋁基合金的燒結(jié)。對(duì)于這種很高的溫度來(lái)說(shuō)在不同的金屬合金共同燒結(jié)期間通過(guò)互相擴(kuò)散出現(xiàn)原子種類的加強(qiáng)的濃度平衡。因此通過(guò)共同燒結(jié)所制造的金屬中間層在焊接位上一直含有出自運(yùn)行輪中的、會(huì)妨礙熔焊方法的令人滿意應(yīng)用的組分鈦和鋁的確定比例。
[0010]此外有利的是，隔離層被設(shè)計(jì)為，阻礙能熔焊的連接層的第二合金的原子到基體的第一合金的原子的擴(kuò)散。這意味著，換而言之，隔離層能夠具有擴(kuò)散系數(shù)，其被設(shè)計(jì)為，額外地阻礙能熔焊的連接層的第二合金的原子到基體的第一合金的原子的擴(kuò)散。通過(guò)該措施得以阻礙的是，連接層的不被控制的原子到達(dá)基體和隔離層之間的連接區(qū)域-這將損害隔離層與基體在材料方面的(材料配合式的)連接。
[0011]此外有利的是，隔離層具有氧化陶瓷。在這里尤其有利的是，隔離層的氧化陶瓷是具有一般化學(xué)式Zr02_s的二氧化鋯，其中δ位于大于或等于O到小于或等于0.5的范圍中。其中陶瓷隔離層或者說(shuō)擴(kuò)散屏障的厚度能夠位于O到2_的范圍中。通過(guò)該措施能夠保證二氧化鋯與兩個(gè)合金-即尤其是鈦鋁基合金和釩基合金的固定連接?？蛇x或者附加地氧化陶瓷為了穩(wěn)定能夠具有在大于或者等于O到小于或者等于10%的質(zhì)量百分比的范圍中的氧化釔或者氧化鎂。
[0012]此外有利的是，能熔焊的連接層額外具有鎳。通過(guò)添加鎳-例如在大于或者等于5%到小于或者等于30%的質(zhì)量百分比的范圍中-能夠把優(yōu)選是釩基合金的第二合金的焊接特性和燒結(jié)特性匹配到運(yùn)行輪的優(yōu)選是鈦鋁基合金的第一合金上。
[0013]此外有利的是，能熔焊的連接層額外具有鋯并且/或者鈦并且/或者在隔離層和能熔焊的連接層之間設(shè)置具有鋯并且/或者鈦的中間層并且在加熱步驟中把所述中間層與能熔焊的連接層和隔離層相連接。其中兩個(gè)反應(yīng)性的金屬元素鋯和鈦能夠在大于或者等于O到小于或者等于5%的質(zhì)量百分比的范圍中被添加。連接層能夠例如具有0.1到5_的厚度。中間層能夠例如具有O到0.5mm的厚度。規(guī)定反應(yīng)性的元素鋯并且/或者鈦一方面保證在加熱時(shí)優(yōu)選與陶瓷的隔離層或者說(shuō)擴(kuò)散屏障的在材料方面相連接的構(gòu)造。另一方面釩基合金能夠此外通過(guò)熔焊很簡(jiǎn)單地與鋼軸相連接。
[0014]此外有利的是，在加熱步驟之前基體是胚體并且能熔焊的連接層、隔離層并且必要時(shí)中間層借助于噴鑄并且/或者噴、澆或者壓(壓印)的方法-例如膠頭套印、噴墨印或者絲網(wǎng)印得以施加在基體上并且在加熱步驟中把基體、能熔焊的連接層、隔離層并且必要時(shí)中間層共同燒結(jié)。
[0015]可選地能夠在加熱步驟之前把基體置于已燒結(jié)的狀態(tài)中并且隔離層、能熔焊的連接層并且必要時(shí)中間層借助于熱噴射方法-例如等離子噴射、粉末火焰噴射、高速火焰噴射、冷氣噴射或者光弧線噴射得以施加在基體上。
[0016]此外有利的是，在加熱步驟之前把基體和隔離層置于已燒結(jié)的狀態(tài)中并且把能熔焊的連接層置于已燒結(jié)的或者熔化金屬冶金方式所制造的狀態(tài)中。已燒結(jié)的狀態(tài)在本發(fā)明的范圍中指的是，所述對(duì)象已經(jīng)在后續(xù)的加熱步驟之前已經(jīng)完成燒結(jié)并且因此不必進(jìn)行其它的燒結(jié)過(guò)程。
[0017]通過(guò)這種措施能夠以不同的方式和形式很低成本地并且高效地提供能熔焊的運(yùn)行輪。
【附圖說(shuō)明】
[0018]接下來(lái)根據(jù)所附的附圖舉例具體闡釋本發(fā)明。其中:
[0019]圖1按照根據(jù)本發(fā)明的方法得以制造的根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行裝置的示意圖；
[0020]圖2根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行輪的第一實(shí)施形式的連接區(qū)域的細(xì)節(jié)示意圖；并且
[0021]圖3根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)行輪的第二實(shí)施形式的連接區(qū)域的示意圖。
[0022]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的下文說(shuō)明中對(duì)被展示在不同附圖中并且相似作用的元件使用相同的或者近似的附圖標(biāo)記，其中不進(jìn)行該元件的重復(fù)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0023]在圖1中用附圖標(biāo)記10在整體中標(biāo)識(shí)根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)零件組合體。在這里結(jié)構(gòu)零件組合體10被構(gòu)造為運(yùn)行裝置(轉(zhuǎn)子)10。運(yùn)行裝置10具有被構(gòu)造為運(yùn)行輪的結(jié)構(gòu)零件12。運(yùn)行裝置10此外具有被構(gòu)造為鋼軸14的軸14。
[0024]運(yùn)行輪12具有經(jīng)過(guò)連接區(qū)域18與鋼軸14相連接的基體16。運(yùn)行輪12與鋼軸14的連接在這里借助于熔焊方法得以制造。運(yùn)行輪12或者說(shuō)基體16在連接區(qū)域18上具有第一合金。運(yùn)行輪12的基體16也能夠完全由第一合金組成。第一合金能夠優(yōu)選指的是欽銷基合金。
[0025]現(xiàn)在為了能夠把尤其通過(guò)低密度和高比強(qiáng)度所標(biāo)識(shí)的這樣的運(yùn)行輪16低成本并且可靠地連接在鋼軸上，運(yùn)行輪16在連接區(qū)域18中根據(jù)本發(fā)明還具有在圖2中被具體展示的隔離層20和連接層22。
[0026]從圖2可見(jiàn)的是，在基體16的連接區(qū)域18中設(shè)置優(yōu)選地直接被設(shè)置在基體16上的隔離層20。隔離層20能夠具有在O和2mm之間的厚度。在隔離層20相對(duì)于基體16的一側(cè)上設(shè)置優(yōu)選直接被設(shè)置在隔離層20上的能熔焊的連接層22。能熔焊的連接層22能夠具有在0.1