一種渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體及其制備方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種渦輪增壓器，具體涉及一種渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體，屬于合 金材料技術領域。
【背景技術】
[0002] 渦輪增壓器實際上是一種空氣壓縮機，通過壓縮空氣來增加進氣量。它是利用發(fā) 動機排出的廢氣慣性沖力推動渦輪室內的渦輪，渦輪又帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣 濾清器管道送來的空氣，使之增壓進入氣缸。當發(fā)動機轉速增大，廢氣排出速度與渦輪轉速 也同步增加，葉輪就壓縮更多的空氣進入氣缸，空氣的壓力和密度增大可以燃燒更多的燃 料，相應增加燃料量和調整發(fā)動機的轉速，增加發(fā)動機的輸出功率。
[0003] 從結構上講，渦輪增壓器主要包括壓氣機、中間體、渦輪箱體三大部分。渦輪箱體 就是發(fā)動機廢氣推動渦輪做功的地方，壓氣機是葉輪對進氣做功加壓的地方，中間體用于 連接渦輪箱體和壓氣機，中間體起到固定和裝載軸承部件的作用，同時，渦輪增壓器的冷卻 流道也在中間體中。
[0004] 渦輪箱體的主要承載部件為殼體，現(xiàn)有技術中，不僅是渦輪殼體是由較普通的合 金材料如合金鋼、鋁合金等支持，不僅耐磨性一般，耐腐蝕性也較差，且力學性能一般，使用 壽命短。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種綜合性能好，尤其是具有耐高溫、耐腐蝕的渦輪增壓器 耐高溫渦輪殼體。
[0006] 本發(fā)明的上述目的通過如下技術方案實現(xiàn):一種渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體，所 述殼體包括如下組分及其重量份數:鋁粉:. 5-8份、硅粉:0.5-3份、（Nb，Ti)C粉:5-30份、鎳 粉:0.5-2份、鉻粉:2-6份、電解銅:3-15份、硫化錳:0.5-5份、磷化鐵粉:0.5-2份、石墨:2-8 份、硬脂酸鋅:1 -6份、鐵粉:40-60份。
[0007] 本發(fā)明渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體是由硬質相和金屬合金粘結相組成的復合材 料制成，既有陶瓷材料的高硬度，又具有金屬材料的強韌性，且還具有較好的耐高溫、耐氧 化和耐腐蝕等性能。
[0008] 本發(fā)明不僅在鐵粉基材中加入了鋁粉和硅粉，還加入了（Nb，Ti)C粉、鎳粉、鉻粉 等。其中鋁粉、硅粉的加入，使本發(fā)明殼體在高溫下與碳火氣氛反應，原位生產非氧化物如 碳化物和氮化物的增強相，影響顯微結構的變化，進而提高殼體的高溫力學性能。電解銅含 量的增加能直接提高產品的抗彎強度，卻由于其塑性較差，會降低產品的硬度;而石墨粉含 量的增加對產品機械性能的影響則與銅粉相反，其能顯著增加產品的硬度卻降低抗彎強 度，本發(fā)明通過合理配置銅粉和石墨粉的配比，使得產品的硬度和抗彎強度保持在較平衡 狀態(tài)。隨著鉻粉含量的增加，殼體材料的硬度逐漸上升，當加入鉻粉超過6份，不僅對渦輪殼 體硬度的影響十分有限，反而會降低殼體的密度和硬度?，F(xiàn)有技術中在硬質合金和金屬陶 瓷的復合材料中，一般會加入較高含量的鎳粉，但是鎳的抗腐蝕性較差，在相同環(huán)境下總是 先被腐蝕，隨著粘結性鎳被腐蝕，骨架崩塌，整個材料都將失效，因此，本發(fā)明大大降低了鎳 含量，并添加了抗氧化性能極好的(Nb，Ti)C粉以及其他原料，不僅降低了鎳粉造成的腐蝕， 然而提高了殼體的耐腐蝕性及耐氧化性。另外，耐磨硬質相(Nb，Ti )C粉在摩擦過程中對位 錯的運動起阻礙和釘扎作用，使得摩擦過程中需要更大的摩擦力和更多的摩擦力，因此，相 同載荷條件下殼體的磨損量大大減少，與一般合金鋼相比，硬度提高近5倍。
[0009] 在上述渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體中，所述鋁粉表面包覆有厚度為4nm-15nm的 Si〇2納米膜。本發(fā)明選用耐高溫的Si02包覆在鋁粉表面，大幅度提高了鋁粉的耐溫性，且具 有隔熱、阻燃效果，同時具有透明、增亮的功效，且與其他成分相容性好、分散性好。
[0010] 在上述渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體中，鋁粉的平均粒徑為5-20μπι，硅粉的平均粒 徑為5-2(^111，（他，1^)(：粉的平均粒徑為1-5以111，鎳粉的平均粒徑為4-1(^111，鉻粉的平均粒徑 為5-8μπι，電解銅的平均粒徑為80-250μπι，石墨、硫化錳、磷化鐵粉、硬脂酸鋅的平均粒徑均 為50-80μπι。各組分的粒度不同，使得小顆粒粉末能與大顆粒粉末混合從而使得大顆粒粉末 之間的間隙被小顆粒粉末占據，以提高粉末的松裝密度，使得產品壓制成型時產品的密度 和強度均增加。且在后續(xù)的燒結中，最初時，孔隙度和孔隙尺寸減小，密度增加，應力集中程 度減小，強度增加，以后的持續(xù)保溫時間對密度沒有明顯影響，但是結構卻在發(fā)生本質變 化，晶粒的聚集再結晶將對強度產生很大的影響。晶粒越大，含有缺陷的可能性越大，則殼 體材料的強度越低，因此本申請渦輪殼體中各組分的粒徑都是通過不斷試驗嚴格控制的。 [0011]作為優(yōu)選，所述的鐵粉的粒徑為50-100μπι。當鐵粉粒徑在50-100μπι之間，隨著粉末 粒徑減小，鐵粉的流動性增加，當粒徑小于45μπι，鐵粉的流動性迅速降低。且，經不斷試驗發(fā) 現(xiàn)，選用粒徑在50-100μπι范圍的鐵粉，更容易與其他不同粒徑的物料尤其是1-5μπι的（Nb， Ti)C粉更容易均勻地混合，使粉末顆粒在成型過程中更加均勻地分布，進而提高渦輪殼體 的硬度、強度、耐高溫和耐腐蝕性等。
[0012] 在上述渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體中，作為優(yōu)選，所述(Nb，Ti)C粉末為采用電弧 熔融法將Nb固溶到T i C中，T i C與Nb的質量比為7-9:1。
[0013] 在上述渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體中，作為優(yōu)選，所述殼體包括如下組分及其重 量份數:錯粉:2-6份、娃粉:1-2份、（Nb，Ti )C粉:8_20份、鎳粉：1-2份、絡粉:2-4份、電解銅： 5_10份、硫化猛:2_4份、磷化鐵粉:1_2份、石墨:2_5份、硬脂酸鋅:1_4份、鐵粉:40-60份。
[0014] 本發(fā)明還公開了一種渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體的制備方法，所述的制備方法包 括如下步驟：
[0015] S1、按上述重量份數稱取原料粉末，將除石墨、硬脂酸鋅外的原料粉末混合均勻成 混合物，混合20-30min后加入含有0.4-0.8份粘結劑的石墨與硬脂酸鋅的混合物，并混合 3〇-50min；
[0016] S2、將混合后的原料粉末在80-120°C下壓制成渦輪殼體坯件；
[0017] S3、將渦輪殼體坯件在氮氣保護下先從室溫升至200°C進行預熱處理，然后以0.5-0.6°C/min的升溫速率升至280-320°C，再以8-10°C/min的升溫速率升溫至1340-1400°c，接 著在1320-1380°C和20-50MPa氮氣條件下熱等靜壓燒結40-60min，隨后以6-8°C/min的速率 降溫至1050°C，然后隨爐冷卻，得渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體半成品；
[0018] S4、將渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體半成品進行發(fā)黑處理，得最終渦輪增壓器耐高 溫渦輪殼體成品。
[0019] 本發(fā)明通過上述的混料方式，壓制過程高度穩(wěn)定，燒結過程變形量少，孔隙少且均 勻，硬度均勻，大幅度提高了生產效率，降低了廢品率，在保證產品尺寸精度的同時提高了 產品的性能，從根本上降低了生產成本，且產品性能穩(wěn)定，精度高。
[0020] 接著采用溫壓成型，在加熱狀態(tài)下，鐵粉等合金粉末的屈服強度降低，其潤滑作用 的粉末與粘結劑作用增強，顯著提高壓坯密度。并降低生產成本，提高生產效率。
[0021] 然后通過階段式的升溫進行邊燒結邊滲氮處理，先在200°C進行預熱處理，然后在 升溫至280-320°C的過程中達到排氣和排除有機物的效果，再以8-10°C/min的升溫速率升 溫至1340-1400°C，在1320-1380°C和20-50MPa氮氣條件下進行燒結，隨著燒結溫度的升高， 渦輪殼體坯件的致密度增加，在較高的溫度下有利于生成物在其中的重排及致密化，提高 渦輪殼體的密度和硬度，且晶粒更加細小。
[0022] 另一方面，本發(fā)明渦輪增壓器耐高溫渦輪殼體的原料配伍獨特，且本發(fā)明滲氮、燒 結的結合處理，在殼體表面形成了大約15μπι的富氮、富鈦的硬化層，其表面區(qū)域晶粒明顯細 化，而且表面硬化層下面生成了 一層粘接相含量較高、硬質相含量較低的過渡層，大幅度提 高渦輪殼體表面的硬度、抗磨損性能以及高溫下的抗塑性變形能力。
[0023]在上述