CN102348898B - 粉末金属涡管以及制造其的烧结-钎焊方法 - Google Patents

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Abstract

提供形成涡管压缩机组件的方法。所述方法包括由粉末冶金技术形成涡旋构件的至少一个组件，并且将利用烧结-钎焊过程将所述组件与另一个不同的组件相连。例如，利用具有钎焊材料的连接界面将具有螺旋涡管渐开部分的基板连接至中心件以形成具有优异品质的钎焊接头。至少一个组件由包括碳和与碳反应或结合以在烧结-钎焊加热过程中防止迁移的至少一种物质的粉末金属材料形成。任选地，在粉末冶金过程中，选择具有较低碳浓度的合金，其可以利用防止碳迁移的物质引入晶体结构中。

Description

粉末金属涡管以及制造其的烧结-钎焊方法
本申请要求2010年3月10日提交的美国专利申请No.12/720,853和2009年3月11日提交的美国临时申请61/159,234的优先权。上述申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及涡旋式机器，更具体而言，涉及涡旋式压缩机和制造涡旋式压缩机的组件的方法。
背景技术
该部分说明仅提供与本公开内容相关的背景信息，可以不构成现有技术。
涡旋型机器通常用作制冷和空调应用中的压缩机，其主要原因是它们具有高效的运行。涡旋式压缩机通常由含铁材料制成。经常向材料中添加碳以提供特定期望性质，例如强度和摩擦学(tribological)益处。例如，可以在烧结之前向铁粉添加石墨以提供某些具有期望的磨损性能的烧结物体。然而，形成含铁材料的多种冶金工艺(包括粉末冶金技术)存在形成某些不期望的碳化物的现象。而且，如在本公开内容中更详细描述的，游离碳如石墨的存在潜在地影响涡旋式组件之间形成的接头的品质，如在烧结期间形成的钎焊接头。因此，期望形成如下涡旋式组件：形成优异的涡旋式组件和压缩机，并且同时尽可能少地形成不期望的碳化物并且增强连接品质和能力以使得几个组件之间容易加工。
发明内容
本教导一般涉及涡旋压缩机，更具体而言，涉及由用于涡旋压缩机的多个涡旋组件形成的子组合件的连接。在一个方面，形成涡旋构件的方法包括将钎焊材料设置在形成于第一涡旋组件的一部分和第二涡旋组件的一部分之间的连接界面区域中，其中所述第一和所述第二涡旋组件中的至少其一由粉末金属材料形成。此外，所述第一和所述第二涡旋组件中的至少其一包括铁合金，所述铁合金具有的总碳量中约95wt％以上以与所述铁合金中使碳迁移最少化的物质结合和/或反应的形式存在于所述铁合金中。然后，利用加热过程对其间具有钎焊材料的第一涡旋组件和第二涡旋组件进行进一步加工以烧结-钎焊第一和第二涡旋组件与钎焊材料，以形成具有将所述第一涡旋组件的一部分接合至所述第二涡旋组件的一部分的钎焊接头的涡旋构件。
在另一方面，本公开设计形成涡旋构件的方法，其包括利用第一加热过程加热包括粉末金属材料的第一涡旋组件。然后，将钎焊材料设置在所述第一涡旋组件的一部分和第二涡旋组件的一部分之间。利用第二加热过程来加热第一和第二涡旋组件以烧结-钎焊其间具有钎焊材料的第一涡旋组件和第二涡旋组件以形成其具有将第一组件的一部分接合至第二组件的一部分的钎焊接头的涡旋构件。
在其他变化方案中，本公开提供一种形成涡旋构件的方法，包括通过压制包含铁、铜、石墨和不同润滑剂的粉末金属材料以形成生坯中心件，其中粉末金属混合物的总碳量为约0.4wt％以上且约0.6wt％以下。在第一烧结过程中至少部分烧结生坯中心件以形成中心件结构，由此将约95wt％以上的石墨引入一个或更多个晶体稳定相中。然后，将钎焊材料设置在中心件结构和粉末金属渐开部分的一部分之间形成的连接界面附近的区域中以形成子组合件。最后，热加工子组合件以烧结-钎焊子组合件来形成包括钎焊接头的涡旋构件。
此外，在某些变化方案中，本公开提供涡旋组件子组合件，包括：螺旋渐开式涡旋组件；具有第一主表面和第二相反主表面的基板，其中第一主表面接合至渐开式涡旋叶片组件，并且第二相反主表面限定接合部分。涡旋组件子组合件还包括通过钎焊接头紧固至基板的接合部分的中心件，其中中心件通过粉末冶金法形成，并且包括包含铁、碳和铜的合金。在将中心件接合至基板的接合部分之前，在中心件中存在的约95wt％以上的碳基本上被引入由铁和/或铜形成的一个或更多晶体结构例如珠光体相中。
从下文提供的详细描述，本教导的其他可应用领域将变得明显。应当理解，详细说明和特定实例仅用于举例说明的目的，而无意于限制权利要求书的范围。
附图说明
本文所述的附图仅用于举例说明的目的，而无意于以任何方式限制本公开的范围。
从以下详细说明和附图，本发明的教导将变得更全面地理解，附图中：
图1是穿过具有根据本教导的涡旋式组件的涡旋型制冷压缩机中心的垂直截面视图；
图2是组装形式的轨道涡旋式构件子组合件的截面视图；
图3A是组装形式的轨道涡旋式构件子组合件的分解透视图，所述子组合件包括根据本公开某些方面形成的具有中心件的基板的渐开式叶片组件，图3B是组装形式的非轨道涡旋式构件子组合件的分解透视图，所述子组合件包括根据本公开某些方面形成的基板的渐开式叶片组件；
图4A是轨道涡旋式构件子组合件的分解透视图，所述子组合件包括根据本公开某些方面形成的具有槽和连接中心件的基板的渐开式叶片组件，图4B是非轨道涡旋式构件子组合件的分解透视图，所述子组合件包括根据本公开某些方面形成的具有槽的基板的渐开式叶片组件；
图5是根据本发明原理的另一变化方案的分解透视图，其具有包括渐开式叶片组件和基板的轨道涡旋式构件子组合件；
图6是两个粉末金属组件接合的部分放大视图；
图7是轨道涡旋式构件子组合件的变体的截面视图，其具有中心件和渐开式涡旋组件，所述渐开式涡旋组件具有组装形式的基板和一体式渐开涡管；
图8是在与中心件接合形成轨道涡旋构件之前图7中具有基板和一体式渐开涡管的渐开式涡旋组件的平面视图；
图9是沿图8的线9-9截取的部分截面视图，其显示渐开式涡旋部分的基板的第二主表面的接合区域；
图10和11是根据本教导的涡旋组件的子组合件的连接界面区域的部分放大视图；
图12A是扫描电子显微镜(SEM)显微照片，其显示钎焊影响区域，其中钎焊接头中线标记为区域A(对应于白色区域)，钎焊合金的扩散区域通常在区域B中标出(对应于较浅的灰色区域)，粉末金属区域的钎焊影响区域标记为区域C(对应于深灰色区域)；
图12B描述图12A中显示的相同连接区域，其具有与碳的元素分布重叠的通过能量色散谱(EDS)获得的碳点图，由此显示局部区域中碳的耗尽；和
图13A和13B是在过渡到粉末金属组件主体的钎焊影响区域(在连接界面区域处)的周围拍摄的光学显微照片。图13A显示在没有预先烧结中心件的情况下通过烧结钎焊引起的共晶碳化物(白色区域)的形成，其中共晶碳化物封闭在插入物中。图13B显示在根据本发明公开描述的原理利用部分和/或完全烧结的中心件的烧结-钎焊接头中不形成这类碳化物的情况。
具体实施方式
以下说明在性质上只是举例说明，而无意于限制本公开、应用或用途。本教导提供利用粉末冶金技术来形成涡旋式压缩机的方法。本文所用的术语“粉末冶金”涵盖那些采用粉末状(即粉末)金属材料(例如，多个金属颗粒)以利用烧结形成离散形状的金属组件的技术，其中粉末团或粉末体被加热至低于粉末材料的主要组分熔点的温度，由此有助于各颗粒的冶金结合和/或熔合。在多个方面，粉末金属材料包括平均粒径约10微米(μm)以上、任选约100微米(μm)以上的多个颗粒，在多个方面，其通常具有约200微米(μm)以上的平均粒径。这些粒径在性质上只是举例说明，而不是限制。粉末冶金技术在美国专利No.6,705,848中描述，其公开内容通过引用全文并入本文。
合适的粉末冶金技术的特定实例包括常规的压缩粉末冶金(P/M)。在P/M技术中，在模具中将粉末金属材料压制成“生坯形式”，然后根据所选择的金属成分在可控气氛炉中加热至烧结温度。例如，在用于PM结构部件的材料标准的MetalPowderIndustriesFederationMPIFStandard35(Rev.2007)中描述了合适的粉末金属材料，所述文献的相关部分通过引用并入本文。本文所引用的所有文献分别以其全文通过引用明确并入本文。在多个方面，粉末金属材料包括铁，因此是含铁的，例如铁合金。虽然烧结温度取决于所选择的粉末金属材料和最终产品的期望的性质，但是铁合金通常需要较高的烧结温度。在ASMInternationalHandbookVolume7(PowderMetalTechnologiesandApplications，pp.468-503(1998))中阐述用于示例性铁合金或铁基合金的合适烧结温度。例如，铁、铜和碳的合金具有约1900℉(1037℃)以上且约2400℉(1316℃)以下的烧结温度范围；例如，作为非限制实例，合适的范围包括约2050℉(1120℃)以上且约2100℉(1150℃)以下的那些。在某些方面，在烧结粉末金属生坯组分的相同加热过程期间，可以形成一个或更多个钎焊接头，由此使这些组分进行烧结钎焊以利用钎焊接头将其结合。
形成包含铁合金的涡旋式组件的许多方法(包括粉末冶金法)将含碳成分如石墨引入材料中。然而，这种含碳组分的使用存在潜在问题。例如，对结合组分使用某些对碳有害的钎焊材料可能潜在地导致形成碳耗尽或碳富集的区域。如果满足有利的热动力学条件(例如，温度和碳含量)，会出现局部熔化，并且可能在钎焊接头的外围形成称为莱氏体的铁-碳共晶体。该共晶碳化物可在晶粒中或晶粒边界处作为网络出现。在其它情况下，该共晶碳化物可与在其它金相组织中发现的更优良和期望的二次碳化物如珠光体体(其为两相混合物：称为铁素体的α-Fe和称为碳化铁的Fe3C)截然不同。虽然也取决于加工温度和存在的其它合金元素，但是更为优良的碳化物相如珠光体体倾向于在具有相对低浓度的可用碳的区域中形成，而不期望的共晶碳化物相通常在具有较高碳浓度的区域中形成。共晶碳化物通常是非常硬的相(可能达到70RockwellC硬度级)，因此高度耐磨。由于其耐磨性能，如果机械加工工具接触共晶碳化物，则共晶碳化物可显著降低任何特定的含铁部件或组件的机械加工性。这些共晶碳化物的存在对高容量机械加工(例如经常在涡旋式压缩机制造期间采用的)可具有不利影响。因此，为了提高组件如涡旋式压缩机组件的可机械加工性，期望的是使金属表面附近不期望的共晶碳化铁的形成最少。这类方法将在下文更详细地描述。
而且，根据本教导，已经发现，有害的碳累积可能导致钎焊合金渗透到粉末金属的多孔结构中的问题，并且可能影响其中形成的任何钎焊接头的完整性。常规地，在烧结之前余留在利用粉末金属形成的金属部件中的碳为纯的未反应石墨的形式。虽然不限于本公开所适用的原理，但是据信该形式的碳容易反应并且在烧结钎焊温度下表现出高流动性。该石墨还用作用于不期望的碳化物(如共晶碳化物)的碳的来源。
由于共晶碳化物可在形成于第一涡旋式组件和第二涡旋式组件之间的钎焊接头界面区域附近形成，所以本教导尤其适合于形成钎焊接头。在某些方面，本教导采用双烧结工艺来形成通过钎焊接头接合的组合件。这类加工方法尤其适用于需要机械加工的涡旋式压缩机中的部件(例如在下文将详细描述的中心件组件)。因此，经过本发明方法结合在一起的组件在机械加工方面提供显著改进。形成涡旋式组成部件(包括在烧结期间形成的钎焊接头)的本发明方法涉及使用至少一种粉末金属材料来形成将要在涡旋式组件组合件或子组合件中结合的至少一个组件。例如，如果利用根据本发明的第一烧结过程部分或完全烧结涡旋式组件并且随后利用第二烧结过程烧结钎焊而结合至对应部件，则较不可能出现钎焊所引起的共晶碳化物。
根据本发明的某些原理，在第一烧结工艺期间，石墨经热处理而被再分布，使得碳在用于烧结的第一加热过程之后与铁一起被转化成稳定的相(例如包括铁素体和碳化铁的珠光体相)。同样，其他碳化物可利用其他合金元素物质如铬、钼、钒和/或其等同物形成。在其他方面，主要认为诸如铜的物质抑制碳在金属合金中的流动性。因此，在一些方面，在含铁粉末金属材料中存在的大部分碳被引入晶体结构中(例如形成珠光体体)，由此处于结合状态，其活性低于纯的石墨。因此，在随后的钎焊期间碳较不可能用于(例如，能够“自由断裂”)形成不期望的、钎焊所引起的共晶碳化物。
因此，将要通过烧结钎焊接头接合的至少一个组件是其中以在钎焊期间使碳迁移最少的物质结合和/或反应的形式存在于铁合金中的至少95wt％总碳量的含铁金属。在某些方面，在铁合金选择为粉末金属材料的情况下，本公开提供第一烧结步骤，通过引入结合或反应形式的碳(例如，在晶体微结构如珠光体相中，其将在下文更详细地描述)来确保存在最少活性碳的碳再分布。根据本公开的某些原理，不管是否利用粉末金属材料或其他铁合金材料来形成涡旋式组件，优选在形成钎焊接头的烧结过程之前使碳的流动性最小，以使碳不具有活性并且在烧结钎焊期间不随钎焊材料有害地移动或迁移而影响连接品质。因此，在某些方面，在第一烧结过程中加热将要通过烧结钎焊结合的生坯涡旋式组件中的至少其一以将约95％以上的石墨引入一个或多个稳定的晶体相中。稳定的晶体相是指碳与合金中的一种或更多种物质结合和/或反应以在材料微结构中(例如，在一个或更多个相中)具有降低的流动性，从而在钎焊温度下碳的流动性最小，以将碳的局部累积降低至低于能够在加热过程中在钎焊接头附近形成显著的共晶碳化物(其对可机械加工性产生不利影响)的可能浓度。
在某些方面，如果金属合金的孔隙度最小或不存在，则可忽略的量的碳化物有可能以有害方式累积，原因是钎焊材料仅沿部件的表面流动。因此，在选择铸铁、挤塑或形变加工部件如中心件组件时，期望选择具有相对低碳含量的材料，以便因为选择在铁合金中存在的总碳量的约95wt％以上以与使碳迁移最小化的物质结合和/或反应的形式存在的材料而形成可忽略的量的碳化物。尽管可使用形变加工组件，但是同样可考虑使用铸造、锻造或形成具有相对低碳含量且不导致具有过大孔隙度的基体的任何其他制造工艺。因此，在某些替代方面，通过选自锻造、挤出、形变加工(wrought)、铸造(casting)等的冶金工艺来形成第一涡旋式组件。通常，在这种情况下，利用粉末冶金技术形成第二涡旋式组件。
在中心件组件的上下文中，在某些变化方案中，期望约0.4wt％以上的碳含量以保持耐磨性。在某些方面，利用其他金属成型工艺(除粉末金属烧结之外)形成的中心件的碳含量上限范围可以比其粉末金属对应部件的上限范围更灵活，原因是孔隙度降低，并且相应地降低经历与碳化物形成有关的问题的可能性。因此，在某些方面，用于通过除粉末冶金之外的其他金属成型工艺所形成的涡旋式压缩机的钢或铁合金组件(例如铸造金属组件)任选具有约4.3wt％以下的碳含量。在某些替代的变化方案中，碳含量约4wt％以下；任选约3.5wt％以下；任选约3wt％以下；任选约2.5wt％以下；和任选约1wt％以下。在某些替代的变化方案中，碳含量为约0.9wt％以下；任选约0.8wt％以下；任选约0.7wt％以下；任选约0.6wt％以下；和任选约0.5wt％以下。
因此，根据本教导的某些方面，提供一种使钎焊引起的共晶碳化物的形成最少的形成涡旋式构件的方法。这种方法包括将金属组分和至少一种合金元素混合以形成粉末金属材料。在多个方面，粉末金属材料包括防止碳在进行钎焊材料烧结钎焊的烧结过程期间在粉末金属材料中迁移的物质。该物质包括这类组件的元素、相和合金。在多个方面，与碳反应和/或结合或阻止碳在粉末金属材料中的流动性的物质包括但不限于选自铁(Fe)、铜(Cu)、钒(V)、铬(Cr)、钼(Mo)、其等同物、合金和组合的元素。本教导涉及铁金属，因此，通常可将铜、钒、铬、钼及其组合添加到这类铁金属材料中(与碳(通常为活性石墨的形式)一起添加)。
引入前述物质(Fe、Cu、V、Cr、Mo等)以与碳产生一个或更多个稳定相的本教导可以通过任何粉末制造的方法来完成，例如混合、预合金化、扩散结合等。铁(任选与其他物质一起)与活性石墨反应和/或结合以使钎焊材料流入钎焊接头区域的过程中碳迁移最少。粉末金属材料可包括多个金属组件和/或合金元素，或者可以包括其他常规粉末冶金成分，包括粘结剂、脱模剂、模壁或内侧润滑剂等。
在某些方面，将基体铁粉末型与石墨和铜混合以形成代表中心件和/或渐开式涡管和基板的原料的基体铁粉末。随后任选向粉末添加压制润滑剂。在该变化方案中，中心件和涡管材料分别符合MPIFFC0205(铜标称含量2wt％和碳标称含量0.5wt％)和MPIFFC0208(铜标称含量2wt％和碳标称含量0.8wt％)的规定。
加工粉末金属材料以形成生坯组件。在一些方面，该加工通常包括将粉末金属材料引入其中可压缩粉末材料的模具中。在某些方面，通过将粉末金属材料压制至涡旋组件总体积的约25体积％以下(换言之，形状总体积的约25％的剩余孔隙空间)、任选约20％以下和在一些方面小于或等于涡旋组件的孔隙体积的约18％，将第一涡旋组件加工成生坯形式。因此，在多个方面，将粉末金属材料(通常包括润滑剂体系)置于具有期望形状的模具中，然后整体压制所有的材料。压制形成具有与模具形状对应的形式和形状的生坯形式。
根据本发明的某些原理，通过第一烧结工艺加工所形成的生坯结构(包括金属组件和合金元素)。用于烧结的第一加热工艺包括至少部分烧结生坯结构(在一些变化方案中，完全烧结生坯结构)以形成最终的烧结结构。“部分烧结”是指如下利用第一烧结工艺对由粉末金属材料形成的生坯涡旋组件进行加工：将其暴露于热源；然而，暴露的持续时间少于实现金属颗粒间基本上完全冶金结合和熔合所需的持续时间。在某些方面，生坯组件的部分烧结可以在较低温度下进行，或者进行比用于烧结和钎焊的第二最终加热过程短的持续时间。在多个方面，进行第一加热过程以将活性碳充分结合在粉末金属材料中，使其在用烧结钎焊的后续第二加热步骤的初始阶段期间相对固定和惰性。换言之，在其中钎焊材料在待接合在一起的组件之间的连接区域中流动的加热过程的较低温度范围时的初始钎焊期间，碳相对固定。这样，在第二烧结过程期间形成的钎焊接头具有优异品质，原因是碳在钎焊和烧结期间不迁移。在某些其他方面，为了使结构组件具有强度，也进行用于烧结的第一加热过程。
如下文更为详细描述的，在某些方面，本公开的方法将涡旋组件暴露于用于烧结的第一加热过程，其中防止碳迁移的物质(例如，合金化元素，如铁、铜、钒、钼、铬或其组合)和铁金属组分有利地相互作用以减少钎焊引起的碳化物总量。换言之，第一加热过程利用热处理有利地将碳再分布在金属结构中。如上所述，在本公开的替代方面中，可以期望在第一加热过程中完全烧结结构组件，因此，在某些方法中考虑完全烧结生坯结构并且随后根据本教导如本文所述那样进一步加工。这类加工粉末金属材料的方法对于将几种组分连接在一起以形成用作涡管组成构件的组合件的烧结钎焊过程也是特别有利的。
任选地，第一和第二组件均可以在第一加热过程中充分烧结并且随后利用钎焊连接以进一步降低游离碳的可用性。然而，应当理解，在替代方面中，利用充分降低活性碳的可用性以增强利用烧结钎焊形成的钎焊接头的完整性，可以形成诸如中心件的组件。如果利用除粉末冶金之外的其他金属成型工艺(例如，锻造或形变-加工的部件)形成将在连接界面处连接的组件之一，则金属材料选择为具有降低的碳含量以最少地形成不期望的碳化物。应当理解，用于碳再分布的温度根据第一烧结过程选用的材料变化。在某些方面，在利用第一烧结过程处理粉末金属组件的情况下，用于碳再分布的典型范围据认为是约1560℉(849℃)至约1740℉(949℃)(对于MetalPowderIndustriesFederationFC0208粉末金属组合物而言，其是一种铁-铜金属，铜含量为约1.5wt％至约3.9wt％(标称2％)，碳含量为0.6wt％至0.9wt％(标称0.8％))。根据本公开的某些方面，第一烧结过程期望达到适于将材料烧结为有利地再分布碳的碳再分布温度。第一烧结过程步骤期间的加热之后任选进行受控冷却以在烧结组件中形成期望的稳定结构，例如一个或更多个晶体相，如珠光体相。
因此，在多个方面，用于形成涡旋组件的粉末金属材料包括至少一种粉末金属组件，任选包括其他材料如合金化元素和润滑剂。在生坯状态下，利用来自用于P/M加工的压制的润滑金属变形便利地将粉末金属组分保持在一起。用于P/M成形的常规润滑剂体系是本领域公知的，包括硬脂酸钙、亚乙基二硬脂酰胺、硬脂酸锂、硬脂酸、硬脂酸锌及其组合。任选地，在第一烧结过程期间可以使用固持来帮助防止部件扭曲。已经发现，“欠烧结”(但是仍然密实化至满足密度/强度标准的程度)帮助保持尺寸控制。可以利用石墨或陶瓷涡管型形状来完成固持以使扭曲最小。
通过发明背景和参考附图(在几个视图中，相同的附图标记代表相同或相应的部件)，图1示出示例性涡旋式压缩机10，其能够引入根据本发明教导的代表性涡旋式组件组合件。压缩机10包括通常为圆柱形的气密性壳12，所述壳12具有焊接在其上端的帽14和其下端的底座16，所述底座16任选整体式形成有多个安装脚(未显示)。帽14配有制冷剂排放配件18，其中可具有通常的排放阀(未显示)。
固定至壳的其他主要元件包括在帽14焊接到壳12的同一点周围处焊接的横向延伸的隔板22、合适地固定至壳12的主轴承箱24和下轴承箱26，所述下轴承箱26也具有多个向外辐射延伸的腿，其中每个腿都合适地固定至壳12。通常为多边形截面(例如4至6侧和圆抹角)的电机定子28被压合到壳12中。定子上的圆抹角之间的平坦部分在定子和壳之间提供通道，其有助于使润滑剂从壳顶部折流到底部。
驱动轴或曲柄轴30(在其上端具有偏心曲柄销)以转动方式安装在主轴承箱24中的轴承34中。第二轴承36设置在下轴承箱26中。曲柄轴30在下端处具有相对大直径的同心孔38，所述同心孔38与从其向曲柄轴30的顶部向上延伸的沿径向向外倾斜的较小直径的孔40连通。搅拌器42设置在孔38中。内壳12的下部限定油槽44，所述油槽44中注入的润滑油的水平略微低于转子46的下端，但是高至足以浸没绕组48的下端匝的大部分。孔38用作将润滑流体沿曲柄轴30向上运输、进入通道40并最终到达需要润滑的压缩机各个部分的泵。
曲柄轴30由电机转动驱动，所述电机包括定子28和穿过它的绕组48。转子46压合在曲柄轴30上，并且分别具有上配重50和下配重52。主轴承箱24的上表面配有平面推力轴承表面54，其上设置有轨道涡旋构件56，所述轨道涡旋构件56的上表面上具有通常的螺旋涡管渐开式叶片组件58。圆柱形中心件构件90从轨道涡旋构件56的下表面向下延伸，并且其中具有轴承衬套60。驱动衬套62以旋转方式设置在轴承衬套60中，并且具有其中以驱动方式设置的曲柄销32的内孔64。
曲柄销32在一个表面上具有与在孔64的部分中形成的平坦表面驱动啮合以提供径向顺应驱动布置的平台，如在美国专利No.4,877,382中显示的。0ldham联接器66设置在轨道涡旋构件56和轴承箱24之间，并且按照轨道涡旋构件56和非轨道涡旋构件68结合以防止轨道涡旋构件56转动。0ldham联接器66可以是美国专利No.5,320,506中公开的类型。
非轨道涡旋构件68包括设置为与轨道涡旋构件56的螺旋涡管渐开式叶片组件58啮合的螺旋涡管渐开式叶片组件70。非轨道式涡旋构件68具有与向上开放的槽74连通的中央定位的排放通道72，所述槽74与由帽14和隔板22限定的排放消音室76流体连通。环形槽78可以形成在其内设置有密封组合件80的非轨道涡旋构件68。槽74、78和密封组合件80协同限定轴压偏置室以承受由涡管渐开式叶片组件58、70所压制的加压流体，以将轴偏置力施加到非轨道涡旋构件68，从而使各涡管渐开式叶片组件58、70的尖端与相对的端板表面密封接合。虽然密封组合件80的细节并未在图1中示出，但是这类密封组合件80的非限制实例可以是美国专利No.5,156,539中更为详细描述的类型，或者是美国专利RE35,216中描述的浮动密封。非轨道涡旋构件68可以设计为以合适的方式安装到轴承箱24，例如在前述美国专利No.4,877,382或美国专利No.5,102,316中公开的。
图2是如图1中示出的组装的轨道涡旋构件的截面视图。如图所示，轨道涡旋构件56可包括具有第一和第二通常平面相反的主表面(分别用附图标记84和86表示)的通常圆形的基板。第一主表面84可以与螺旋涡管渐开式叶片组件58接合。相反的第二主表面86可包括接合特征138如环形提升肩(在图2和9中显示为134)，或者提升的圆柱形垫(未显示)，其通常垂直于基板82延伸一定的距离。在某些方面，预计基板82主体与提升肩凸出枢134的厚度比为约5∶1至10∶1。在一些方面，第二主表面86具有升高的缘220(在图8和9中示出)。在某些方面，涡管渐开式叶片组件58和基板82可以是一个单体组件。
在通过粉末冶金形成多个子组件组合件或由不同金属形成技术形成一个或更多个组件且至少一个通过粉末冶金形成的情况下，最终的烧结步骤可以期望完全除去粘结剂体系，并且充分烧结每个粉末冶金组件的结构，如在本领域中公知的。另外，在某些子组合件中，可期望钎焊材料置于几个组件形成的一个或更多个连接界面区域中，如下文将更加详细描述的。“烧结-钎焊”是其中通过在连接的各表面处熔化钎焊材料来结合组合件的两个或更多个件并且在同一个炉中进行烧结和钎焊的过程。通过烧结-钎焊结合的组件形成具有高结构完整性的连接，其允许所形成的粉末金属子组合件具有复杂的形状。
在某些变化方案中，例如在图3A中显示的，渐开式叶片组件58连接到支座112。渐开式叶片组件58可与支座112一体式形成(例如作为粉末金属组件)或例如根据本公开中讨论的任一种结合技术接合。基板82具有与其连接的中心件90(整体式形成或经连接结合在一起，例如下文讨论的)，并且第一主表面84包括面对支座112的接触面114。因此，支座112可以经过本公开中描述的多种技术与基板82的接触表面114连接。
图3B显示用于非轨道涡旋构件68的类似接合配置。渐开式叶片组件70与支座100连接。渐开式叶片组件70可与支座102整体式形成(例如，作为粉末金属组件)或根据例如本公开中讨论的任何结合技术接合。基板102限定面对支座102的接触表面104。支座102可以利用本公开中描述的多种技术连接至接触基板102的接触表面104。
在如图4A-4B中显示的那些其他变化方案中，可以采用沟槽以对准并接合待连接的部件。例如，在图4A中，渐开式叶片组件58可与在轨道涡旋构件56的基板82的第一主表面84中形成的槽98对准。基板82中的基板槽98可用于将渐开式叶片组件58配准和对准到底座82的第一主表面84上。基板槽98可以在将渐开式叶片组件58连接到基板82之前预成型(例如，经过模制)或机械加工到第一主表面84中。
基板槽82也在渐开式叶片组件58和基板82之间的界面处增强轨道涡旋构件56的疲劳强度。这种基板槽98可负载弯矩并帮助连接附近的硬化区域中的局部应变最小并由此减轻连接处的潜在疲劳失效。虽然未显示，但是可以根据本文阐述的原理将钎焊材料设置在槽98中以有助于将基板82接合到渐开式叶片组件58。
在某些方面，基板槽98可能导致短路(在槽98的壁处渐开式叶片组件58侧面处短路)的缺点。因此，在某些方面，可以任选在渐开式叶片组件58上或在基板槽98中形成高阻抗电阻涂层(未显示)以使任何可能的短路作用最少。
类似地，图4B显示非轨道涡旋构件68，其中基板102限定包括槽110的接触表面104，与在图4A的上下文中描述的类似。因此，以完全相同的方式，渐开式叶片组件70可经过槽110与基板102对准和连接。
如图5的示例性轨道涡旋构件56中显示的，还可以经过不使用基板槽(例如98)的本文描述的任意技术来将渐开式叶片组件58与基板82的接触表面120对准和接触。这不再需要预成型或铣削任何基板槽，后者在制造期间可增加费用。虽然未显示，但是这些原理同样可适用于非轨道涡旋构件68与渐开式叶片组件70的连接。
任选地，轨道涡旋构件56的涡管渐开式叶片组件58和基板82可包括沿终端连接结合在一起的多个组件，例如通过使用钎焊材料来将涡管渐开式叶片组件58连接至基板82。特别适于将第一涡旋组件连接至第二涡旋组件的终端连接可以布置为0至约20度以下的角度；任选5度以上至15度以下的角度。上述各部件的任意部件还可以由铸造、锻造或形变加工材料(如将在下文进一步详细讨论的)制成。此外，虽然在优选的变化方案中这类组件利用本公开中描述的烧结-钎焊技术连接，但是在替代方面中，这类组件可以利用本领域技术人员任意已知的常规接合技术连接。
圆柱形中心件构件90可包括第一和第二相反边缘92、94。中心件构件90可利用采用标准铸造技术或其他成型工艺(包括粉末金属技术)利用形变加工材料形成。中心件构件90任选机械紧固至基板82。例如，中心件构件90可以利用本领域技术人员已知的典型钎焊方法在连接96处钎焊至提升肩88或提升垫。在某些方面，连接96可以是美国专利No.5,156,539中描述的类型。连接96也可以是利用适用于粉末金属材料的方法钎焊的。在某些方面，可以在烧结生坯结构的同时组装生坯组件(由第一材料粉末金属形成)并钎焊在一起。固体中心件构件90可以利用在烧结过程期间硬化的材料来紧固。
图6代表形成示例性烧结-钎焊接头(此处是在轨道涡旋构件56的和基板82和圆柱形中心件构件90之间)的方法。基板82具有与渐开式涡旋叶片组件58接合的第一主表面84和具有突出的接合构件或特征138的第二相反主表面86。圆柱形中心件构件90利用用于至少部分烧结(即部分或完全烧结)的第一烧结过程处理并且与第二主表面86的接合特征138对准。在靠近突出枢轴134和中心件构件90中其一或两者的至少一部分的连接界面区域中提供诸如钎焊软膏或钎焊颗粒(球形或其他类似形状)或钎焊环的钎焊材料。突出枢轴134可以包括圆锥形状。在提供钎焊材料时，任选将钎焊颗粒置于突出枢轴134上，并且随后允许其在钎焊过程之前移动到中心件构件90的内直径处。烧结的中心件构件90(部分或完全烧结)随后被烧结-钎焊至基板82，以形成涡旋构件子组合件56。在进行额外的烧结-钎焊以形成轨道涡旋构件56之后，可以进行任何期望的机械加工。
根据本公开的某些方面，在第二烧结过程中将中心件构件90接合至基板82之前，利用第一烧结过程加工中心件构件90。在某些方面，第一烧结过程在约1900℉(1037℃)和小于约2400℉(1316℃)、任选约2050℉(1120℃)至约2100℉(1150℃)的温度下最热的炉区域中进行约10至30分钟。本领域的技术人员将理解，这些温度可以取决于所选择的材料，并且在此处涉及铁碳铜粉末金属合金材料MPIFFC0208和MPIFFC0205。在该阶段，据认为铁颗粒开始结合，在其间形成颈部。在某些方面，约95％的游离碳从结构中烧掉/挥发或被引入金属组分(例如铁颗粒)相的结晶结构中。在这方面，中心件构件90可以预先部分或完全烧结以在金属组分的粉末金属内形成珠光体相或其他结晶结构。这样，在两部件的烧结-钎焊期间可用于形成碳化物的碳的量有利地减少。
在某些方面，合金化元素，尤其是作为合金化元素的碳，基本上被引入包括金属组分的相的晶体结构中。“基本上被引入”是指保留在部分烧结结构中的约95wt％以上的(例如碳)合金化元素被引入晶体结构中，任选约96wt％以上，任选约97wt％以上，任选约98wt％以上，和在某些方面任选大于约99wt％的合金化元素被引入金属组分的晶体结构中，在一些方面，所述金属组分包括在第二烧结过程期间防止碳迁移的前述物质中的至少一种。
图10和图11是利用两种金属组分(每种组分都是利用粉末冶金形成)的钎焊接头的接合的部分放大视图。在形成生坯部件之前，通过混合包含铁的粉末金属和包含碳、铜或其组合的合金化元素来形成第一材料混合物。这种粉末形式的混合物随后被压制以形成生坯结构，例如，粉末材料被压制至小于约18％的孔隙体积率。所述生坯结构经受上述第一烧结加热过程。生坯结构可以是涡管渐开式组件、用于涡管渐开式组件的基板、中心件或涡管压缩机的组件的任意其他部分。
如上所述，在替代实施方案中，所述结构可以不利用粉末冶金而是利用替代的金属制造工艺形成，但是选择为使得根据本公开使活性碳含量较低并且代替生坯结构进行加工，如本文所述的。
在一个变化方案中，在预先烧结或部分烧结的组件(在第一加热步骤期间进行)如中心件和第二组件如具有一体式渐开涡管形式的基板之间提供钎焊材料，包括生坯粉末金属材料。在这方面，将完全烧结或部分烧结的粉末金属组件(例如中心件)钎焊至第二粉末金属组件(例如涡管渐开式组件)，其在该第二加热过程期间进一步烧结。在某些方面，在钎焊温度下进行的第二加热过程期间，钎焊材料熔化并经第一和第二组件(例如中心件和基板)之间的毛细作用流到金属表面上，由此形成中线，并且还渗透到粉末金属结构中并用液态钎焊合金将其迅速填满。渗透出现的原因是由粉末冶金形成的金属部件的多孔性，而渗透的量与通过孔隙体积率表示的相对孔隙度相关。
图7显示中心件构件90与基板202接合的一个变化方案，所述基板202具有根据本发明原理连接的一体式渐开组件。图8显示连接中心件构件90的基板202的区域的俯视图。中心件构件90被烧结-钎焊并与基板202形成钎焊接头204。图9是其中中心件构件90经钎焊接头204连接的基板202的区域的部分截面视图。从图中可见，在图8和9中描述了多个突起210。这些突起是略微提升的部分，中心件构件90的下表面212将贴靠于其上。这些突起在中心件构件90的下表面212和基板202的接触表面214(主表面)之间提供小的间隙。第一槽216形成在基板202的外周区域内，对可能从钎焊接头204的区域中迁移的任何钎焊材料提供溢流体积。此外，升高的钎焊缘220可以从第一槽216沿径向向外形成，其进一步防止钎焊材料离开钎焊接头/接合区域。
第二槽218从第一槽216沿径向向内形成，为任何过量的钎焊材料提供收集区域，并且还提供额外的体积以用于在成型过程期间在中心件构件90上形成的任何毛刺，换言之，毛刺陷。如在突起210之外的区域中可见的，基板202的接触表面214将在中心件构件90的下表面212和基板接触表面214之间提供间隙。突起的高度和数目可以基于所选择的钎焊材料变化，因为某些钎焊材料在熔化温度下具有较低的粘度，而其他钎焊材料具有较高的粘度。熔化温度下的粘度与充分涂覆各接触表面的润湿程度和毛细作用相关。因此，接触表面214和下表面212之间的间隙基于所选择的钎焊材料的性质来预定，如本领域技术人员所知的。
例如，适于包括铜、镍、硼、锰、铁和硅的合金在内的钎焊材料的间隙尺寸(特别适于形成根据本教导的钎焊接头)具有约0.002英寸(约51微米)至约0.005英寸(约127微米)的尺寸。在某些方面，在基板(202)的接触表面(214)和中心件(90)的接触表面(212)之间形成的间隙尺寸为约0.003英寸(约76微米)至约0.004英寸(约102微米)。
在多个方面，第二加热步骤包括从起始温度加热其中设置有钎焊材料的涡旋组件的子组合件通过钎焊温度范围，然后加热至较高的烧结温度范围。钎焊-烧结加热过程提供后续升温以在烧结过程期间到达烧结坪值(炉的热区域)。因此，将温度升高并在该烧结水平保持预定的时间段，随后冷却，与典型的/专用钎焊中不同，在后者情况下部件可以在达到钎焊温度之后短暂冷却。例如，第一和/或第二加热过程步骤可任选包括加热3或更多小时的持续时间。
因此，在某些方面，在第二加热过程期间，涡管渐开式组件从环境温度(作为起始点)的加热进行至并通过钎焊温度范围，然后升高至烧结温度。在某些方面，烧结温度坪值进行约30分钟的加热。例如，在选择粉末金属材料为铁/碳/铜合金MPIFFC0205用于中心件和铁/铜/碳合金MPIFFC0208用于基板和渐开部分的情况下，从起始温度加热至约2100℉(1150℃)进行约30分钟，然后进行缓慢冷却步骤。注意，虽然钎焊温度范围取决于所选择的钎焊材料，但是使钎焊材料液化并分布在接合区域中的钎焊温度显著低于烧结温度。示例性非限制钎焊温度可以为约900℉(约482℃)至约1200℉(约649℃)的温度范围，而烧结温度可以为约2100℉(约1150℃)的温度范围。
在某些方面，在烧结过程的高温体系下发生的烧结-钎焊过程期间，由于在烧结温度下的较长持续时间，允许进行通过扩散进行的合金化元素的重新分布。因此，在某些方面，在钎焊材料包括铜(Cu)的情况下，在钎焊的连接中线中的优势钎焊材料为与其他中间金属相相关的Cu基固溶体。从中线延伸，初始未合金化的高碳钢金属基体被转换成低碳含量钢，其与镍(Ni)和锰(Mn)强烈合金化，例如由于钎焊合金的原因。在重新分布期间，碳被运输和累积到前述钎焊影响的区域外围。据认为，该过程得以进行的原因是钎焊合金被选择为对碳没有亲和力(换言之，特定的钎焊填料合金对碳具有低溶解度)。
合适的钎焊材料包括铜、镍、硼、锰、铁、硅及其组合。例如，一种特别合适的钎焊填料粉末包括预合金化的基体粉末，其包括约40至约44wt％的镍、约38至约42wt％的铜、约1.3至约1.7wt％的硼、约14至约17wt％的锰和约1.6至约2wt％的硅。该预合金化基体粉末随后可与常规添加剂例如铁、焊剂如硼酸、硼砂和例如标称含量为约3％的表面活性剂和/或例如标称含量为约0.53％的润滑剂结合。在某些变化方案中，这种钎焊材料液化并随后形成具有更高熔化温度(其期望在钎焊温度至烧结温度范围之外固化)的多种金属间组分，使得钎焊接头基本上通过用于烧结粉末金属材料的更高温度范围利用钎焊材料来形成。
用于比较烧结-钎焊期间生坯中心件和生坯基板之间形成的钎焊接头的钎焊影响区域(在中心件的一部分和基板的一部分之间的连接界面区域处)在图12A和图12B中示出，其中通过游离石墨供给的用于使铁粉颗粒合金化的碳被阻挡在前进扩散区域之前，由此累积在扩散阵面的前沿。在图12A中，区域A是显示钎焊接头的大致中线的极浅灰色，区域B显示钎焊影响区域中的最小碳含量，在区域C中，深灰色区域代表高碳含量(可以在图12B中相同区域的碳点图上重叠的对应元素碳分析中看出)。因此，游离碳已经被带到钎焊接头区域中的前进扩散区域之前并且累积在区域C中。在碳钢粉末金属合金的情况下，额外的碳源是粉末金属本身(例如钢)。
在液态钎焊的固化和随后在烧结-钎焊期间形成的金属组分冷却期间，碳富集区域中的碳据认为与铁结合以在晶粒内、或者大部分作为晶粒边界处的网络形成共晶碳化铁。因此，在局部碳含量相对高的情况下，例如，在前进前沿(图12A/12B中区域C的顶部)处，存在形成不期望的共晶碳化物的趋势。例如，共晶碳和碳化铁可以在碳以大于约6.67wt％的浓度局部存在的情况下形成。这类碳化物的实例在图13A中显示，其是在没有用于至少部分烧结形成连接的一个或更多个部件的第一加热过程的情况下现有技术烧结-钎焊的对比例。根据位置和工艺参数，已经观察到了深3mm的影响区域。由于形成铁-碳共晶碳化物的共晶温度在由用于烧结-钎焊的第二加热炉环境提供的烧结温度下出现，所以本公开的原理提供使碳的局部累积最少以消除形成共晶碳化物的可能性、特别是在钎焊接头区域周围(图12A/12B中区域C的顶部)的方式。
任选地，用于涡旋组件的粉末金属材料(例如用于中心件的钢合金)可以选择为具有相对低的或减少的碳含量。由于碳化物的形成从原始金属(例如钢粉)中的石墨提取其碳，所以在粉末金属中的起始石墨量与可最终形成的最终碳化物的量相关。如上所述，在热动力学上形成碳化物所必须的局部碳浓度约为6.67wt％。由于起始碳为石墨(100％碳)的形式，所以其在不预先部分或完全烧结的情况下累积和用来形成这些碳化物的可能性可能相对高。因此，根据本教导，在粉末金属材料中的初始碳量选择为相对低。
结果，在某些变化方案中，将粉末金属材料中的碳含量从约0.8wt％的标称含量降低至0.5wt％(约0.4wt％至约0.6wt％)的标称含量显著减少了不期望的碳化物形成的量。任选地，在利用粉末金属形成的金属部件的某些向外的薄区域中，碳百分比可以降低至低于约0.4wt％。特别地，在涡管渐开部分和基板中的碳水平可以保留为约标称0.8wt％。该条件保持适当的珠光体体水平以防止渐开式叶片和基板(其经历高磨损条件)过早磨损，同时期望使过量碳的存在最少。
此外，本公开提供选择和处理这类材料以抑制、结合和/或消除烧结和钎焊过程中的碳迁移的方法。在一个变化方案中，渐开式涡管，包括叶片和/或基板可由碳钢材料(MetalPowderIndustriesFederation″MPIF″FC0208)形成：铁、铜和碳合金，具有标称2wt％的铜和0.8wt％的碳。作为一个实例，低碳粉末金属(MPIFFC0205)适合用作粉末金属中心件。待连接的至少一个组件(例如，渐开形式和/或中心件)被在第一烧结工艺步骤中部分烧结以形成一个或更多个晶体结构，例如珠光体相。任选地，可以利用如下铁合金形成组件：碳含量为约0.4wt％至约0.6wt％；铜含量为约1.5wt％至约3.9wt％；其中总的其他元素最大为约2.0wt％，余量为铁。如上所述，在某些方面，中心件和涡管渐开部分/基板粉末金属材料可以符合分别针对MPIFFC0205(铜标称含量2wt％和碳标称含量0.5wt％)和MPIFFC0208(铜标称含量2wt％和碳标称含量0.8wt％)的规定。
钎焊材料通过将包含约38至约42wt％Cu、约14至约17wt％Mn和约40至约44wt％Ni、和约1.6至约2wt％Si和约1.3至约1.7wt％B的第一金属粉末与包含约3至约7wt％第一金属粉末的铁量的第二金属粉末。任选向钎焊材料添加润滑剂和焊剂以分别用于压制和润湿的目的。
在图13B中，中心件已经经受第一加热烧结过程。随后组合件中心件/基板经受第二加热过程以使组合件烧结-钎焊。用于烧结中心件的第一加热过程在吸热气氛(例如在存在加热催化剂的甲烷或天然气)中、在约2100℉(1150℃)的部分烧结温度下进行约30分钟，然后受控冷却以形成稳定的碳化合物，如珠光体相。氢、氮或其他中性气氛也是合适的。然后，将钎焊材料置于中心件和基板之间的连接中，然后中心件、基板和钎焊材料的组合件经受用于钎焊和烧结的第二加热过程。在该实施例中，第二加热过程在约2100℉(1150℃)的热区域中实现烧结-钎焊温度。该组合件在吸热气氛中保持约30分钟。对于图13A中的比较，中心件或基板均未经受用于烧结的第一加热过程(换言之，两个组件均是生坯，并且在烧结-钎焊步骤之前被预先烧结)。
表1显示最终的烧结金属涡管组成部件组成，其包括叶片和基板。表1反映聚合物浸渍之前的组成，不包括连接附近的任何钎焊材料和钎焊影响区域。虽然可以规定MPIFStandardFC0208(0.8wt％Carbon)；但是在某些方面，合金材料满足本文列出的所有要求。
表1
重量百分比
总碳量 0.7-0.9；任选0.75-0.85
铜 1.5-3.9
总的其他元素 最大2.0
铁 余量
在某些变化方案中，最终的烧结粉末金属中心件具有在表2中列出的组成，其也是在聚合物浸渍之前并且不包括钎焊影响区域附近的任何钎焊材料或组合物。可以规定MPIFStandardFC0205(0.5wt％Carbon)，然而，在某些方面，中心件材料可以满足本文列出的要求。
表2
重量百分比
总碳量 0.4-0.6；任选0.45-0.55
铜 1.5-3.9
总的其他元素 最大2.0
铁 余量
在某些变化方案中，合适的钎焊填料粉末的组成如表3所示。
表3
图13B代表根据本文教导的烧结-钎焊的连接界面。与图13A中的显微照片相比，碳化物的形成明显被根据本公开原理利用粉末金属形成的部分或完全烧结金属组件(由此具有与铁合金中在钎焊温度下使碳迁移最少以消除碳迁移的至少一种物质结合和/或反应的形式的碳)的使用限制。相比之下，图13A显示烧结-钎焊接头，其中生坯金属中心件和生坯基板利用粉末金属形成，但是未以任何方式预先被烧结。
因此，图13A和13B提供根据本公开的预先进行烧结加工的中心件(图13B)与利用粉末冶金的常规加工(图13A)的对比结果。如图13A所观察的，常规粉末冶金过程具有在其整个范围内形成的不期望的广泛碳化物网络。相对照而言，根据本公开处理的具有含铁金属粉末和合金化元素的粉末金属材料(包括碳和铜)展示出共晶碳化物形成的缺乏，其有助于在部分烧结步骤期间通过与碳结合和/或反应而使碳流动性最小的一种或更多种物质的存在，其在部分烧结阶段期间将游离碳石墨引入一个或更多个相晶体结构(例如，珠光体相，由铁和碳形成的铁素体和碳化铁)。这样，根据本公开的烧结-钎焊过程提供如下组件：其通过减少合金化成分如碳的迁移而具有改善的机械加工性，并且同时允许几种含铁组分通过强烈的整体式结合接合到子组合件中，足以耐受涡管压缩机的苛刻条件。
而且，本公开的方法和原理可以广泛应用于利用烧结-钎焊进行组件连接以形成组合件或其它复杂部件和形状。例如，在至少一个组件为含铁粉末金属材料的情况下，利用第一加热步骤处理粉末金属组件以在烧结和钎焊过程中抑制、结合和/或消除碳的迁移性。优选地，在这种初始加热过程之后，粉末金属组件的铁合金中具有至少95wt％的总碳量，其为与铁合金中使碳迁移最少的至少一种物质结合和/或反应的形式。如果待连接的组件之一不是利用粉末冶金(例如铸造、形变加工、锻造)形成，则优选选择碳含量相对低的含铁组件(如上所述)。在初始加热过程之后，可以将钎焊材料置于待连接部件的至少一部分之间形成的连接界面区域中。然后，在第二加热过程中加热组合件以烧结-钎焊其间具有钎焊材料的第一和第二涡旋组件以将其接合在一起，从而形成期望的组合件。
本说明在性质上只是举例说明，因此，变化方案也在本教导的范围内。例如，本文描述的方法可应用于利用同时烧结-钎焊接合技术来接合其他铁基粉末金属组件。此外，本构思可广泛用于防止烧结-钎焊期间其他合金化元素的不期望迁移。

Claims (20)

1.一种形成涡旋构件的方法，所述涡旋构件包括第一涡旋组件和第二涡旋组件，其中所述第一涡旋组件和所述第二涡旋组件中的至少其一由粉末金属材料形成，并且所述第一涡旋组件和所述第二涡旋组件中的至少其一选择为包括铁合金，
所述方法包括：
在第一加热过程期间加热第一涡旋组件以至少部分烧结，所述第一涡旋组件包括粉末金属材料，所述粉末金属材料包括铁合金；
冷却所述第一涡旋组件，其中，在所述加热和所述冷却之后，所述铁合金具有的总碳量中的大于或等于95wt％以与所述铁合金中使碳迁移最少化的至少一种物质结合和/或反应的形式存在于所述铁合金中；
将钎焊材料设置在形成于所述第一涡旋组件的一部分和第二涡旋组件的一部分之间的连接界面区域中；和
通过第二加热过程加热以烧结-钎焊其间具有所述钎焊材料的所述第一涡旋组件和第二涡旋组件以形成具有将所述第一涡旋组件的一部分接合至所述第二涡旋组件的一部分的钎焊接头的涡旋构件。
2.权利要求1所述的方法，其中在所述第一加热过程之前，所述第一涡旋组件通过压制所述粉末金属材料至具有小于或等于所述第一涡旋组件总体积18体积％的孔隙率而被加工成生坯形式。
3.权利要求1所述的方法，其中在所述第二加热过程期间所述铁合金中使碳迁移最少化的所述至少一种物质选自铁、铜、钒、铬、钼和其组合。
4.权利要求3所述的方法，其中所述第一加热过程被控制为在所述铁合金中形成一种或更多种晶体结构，所述晶体结构包含大于或等于95wt％的所述碳。
5.权利要求4所述的方法，其中所述使碳迁移最少化的物质中的至少一种包括铁，所述晶体结构中的一种或更多种包括珠光体相，其中所述第一加热过程进行直至所述碳的大于或等于99wt％被引入到所述第一涡旋组件中的所述珠光体相中。
6.权利要求1所述的方法，其中所述第一涡旋组件包括所述铁合金，其中所述铁合金中总碳量的大于或等于95wt％以与所述铁合金中使碳迁移最少化的至少一种所述物质结合和/或反应的形式存在于所述铁合金中；其中所述第二涡旋组件通过选自锻造、挤出、形变加工或铸造的冶金工艺形成。
7.权利要求1所述的方法，其中所述钎焊材料包括铜、镍、硼、锰、硅、铁或其组合。
8.权利要求1所述的方法，其中所述第一涡旋组件和所述第二涡旋组件均由粉末金属材料形成，并且在所述设置和加热以烧结-钎焊之前均经由第一加热过程来至少部分烧结。
9.权利要求1所述的方法，其中所述第一涡旋组件是中心件，所述第二涡旋组件包括渐开式涡旋叶片组件和基板，其中所述中心件的一部分和所述基板的一部分在所述加热以烧结-钎焊之后在所述连接界面区域处连接以形成所述钎焊接头。
10.一种形成涡旋构件的方法，包括：
在第一加热过程期间加热第一涡旋组件以至少部分烧结，所述第一涡旋组件包括粉末金属材料，所述粉末金属材料包括铁合金；
将钎焊材料设置在第二涡旋组件和所述第一涡旋组件的一部分之间；以及
利用第二加热过程来加热以烧结-钎焊其间具有所述钎焊材料的所述第一涡旋组件和第二涡旋组件以形成具有将所述第一涡旋组件的一部分接合至所述第二涡旋组件的一部分的钎焊接头的所述涡旋构件，
其中所述粉末金属材料包括碳和使碳迁移最少化的至少一种物质，其中在所述第一加热过程之后，在所述第二加热过程中的钎焊期间所述第一涡旋组件具有的总碳量的大于或等于95wt％以与使碳迁移最少化的所述至少一种物质结合和/或反应的形式存在。
11.权利要求10所述的方法，其中所述第一加热过程之前，所述第一涡旋组件通过压制所述粉末金属材料至小于或等于所述第一涡旋组件总体积18体积％的孔隙率而被加工成生坯形式。
12.权利要求10所述的方法，其中在所述第一加热过程之后，所述第一涡旋组件具有的总碳量中的大于或等于99wt％以在所述第二加热过程中的钎焊期间使碳迁移最少的所述至少一种物质结合和/或反应的所述形式存在。
13.权利要求10所述的方法，其中在所述第二加热期间所述粉末金属材料中使碳迁移最少化的所述至少一种物质选自铁、铜、钒、铬、钼和其组合。
14.权利要求10所述的方法，其中在所述第一加热过程期间，所述粉末金属材料的至少一部分形成珠光体相，并且所述第一加热过程进行直至大于或等于99wt％的碳被引入到所述第一涡旋组件中的所述珠光体相中。
15.权利要求10所述的方法，其中所述第一涡旋组件和所述第二涡旋组件均由粉末金属材料形成，并且所述第一涡旋组件和第二涡旋组件中的至少其一在所述第二加热过程以烧结-钎焊之前利用所述第一加热过程来至少部分烧结。
16.权利要求10所述的方法，其中所述钎焊材料包括铜、镍、硼、锰、硅、铁或其组合。
17.权利要求10所述的方法，其中所述第二涡旋组件由选自锻造、挤出、形变加工、铸造及其组合的冶金工艺形成。
18.权利要求10所述的方法，其中所述第一涡旋组件限定中心件，并且所述第二涡旋组件包括第一基板部分和渐开部分。
19.权利要求18所述的方法，其中所述渐开部分是涡管渐开式叶片组件，所述第一基板部分与所述中心件相连。
20.权利要求18所述的方法，其中所述第一涡旋组件包括含有大于或等于0.4wt％至小于或等于0.6wt％的碳的第一含铁材料，所述第二涡旋组件包括含有大于或等于0.7wt％至小于或等于0.9wt％的碳的第二含铁材料。
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