CN102765941A

CN102765941A - 陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘及其制造方法

Info

Publication number: CN102765941A
Application number: CN2012102620067A
Authority: CN
Inventors: 董优清; 黄若; 彭江; 黄劼
Original assignee: Pingxiang Huicheng Precision Machinery & Electronic Co Ltd
Current assignee: Pingxiang Huicheng Precision Machinery & Electronic Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-11-07

Abstract

本发明公开了陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘，它由重量比为81-87％的氮化硅、碳化硅、氧化铝或氧化锆原料粉末的和由重量比为5.0~7.5％PW、1.5~2.0％HDPE、2.5~4.0％PP和4~5.5％SA形成的粘接剂加入混炼机中并在150～165℃、转速30～45rpm的条件下混炼30min～60min制成喂料，在塑料模压成形机上将喂料模压成形，将模压坯体在有机溶剂中于40～60℃下浸泡2～4h；再在分解氨气氛的保护下进行热脱脂，将脱脂的模压坯体在1300～1850℃温度下的真空烧结炉中烧结，本发明可大批量一次成形直接制造复杂形状、精度高的发动机涡轮增压器用安装盘，且后继加工量很少，产品成分及组织均匀，精度高，喂料可循环利用；还可根据不同安装盘工作环境。

Description

陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种发动机涡轮增压器，尤其是涉及涡轮增压器喷嘴环上的安装盘及其制造方法。

背景技术

涡轮增压是当今世界活塞式内燃机技术发展的主要方向之一，是发动机强化的最主要途径。发动机采用涡轮增压技术可以大幅度提高输出功率、提高体积与重量功率密度，改善经济性、节约能源，降低污染、减轻噪声，补偿高原环境的功率损失。在不改变发动机基本结构的情况下，涡轮增压发动机与自然吸气发动机比较，可以提高功率30%～100%，降低油耗5%～10%，减少排放污染10%以上，而成本只增加8%～10%，重量增加3%～5%。

但是，随着环境保护法规与汽车排放标准的日益严格，普通涡轮增压器已经不能满足发动机的要求。这是因为：（1）普通增压器不能解决涡轮增压发动机存在的加速滞后现象，在实际应用中表现为加速起动性能较差，因而导致发动机在加速时供气不足，燃烧不完全，烟度差，排放超标等问题；（2）普通增压器不能适应当代先进发动机更宽广的工作范围，即不能调节、适应发动机的工况变化，满足发动机全工况性能。而可调喷嘴环涡轮增压器可以根据发动机电控单元发出的信号调节喷嘴环叶片开度，使涡轮增压器能够随发动机工况变化调节进气流量，适应发动机不同工况对进气流量的要求，从而提高涡轮增压器的响应性，改善发动机的瞬态性能、降低瞬态过程排放，较好的满足了当代先进发动机这一要求，应用日益普遍。

安装盘是可调喷嘴环涡轮增压器的关键零件，其工作性能要求高，形位公差要求很严，由于安装盘工作在高温燃气环境中，又与叶片组成多个摩擦副，必须具有良好的耐高温性、耐氧化性、耐腐蚀性以及耐磨擦性，其材质一般采用耐热钢、高温合金或超合金等。安装盘传统制造方法是“精密铸造+机加工”，但由于零件所用材料一般含合金元素种类多、含量大，其成分易于偏析和组织不均匀、塑性极差、加工性差，兼之零件形状较复杂、精度要求高，为加工带来了困难，故其生产效率不高、材料利用率低、成本高。

粉末冶金技术作为一种新技术，目前已经广泛地应用于航空航天、电子、汽车及医疗等领域。粉末冶金材料体系已经涉及耐热钢、高温合金、硬质合金及陶瓷等。与上述采用耐热钢、高温合金或超合金等来加工可调喷嘴环涡轮增压器的关键零件相比，粉末冶金技术不仅可以制造出形状复杂、组织结构均匀和高性能、高尺寸精度的产品，而且生产效率较高、材料利用率较高，成本较低，容易实现自动化连续批量作业。但由于冶金粉末材料中含有大量在高温下容易分解生成玻璃脆相的金属氧化物（如氧化镁、氧化钙、氧化铁等），导致产品局部形成硬块，因而在用冶金粉末材料来制造安装盘时会出现下述问题：一是由于粉末冶金材料中在高温下易分解的金属或金属氧化物含量高，造成材料成本相对较高；二是冶金粉末与粘接剂混合时由于流动性不高，导致混合料致密性下降，收缩性增大，烧结后产品不仅容易出现局部鼓胀和突起硬物，降低了产品质量，而且增加了安装盘局部加工难度，提高了生产成本。

发明内容

针对上述现有技术中采用耐热钢、高温合金或超合金材料以及采用粉末冶金材料制造涡轮增压器喷嘴环安装盘存在的问题，本发明提供了一种采用陶瓷粉末材料制取，不仅材料成本低，复杂零件易于成型加工，而且工作性能好，尺寸精度高的涡轮增压器喷嘴环安装盘及其制造方法。

本发明要解决的技术问题所采取的技术方案是：它由氮化硅、碳化硅、氧化铝或氧化锆原料粉末的一种与由PW、HDPE、PP和SA混合形成的粘接剂组成，并按下述方法制备而成：

a、混炼：将重量比为81-87％的氮化硅、碳化硅、氧化铝或氧化锆原料粉末的一种与由重量比为5.0~7.5％PW、1.5~2.0％HDPE、2.5~4.0％PP和4~5.5％SA混合形成的粘接剂加入混炼机中并在150～165℃、转速30～45rpm的条件下混炼30min～60min制成喂料，

b、模压成形：在塑料模压成形机上于模压温度150～200℃、模压压力75～125MPa的条件下将喂料模压成形，得到安装盘的模压坯体，

c、脱脂：将模压坯体在有机溶剂中于40～60℃下浸泡2～4h；干燥后，再在分解氨气氛的保护下于200～600℃进行热脱脂，时间6～8h，

d、烧结：将脱脂的模压坯体在1300～1850℃温度下的真空烧结炉中烧结20～60min，得到形状、尺寸及精度均符合要求的安装盘。

所述有机溶剂优选为三氯乙烷或三氯乙烯。

为进一步提高安装盘的力学性能，根据合金成份，可将安装盘在机加工前进行强化热处理或热等静压处理。

所述粘结剂是蜡基多组元聚合物体系，所述PW为石蜡、所述HDPE为高密度聚乙烯、所述PP为聚丙烯、所述SA为硬脂酸。

本发明所述陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘技术指标为：致密度98-99.5％、抗拉强度490-1100MPa、延伸率10-18％、800℃下100h的氧化速率为0.004-0.015g／m²·h。

本发明的优点在于：以贮存量丰富、价格相对较低的氮化硅、碳化硅、氧化铝或氧化锆陶瓷粉末为原料，与粘接剂混合后通过一次模压成形和烧结来制取涡轮增压器喷嘴环安装盘，由于氮化硅、碳化硅、氧化铝或氧化锆陶瓷粉末在高温烧结中不容易分解，其氧化物分子相对稳定，分子之间流动阻力小，流动性好，易于复杂零件的成型，烧结时不会产生脆相，烧结后产品形状完整，表面光滑、内部致密。因此本发明与现有技术中采用粉末冶金制造和采用耐热钢、高温合金或超合金的安装盘相比；不仅同样在高温燃气环境中具有良好的耐高温性、耐氧化性、耐腐蚀性以及耐磨擦性，而且具有材料成本更低，材料利用率更高，加工更方便，适用性更广等特点。可大批量一次成形直接制造复杂形状、精度高的发动机涡轮增压器用安装盘，且后继加工量很少，产品成分及组织均匀，精度高，喂料可循环利用；还可根据不同安装盘工作环境，调整设计合适的合金成分。

具体实施方式

实施例1：

将粒径为20～35μm和重量比为84％的氮化硅粉末与由6.5％PW、2.0％HDPE、3.0％PP和4.5％SA混合形成的粘接剂分别加入双行星混炼机中，粉末装载量为57v01％（粉末加入量为双行星混炼机容积的57%），并在温度160℃、转速35rpm下混炼60min，制得均匀喂料；喂料在模压温度为160℃、模压压力为90MPa的CJ80-E型模压机上模压成形制成模压坯体，再将模压坯体在三氯乙烷中于45℃溶脱4h，干燥后在分解氨气氛保护下以一定升温速率分别升温至350℃及550℃下并分别保温进行充分的热脱脂6小时；随后将脱脂后的模压坯体置于真空烧结炉中于真空度(真空度10^-2～10^-3Pa)在1350℃烧结60min，得到所需形状及精度的发动机涡轮增压器喷嘴环安装盘。经检测安装盘致密度98.5％、抗拉强度510MPa、延伸率15％、800℃下100h的氧化速率为0.008g／m²·h。

实施例2：

将平均粒径30μm和和重量比为81％的碳化硅粉末与由7.5％PW、2.0％HDPE、4.0％PP和5.5％SA混合形成的粘接剂分别加入双行星混炼机中，粉末装载量为57v01％（粉末加入量为双行星混炼机容积的57%），并在温度155℃、转速30rpm下混炼40min，制得均匀喂料；喂料在模压温度为155℃、模压压力为100MPa的CJ80—E型模压机上模压成形制成模压坯体，再将模压坯体在三氯乙烷中于45℃溶脱4h，干燥后在分解氨气氛保护下以一定升温速率分别升温至350℃及550℃下分别保温进行充分的热脱脂7小时；随后置于真空烧结炉中于真空度(真空度10^-2～10^-3Pa)于1450℃烧结50min，得到所需形状及精度的发动机涡轮增压器用安装盘。经检测安装盘致密度98%、抗拉强度490MPa、延伸率18％、800℃下100h的氧化速率为0.009g／m²·h。

实施例3：

将由等离子旋转电极法制造的平均粒径10μm和重量比为87％的氧化铝粉末与由5％PW、1.5％HDPE、2.5％PP和4％SA混合形成的粘接剂加入双行星混炼机中，并在温度165℃、转速40rpm下混炼60min，制得均匀喂料；喂料在模压温度为175℃，模压压力为120MPa的CJ80一E型模压机上模压成形制得模压坯体，再将模压坯体在三氯乙烯中于40℃溶脱3h，干燥后在分解氨气氛保护下以一定升温速率分别升温至350℃及550℃下分别保温进行充分的热脱脂8小时；随后置于真空烧结炉中于真空度(真空度10^-2～10^-3Pa)于1550℃烧结40min，得到所需形状及精度的发动机涡轮增压器安装盘，随后再将安装盘放在热等静压中以100MPa、1100℃下处理4h，以进一步提高其性能，经检测安装盘致密度达99.3％、抗拉强度1100MPa、延伸率10%、800℃下100h的氧化速率为0.004g／m²·h。

实施例4：

将由等离子旋转电极法制造的平均粒径20μm重量比为85％的氧化锆粉末为主要原料与由5.3％PW、1.7％HDPE、3％PP和5％SA混合形成的粘接剂分别加入双行星混炼机中，并在温度160℃、转速35rpm下混炼50min，制得均匀喂料；喂料在模压温度为190℃，模压压力为80MPa的CJ80一E型模压机上模压成形制得模压坯体，再将模压坯体在三氯乙烯中于55℃溶脱3h，干燥后在分解氨气氛保护下以一定升温速率分别升温至350℃及550℃下分别保温进行充分的热脱脂6小时；随后置于真空烧结炉中于真空度(真空度10^-2～10^-3Pa)于1750℃烧结25min，得到所需形状及精度的发动机涡轮增压器用安装盘，随后再将安装盘在1100℃处理3h后水冷以进行热处理，经检测安装盘性能为：致密度达99.5％、抗拉强度780MPa、延伸率10％、800℃下l00h的氧化速率为0.015g／m²·h 。

Claims

1. 陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘，其特征在于：它由氮化硅、碳化硅、氧化铝或氧化锆原料粉末一种与由PW、HDPE、PP和SA混合形成的粘接剂组成，并按下述方法制备而成：

2.根据权要求1所述的陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘，其特征在于：所述安装盘加工前进行强化处理或热等静压处理。

3.根据权利要求1所述的陶瓷粉末涡轮增压器喷嘴环安装盘，其特征在于：所述有机溶剂为三氯乙烷或三氯乙烯。