CN104114814B - 用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法以及涡轮机转子的应用 - Google Patents

用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法以及涡轮机转子的应用 Download PDF

Info

Publication number
CN104114814B
CN104114814B CN201380008154.9A CN201380008154A CN104114814B CN 104114814 B CN104114814 B CN 104114814B CN 201380008154 A CN201380008154 A CN 201380008154A CN 104114814 B CN104114814 B CN 104114814B
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine
axle
wheel hub
protective layer
turbine rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201380008154.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN104114814A (zh
Inventor
O·亨克尔
A·施蒂希
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of CN104114814A publication Critical patent/CN104114814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104114814B publication Critical patent/CN104114814B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/025—Fixing blade carrying members on shafts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • B23P15/006—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass turbine wheels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/48—Ion implantation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/56—Apparatus specially adapted for continuous coating; Arrangements for maintaining the vacuum, e.g. vacuum locks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5806—Thermal treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/58—After-treatment
    • C23C14/5886—Mechanical treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/04—Treatment of selected surface areas, e.g. using masks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
    • C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
    • C23C8/10—Oxidising
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/28—Selecting particular materials; Particular measures relating thereto; Measures against erosion or corrosion
    • F01D5/288—Protective coatings for blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/40—Application in turbochargers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/40—Heat treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2230/00—Manufacture
    • F05D2230/90—Coating; Surface treatment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/17—Alloys
    • F05D2300/174—Titanium alloys, e.g. TiAl
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2300/00—Materials; Properties thereof
    • F05D2300/10—Metals, alloys or intermetallic compounds
    • F05D2300/18—Intermetallic compounds
    • F05D2300/182—Metal-aluminide intermetallic compounds
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316—Impeller making
    • Y10T29/4932—Turbomachine making

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

本发明涉及一种用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子(1)的方法，其中涡轮机转子(1)包括涡轮(2)以及轴(3)，该涡轮具有轮毂(4)和从轮毂(4)出发的涡轮机轮叶(5)，所述方法具有以下步骤：提供涡轮(2)以及轴(3)；通过在涡轮(2)的表面上涂覆卤素或在涡轮的表面中施加卤素以及随后对涡轮(2)进行热处理来形成保护层；以及把轴(3)和涡轮(2)的轮毂(4)连接在一起。本发明还涉及涡轮机转子(1)的应用。

Description

用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法以及涡轮机转子的应用
技术领域
本发明涉及一种用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法，其中涡轮机转子包括涡轮以及轴，该涡轮具有轮毂和从轮毂出发的涡轮机轮叶/涡轮机叶片。本发明还涉及涡轮机转子的应用。
背景技术
借助于废气涡轮增压器增压的内燃机的响应特性或转矩形成决定性地取决于废气涡轮增压器的转子的、尤其是其涡轮机转子的惯性矩。惯性矩的大部分由于涡轮的质量产生，该质量是涡轮机转子的组成部分。质量越小，则可以更快地实现转矩形成。相应地，可以通过减小涡轮的质量来改善内燃机的响应特性。可减小涡轮质量的可能性在于，通过另一种具有更小密度的材料来替换常用的镍基合金，其具有约8g/cm3的密度。涡轮所用的材料理想地具有相当的高温特性，尤其在温度高于800℃时，如镍基合金。然而，具有所述特性的材料，即尤其具有低密度和良好高温特性的材料通常在废气涡轮增压器中由于流经内燃机的热废气而出现的高于800℃的温度下是不抗氧化的。这表示，其在废气涡轮增压器的运行期间要经受氧化过程，该氧化过程对涡轮的表面产生不利影响。尤其对于涡轮机轮叶而言是这种情况，其直接被加载热废气，然而原则上对于涡轮机轮叶布置在其上的轮毂而言也是这种情况。
由现有技术已知了文献EP1621774A2以及EP2204466A1。所述第一文献提出了一种TiAl-涡轮，该涡轮布置在钢轴上。所述后一文献公开了一种用于TiAl-合金的表面处理工艺，其中设计为用含氟的气体进行处理。
发明内容
因此，本发明的任务在于，提出一种用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法，一方面可价廉地实施该方法，且另一方面实现了制造这样一种涡轮机转子，该涡轮机转子即使在高温下(像其在废气涡轮增压器中出现的那样)也抗氧化。在此，涡轮机转子例如应该由一种与通常所用的镍基合金相比具有更小密度的材料制成。
根据本发明，这通过按本发明的的方法实现。所述方法具有以下步骤：提供涡轮以及轴；通过在涡轮的表面(优选整个表面)上涂覆卤素或在涡轮的表面(优选整个表面)中施加卤素以及随后对涡轮进行热处理来形成保护层；以及把轴和涡轮的轮毂连接在一起其中，在连接之前，把所述保护层至少局部地从轮毂去除。涡轮机转子作为组合式的涡轮机转子存在。这意味着，该涡轮机转子由涡轮和轴组装而成，所述涡轮和轴被彼此分开地设计和制造。因此，在制造涡轮机转子时，连接轴和涡轮，从而随后它们作为形式为涡轮机转子的单元存在。为此，首先提供涡轮和轴。这种提供也可以包括制造，其中涡轮尤其通过铸造制成。
在提供涡轮之后，在该涡轮上形成保护层。这通过涂覆或施加卤素实现，其中对涡轮的(优选整个)表面进行卤素处理。当然，卤素也可以仅被涂覆在表面的一区域上或施加在其中。尤其在轮毂的区域中可以仅设计局部的涂覆/施加。卤素的涂覆/施加能以任意方式和方法进行。例如，为此设计了离子掺杂工艺、浸渍工艺、喷射工艺或刷涂工艺。为了进行离子掺杂，例如等离子-浸渍-离子掺杂工艺或者光束线-离子掺杂工艺等用作离子掺杂工艺。例如，氟、氯、溴、碘或这些元素的混合物可用作卤素。卤素的涂覆或施加应该像前文已经确定的那样，在涡轮的而不是轴的表面上或表面中进行。
在涂覆或施加之后，涡轮、尤其是整个涡轮接受热处理。这种热处理在至少500℃到900℃下进行，这种热处理也可以称作热激活或预氧化。在热处理期间，形成耐热的保护层。该保护层保护涡轮在废气涡轮增压器的运行期间不被不允许的氧化。在形成保护层后，轴与涡轮的轮毂连接且如此得到了涡轮机转子。此处所述的顺序的优点是：在涡轮的热处理之后，轴与涡轮连接。在涡轮的热处理期间，轴也就不被加载温度。即在涡轮的热处理期间不会出现轴的不允许的氧化和/或轴的可能设计的调质处理的解除。轴和涡轮之间的、通过涡轮的轮毂实现的连接也不会由于热处理而被损害，因为在热处理之后才建立连接。
在本发明的一个改进方案中设计为，在连接之前，把所述保护层仅从涡轮的轮背部去除。在把轴和涡轮的轮毂连接在一起之前，其中要进行连接或接合的区域必须没有保护层，以便实现轴与轮毂的可靠和牢固的连接。保护层妨碍连接的建立。相应地，例如通过对轮毂的至少一个区域的机械加工来去除轮毂的保护层。有利地设计为，仅在涡轮的轮背部的区域中设计轴在轮毂上的固定。例如，轮毂在那里具有用于轴的接纳部和/或轴的固定件，该固定件仅穿过轮背部，而不穿过轮毂的对置的侧面。因此，有利地把保护层仅从涡轮的轮背部去除。通常，在涡轮的轮背部上温度负荷相对较小。在那里尤其在废气涡轮增压器的运行期间存在的温度小于涡轮的材料的氧化温度或仅导致可忽略的氧化。相应地，在此处可以去除保护层，而在废气涡轮增压器的运行期间不必担心不期望的氧化或不期望地强烈的氧化。
在本发明的一个改进方案中设计为，在连接之后，把所述保护层从涡轮的轮毂的与轮背部对置的轮毂端侧去除。轮毂端侧在与轮背部对置的侧面上限制涡轮的轮毂。其——相对于涡轮机转子的旋转轴线——沿径向位于彼此对置的涡轮机轮叶之间或围绕旋转轴线。在废气涡轮增压器的运行期间，涡轮机轮叶由于加载热废气承受高的温度负荷，而这通常不适用于轮背部或仅以减小的程度适用于轮背部。保护层从轮毂端侧的去除在连接之后进行，即通常在涡轮机转子的最后加工的范围内。
最后加工也可以包括涡轮机转子的平衡。在轮毂的轮毂端侧上去除至少一部分材料以及进而保护层例如用于涡轮机转子的平衡。在轮毂端侧的区域中，轮毂通常以多边形或多面形的形状存在，该多边形或多面形尤其用于借助于与多边形协调的工具在废气涡轮增压器的安装期间保持涡轮机转子的旋转角度位置。像上文已经描述的，在废气涡轮增压器的运行期间，在轮毂端侧上的温度通常小于氧化温度。相应地，没有问题地去除保护层。此外，轮毂端侧上的氧化未导致涡轮机转子的功能损失。相反，不妨碍废气涡轮增压器的运行。
在本发明的一个改进方案中设计为，在连接之后，把所述保护层从涡轮的涡轮机轮叶中的至少一个的、与轮毂背离的轮叶端侧去除。例如，这在涡轮机转子的平衡或最后加工的范围内进行。轮叶端侧存在于涡轮机轮叶的自由端部上，该端部背离轮毂。在该区域中保护层的去除通常同样通过机械加工，即例如通过磨削进行。在此，涡轮的材料的一部分在涡轮的轮叶端侧上被切除。
在本发明的一个改进方案中设计为，通过再次的热处理重新在轮叶端侧上形成所述保护层。保护层像上文所述的那样通过涂覆或施加卤素以及随后的涡轮的热处理制造或形成。下面，例如在最后加工的范围内，即在轴与涡轮的轮毂连接之后，从轮叶端侧至少局部地去除保护层。因为涡轮机轮叶在废气涡轮增压器的运行期间通常承受高于涡轮材料的氧化温度的温度，所以在去除保护层之后，可以出现涡轮的材料的氧化。因此设计了，至少轮叶端侧承受再次的热处理，通过该热处理重新形成保护层。
该热处理也可以设计在原位置，即在废气涡轮增压器中在其运行期间。在该热处理中出现高的温度，该温度和仍存在于涡轮的表面中或涡轮的表面上的卤素一起导致再次形成保护层。相应地，仅在废气涡轮增压器的运行之初出现涡轮的氧化。相反，在重新形成保护层之后，禁止这种形成。优选在去除轮叶端侧处的保护层时要注意，加工深度不超过卤素至涡轮的表面中的侵入深度。此外，(第一)热处理——例如通过相应地选择温度和/或持续时间——如此进行，即施加或涂覆的卤素的总量未用于氧化。通过这种方式，在涡轮的表面上或涡轮的表面中保留了足够量的卤素。也可以设计为，去除了保护层的区域再次经历卤素的涂覆或施加。尤其优选的是，该区域仅被加载卤素。
在本发明的一个改进方案中设计为，所述涡轮由钛-铝合金、尤其是铝化钛制成。在已知的实施方案中，涡轮由镍基合金制成，镍基合金具有约8g/cm3的密度。像开头所述，有意义的是，涡轮机转子的质量、尤其是涡轮的质量尽可能地减小，以便减小惯性。为此，钛-铝合金尤其是适合的，因为该钛-铝合金具有明显较小的密度。尤其优选的是，钛-铝合金作为铝化钛(TiAl)存在。钛-铝合金具有约4g/cm3的密度。通过在由钛-铝合金制成的涡轮的表面上涂覆卤素，在随后的热处理中形成了耐热的Al2O3层。其保护了钛-铝合金——尤其即铝化钛——在废气涡轮增压器的运行期间不被不允许的氧化。
在本发明的一个改进方案中设计为，所述轴由钢制成。轴尤其由与涡轮材料不同的材料制成。例如，为了达到涡轮机转子的良好的持续运转强度，使用了钢。钢优选被硬化或调质处理。为了保护轴不受不期望地温度加载以及相应地不解除调质处理，在形成保护层之后，轴才与涡轮的轮毂连接。在此，特殊情况在于再次的热处理，该热处理例如在废气涡轮增压器的运行期间进行。在热处理期间，在轴的区域中通常仅出现不妨碍轴的调质处理的温度。
在本发明的一个改进方案中设计为，所述热处理在至少500℃到至少900℃的温度下进行。热处理优选以相当于在废气涡轮增压器的运行期间期望的最高温度的温度进行。通过这种方式避免了在废气涡轮增压器开始运行之后马上发生的另一种——即使是很小程度的——氧化。
在本发明的一个改进方案中设计为，在连接之后，硬化所述轴的至少一个支承位置。轴或支承位置的硬化通常在连接之后进行，然而在涡轮机转子的最后加工或平衡之前进行。
本发明还涉及涡轮机转子的应用，该涡轮机转子按照前述实施方案制造。所述应用设计在用废气加载的废气涡轮增压器中，其中在所述废气涡轮增压器中至少局部地出现一高于涡轮机转子的涡轮的材料的氧化温度的温度。例如，在废气涡轮增压器中至少局部地出现高于800℃的温度。通过这种方式尤其可以进行用于在轮叶端侧处重新形成保护层的再次的热处理。废气涡轮增压器当然可以根据上述实施方案改进设计。
附图说明
下面根据在附图中示出的实施例进一步描述本发明，这在不对本发明形成局限的情况下进行。附图示出：
图1示意性示出废气涡轮增压器的涡轮机转子，该涡轮机转子具有涡轮以及轴，该涡轮具有轮毂和从轮毂出发的涡轮机轮叶，以及
图2示出涡轮机转子的纵剖视图。
具体实施方式
图1示出了未详细示出的废气涡轮增压器的涡轮机转子1。涡轮机转子1包括涡轮2以及轴3。涡轮机转子1是废气涡轮增压器的组成部分，该废气涡轮增压器配属于内燃机。涡轮机转子1通常可旋转地支承在涡轮机壳体中，其中压缩机的压缩机轮通过轴3与涡轮2作用连接。涡轮2由一个轮毂4和多个涡轮机轮叶5组成，其中仅示例性以附图标记标明其中一些涡轮机轮叶。涡轮机轮叶5相对于涡轮机转子1的旋转轴线6从轮毂4出发沿径向向外延伸。涡轮2例如由铝合金制成，例如由钛-铝合金、尤其是铝化钛制成。相反，轴3由钢制成，例如由低合金钢、尤其是34CrMo4制成。轴3与涡轮2的轮毂4牢固连接。轮毂在轮毂端侧7的区域中设计为多边形或多面形9，该轮毂端侧与此处不可见的涡轮2轮背部8沿轴向对置。该多边形9尤其用于在废气涡轮增压器的安装期间保持涡轮2或涡轮机转子1。
图2示出涡轮机转子1的纵剖视图。仍可见涡轮2和轴3。明确的是，涡轮2和轴3借助于作为定心销10存在的固定件彼此连接，其中定心销10沿轴向接合在涡轮2的凹部11中和轴3的凹部12中。凹部11至少局部地存在于涡轮2的固定凸起13中，该固定凸起沿轴向(关于旋转轴线6)从轮背部8出发朝向轴3的方向延伸。固定凸起具有端侧14，该端侧基本上平行于位于轴3的朝向涡轮2的侧面上的端侧15。在端侧14和15的区域中，涡轮2的固定凸起13和轴3基本上具有相同或至少类似的直径。在端侧14和15之间可以设置焊膜16，借助于该焊膜建立涡轮2和轴之间的牢固的连接。
在制造涡轮机转子1时，通常涡轮2和轴3被彼此分开地制造。涡轮2尤其通过浇铸制造。通常在制造涡轮机转子1时，在浇铸了涡轮2之后，涡轮2的接合位置(随后在该接合位置处建立至轴3的连接)以及轮背部8被机械加工。随后，涡轮2和之前经过调质处理的轴3被组装成涡轮机转子1，其中轴3与涡轮2连接。随后，可以硬化轴3的至少一个此处未示出的支承位置。然而这是可选的。接着，涡轮机转子1被最后加工并平衡。对最后加工和平衡来说，机械材料被从涡轮机转子1切除，例如通过磨削等方式。尤其在此进行多边形9的以及涡轮机轮叶5中的至少一个的轮叶端侧17的精磨。轮叶端侧17形成在涡轮机轮叶5的自由端部上，该自由端部存在于涡轮机轮叶5的背离轮毂4的侧面上。
因为在废气涡轮增压器的运行期间涡轮机转子1被高温加载，即承受高温负荷，所以涡轮2应该设有此处未详细示出的保护层。尤其在涡轮2由钛-铝合金、例如铝化钛制成时如此设计。在这种情况下具有特殊意义的是，保护涡轮2不发生(由于高温负荷导致的)不期望的氧化。为了制造涂层，首先应该把卤素涂覆或施加在涡轮2的表面的至少一部分——尤其是整个表面——之上或之中。随后涡轮2被热处理以便形成保护层。
如果在轴3与涡轮2连接之后进行该热处理，则轴3承受不期望的温度负荷，由于该温度负荷例如导致轴3的可能设计的调质处理的解除和/或不期望的氧化。因此，在制造涡轮机转子1时，应该采取如下的做法：首先提供涡轮2和轴3，其中涡轮和轴被彼此分开地形成或制造。随后，把卤素施加在涡轮2的表面上或涡轮的表面中以及随后仅涡轮2被热处理。在热处理之后才使轴3与涡轮2或其轮毂4连接。为了建立连接，在连接之前，把保护层至少局部地从轮毂4去除，尤其从轮背部8去除。尤其设计为，把保护层仅从(为轮毂4的组成部分的)固定凸起13去除以及尤其仅从其端侧14去除，以便实现至轴3的可靠的连接。轴3与轮毂4的连接尤其借助于焊膜16设计，其中当然也可以使用其它固定类型。
在轴3与涡轮2连接之后——就期望而言——至少局部地硬化轴3或轴3的至少一个支承位置。随后，进行涡轮机转子1的最后加工或平衡。为此，把材料从制成的涡轮机转子1切除——尤其在轮毂端侧7或多边形9的区域中。通常也把材料从轮叶端侧17切除。相应地，在这些区域中再次去除保护层。因此设计为，通过再次的热处理重新在轮叶端侧17上形成保护层。该重新的热处理尤其可以通过废气涡轮增压器的运行进行。在该热处理中，通过仍包含在涡轮2中的卤素制造形式特别为Al2O3-保护层的保护层。相应地，尤其优选设计为，如此把保护层从轮叶端侧17去除，即加工深度小于卤素至涡轮2的材料中的侵入深度。
卤素原则上可以任意选择。然而尤其优选的是，使用氟、氯、溴、碘或这些元素的混合物。卤素的涂覆或施加可以通过离子掺杂工艺、浸渍工艺、喷射工艺、刷涂工艺等进行。
附图标记列表：
1涡轮机转子
2涡轮
3轴
4轮毂
5涡轮机轮叶
6旋转轴线
7轮毂端侧
8轮背部
9多边形
10定心销
11凹部
12凹部
13固定凸起
14端侧
15端侧
16焊膜
17轮叶端侧

Claims (11)

1.一种用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子(1)的方法，其中涡轮机转子(1)包括涡轮(2)以及轴(3)，该涡轮具有轮毂(4)和从轮毂(4)出发的涡轮机轮叶(5)，所述方法具有以下步骤：
-提供涡轮(2)以及轴(3)；
-通过在涡轮(2)的表面上涂覆卤素或在涡轮的表面中施加卤素以及随后对涡轮(2)进行热处理来形成保护层；以及
-在形成所述保护层之后，把轴(3)和涡轮(2)的轮毂(4)连接在一起，其中，在连接之前，把所述保护层至少局部地从轮毂(4)去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在连接之前，把所述保护层仅从涡轮(2)的轮背部(8)去除。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在连接之后，把所述保护层从涡轮(2)的轮毂(4)的与轮背部(8)对置的轮毂端侧(7)去除。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在连接之后，把所述保护层从涡轮(2)的涡轮机轮叶(5)中的至少一个的、与轮毂(4)背离的轮叶端侧(17)去除。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过再次的热处理重新在轮叶端侧(17)上形成所述保护层。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述涡轮(2)由钛-铝合金制成。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述轴(3)由钢制成。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述热处理在500℃到900℃的温度下进行。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在连接之后，硬化所述轴(3)的至少一个支承位置。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述钛-铝合金是铝化钛。
11.在用废气加载的情况下在废气涡轮增压器中涡轮机转子(1)的应用，所述涡轮机转子根据前述权利要求中任一项所述的方法制造，其中在所述废气涡轮增压器中至少局部地出现一高于涡轮机转子的涡轮(2)的材料的氧化温度的温度。
CN201380008154.9A 2012-02-06 2013-02-05 用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法以及涡轮机转子的应用 Active CN104114814B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012002284.0A DE102012002284B4 (de) 2012-02-06 2012-02-06 Verfahren zum Herstellen eines Turbinenrotors eines Abgasturboladers sowie Verwendung eines Turbinenrotors
DE102012002284.0 2012-02-06
PCT/EP2013/000339 WO2013117316A1 (de) 2012-02-06 2013-02-05 Verfahren zum herstellen eines turbinenrotors eines abgasturboladers sowie verwendung eines turbinenrotors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104114814A CN104114814A (zh) 2014-10-22
CN104114814B true CN104114814B (zh) 2016-04-06

Family

ID=47710086

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201380008154.9A Active CN104114814B (zh) 2012-02-06 2013-02-05 用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法以及涡轮机转子的应用

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9186758B2 (zh)
EP (1) EP2812536B1 (zh)
CN (1) CN104114814B (zh)
DE (1) DE102012002284B4 (zh)
WO (1) WO2013117316A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6382603B2 (ja) * 2013-08-20 2018-08-29 株式会社東芝 水車
DE102013221712A1 (de) * 2013-10-25 2015-04-30 Continental Automotive Gmbh Verfahren zum Schutz des Verdichterrades eines Abgasturboladers vor einer Beschädigung sowie Verdichterrad
WO2015090267A1 (de) 2013-12-17 2015-06-25 Meotec GmbH & Co. KG Verfahren zur erzeugung einer schutzschicht auf einem thermisch belasteten bauteil sowie bauteil mit einer derartigen schutzschicht
DE102014215441A1 (de) 2014-08-05 2016-02-11 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer Ladeeinrichtung
DE112015005466A5 (de) 2014-12-04 2017-08-31 Meotec GmbH & Co. KG Bauteil einer Turboeinrichtung, Brennkraftmaschine mit einer Turboeinrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Turboeinrichtungsbauteils
DE102015212330A1 (de) * 2015-07-01 2017-01-19 Bosch Mahle Turbo Systems Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Beschichten eines Laufrades, insbesondere eines Turbinenrads und/oder Verdichterrads, eines Abgasturboladers
WO2022098437A2 (en) * 2020-09-17 2022-05-12 Applied Materials, Inc. Aluminum oxide protective coatings on turbocharger components and other rotary equipment components
US11661849B2 (en) * 2021-02-12 2023-05-30 Garrett Transportation I Inc. Turbocharger turbine wheels having an alpha-alumina coating and methods for manufacturing the same

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1621774A2 (en) * 2004-07-28 2006-02-01 BorgWarner Inc. Titanium aluminide wheel and steel shaft connection thereto
EP1462537B1 (de) * 2003-03-21 2008-04-02 DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer Al-Legierung, insbesondere TiAl-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrix eingebundener Halogenide
WO2008080633A3 (de) * 2006-12-30 2008-08-21 Dechema Verfahren zur erhöhung der oxidationsbeständigkeit von ni-basislegierungen durch die behandlung mit halogenen
CN101802246A (zh) * 2007-10-24 2010-08-11 爱沃特株式会社 Ti-Al系合金的表面处理方法和由此得到的Ti-Al系合金
DE102009034420A1 (de) * 2009-07-24 2011-02-03 Audi Ag Vorrichtung zum Fügen eines Turbinenrades mit einer Welle
CN102207008A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 芜湖杰锋汽车动力系统有限公司 一种涡轮增压器及提高涡轮增压器增压效率的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002332569A (ja) * 2001-05-11 2002-11-22 Ion Engineering Research Institute Corp Ｔｉ−Ａｌ系合金の耐高温酸化表面改質法
JP2008202544A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ロータの製造方法及びこのロータをそなえた排気ターボ過給機

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1462537B1 (de) * 2003-03-21 2008-04-02 DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. Verfahren zur Behandlung der Oberfläche eines aus einer Al-Legierung, insbesondere TiAl-Legierung bestehenden Bauteiles sowie die Verwendung organischer Halogenkohlenstoffverbindungen oder in einer organischen Matrix eingebundener Halogenide
EP1621774A2 (en) * 2004-07-28 2006-02-01 BorgWarner Inc. Titanium aluminide wheel and steel shaft connection thereto
WO2008080633A3 (de) * 2006-12-30 2008-08-21 Dechema Verfahren zur erhöhung der oxidationsbeständigkeit von ni-basislegierungen durch die behandlung mit halogenen
CN101802246A (zh) * 2007-10-24 2010-08-11 爱沃特株式会社 Ti-Al系合金的表面处理方法和由此得到的Ti-Al系合金
DE102009034420A1 (de) * 2009-07-24 2011-02-03 Audi Ag Vorrichtung zum Fügen eines Turbinenrades mit einer Welle
CN102207008A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 芜湖杰锋汽车动力系统有限公司 一种涡轮增压器及提高涡轮增压器增压效率的方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2013117316A1 (de) 2013-08-15
DE102012002284B4 (de) 2014-08-21
EP2812536B1 (de) 2016-04-20
US9186758B2 (en) 2015-11-17
DE102012002284A1 (de) 2013-08-08
EP2812536A1 (de) 2014-12-17
US20140373354A1 (en) 2014-12-25
CN104114814A (zh) 2014-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104114814B (zh) 用于制造废气涡轮增压器的涡轮机转子的方法以及涡轮机转子的应用
EP2925480B1 (fr) Procede de soudage par friction d'une pale sur un disque de rotor d'une turbomachine
JP5236263B2 (ja) 回転アセンブリ部品及び部品の製造方法
CA2694573C (en) Turbine rotor blade repair method
CA2823525C (fr) Procede de realisation d'un renfort metallique
JP5178016B2 (ja) 表面圧縮組織を有する物体表面の作成方法
JP5911671B2 (ja) 溶接方法及びその方法によって形成した構成要素
JP4039472B2 (ja) タービン・ロータ、蒸気タービン・ロータ・アセンブリ及び鋼合金製タービン・ロータを補修する方法
US8771786B2 (en) Method for repair of a component of a turbomachine and a component repaired according to this method
CA2823497C (fr) Procede de realisation d'un renfort metallique
EP1820597A2 (en) Methods and apparatus for welding turbine engine rotors
EP3219824A1 (en) Methods for processing bonded dual alloy rotors including differential heat treatment processes
US20090235526A1 (en) Method for the manufacture of a welded blisk drum
EP3218141A1 (fr) Procédé de soudage par friction avec rechargement d'une pale sur une aube de turbomachine
JP2010151127A (ja) ガスタービンエンジンの溶接ロータを製造する方法
EP3309264A1 (en) Hybrid component and method of making
JP2007513780A (ja) コンプレッサロータの製造方法
JPH0610613A (ja) タービンブレードの修理方法
US20160312629A1 (en) Apparatus for mounting a blade on a turbine disk
US20080000558A1 (en) Friction welding
US20110142653A1 (en) Two piece impeller
WO2013088078A1 (fr) Secteur de redresseur pour un compresseur de turbomachine réalisé par brasage d'une plate-forme de ses aubes sur une virole
US20150158134A1 (en) Method for producing a turbine rotor of an exhaust gas turbocharger
JP7124652B2 (ja) ＴｉＡｌ合金製翼車の製造方法
EP3983293A1 (fr) Barrette pour roue freinee d'aeronef

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant