CN109312660B - 旋转机械用叶轮、压缩机、增压器及旋转机械用叶轮的制造方法 - Google Patents

旋转机械用叶轮、压缩机、增压器及旋转机械用叶轮的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种旋转机械用叶轮、压缩机、增压器及旋转机械用叶轮的制造方法。所述旋转机械用叶轮具有：叶轮主体(21)，包括配置于距表面(21a)一定的深度(D)为止的表面部分(27)，且由Al或Al合金构成；及Ni‑P系无电解电镀皮膜(23)，覆盖叶轮主体(21)的表面(21a)，表面部分(27)具有第1压缩残余应力(P1)。

Description

旋转机械用叶轮、压缩机、增压器及旋转机械用叶轮的制造 方法
技术领域
本发明涉及一种旋转机械用叶轮、具备旋转机械用叶轮的压缩机、具备旋转机械用叶轮的增压器、旋转机械用叶轮的制造方法。
背景技术
近年来，在汽车用内燃机、尤其是柴油引擎等中多采用废气再循环(EGR)系统。设置于采用EGR系统的内燃机中的增压器的压缩机中由于导入一部分排气，因此压缩机叶轮中容易因排气中所包含的液滴等而产生腐蚀(浸蚀)。
因此，作为耐腐蚀对策及耐蚀性对策，进行对由Al或Al合金等制造的压缩机叶轮实施Ni-P系电镀。
专利文献1中公开有如下：为了提高耐腐蚀性及耐锈蚀(腐蚀)性，对设置于采用EGR系统的船用柴油机中的增压器的压缩机叶轮实施无电解Ni-P系合金电镀。
以往技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利公开2014-163345号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，在增压器的压缩机叶轮(旋转机械用叶轮中的1个)中产生因通过高速旋转产生的离心力而产生的应力和因Ni-P系无电解电镀皮膜与Al合金的热伸长差而产生的应力。
因此，对Ni-P系无电解电镀皮膜不仅要求耐腐蚀性，还要求抗裂性(疲劳强度)及耐剥离性(界面强度)。
但是，在使用廉价的通用品的Ni-P系无电解电镀液在压缩机叶轮的表面形成Ni-P系电镀皮膜的情况下，若Ni-P系电镀皮膜产生龟裂，则该龟裂朝作为基材的叶轮主体进展而有可能导致压缩机叶轮的疲劳强度大幅下降。
尤其，在涡轮增压器中所使用的压缩机叶轮的情况下，若反复赋予涡轮增压器运行时的涡轮转速波动所伴随的离心应力和热应力，则有可能在很早的阶段，在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生裂纹，叶片(翼片)疲劳寿命可能会下降。
本发明人等在达到本发明之前的研究阶段，从抑制上述压缩机叶轮的疲劳强度的观点出发，想出了使用Ni-P系无电解电镀皮膜的膜质或结构等满足规定条件的Ni-P系无电解电镀液。
然而，当使用这种Ni-P系无电解电镀液来解决上述问题时，需要频繁地更换为新的Ni-P系无电解电镀液，并且需要严格管理电镀实施条件。
因此，成本增加，并且有可能产生导致生产率下降的新的问题。
因此，本发明提供一种在抑制旋转机械用叶轮的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生的龟裂朝叶轮主体(基材)进展的旋转机械用叶轮、压缩机、增压器及旋转机械用叶轮的制造方法。
用于解决技术课题的手段
本发明的第1方式所涉及的旋转机械用叶轮具有：叶轮主体，包括配置于距表面一定的深度为止的表面部分，且由Al或Al合金构成；及Ni-P系无电解电镀皮膜，覆盖所述叶轮主体的表面，所述表面部分具有第1压缩残余应力。
成为这种结构的旋转机械用叶轮由于叶轮主体的表面部分具有第1压缩残余应力，因此在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生了龟裂时，能够抑制龟裂朝叶轮主体进展。
由此，当使用Ni-P系无电解电镀皮膜的膜质或结构等满足规定条件的Ni-P系无电解电镀液(未市售的独有的电镀液)来解决上述问题时，无需频繁地更换为新的Ni-P系无电解电镀液或严格管理电镀实施条件。
即，由于能够使用廉价的通用的Ni-P系无电解电镀液，因此在抑制旋转机械用叶轮的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生的龟裂朝叶轮主体进展。
并且，在本发明的第2方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述Ni-P系无电解电镀皮膜可以具有第2压缩残余应力。
通过设为这种结构，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生龟裂，并且如果在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生了龟裂时，能够抑制该龟裂扩展。由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生的龟裂朝叶轮主体进展。
并且，在本发明的第3方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述第1压缩残余应力的绝对值可以为300MPa以上，以所述叶轮主体的表面作为基准时的所述表面部分的深度可以为0.2mm以上且小于0.4mm。
如此，通过将第1压缩残余应力的绝对值设为300MPa以上，当将旋转机械用叶轮适用于涡轮增压器时，能够充分得到旋转机械用叶轮的叶片(翼片)疲劳寿命。
并且，通过将表面部分的深度设为0.2mm以上且小于0.4mm，当将旋转机械用叶轮适用于涡轮增压器时，能够将叶片(翼片)变形量设在允许范围内。
并且，在本发明的第4方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述叶轮主体可以包括翼片入口根部及翼片出口根部，所述翼片入口根部及所述翼片出口根部可以具有所述表面部分。
如此，通过叶轮主体的翼片入口根部及翼片出口根部具有表面部分，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中容易产生龟裂的翼片入口根部及翼片出口根部的破损。
并且，在本发明的第5方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述Ni-P系无电解电镀皮膜中所包含的P的浓度可以为5重量％以上且10重量％以下。
如此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜中所包含的P的浓度设为5重量％以上且10重量％以下，能够得到高维氏硬度，并且能够得到高抗裂性。
由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生龟裂。
并且，在本发明的第6方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述Ni-P系无电解电镀皮膜的硬度可以为500HV以上且700HV以下。
例如，若Ni-P系无电解电镀皮膜的硬度小于500HV，则有可能无法充分得到耐腐蚀性。并且，若Ni-P系无电解电镀皮膜的硬度大于500HV，则有可能无法得到充分的抗裂性。
因此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜的硬度设为500HV以上且700HV以下，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
并且，在本发明的第7方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述Ni-P系无电解电镀皮膜的厚度可以为15μm以上且60μm以下。
例如，若Ni-P系无电解电镀皮膜的厚度小于15μm，则有可能无法得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。并且，若Ni-P系无电解电镀皮膜的厚度大于60μm，则无电解电镀处理所需的时间延长，成本有可能升高。
因此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜的厚度设为15μm以上且60μm以下，在抑制成本的基础上，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
并且，在本发明的第8方式所涉及的旋转机械用叶轮中，所述叶轮主体可以为增压器用叶轮主体。
如此，通过将叶轮主体用作使叶轮高速旋转的增压器的压缩机叶轮，能够提高增压器的耐腐蚀性，并且能够抑制龟裂的进展，从而能够实现增压器的长寿命化。
并且，在本发明的第9方式所涉及的压缩机中，可以包括上述第1方式至第8方式所述的旋转机械用叶轮。
通过设为这种结构，压缩机包括具有高耐腐蚀性及龟裂抑制功能的旋转机械用叶轮，因此能够实现压缩机的长寿命化。
并且，在本发明的第10方式所涉及的增压器中，可以包括上述第9方式所述的压缩机及驱动所述压缩机的涡轮。
通过设为这种结构，增压器包括具有高耐腐蚀性及龟裂抑制功能的旋转机械用叶轮，因此能够实现增压器的长寿命化。
并且，在本发明的第11方式所涉及的增压器中，所述压缩机可以设置于内燃机的进气通道，所述涡轮可以构成为利用来自所述内燃机的排气来驱动，并且可以构成为在所述压缩机的上游侧，所述排气的一部分朝向所述进气通道循环。
通过设为这种结构，增压器具备具有高耐腐蚀性及龟裂抑制功能的压缩机，因此能够实现可长期承受高速旋转的长寿命的增压器。
并且，在本发明的第12方式所涉及的旋转机械用叶轮的制造方法包括：表面部分形成工序，通过对由Al或Al合金构成的叶轮主体的表面进行表面处理来形成配置于距该表面一定的深度为止且具有第1压缩残余应力的表面部分；及电镀皮膜形成工序，在所述表面部分形成工序之后，通过无电解电镀法形成覆盖所述叶轮主体的表面的Ni-P系无电解电镀皮膜。
如此，在形成具有第1压缩残余应力的表面部分之后，通过无电解电镀法形成覆盖叶轮主体的表面的Ni-P系无电解电镀皮膜，由此叶轮主体的表面部分具有第1压缩残余应力，因此在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生了龟裂时，能够抑制龟裂朝叶轮主体进展。
由此，当使用Ni-P系无电解电镀皮膜的膜质或结构等满足规定条件的Ni-P系无电解电镀液(未市售的独有的电镀液)来解决上述问题时，无需频繁地更换为新的Ni-P系无电解电镀液或严格管理电镀实施条件。
即，能够使用廉价的通用的Ni-P系无电解电镀液，因此在抑制旋转机械用叶轮的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生的龟裂朝叶轮主体进展。
并且，在本发明的第13方式所涉及的旋转机械用叶轮的制造方法中，在所述表面部分形成工序中，可以使用喷丸硬化处理或超声冲击处理作为所述表面处理。
如此，通过使用喷丸硬化处理或超声冲击处理作为表面处理，能够降低成本及抑制叶轮主体的变形。
并且，在本发明的第14方式所涉及的旋转机械用叶轮的制造方法中，在所述电镀皮膜形成工序中，可以以使所述Ni-P系无电解电镀皮膜具有第2压缩残余应力的方式进行所述无电解电镀法。
如此，通过以使Ni-P系无电解电镀皮膜具有第2压缩残余应力的方式进行无电解电镀法，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生龟裂，并且如果在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生了龟裂时，能够抑制该龟裂扩展。由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生的龟裂朝叶轮主体进展。
并且，在本发明的第15方式所涉及的旋转机械用叶轮的制造方法中，在所述表面部分形成工序中，可以以使所述第1压缩残余应力的绝对值成为300MPa以上并且以所述叶轮主体的表面作为基准时的所述表面部分的深度成为0.2mm以上且小于0.4mm的方式进行所述表面处理。
如此，通过将第1压缩残余应力的绝对值设为300MPa以上，当将旋转机械用叶轮适用于涡轮增压器时，能够充分得到旋转机械用叶轮的叶片(翼片)疲劳寿命。
并且，通过将表面部分的深度设为0.2mm以上且小于0.4mm，当将旋转机械用叶轮适用于涡轮增压器时，能够将叶片(翼片)变形量设在允许范围内。
并且，在本发明的第16方式所涉及的旋转机械用叶轮的制造方法中，在所述电镀皮膜形成工序中，可以以使厚度成为15μm以上且60μm以下、P的浓度成为5重量％以上且10重量％以下且硬度成为500HV以上且700HV以下的方式形成所述Ni-P系无电解电镀皮膜。
如此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜的厚度设为15μm以上且60μm以下，在抑制成本的基础上，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
并且，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜中所包含的P的浓度设为5重量％以上且10重量％以下，能够得到高维氏硬度，并且能够得到高抗裂性。
由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生龟裂。
另外，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜的硬度设为500HV以上且700HV以下，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
发明效果
根据本发明，在抑制旋转机械用叶轮的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜中产生的龟裂朝叶轮主体进展。
附图说明
图1是示意性表示本发明的第1实施方式所涉及的旋转机械用叶轮的局部剖视图。
图2是以A-A线切割图1所示的旋转机械用叶轮的剖视图。
图3是用于说明第1实施方式的旋转机械用叶轮的制造方法的流程图。
图4是用于说明本发明的第2实施方式所涉及的增压器的系统图。
图5是表示实验例1的叶轮主体B1～B4表面部分的残余应力的分布的图(曲线图)。
图6是表示将涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命设为100时的实验例1的旋转机械用叶轮C1～C4的翼片疲劳寿命的图(曲线图)。
图7是表示实验例2的叶轮主体E1～E3的表面部分的残余应力的分布的图(曲线图)。
图8是表示将涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命设为100时的实验例2的旋转机械用叶轮F1～F3的翼片疲劳寿命的图(曲线图)。
图9是表示实验例3的叶轮主体G1、G2的表面部分的残余应力的分布的图(曲线图)。
图10是表示喷丸硬化处理前后的实验例3的叶轮主体G1、G2的尺寸变化量的图(曲线图)。
图11是表示压缩机轮H1、I2～I5的残余应力的图(曲线图)。
图12是表示设为将涡轮增压器所需的寿命设为100时的翼片疲劳寿命时的压缩机轮H1、I2～I5的翼片疲劳寿命的图(曲线图)。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的几个实施方式进行说明。但是，作为实施方式而记载或示于附图中的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等并不是旨在将本发明的范围限定于此，而只不过是单纯的说明例。
例如，“在某一方向上”、“沿着某一方向”、“平行”、“正交”、“中心”、“同心”或“同轴”等表示相对或绝对配置的表现，不仅严格地表示这种配置，还表示以公差或可得到相同功能的程度的角度或距离相对位移的状态。
例如，“同一”、“相同”及“均质”等表示事物相同的状态的表现不仅表示严格相同的状态，还表示存在公差或可得到相同功能的程度的差的状态。
例如，表示四边形状或圆筒形状等形状的表现不仅表示几何学上严格意义上的四边形状或圆筒形状等形状，还表示在可得到相同效果的范围内包含凹凸部或倒棱部等的形状。
另一方面，“具备”、“包括”或“具有”一个构成要素的表现并不是排除其他构成要素的存在的排他性的表现。
〔第1实施方式〕
图1是示意性表示本发明的第1实施方式所涉及的旋转机械用叶轮的局部剖视图。在图1中，仅将肋11及旋转轴插入部12以截面来图示。并且，图1所示的箭头表示进气的流动方向。
图2是以A-A线切割图1所示的旋转机械用叶轮的剖视图。在图2中，标注有P1的箭头示意性表示第1压缩残余应力(以下，称为“第1压缩残余应力P1”)，标注有P2的箭头示意性表示第2压缩残余应力(以下，称为“第2压缩残余应力P2”)。
并且，在图2中，M表示设置于叶轮主体21的表面21a的Ni-P系无电解电镀皮膜23的厚度(以下，称为“厚度M”)，D表示以叶轮主体21的表面21a作为基准时的表面部分27的深度(以下，称为“深度D”)。在图2中，对与图1相同的构成部分标注相同符号。
参考图1及图2，第1实施方式的旋转机械用叶轮10具有圆盘状的肋11、旋转轴插入部12、贯穿孔13及多个翼片15(叶片)，还具有翼片入口根部17及翼片出口根部18。
旋转轴插入部12从肋11的中央沿相对于肋11正交的一方向突出。旋转轴插入部12以随着远离肋11而直径变小的方式构成。旋转轴插入部12与肋11构成为一体。
贯穿孔13以贯穿肋11及旋转轴插入部12的中央的方式设置。贯穿孔13中插入有旋转轴(未图示)。旋转机械用叶轮10以该旋转轴为中心旋转。
多个翼片15以规定的间隔配置于肋11及旋转轴插入部12的周围。多个翼片15与肋11及旋转轴插入部12构成为一体。
成为上述结构的旋转机械用叶轮10具有叶轮主体21和Ni-P系无电解电镀皮膜23。
叶轮主体21由Al或Al合金构成。叶轮主体21具有形成有Ni-P系无电解电镀皮膜23的表面21a。
叶轮主体21具有配置于距叶轮主体21的表面21a一定的深度D为止的表面部分27和配置于表面部分27的内侧的中央部26。
表面部分27具有第1压缩残余应力P1。另一方面，中央部26不具有第1压缩残余应力P1。表面部分27及中央部26构成为一体。
如此，通过叶轮主体21的表面部分27具有第1压缩残余应力P1，在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生了龟裂24时，能够抑制龟裂24朝叶轮主体21进展。
由此，当使用Ni-P系无电解电镀皮膜23的膜质或结构等满足规定条件的Ni-P系无电解电镀液(市售的独有的电镀液)来解决上述课题时，无需频繁地更换为新的Ni-P系无电解电镀液或严格管理电镀实施条件。
即，由于能够使用廉价的通用的Ni-P系无电解电镀液，因此在抑制旋转机械用叶轮10的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮10的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生的龟裂24朝叶轮主体21进展。
第1压缩残余应力P1的绝对值例如优选设为300MPa以上。
如此，通过将第1压缩残余应力P1的绝对值设为300MPa以上，当将旋转机械用叶轮10适用于涡轮增压器时，能够充分得到旋转机械用叶轮10的翼片(叶片)疲劳寿命。
并且，表面部分27的深度D例如优选设为0.2mm以上且小于0.4mm。
如此，通过将表面部分27的深度D设为0.2mm以上且小于0.4mm，当将旋转机械用叶轮10适用于涡轮增压器时，能够将翼片(叶片)变形量设在允许范围内。
并且，优选至少叶轮主体21的翼片入口根部17及翼片出口根部18具有表面部分27。
如此，通过叶轮主体21的翼片入口根部17及翼片出口根部18具有表面部分27，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中容易产生龟裂24的翼片入口根部17及翼片出口根部18的破损。
Ni-P系无电解电镀皮膜23以覆盖叶轮主体21的表面21a的方式设置。
Ni-P系无电解电镀皮膜23可以具有第2压缩残余应力P2。
如此，通过Ni-P系无电解电镀皮膜23具有第2压缩残余应力P2，在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生了龟裂24时，能够抑制龟裂24沿深度方向扩展。
由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生的龟裂24朝叶轮主体21进展。
Ni-P系无电解电镀皮膜23中所包含的P的浓度例如优选设为5重量％以上且10重量％以下。
如此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜中所包含的P的浓度设为5重量％以上且10重量％以下，能够得到高维氏硬度，并且能够得到高抗裂性。
由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生龟裂24。
Ni-P系无电解电镀皮膜23的硬度例如设在500HV以上且700HV以下的范围内即可。
若Ni-P系无电解电镀皮膜23的硬度小于500HV，则有可能无法充分得到耐腐蚀性。并且，若Ni-P系无电解电镀皮膜23的硬度大于700HV，则有可能无法得到充分的抗裂性。
因此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜23的硬度设为500HV以上且700HV以下，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
Ni-P系无电解电镀皮膜23的厚度M例如优选设在15μm以上且60μm以下的范围内。
若Ni-P系无电解电镀皮膜23的厚度M小于15μm，则有可能无法得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。并且，若Ni-P系无电解电镀皮膜23的厚度M大于60μm，则无电解电镀处理所需的时间延长，成本有可能升高。
因此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜23的厚度M设为15μm以上且60μm以下，在抑制成本的基础上，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
根据第1实施方式的旋转机械用叶轮10，如上所述，在抑制旋转机械用叶轮10的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮10的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生的龟裂24朝叶轮主体21进展。
图3是用于说明第1实施方式的旋转机械用叶轮的制造方法的流程图。
参考图1～图3对第1实施方式的旋转机械用叶轮的制造方法进行说明。
第1实施方式的旋转机械用叶轮的制造方法包括：表面部分形成工序(图3所示的S1)，通过对由Al或Al合金构成的叶轮主体21的表面21a进行表面处理来形成配置于距表面21a一定的深度D为止且具有第1压缩残余应力P1的表面部分27；及电镀皮膜形成工序(图3所示的S2)，在表面部分形成工序之后，通过无电解电镀法形成覆盖叶轮主体21的表面21a的Ni-P系无电解电镀皮膜23。
在表面部分形成工序中，例如优选使用喷丸硬化处理或超声冲击处理作为表面处理。
作为对表面部分27赋予第1压缩残余应力P1的表面处理方法，有各种喷丸处理法或冷加工法(冷作法)等，但难以对适用于离心压缩机那样的呈复杂形状的叶轮主体21实施冷加工法，因此优选喷丸处理法。
作为喷丸处理法，例如有喷丸硬化法、激光喷丸法、水射流喷丸(water-jetpeening)法、空化喷丸(cavitation peening)法、超声冲击法等方法。
激光喷丸法由于需要在对象物表面涂上黑体涂料，导致成本上升，因此不太优选。
另一方面，空化喷丸法或水射流喷丸法由于赋予至对象物表面的冲击压力大，因此有可能导致呈复杂形状的叶轮主体21变形，因此不太优选。
因此，通过使用喷丸硬化处理或超声冲击处理作为表面处理，能够降低旋转机械用叶轮10的成本，并且能够抑制叶轮主体21的变形。
在电镀皮膜形成工序中，例如以使Ni-P系无电解电镀皮膜23具有第2压缩残余应力P2的方式进行无电解电镀法即可。
如此，通过以使Ni-P系无电解电镀皮膜23具有第2压缩残余应力P2的方式进行无电解电镀法，在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生了龟裂24时，能够抑制龟裂24扩展。由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生的龟裂24朝叶轮主体21进展。
另外，在廉价的通用品的Ni-P系无电解电镀液中有能够将Ni-P系无电解电镀皮膜23形成为具有第2压缩残余应力P2的Ni-P系无电解电镀液。
在表面部分形成工序中，例如可以以使第1压缩残余应力P1的绝对值成为300MPa以上并且以叶轮主体21的表面21a作为基准时的表面部分27的深度成为0.2mm以上且小于0.4mm的方式进行表面处理。
如此，通过将第1压缩残余应力P1的绝对值设为300MPa以上，当将旋转机械用叶轮10适用于涡轮增压器时，能够充分得到旋转机械用叶轮10的叶片(翼片)疲劳寿命。
并且，通过将表面部分27的深度设为0.2mm以上且小于0.4mm，当将旋转机械用叶轮10适用于涡轮增压器时，能够将翼片(叶片)变形量设在允许范围内。
并且，在电镀皮膜形成工序中，例如可以以使厚度成为15μm以上且60μm以下、P的浓度成为5重量％以上且10重量％以下且硬度成为500HV以上且700HV以下的方式形成Ni-P系无电解电镀皮膜23。
如此，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜23的厚度M设为15μm以上且60μm以下，在抑制成本的基础上，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
并且，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜23中所包含的P的浓度设为5重量％以上且10重量％以下，能够得到高维氏硬度，并且能够得到高抗裂性。
由此，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生龟裂24。
另外，通过将Ni-P系无电解电镀皮膜23的硬度设为500HV以上且700HV以下，能够得到充分的耐腐蚀性及抗裂性。
根据第1实施方式的旋转机械用叶轮的制造方法，当使用Ni-P系无电解电镀皮膜23的膜质或结构等满足规定条件的Ni-P系无电解电镀液(未市售的独有的电镀液)来解决上述课题时，无需频繁地更换为新的Ni-P系无电解电镀液或严格管理电镀实施条件。
即，由于能够使用廉价的通用的Ni-P系无电解电镀液，因此在抑制旋转机械用叶轮10的成本上升，且抑制旋转机械用叶轮10的生产率下降的基础上，能够抑制在Ni-P系无电解电镀皮膜23中产生的龟裂24朝叶轮主体21进展。
〔第2实施方式〕
图4是用于说明本发明的第2实施方式所涉及的增压器的系统图。在图4中，为了方便说明，还图示设置于增压器31的周围的结构。在图4中，a表示进气(以下，称为“进气a”)，e表示排气(以下，称为“排气e”)。并且，在图4中，实线箭头表示进气a的移动方向，点线箭头表示排气e的移动方向。另外，在图4中，在与图1所示的结构体相同的构成部分标注相同符号。
参考图4，第2实施方式所涉及的增压器31适用于车辆用内燃机、例如采用EGR系统的柴油引擎33。
增压器31具有利用排气e旋转的排气涡轮34、旋转轴36及经由旋转轴36与排气涡轮34联动的压缩机37。排气e的一部分朝向位于压缩机37的上游侧的进气通道41循环。
排气涡轮34与连接于柴油引擎33的排气通道39连接。旋转轴36通过插入到图1所示的贯穿孔13而固定于旋转机械用叶轮10。
压缩机37具有在图1及图2中说明的旋转机械用叶轮10。压缩机37与进气通道41连接。压缩机37将进气a供给至柴油引擎33。
根据第2实施方式的压缩机37，由于包括图1及图2所示的具有高耐腐蚀性及龟裂抑制功能的旋转机械用叶轮10，因此能够实现压缩机37的长寿命化。
高压EGR系统44具有在排气涡轮34的上游从排气通道39分支并与压缩机37的下游侧的进气通道41连接的高压EGR通道46。
在高压EGR系统44中，从柴油引擎33排出的排气e的一部分经由高压EGR通道46在柴油引擎33的入口侧返回到进气通道41。
高压EGR通道46中设置有EGR冷却器48及EGR阀49。
低压EGR系统51具有在排气涡轮34的下游侧从排气通道39分支并与压缩机37的上游侧的进气通道41连接的低压EGR通道53。
在低压EGR系统51中，从柴油引擎33排出的排气e的一部分经由低压EGR通道53返回到压缩机37的入口侧的进气通道41。
低压EGR通道53中设置有EGR冷却器55及EGR阀56。
空气净化器58设置于位于压缩机37的上游的进气通道41上。中间冷却器59设置于位于压缩机37的下游侧的进气通道41上。
排气旁通通道62为使排气涡轮34旁通的管路，以横跨排气涡轮34的方式与排气通道39连接。
废物排出阀63设置于排气旁通通道62上。废物排出阀63具有调整废物排出阀63的开度的致动器63a。
DPF过滤器65设置于位于排气涡轮34的下游侧的排气通道39上。DPF过滤器65捕捉排气e中所包含的粒子状物质。
氧化催化剂67设置于位于DPF过滤器65的下游侧的排气通道39上。氧化催化剂67将排气中的NOx氧化为NO2，在NO2的氧化作用下使捕捉在DPF过滤器65上的粒子状物质燃烧。
根据第2实施方式的增压器31，通过包括压缩机37和驱动压缩机37的排气涡轮34，增压器31包括具有高耐腐蚀性及龟裂抑制功能的旋转机械用叶轮10，因此能够实现增压器31的长寿命化。
以上，对本发明的优选实施方式进行了详述，但本发明并不限定于这种特定的实施方式，在权利要求内所记载的本发明的宗旨的范围内能够进行各种变形、变更。
以下，对实验例进行说明，但本发明并不限定于下述实验例。
(实验例1)
在实验例1中，作为图1所示的叶轮主体21，准备了4个实机的Al合金制的未使用的压缩机轮，在不同的条件下对各压缩机轮的表面进行了喷丸硬化处理。
在喷丸硬化处理中，将直径的平均为150μm的玻璃珠用作投射材料，以0.1～0.45MPa的喷射压力进行了投射。投射时间设为10秒。
在实验例1中，以使图2所示的表面部分27的深度成为约0.2mm且表面部分27的残余应力的绝对值不同的方式进行了上述喷丸硬化处理。
在上述喷丸硬化处理之后，使用X射线残余应力测定装置测定了各压缩机轮的表面部分中图1所示的翼片入口根部17及翼片出口根部18的深度方向的残余应力。将其结果示于图5。
以下，为了方便说明，将深度为0mm时的残余应力为-100MPa的叶轮主体21称为叶轮主体B1，将深度为0mm时的残余应力为-200MPa的叶轮主体21称为叶轮主体B2，将深度为0mm时的残余应力为-300MPa的叶轮主体21称为叶轮主体B3，将深度为0mm时的残余应力为-350MPa的叶轮主体21称为叶轮主体B4。
叶轮主体B1～B4为喷丸硬化处理后的叶轮主体。
图5是表示实验例1的叶轮主体B1～B4表面部分的残余应力的分布的图(曲线图)。另外，图5中示出以叶轮主体21的表面21a作为基准时的深度。并且，图5所示的残余应力为将翼片入口根部17的残余应力和翼片出口根部18的残余应力进行平均化的残余应力。残余应力小于0是指残留有压缩应力，残余应力大于0时是指残留有拉伸应力。
接着，通过使用作为市售的廉价的通用品的中高P类型的无电解Ni-P电镀液的无电解电镀法，在叶轮主体B1～B4的表面形成了厚度20μm的Ni-P系无电解电镀皮膜。
作为无电解电镀时的条件，使用了对一般的铝合金的电镀处理条件。
以下，为了方便说明，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体B1称为旋转机械用叶轮C1，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体B2称为旋转机械用叶轮C2，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体B3称为旋转机械用叶轮C3，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体B4称为旋转机械用叶轮C4。
接着，使用旋转机械用叶轮C1～C4进行了翼片疲劳寿命试验。作为试验装置，使用了涡轮增压器运行试验设备。此时，反复进行将涡轮增压器的转速从最大转速急剧改变为低转速，测量了叶轮破损为止的次数。将其结果示于图6。
图6是表示将涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命设为100时的实验例1的旋转机械用叶轮C1～C4的翼片疲劳寿命的图(曲线图)。
在图6中，在横轴上示出旋转机械用叶轮的种类，在纵轴上示出将涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命设为100时旋转机械用叶轮C1～C4的翼片疲劳寿命。
另外，在图6中，翼片疲劳寿命为100以上的全部图示为100。
根据图5及图6的结果可知，当表面部分27的深度为0.2mm时，为了满足涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命，残余应力需为-300MPa以上(换言之，压缩残余应力为300MPa以上)。
(实验例2)
在实验例2中，作为图1所示的叶轮主体21，准备了3个与在实验例1中所使用的实机的压缩机轮相同的未使用的压缩机轮，进行使用与实验例1相同的装置的喷丸硬化处理，通过仅变更喷射压力而使图2所示的表面部分27的深度不同，且将翼片入口根部17及翼片出口根部18的表面部分27的表面的平均残余应力设为-300MPa。
以下，为了方便说明，将表面部分27的深度为0.1mm的叶轮主体21称为叶轮主体E1，将表面部分27的深度为0.2mm的叶轮主体21称为叶轮主体E2，将表面部分27的深度为0.4mm的叶轮主体21称为叶轮主体E3。叶轮主体E1～E3为喷丸硬化处理后的叶轮主体。
接着，使用在实验例1中所使用的X射线残余应力测定装置测定了叶轮主体E1～E3的翼片入口根部17及翼片出口根部18的表面部分27的深度方向的残余应力。将其结果示于图7。
图7是表示实验例2的叶轮主体E1～E3的表面部分的残余应力的分布的图(曲线图)。另外，图7中示出以叶轮主体21的表面21a作为基准时的深度。并且，图7所示的残余应力为将翼片入口根部17的残余应力和翼片出口根部18的残余应力进行平均化的残余应力。
接着，通过使用与在实验例1中所使用的电镀液相同的Ni-P系无电解电镀液及相同的电镀条件的无电解电镀法，在叶轮主体E1～E3的表面形成了厚度20μm的Ni-P系无电解电镀皮膜。
以下，为了方便说明，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体E1称为旋转机械用叶轮F1，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体E2称为旋转机械用叶轮F2，将形成有Ni-P系无电解电镀皮膜的叶轮主体E3称为旋转机械用叶轮F3。
接着，使用与实验例1相同的试验装置进行了旋转机械用叶轮F1～F3的翼片疲劳寿命试验。将其结果示于图8。
图8是表示将涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命设为100时的实验例2的旋转机械用叶轮F1～F3的翼片疲劳寿命的图(曲线图)。
在图8中，在横轴上示出旋转机械用叶轮的种类，在纵轴上示出将涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命设为100时的旋转机械用叶轮F1～F3的翼片疲劳寿命。
另外，在图8中，翼片疲劳寿命为100以上的全部图示为100。
根据图7及图8的结果可知，为了满足涡轮增压器所需的翼片疲劳寿命，表面部分27的深度需为0.2mm以上。
(实验例3)
在实验例3中，作为图1所示的叶轮主体21，准备了2个与在实验例1中所使用的实机的压缩机轮相同的未使用的压缩机轮，并获取了喷丸硬化处理前的尺寸。
接着，进行使用与实验例1相同的装置的喷丸硬化处理，通过仅变更喷射压力而使图2所示的表面部分27的深度不同，且将翼片入口根部17及翼片出口根部18的表面部分27的表面的平均残余应力设为-300MPa。
以下，为了方便说明，将表面部分27的深度为0.2mm的叶轮主体21称为叶轮主体G1，将表面部分27的深度为0.4mm的叶轮主体21称为叶轮主体G2。叶轮主体G1、G2为喷丸硬化处理后的叶轮主体。
接着，获取与和喷丸硬化处理前测定了尺寸的部位相同的部位相对应的叶轮主体G1、G2的尺寸，求出了喷丸硬化处理前后的叶轮主体的尺寸变化量。在喷丸硬化处理前后，使用非接触式三维测量装置测量了尺寸变化量。
将其结果示于图10。
图10是表示喷丸硬化处理前后的实验例3的叶轮主体G1、G2的翼片的尺寸变化量的图(曲线图)。
在图10中，在横轴上示出叶轮主体的种类，在纵轴上示出喷丸硬化处理前后的叶轮主体G1、G2的翼片的尺寸变化量。
另外，在图10中，当尺寸变化量为100以下时，判断为叶轮主体的翼片满足涡轮增压器的设计允许值，当尺寸变化量为100以上时，判断为叶轮主体的翼片不满足涡轮增压器的设计允许量。
根据图9及图10的结果可知，叶轮主体的翼片的尺寸变化量为了满足涡轮增压器的设计允许量，需将图1所示的表面部分27的深度设为小于0.4mm。
另外，叶轮主体G2的翼片由于喷丸硬化处理时的投射材料的碰撞压力高，因此确认到翼片的变形。
(实验例4)
在实验例4中，作为图1所示的叶轮主体21，准备了5个与在实验例1中所使用的实机的压缩机轮相同的未使用的压缩机轮。
对5个压缩机轮进行了使用与实验例1相同的装置的喷丸硬化处理。由此，制作出表面部分27的深度为0.2mm且表面的残余应力成为-200MPa的5个压缩机轮。
以下、为了方便说明，将上述具有表面部分27的5个压缩机轮称为压缩机轮H1～H5。
使用与在实验例1中所使用的装置相同的X射线残余应力测定装置测定压缩机轮H1的表面部分27的残余应力，将其结果示于图11。在图11中还一并图示出构成后述的压缩机轮I2～I5的Ni-P系无电解电镀皮膜的残余应力的测定结果。
图11是表示压缩机轮H1、I2～I5的残余应力的图(曲线图)。
接着，改变电镀液的种类并通过无电解电镀法在4个压缩机轮H2～H5的表面形成厚度20μm的Ni-P系无电解电镀皮膜，由此制作出带电镀皮膜的压缩机轮(以下，称为压缩机轮I2～I5)。
压缩机轮I2的Ni-P系无电解电镀皮膜是使用利用添加剂将电镀皮膜内的皮膜应力调整为“-100MPa”的中高P型的无电解电镀液来形成。压缩机轮I3的Ni-P系无电解电镀皮膜是使用利用添加剂将电镀皮膜内的皮膜应力调整为“-200MPa”的中高P型的无电解电镀液来形成。压缩机轮I4的Ni-P系无电解电镀皮膜是使用利用添加剂将电镀皮膜内的皮膜应力调整为“+100MPa”的中高P型的无电解电镀液来形成。
压缩机轮I5的Ni-P系无电解电镀皮膜是使用利用添加剂将电镀皮膜内的皮膜应力调整为“+200MPa”的中高P型的无电解电镀液来形成。
然后，使用上述X射线残余应力测定装置，通过与实验例1相同的方法进行了构成压缩机轮I2～I5的Ni-P系无电解电镀皮膜的残余应力的测定。将其结果示于图11。
接着，使用使转速波动的试验装置进行了压缩机轮H1、I2～I5的转速波动试验。
在转速波动试验中，反复进行了将最大转速保持一定时间的步骤和将转速设为最小转速的步骤。
然后，通过与实验例1相同的方法求出了将涡轮增压器所需的寿命设为100时的翼片疲劳寿命。将其结果示于图12。
图12是表示设为将涡轮增压器所需的寿命设为100时的翼片疲劳寿命时的压缩机轮H1、I2～I5的翼片疲劳寿命的图(曲线图)。
参考图11，可知构成压缩机轮I2、I3的Ni-P系无电解电镀皮膜具有压缩残余应力。并且，可知构成压缩机轮I4、I5的Ni-P系无电解电镀皮膜具有拉伸残余应力。
并且，根据图11及图12能够确认到将压缩机轮适用于涡轮增压器时，形成于压缩机轮的Ni-P系无电解电镀皮膜需要具有压缩残余应力而不是拉伸残余应力。
产业上的可利用性
本发明能够适应于旋转机械用叶轮、具备旋转机械用叶轮的压缩机、具备旋转机械用叶轮的增压器、旋转机械用叶轮的制造方法。
符号说明
10-旋转机械用叶轮，11-肋，12-旋转轴插入部，13-贯穿孔，15-翼片，17-翼片入口根部，18-翼片出口根部，21-叶轮主体，21a、23a表面，23Ni-P系无电解电镀皮膜，24-龟裂，26-中央部，27表面部分，31-增压器，33-柴油引擎，34-排气涡轮，36-旋转轴，37-压缩机，39-排气通道，41-进气通道，44-高压EGR系统，46-高压EGR通道，48-EGR冷却器，49-EGR阀，51-低压EGR系统，53-低压EGR通道，55-EGR冷却器，56-EGR阀，58-空气净化器，59-中间冷却器，62-排气旁通通道，63-废物排出阀，63a-致动器，65-DPF过滤器，67-氧化催化剂，D--深度，e-排气，M-厚度，P1-第1压缩残余应力，P2-第2压缩残余应力。

Claims (13)

1.一种旋转机械用叶轮，其特征在于，具有：
叶轮主体，包括配置于距表面一定的深度为止的表面部分，且由Al或Al合金构成；
Ni-P系无电解电镀皮膜，覆盖所述叶轮主体的表面，
所述表面部分具有第1压缩残余应力，
所述第1压缩残余应力的绝对值为300MPa以上，
以所述叶轮主体的表面作为基准时的所述表面部分的深度为0.2mm以上且小于0.4mm，
所述叶轮主体包括翼片入口根部及翼片出口根部，
所述翼片入口根部及所述翼片出口根部具有所述表面部分。
2.根据权利要求1所述的旋转机械用叶轮，其特征在于，
所述Ni-P系无电解电镀皮膜具有第2压缩残余应力。
3.根据权利要求1或2所述的旋转机械用叶轮，其特征在于，
所述Ni-P系无电解电镀皮膜中所包含的P的浓度为5重量％以上且10重量％以下。
4.根据权利要求1或2所述的旋转机械用叶轮，其特征在于，
所述Ni-P系无电解电镀皮膜的硬度为500HV以上且700HV以下。
5.根据权利要求1或2所述的旋转机械用叶轮，其特征在于，
所述Ni-P系无电解电镀皮膜的厚度为15μm以上且60μm以下。
6.根据权利要求1或2所述的旋转机械用叶轮，其特征在于，
所述叶轮主体为增压器用叶轮主体。
7.一种压缩机，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的旋转机械用叶轮。
8.一种增压器，其特征在于，包括：
权利要求7所述的压缩机；及
涡轮，驱动所述压缩机。
9.根据权利要求8所述的增压器，其特征在于，
所述压缩机设置于内燃机的进气通道，
所述涡轮构成为利用来自所述内燃机的排气来驱动，
并且构成为在所述压缩机的上游侧，所述排气的一部分朝所述进气通道循环。
10.一种旋转机械用叶轮的制造方法，其特征在于，包括：
表面部分形成工序，通过对由Al或Al合金构成的叶轮主体的表面进行表面处理来形成配置于距该表面一定的深度为止且具有第1压缩残余应力的表面部分；及
电镀皮膜形成工序，在所述表面部分形成工序之后，通过无电解电镀法形成覆盖所述叶轮主体的表面的Ni-P系无电解电镀皮膜，
在所述表面部分形成工序中，将玻璃珠用作投射材料，通过以0.1～0.45M Pa的喷射压力投射所述投射材料来在构成所述叶轮主体的翼片入口根部及翼片出口根部形成所述表面部分。
11.根据权利要求10所述的旋转机械用叶轮的制造方法，其特征在于，
在所述电镀皮膜形成工序中，以使所述Ni-P系无电解电镀皮膜具有第2压缩残余应力的方式进行所述无电解电镀法。
12.根据权利要求10或11所述的旋转机械用叶轮的制造方法，其特征在于，
在所述表面部分形成工序中，以使所述第1压缩残余应力的绝对值成为300MPa以上并且以所述叶轮主体的表面作为基准时的所述表面部分的深度成为0.2mm以上且小于0.4mm的方式进行所述表面处理。
13.根据权利要求10或11所述的旋转机械用叶轮的制造方法，其特征在于，
在所述电镀皮膜形成工序中，以使厚度成为15μm以上且60μm以下、P的浓度成为5重量％以上且10重量％以下且硬度成为500HV以上且700HV以下的方式形成所述Ni-P系无电解电镀皮膜。
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