CN113167288A - 封闭式叶轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

封闭式叶轮(1)具有：叶轮主体(2)，其由铝合金构成，并具备轮毂部(21)和从轮毂部(21)突出的叶片部(22)；以及护罩(3)，其覆盖叶片部(22)。叶片部(22)和护罩(3)通过介于叶片部(22)与护罩(3)之间的钎焊接头(4)而接合。另外，护罩(3)是具备芯材(31)和钎料层(32)的钎焊片材(30)，该芯材由铝合金构成，该钎料层配置在芯材(31)上且存在于与叶片部(22)相对的最表面(33)。

Description

封闭式叶轮及其制造方法

技术领域

本发明涉及封闭式叶轮及其制造方法。

背景技术

例如，作为装入空调装置等的压缩机，有时使用具备壳体和叶轮的离心压缩机，所述壳体具备吸入流体的吸入口和排出流体的排出口，所述叶轮以能够旋转的方式保持在壳体内。离心压缩机的叶轮通过在壳体内旋转，能够将从吸入口吸入的流体一边进行压缩一边向排出口引导。作为这种叶轮，已知有封闭式叶轮，该封闭式叶轮具备保持于壳体的轮毂、从轮毂突出的叶片、及覆盖叶片的护罩。在封闭式叶轮中，由轮毂、叶片和护罩围成的空间成为流体的流路。

以往，封闭式叶轮通过切削加工、精密铸造及钎焊中的任一种方法来制作。在切削加工中，通过对金属块实施切削加工，由此一体地形成轮毂、叶片及护罩。但是，在该情况下，由于能够进行切削加工的范围受到加工装置或工具的结构的制约，因此有时无法得到所期望的形状的封闭式叶轮。

精密铸造虽然与切削加工相比叶轮的形状的制约小，但存在尺寸精度低这样的问题。因此，通过精密铸造得到的封闭式叶轮有可能导致离心压缩机的运转效率的降低。另外，例如在想要制作具有100mm以下的直径的小型叶轮的情况下，石膏等铸模的材料在铸造后容易残留于熔融金属的流路中。而且，存在难以从叶轮排出该铸模的材料，制造成本容易变高这样的问题。

在钎焊中，通过机械加工等而分别制作出轮毂和叶片一体形成的叶轮主体和护罩后，通过钎焊将两者接合。因此，与通过切削加工而一体地形成轮毂、叶片及护罩的情况相比，形状的制约较小。而且，由于通过机械加工来形成叶轮主体和护罩，因此与精密铸造相比能够提高各部件的尺寸精度。

例如，在专利文献1中记载有如下技术：在具备大致圆盘状的盘、与该盘相对配置的罩、以及设置于所述盘与所述罩之间的叶片的叶轮的制造方法中，在将罩、叶片及盘设为特定的配置的状态下进行钎焊。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010－174652号公报

发明内容

发明所要解决的课题

作为构成叶轮的金属，有时采用金属当中比重较低的铝合金。在想要通过钎焊来制作使用铝合金的封闭式叶轮的情况下，采用被称为浸渍钎焊的方法。在浸渍钎焊中，预先通过机械加工等来制作具备轮毂和叶片的叶轮主体、以及覆盖叶片的护罩。然后，在叶片与护罩之间夹设包含由Al-Si系合金构成的钎料粉末和粘结剂的钎料膏并且将护罩安装于叶轮主体，由此准备组装体。通过将该组装体浸渍在熔融的助焊剂浴中，来对叶轮主体与护罩进行钎焊。在钎焊后的叶片与护罩之间形成含有钎料的钎焊接头。

封闭式叶轮在壳体内高速旋转，以高效地压缩流体。另外，若在封闭式叶轮内流体被压缩，则封闭式叶轮内的压力上升。因此，在通过钎焊来制作封闭式叶轮的情况下，需要提高钎焊接头的接合强度。

但是，在浸渍钎焊中，由于焊剂与钎料的反应、粘结剂的热分解等而产生气体。如果该气体在钎焊时被熔融的钎料吸入，则在钎料内会形成气泡。因此，在通过浸渍钎焊所形成的钎焊接头的钎料内，容易形成由上述气体引起的空隙。因此，由铝合金构成并通过钎焊而制作出的封闭式叶轮与通过切削加工或精密铸造而制作出的封闭式叶轮相比，存在叶片与护罩的接合强度低这样的问题。

本发明是鉴于上述背景而完成的，其目的在于提供一种能够通过钎焊制作，并且与现有技术相比叶片与护罩的接合强度较高的封闭式叶轮及其制造方法。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式是一种封闭式叶轮，其具有：

叶轮主体，由铝合金构成，并具备轮毂部和从所述轮毂部突出的叶片部；

护罩，覆盖所述叶片部；以及

钎焊接头，介于所述叶片部与所述护罩之间，将所述叶片部与所述护罩接合，

所述护罩为具备芯材和钎料层的钎焊片材，所述芯材由铝合金构成，所述钎料层配置在所述芯材上且存在于与所述叶片部相对的最表面。

本发明的另一方式是一种封闭式叶轮的制造方法，是上述方式的封闭式叶轮的制造方法，在所述制造方法中，

准备所述叶轮主体；

准备钎焊片材，该钎焊片材具备：芯材，由含有0.20质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成；以及钎料层，由Al-Si系合金构成，具有20～215μm的厚度，并配置于最表面；

对所述钎焊片材实施成形加工而制作将所述钎料层配置于与所述叶片部相对的表面所得的所述护罩；

在非活性气体中，不使用焊剂地对所述护罩的与所述叶片部相对的表面和所述叶轮主体的所述叶片部进行钎焊。

发明效果

所述封闭式叶轮中的护罩为钎焊片材，该钎焊片材具备：芯材，由铝合金构成；以及钎料，存在于与所述叶片部相对的最表面即护罩的内表面。并且，叶轮主体的叶片与护罩经由具备来自于钎焊片材的钎料层的钎料的钎焊接头而接合。这样，通过使用由钎焊片材构成的护罩，能够使钎焊接头的接合强度比通过浸渍钎焊所形成的以往的钎焊接头的接合强度高。

根据上述制造方法对这一点进行更详细的说明。在上述制造方法中，分别准备叶轮主体和由上述特定的钎焊片材构成的护罩后，不使用焊剂地进行两者的钎焊。钎焊片材的钎料层被保持在芯材上。因此，在上述制造方法中，不需要如浸渍钎焊那样使用用于保持钎料的粘结剂。

另外，构成护罩的钎焊片材的芯材含有Mg。Mg在钎焊的初始阶段，在钎料层中扩散而向护罩的表面移动。另外，在钎焊推进，钎料层熔融之后，Mg在熔融钎料中溶出而向护罩的表面移动。并且，通过将芯材中的Mg量及钎料层的厚度设为上述特定范围，能够在钎焊加热过程中，向护罩的表面供给足够量的Mg，并利用Mg破坏存在于护罩及叶轮主体的表面的氧化皮膜。其结果是，根据上述制造方法，能够不使用焊剂地进行钎焊。

如上所述，上述方式的制造方法能够不使用在以往的浸渍钎焊中使用的粘结剂或焊剂地进行钎焊。因此，能够抑制空隙在钎焊接头内的形成。而且，在钎焊后形成的钎焊接头被从芯材扩散出的Mg强化。其结果是，与通过浸渍钎焊所形成的钎焊接头相比，能够显著地提高钎焊接头的接合强度。

附图说明

图1是实施例1中的封闭式叶轮的立体图。

图2是实施例1中的封闭式叶轮的分解立体图。

图3是实施例1中的介于护罩与叶片部之间的钎焊接头的局部剖视图。

图4是实施例1中的钎焊前的护罩与叶片部的抵接部的局部剖视图。

图5是表示实施例2中的试验片的主要部分的局部剖视图。

具体实施方式

上述封闭式叶轮中的叶轮主体具有轮毂部和从轮毂部突出的叶片部。叶轮主体被保持于离心压缩机的旋转轴，在离心压缩机的壳体内与旋转轴一起旋转。轮毂部和叶片部例如也可以通过对铝合金的块进行切削加工而一体地形成。轮毂部的形状、叶片部的形状、片数及配置没有特别限定，可以根据所期望的压缩性能等适当选择。

作为构成叶轮主体的铝合金，可以根据所期望的转速、压缩性能等采用适当的合金。构成叶轮主体的铝合金优选为强度比较高的JIS A6000系合金或A7000系合金。

叶轮主体的叶片部被护罩覆盖。封闭式叶轮中的护罩具有钎焊后的钎焊片材即由铝合金构成的芯材、和配置在芯材上且存在于与叶片部相对的最表面即存在于护罩的内表面的钎料。另外，护罩的钎料是通过在钎焊加热过程中从钎焊片材产生的熔融钎料的一部分在残留于芯材的表面的状态下凝固而形成的。

封闭式叶轮中的护罩的钎料、即钎焊后的钎料例如也可以形成在芯材的表面上。另外，如后所述，在钎焊前的钎焊片材在芯材与钎料之间具有中间材料的情况下，钎料也可以形成在中间材料的表面上。另外，钎料只要至少存在于护罩的内表面的与叶片部接合的部分即可。即，封闭式叶轮中的钎料可以在护罩的整个内表面以层状存在，也可以存在于内表面的一部分。

作为构成芯材的铝合金，可以从含有Mg的铝合金之中根据所期望的转速、压缩性能等采用适当的合金。构成芯材的铝合金优选为强度比较高的JIS A6000系合金或A7000系合金。另外，关于芯材的具体组成的例子，将在后面叙述。

在叶片部与护罩之间夹设有钎焊接头，叶片部与护罩经由钎焊接头而接合。在此，上述的“钎焊接头”是包括填充在叶片部与护罩的芯材之间的钎料、和从叶片部与护罩的芯材之间的间隙延伸到外方的焊脚的概念。

钎焊接头优选具有由含有Mg：0.25质量％以上的的铝合金构成的钎料。通过将钎焊接头的钎料中的Mg量设为上述特定范围，能够利用Mg来强化钎料。其结果是，能够进一步提高钎焊接头的接合强度。从进一步提高钎焊接头的接合强度的观点出发，钎焊接头的钎料中的Mg量更优选为0.40质量％以上。

钎焊接头的接合强度优选为150MPa以上。通过将钎焊接头的接合强度设为上述特定范围，能够进一步提高针对高速旋转、流体的压缩所引起的内压的上升的耐久性。从进一步提高这些耐久性的观点出发，钎焊接头的接合强度更优选为170MPa以上，进一步优选为200MPa以上。

钎焊接头的接合强度是通过如下方式得到的值：从封闭式叶轮切出包含任一钎焊接头、和经由钎焊接头而接合的叶轮主体及护罩的小片后，通过基于JIS Z2241∶2011的规定的方法进行该小片的拉伸试验。

上述封闭式叶轮可以通过上述方式的制造方法来制作。在上述方式的制造方法中，首先，准备叶轮主体。如上所述，叶轮主体例如能够通过对铝合金的块实施机械加工，将轮毂部和叶片部一体地形成来制作。

另外，与叶轮主体分开地，准备钎焊片材，该钎焊片材具备：芯材，由含有0.20质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成；以及钎料层，由Al-Si系合金构成，具有20～215μm的厚度，并配置于最表面。

钎焊片材的芯材是在钎焊加热中不熔融而在钎焊后构成护罩的形状的材料。芯材由含有0.20质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成。更具体而言，构成芯材的铝合金也可以具有如下化学成分：含有0.20质量％以上且小于1.80质量％的Mg，余量由Al(铝)及不可避免的杂质构成。另外，在构成芯材的铝合金中，除了作为必要成分的Mg以外，还可以含有一种或两种以上的任意成分。作为芯材中的任意成分，例如有Si、Cu(铜)、Mn(锰)、Zn(锌)、Ti(钛)等。

芯材中的Mg在钎焊加热时从芯材扩散或向熔融钎料中溶出而向护罩的表面移动。然后，到达护罩的表面的Mg破坏存在于护罩的表面或叶片部的表面的氧化皮膜。通过将芯材中的Mg量设为0.20质量％以上，能够充分增多到达护罩的表面的Mg量，在护罩与叶片部之间形成钎焊接头。而且，在钎焊后形成的钎焊接头中，能够充分增多钎料中的Mg量，提高接合强度。

在芯材中的Mg量小于0.20质量％的情况下，到达护罩的表面的Mg的量不足，因此有可能难以在护罩与叶片部之间形成健全的钎焊接头。在芯材中的Mg量为1.80质量％以上的情况下，芯材的熔点有可能过度降低。因此，在钎焊加热过程中，容易发生护罩的变形或熔融钎料向芯材中浸透的被称为侵蚀(erosion)的现象。

在钎焊前的钎焊片材中的芯材上设置有由Al-Si系合金构成的钎料层。作为构成钎料层的Al-Si系合金，例如可以采用含有6质量％以上且13质量％以下的Si的铝合金。更具体而言，Al-Si系合金也可以具有如下化学成分：含有6质量％且13质量％以下的Si，余量由Al及不可避免的杂质构成。另外，在Al-Si系合金中，除了作为必要成分的Si以外，还可以含有一种或两种以上的任意成分。

例如，在构成钎料层的Al-Si系合金中，作为任意成分，可以含有0.0050质量％以上且小于0.060质量％的Bi(铋)。钎料层中的Bi能够进一步提高熔融钎料的润湿性，更有效地抑制钎焊不良的发生。但是，在钎料层中的Bi量过多的情况下，在钎焊片材的制造过程中，在钎料层的表面形成的氧化皮膜变厚，有可能导致钎焊性的恶化。通过将钎料层中的Bi的含量设为上述特定范围，能够避免上述问题，并且能够更有效地抑制钎焊不良的发生。

另外，钎料层中的Bi量更优选为0.010质量％以上且小于0.060质量％。在该情况下，能够在叶片部与护罩之间更可靠地形成健全的钎焊接合，能够进一步提高接合强度。

另外，在构成钎料层的Al-Si系合金中，作为任意成分，也可以添加有Be(铍)、Li(锂)等。

钎焊前的钎焊片材中的钎料层的厚度可以从20～215μm的范围内适当设定。在钎料层的厚度小于20μm的情况下，钎焊时产生的熔融钎料的量不足，有可能导致钎焊不良的发生。在钎料层的厚度超过215μm的情况下，从芯材到钎料层的表面的距离变得过长，因而在钎焊加热过程中，到达护罩的表面的Mg的量有可能不足。因此，在该情况下，也有可能导致钎焊不良的发生。

钎焊前的钎焊片材也可以具有包括芯材和层叠在芯材上的钎料层的双层结构。在该情况下，钎焊片材具有：芯材，由含有0.30质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成；以及钎料层，由Al-Si系合金构成，具有20～215μm的厚度，并层叠在芯材上，钎料层的厚度X[μm]和芯材中的Mg量Y[质量％]优选满足下述式(1)及下述式(2)中的任一个。

Y≥X/120(其中，X≥36)…(1)

Y≥0.30(其中，X＜36)…(2)

在上述的双层结构的钎焊片材中，在钎料层的厚度为36μm以上的情况下，钎料层的厚度越厚，到达护罩的表面的Mg的量越容易变少。因此，不仅使芯材中的Mg量在特定范围内，而且还如上述式(1)那样钎料层的厚度越厚则使芯材中的Mg量越多，由此能够使钎焊时到达护罩的表面的Mg的量足够多，使钎焊性进一步提高。另一方面，在钎料层的厚度小于36μm的情况下，如上述式(2)那样，只要使芯材中的Mg量为0.30质量％以上即可。

另外，钎焊前的钎焊片材也可以具有包括芯材、层叠在芯材上的中间材料、层叠在中间材料上的钎料层的三层结构。三层结构的钎焊片材中的芯材及钎料层的构成与双层结构的钎焊片材相同。在钎焊片材具有中间材料的情况下，芯材中的Mg量优选为0.40质量％以上且小于1.60质量％。

中间材料优选由含有0.80质量％以上且小于6.50质量％的Mg的铝合金构成。即，构成中间材料的铝合金也可以具有如下化学成分：含有0.80质量％以上且小于6.50质量％的Mg，余量由Al及不可避免的杂质构成。另外，在构成中间材料的铝合金中，除了作为必要成分的Mg以外，还可以含有一种或两种以上的任意成分。

中间材料中的Mg也与芯材中的Mg同样地，在钎焊加热过程中向钎料层中扩散，并朝向护罩的表面移动。并且，能够通过到达护罩的表面的Mg破坏氧化皮膜，进行钎焊。

通过将中间材料中的Mg量设为上述特定范围，能够使到达护罩的表面的Mg量足够多，使钎焊性进一步提高。而且，在钎焊后形成的钎焊接头中，能够使钎料中的Mg量足够多，使接合强度进一步提高。

在中间材料中的Mg量低于0.80质量％的情况下，钎焊接头的钎料中的Mg量不足，提高接合强度的效果有可能降低。另外，在中间材料中的Mg量为6.50质量％以上的情况下，钎焊片材的制造过程中的中间材料的轧制性变低，有可能难以制作钎焊片材。

在中间材料中，除了作为必要成分的Mg以外，作为任意成分，也可以含有2.0质量％以上且13.0质量％以下的Si。在该情况下，能够进一步降低中间材料的熔融开始温度，进一步促进钎焊加热过程中的Mg从中间材料向钎料层中的扩散以及向熔融钎料的溶出。其结果是，能够使到达护罩的表面的Mg量足够多，使钎焊性进一步提高。

在中间材料中的Si的含量小于2.0质量％的情况下，有可能难以充分获得由Si带来的作用效果。在中间材料中的Si的含量超过13.0质量％的情况下，钎焊片材的制造过程中的中间材料的压延性降低，有可能难以制作钎焊片材。

在准备上述结构的钎焊片材后，对上述钎焊片材实施成形加工而制作上述护罩。成形加工的方法没有特别限定，例如，可以采用冲压加工等。

在上述制造方法中，优选在从准备钎焊片材起到进行钎焊的期间，使用酸或碱对钎焊片材的表面实施蚀刻。在该情况下，通过蚀刻使在钎焊片材的制造过程中所形成的厚的氧化皮膜脆化，能够进一步提高钎焊性。

然后，在非活性气体中不使用焊剂地对上述护罩与上述叶轮主体进行钎焊。在钎焊的初始阶段，芯材中的Mg向固体的钎料层中扩散，并朝向护罩的表面移动。另外，在钎焊推进，钎料开始熔融时，Mg从芯材向熔融钎料的移动速度显著上升，大量的Mg到达护罩的表面。然后，通过由到达护罩的表面的Mg破坏氧化皮膜，从而在护罩与叶片部之间形成钎焊接头。

另外，在使用钎焊片材的钎焊中，在钎焊片材的整个面形成熔融钎料。该熔融钎料由于表面张力而聚集在叶片部与护罩之间的间隙，形成钎焊接头。在熔融钎料的一部分没有移动到叶片部与护罩之间的情况下，该熔融钎料残留于芯材的表面，作为与钎焊前相比厚度减少的层状的钎料而残留。通过以上，能够对护罩与叶轮主体进行钎焊，得到封闭式叶轮。

作为用于钎焊的非活性气体，例如可以使用氮气、氩气、氦气等。钎焊中的非活性气体的压力例如可以设为1～110000Pa的范围内。即，钎焊可以在大气压或比大气压稍高的压力下进行，也可以在1Pa以上的真空中进行。

在钎焊过程中的非活性气体的压力过低的情况下，在钎焊加热时Mg容易从熔融钎料中蒸发。因此，钎焊接头的钎料中的Mg量不足，有可能导致钎焊接头的强度的降低。通过将钎焊过程中的非活性气体的压力设为1Pa以上，能够避免该问题。

在上述制造方法中，优选在进行钎焊之后，对上述封闭式叶轮进行固溶处理，接着，对上述封闭式叶轮进行人工时效处理。在固溶处理中，通过将封闭式叶轮加热至钎料的固溶处理温度后进行急冷，由此使钎料成为Mg的过饱和固溶体。

接着，通过进行人工时效处理，在钎焊接头的钎料中，使含有Mg的金属间化合物微细地析出。该金属间化合物在钎料的晶界析出，具有进一步提高钎料的强度的作用。因此，通过实施固溶处理及人工时效处理，能够进一步提高钎焊接头的接合强度。

固溶处理中的处理温度例如可以从480～560℃的范围适当设定。另外，固溶处理中的急冷方法没有特别限定，例如可以采用水淬火等。

另外，人工时效处理中的保持温度例如可以从160～220℃的范围适当设定。另外，人工时效处理中的保持时间例如可以从4～24小时的范围适当设定。

实施例

(实施例1)

使用图1～图4说明上述封闭式叶轮及其制造方法的实施例。如图1及图2所示，封闭式叶轮1具有：叶轮主体2，由铝合金构成，并具备轮毂部21和从轮毂部21突出的叶片部22；以及护罩3，覆盖叶片部22。如图3所示，叶片部22和护罩3通过介于叶片部22与护罩3之间的钎焊接头4而接合。另外，护罩3是具备芯材31和钎料层32的钎焊片材30，该芯材31由铝合金构成，该钎料层32配置在芯材31上且存在于与叶片部22相对的最表面33。另外，以下将护罩3的与叶片部22相对的最表面33称为“护罩3的内表面33”。

如图1所示，本例的封闭式叶轮1呈大致圆锥台状，具有外径最小的小径部11和外径最大的大径部12。另外，封闭式叶轮1具有贯通其旋转中心的贯通孔13。在封闭式叶轮1的贯通孔13插入离心压缩机的旋转轴。离心压缩机的旋转轴与电动机等驱动装置连接，驱动装置的驱动力经由旋转轴而传递到封闭式叶轮1。由此，能够使封闭式叶轮1旋转。

小径部11具有向封闭式叶轮1的轴向开口的吸入口111。另外，大径部12具有向封闭式叶轮1的径向的外方开口的排出口121。并且，在封闭式叶轮1的内部具有连接吸入口111与排出口121的流路。具体而言，封闭式叶轮1的吸入口111是由后述的轮毂部21的前端部211、叶片部22和护罩3围成的开口。另外，封闭式叶轮1的排出口121是由后述的轮毂部21的后端部213、叶片部22和护罩3围成的开口。并且，虽然未图示，但封闭式叶轮1的流路是由后述的轮毂部21的弯曲面214(参照图2)、叶片部22和护罩3围成的空间。

本例的封闭式叶轮1通过在离心压缩机内旋转，能够从吸入口111吸入流体。从吸入口111吸入的流体在流路内随着封闭式叶轮1的旋转而加速的同时被引导至排出口121。并且，从排出口121排出的流体在离心压缩机的扩散器内被压缩。

更具体而言，如图2所示，本例的封闭式叶轮1具有：叶轮主体2，具备轮毂部21和叶片部22；以及护罩3，覆盖叶轮主体2。叶轮主体2的轮毂部21呈与封闭式叶轮1同样的大致圆锥台状。轮毂部21具有：前端部211，为吸入口111侧的端部；后端部213，为排出口121侧的端部；扩径部212，将前端部211与后端部213连接；以及贯通孔13，贯通前端部211、扩径部212和后端部213。贯通孔13分别在前端部211的中央及后端部213的中央开口。

扩径部212随着从前端部211朝向后端部213而逐渐扩径。另外，扩径部212具有与护罩3面对的弯曲面214。虽未图示，但扩径部212的弯曲面214具有以包含封闭式叶轮1的旋转中心的截面中的轮廓向内侧凸出的方式弯曲的弯曲形状。

如图2所示，本例的叶轮主体2具有多个叶片部22。叶片部22从扩径部212的弯曲面214向护罩3侧立起设置。叶片部22在从吸入口111侧观察的俯视下呈螺旋状，遍及从轮毂部21的前端部211到后端部213的范围而延伸设置。另外，本例的叶片部22具有2mm的厚度。叶片部22的厚度并不限定于本例的方式，例如可以从0.2～5.0mm的范围适当设定。另外，叶片部22的厚度不需要是恒定的。

如图3所示，叶片部22的护罩3侧的端面221经由钎焊接头4与护罩3接合。本例的叶片部22的端面221沿着护罩3的内表面33弯曲，与护罩3的芯材31相对配置。在叶片部22的端面221与芯材31之间填充有钎料34。由此，能够在钎焊接头4形成端面221与芯材31以平面彼此接合而成的面接合部41。

如图2所示，本例的护罩3呈漏斗状，并配置成覆盖叶片部22的端面221。在护罩3的中央设置有中央开口35，如图1所示，在中央开口35内配置有轮毂部21的前端部211。另外，在护罩3的内表面33与叶片部22的端面221之间，遍及其全长而形成有图3所示的钎焊接头4。

如图3所示，本例的护罩3由钎焊后的钎焊片材30构成。即，护罩3具有形成其形状的芯材31和配置在芯材31上的层状的钎料32。钎料32由钎焊前的钎焊片材30的钎料32当中的在钎焊加热后残留在芯材31上的熔融钎料形成。

在护罩3与叶片部22之间夹设有钎焊接头4。如图3所示，本例的钎焊接头4具有：面接合部41，包含填充在叶片部22的端面221与护罩3的芯材31之间的间隙中的钎料34；以及焊脚42，由延伸到面接合部41的外方的钎料34构成。焊脚42与存在于护罩3的内表面33的层状的钎料32相连，随着接近叶片部22，厚度逐渐变厚。并且，焊脚42的厚度在与叶片部22的侧面222接触的部分处最厚。另外，本说明书中的焊脚42是指钎料34中的比存在于护罩3的内表面33的钎料32的厚度厚的部分。

本例的封闭式叶轮1例如能够通过以下的方法制作。首先，分别准备叶轮主体2和护罩3。叶轮主体2例如能够通过对铝合金的块实施机械加工，将轮毂部21和叶片部22一体地形成而获得。

护罩3由钎焊片材300(参照图4)构成，该钎焊片材300具有：芯材31，由含有0.20质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成；以及钎料层320，由Al-Si系合金构成，具有20～215μm的厚度，并配置于最表面。护罩3可以通过对具备芯材31和钎料层320的钎焊片材实施成形加工来制作。在由钎焊片材制作护罩3时，只要能够进行成形加工，以使得钎焊片材的钎料层320配置于封闭式叶轮1的内侧、即配置于与叶片部22相对的一侧即可。

使这样准备的护罩3与叶轮主体2的叶片部22重合而制作组装体10。如图4所示，组装体10中的叶轮主体2的叶片部22的端面221与配置于护罩3的内表面33的钎料层320抵接。

然后，在非活性气体中对组装体10进行加热，不使用焊剂地对护罩3与叶轮主体2进行钎焊。通过以上，能够在护罩3与叶片部22之间形成图3所示的钎焊接头4，得到封闭式叶轮1。

本例的封闭式叶轮1中的护罩3是具备由铝合金构成的芯材31和存在于护罩3的内表面33的钎料32的钎焊后的钎焊片材30。并且，叶轮主体2的叶片部22和护罩3经由钎焊接头4而接合。这样，通过使用由钎焊片材30构成的护罩3，能够不使用在以往的浸渍钎焊中使用的粘结剂或焊剂地进行钎焊。因此，能够抑制在钎焊接头4内形成空隙。而且，在钎焊后形成的钎焊接头4被从芯材31扩散出的Mg强化。其结果是，与通过浸渍钎焊所形成的钎焊接头4相比，能够显著地提高钎焊接头4的接合强度。

另外，本例的钎焊接头4具有叶片部22与芯材31以平面彼此接合而成的面接合部41。这样，通过在钎焊接头4设置面接合部41，能够进一步提高钎焊接头4的接合强度。

而且，本例的钎焊接头4具有由延伸到面接合部41的外部的钎料34构成的焊脚42。由此，能够进一步扩大钎焊接头4中的钎料34与叶片部22的接合面积、以及钎料34与芯材31的接合面积，使钎焊接头4的接合强度进一步提高。

(实施例2)

本例是利用模拟护罩3及叶片部22的形状的试验片100对形成在护罩3与叶片部22之间的钎焊接头4的接合强度进行评价的例子。另外，若无特别说明，则本例及之后的实施例中所使用的符号之中，与已有的例子中所使用的符号相同的符号表示与已有的例子相同的构成要素等。

如图5所示，本例中所使用的试验片100具有模拟叶片部22的第一部件101和模拟护罩3的第二部件102。第一部件101是由JIS A6061合金构成的厚度为3mm的平板。另外，第二部件102是具有表1所示的层叠结构的厚度为2mm的钎焊片材300(试验材料1～21)。

另外，表1中的记号“Bal.”是表示余量的记号，记号“-”是表示没有主动地添加该元素的记号。具体而言，由记号“-”表示的元素的含量为0.05质量％以下(包括0质量％)。另外，“包覆率”栏中记载了钎料层及中间材料的包覆率，即，钎料层或中间材料的厚度相对于钎焊前的钎焊片材300的厚度的比率(％)，“厚度”栏中记载了钎料层及中间材料的厚度(μm)。

对于表1所示的试验材料中的试验材料17、19，在钎焊片材300的制造过程中，在轧制过程中产生裂纹或包层接合不良等问题，因此未进行以后的评价。

在准备第一部件101及第二部件102之后，使第一部件101的端面103与第二部件102的钎料层触抵，得到T字状的组装体。通过在大气压的非活性气体中或真空中加热该组装体而进行钎焊，由此能够在第一部件101与第二部件102之间形成包含面接合部41及焊脚42的钎焊接头4，得到试验片100。

在大气压的非活性气体中的钎焊可以使用非活性气体气氛炉来进行。具体而言，在将组装体配置到炉内后，利用氮气吹扫炉内，使炉内的氧浓度降低至15体积ppm。然后，通过加热组装体直至炉内温度达到600℃,由此进行第一部件101与第二部件102的钎焊而制成试验片100。在炉内的温度达到600℃后，停止加热，在炉内冷却试验片100直至熔融钎料凝固。然后，从炉中取出试验片100，冷却至室温。

真空中的钎焊可以使用真空炉来进行。具体而言，在将组装体配置到真空炉内后，从炉内排出大气，并且将组装体加热至550℃。组装体的温度达到550℃的时间点的炉内的压力例如为5×10^-3～7×10^-3Pa。组装体的温度达到550℃后，继续排气，并且向炉内导入氩气。然后，调整氩气的供给量使得炉内的压力达到1Pa以上，并且以600℃加热组装体。由此，进行第一部件101与第二部件102的钎焊而形成试验片100。在炉内的温度达到600℃后，停止加热，在炉内冷却试验片100直至熔融钎料凝固。然后，从炉中取出试验片100，冷却至室温。

在本例中，对通过上述任一种方法进行钎焊所得的试验片100进一步进行固溶处理和人工时效处理。在固溶处理中，具体而言，将试验片100在550℃的盐浴炉中浸渍3分钟而进行加热后，进行水淬火。在人工时效处理中，使用空气炉将进行固溶处理后的试验片100在175℃的温度下保持8小时。

进行了以上处理的试验片100中的钎焊接头4的接合强度可以以如下方式进行测定。首先，经由夹具将第二部件102安装于拉伸试验机的固定卡盘。此时，通过利用夹具从厚度方向上的两面约束第二部件102，来抑制拉伸试验中的第二部件102的变形。接着，将第一部件101安装于拉伸试验机的十字头。然后，将十字头的移动速度设为10mm/分钟来进行拉伸试验，取得载荷-位移曲线。

通过将得到的载荷-位移曲线中的最大载荷除以钎焊接头4的最大截面积、即焊脚42的面积与第一部件101的端面103的面积的合计，由此计算出钎焊接头4的抗拉强度。在本例中，将该抗拉强度的值作为钎焊接头4的接合强度。表2的“大气压”栏中记载了在大气压的非活性气体中进行钎焊所得的试验片100中的钎焊接头4的接合强度。另外，表2的“真空中”栏中记载了在真空中进行钎焊所得的试验片100中的钎焊接头4的接合强度。

[表1]

[表2]

如表1和表2所示，试验材料1～16、18、20～21具有包含上述特定范围的Mg的芯材。因此，根据这些试验材料，在大气压下的钎焊和真空中的钎焊当中的任一种情况下，均能够形成具有110MPa以上的接合强度的钎焊接头4。以往的基于浸渍钎焊的钎焊接合的接合强度通常为100MPa左右，因此根据这些试验材料，与浸渍钎焊相比，能够提高钎焊接头4的接合强度。

在这些试验材料中，特别是芯材中的Mg量和中间材料中的Mg量在上述优选的含量的范围内的试验材料1～13、18、20能够形成具有150MPa以上的接合强度的钎焊接头4，与浸渍钎焊相比，能够显著提高钎焊接头4的接合强度。

试验材料14由于芯材中的Mg量比上述优选的含量的范围少，因此与试验材料1～13、18、20相比，钎焊接头4的接合强度容易变低。

试验材料15由于芯材中的Mg量比上述优选的含量的范围多，因此容易发生侵蚀。

试验材料16由于中间材料中的Mg量比上述优选的含量的范围少，因此中间材料中的Mg所带来的强度提高的效果容易变得不充分。

试验材料17及试验材料19由于中间材料中的Mg量或Si量比上述特定范围多，因此在钎焊片材300的制造过程中，难以将芯材与钎料层接合。

试验材料20由于钎料中的Bi量比上述优选的含量的范围少，因此由Bi带来的强度提高的效果容易变得不充分。

试验材料21由于钎料中的Bi量比上述优选的含量的范围多，因此与试验材料1～13、18相比，钎焊接头4的接合强度容易变低。

(实施例3)

本例是评价对由JIS A6061合金构成的叶轮主体2和由表1所示的试验材料构成的护罩3进行钎焊时的钎焊性的例子。在本例中，首先，对JIS A6061合金的块实施切削加工，制作外径为40mm的叶轮主体2。然后，使用表1所示的试验材料，制作与叶轮主体2对应的护罩3。利用实施例2所记载的方法对这些叶轮主体2与护罩3进行钎焊而得到封闭式叶轮1。

钎焊性的评价可以基于形成于钎焊接头4的焊脚42的形状及钎焊接头4内的接合缺陷的产生状态进行评价。在焊脚42的形状的评价时，首先，将钎焊后的封闭式叶轮1切断。然后，对从切断部能够目视的钎焊接头4的焊脚42的形状进行观察。表3的“焊脚的形状”栏中记载的记号的含义如下。

A+：形成有具有均匀的形状、表面平滑、焊脚长度为0.5mm以上的焊脚

A：形成有具有均匀的形状、表面平滑、焊脚长度小于0.5mm的焊脚的状态

B：形成有具有均匀的形状但表面稍粗糙的焊脚、或者具有稍不均匀的形状但表面平滑的焊脚中的任意一者的状态

C：形成有形状不均匀的焊脚、或者表面明显粗糙的焊脚的状态

D：断续地形成有焊脚、或者完全没有形成焊脚的状态

在焊脚42的形状的评价中，对于形成有连续的焊脚的记号A+～C的情况，由于具有能够容许的程度的钎焊性，所以判定为合格，对于没有形成连续的焊脚的记号D的情况，由于钎焊性低，所以判定为不合格。

在接合缺陷的产生状态的评价时，与焊脚42的形状的评价同样地，将钎焊后的封闭式叶轮1切断。然后，利用显微镜观察钎焊接头4的截面。表3的“接合缺陷”栏中记载的记号的含义如下。

A+：在钎焊接头4内不存在空隙等接合缺陷

A：在钎焊接头4内存在直径为0.1mm以下的空隙

B：在钎焊接头4内存在直径超过0.1mm且为0.2mm以下的空隙

C：在钎焊接头4内存在直径超过0.2mm的空隙

在接合缺陷的评价中，对于存在于钎焊接头4内的空隙的大小为0.2mm以下的记号A+～B的情况，由于具有能够容许的程度的钎焊性，所以判定为合格，对于空隙的大小超过0.2mm的记号C的情况，由于钎焊性低，所以判定为不合格。

[表3]

如表3所示，可以理解，通过使用具备包含上述特定范围的Mg的芯材的钎焊片材(试验材料1～16、18、20～21)来进行钎焊，能够在护罩3与叶片部22之间形成钎焊接头4。另外，在使用这些钎焊片材进行钎焊的情况下，如图3所示，在钎焊后的护罩3的整个内表面形成层状的钎料32。

在这些试验材料中，特别是芯材中的Mg量及中间材料中的Mg量为上述优选的含量的范围的试验材料1～13、18、20，与芯材中的Mg量比上述优选的含量的范围少的试验材料14相比，能够改善焊脚42的形状，并且能够进一步减少接合缺陷。

而且，在芯材与钎料层之间设置有上述特定的中间材料的试验材料6～11、18、20与这些以外的试验材料相比，能够进一步改善焊脚42的形状。

试验材料15由于芯材中的Mg量比上述特定范围多，因此容易发生侵蚀。因此，试验材料15与试验材料1～13、18、20相比，焊脚42的形状恶化，并且接合缺陷容易变多。

试验材料16由于中间材料中的Mg量比上述特定范围少，因此由Mg带来的钎焊性提高的效果容易变得不充分。

试验材料17及试验材料19由于中间材料中的Mg量或Si量比上述特定范围多，因此如上所述，难以制作钎焊片材300。

试验材料21由于钎料中的Bi量比上述特定范围多，因此与试验材料1～13、18、20相比，钎焊性容易恶化。

(比较例)

本例是使用焊剂进行护罩3与叶轮主体2的钎焊的例子。在本例中，除了在叶轮主体2与护罩3之间涂布包含含有Cs的焊剂和粘结剂的焊剂膏以外，通过与实施例3中的大气压下的钎焊同样的方法，进行叶轮主体2与护罩3的钎焊。将本例的封闭式叶轮1中的焊脚42的形状及接合缺陷的评价结果示于表4。

[表4]

如表4所示，在使用焊剂膏进行钎焊的情况下，由于在钎焊过程中从焊剂等产生的气体而容易产生接合缺陷。因此，在使用焊剂膏的情况下，钎焊接头4的接合强度容易降低。

本发明所涉及的封闭式叶轮及其制造方法的方式并不限定于上述各实施例的方式，能够在不损害本发明的主旨的范围内适当变更。

例如，上述实施例包括通过使用钎焊片材30进行钎焊，从而在叶片部22与护罩3之间形成具备含有0.25质量％以上的Mg的钎料34的钎焊接头4而成的封闭式叶轮的发明。

从另一观点来看，本发明也可以理解为具有钎焊接头的封闭式叶轮的发明，该钎焊接头具备被Mg强化的钎料。即，上述实施例可以理解为封闭式叶轮的发明的一个方式，所述封闭式叶轮具有：

叶轮主体，由铝材构成，并具备轮毂部和从所述轮毂部突出的叶片部；护罩，由铝材构成，并覆盖所述叶片部；以及

钎焊接头，介于所述叶片部与所述护罩之间，将所述叶片部与所述护罩接合，

所述钎焊接头具有由含有0.25质量％以上的Mg的铝合金构成的钎料。

另外，上述的“铝材”是包括铝和铝合金的概念。

如上所述，钎焊接头4的钎料34中的Mg具有强化钎料34的作用。因此，只要能够在叶片部22与护罩3之间形成具备含有上述特定量的Mg的钎料34的钎焊接头4，就能够起到提高钎焊接头的接合强度这样的作用效果。

另外，例如，上述实施例包括封闭式叶轮1的制造方法的发明，所述制造方法包括如下步骤：准备叶轮主体2；准备具备芯材31和钎料层32的钎焊片材300；对钎焊片材300实施成形加工而制作将钎料层32配置于内表面33侧所得的上述护罩3；在非活性气体中，不使用焊剂地对护罩3的内表面33与叶轮主体2的叶片部22进行钎焊。

从其他观点来看，本发明也可以理解为通过无焊剂钎焊法将叶轮主体与护罩接合的发明。即，上述实施例也可以理解为封闭式叶轮的制造方法的发明的一个方式，所述封闭式叶轮具有：叶轮主体，由铝材构成，并具备轮毂部和从所述轮毂部突出的叶片部；护罩，由铝材构成，并覆盖所述叶片部；以及钎焊接头，介于所述叶片部与所述护罩之间，并将所述叶片部与所述护罩接合，所述制造方法包括如下步骤：

制作组装体，该组装体具备所述叶轮主体、覆盖所述叶片部的所述护罩、以及配置在所述叶片部与所述叶轮主体之间的钎料；

在非活性气体中不使用焊剂地对所述组装体进行钎焊。

如上所述，在使用焊剂进行钎焊的情况下，有时由于焊剂与存在于铝材的表面的氧化皮膜的反应等而产生气体。若在该气体溶解于熔融钎料中的状态下熔融钎料凝固，则有可能在钎焊接头内形成空隙。与此相对，如上所述，在通过无焊剂钎焊法、即在非活性气体中不使用焊剂地进行钎焊的方法将叶轮主体与护罩接合的情况下，能够避免来自焊剂的气体的产生。因此，通过利用无焊剂钎焊法将叶轮主体与护罩接合，能够抑制钎焊接头中的空隙的产生，起到接合强度的提高这样的作用效果。

Claims (12)

1.一种封闭式叶轮，具有：

叶轮主体，其由铝合金构成，并具备轮毂部和从所述轮毂部突出的叶片部；

护罩，其覆盖所述叶片部；以及

钎焊接头，其介于所述叶片部与所述护罩之间，将所述叶片部与所述护罩接合，

所述护罩为具备芯材和钎料的钎焊片材，所述芯材由铝合金构成，所述钎料配置在所述芯材上且存在于与所述叶片部相对的一侧的最表面。

2.根据权利要求1所述的封闭式叶轮，其中，

所述钎焊接头的接合强度为150MPa以上。

3.根据权利要求1或2所述的封闭式叶轮，其中，

所述钎焊接头具有由含有0.25质量％以上的Mg的铝合金构成的钎料。

4.一种封闭式叶轮的制造方法，是权利要求1至3中任一项所述的封闭式叶轮的制造方法，在所述制造方法中，

准备所述叶轮主体；

准备钎焊片材，该钎焊片材具备：芯材，由含有0.20质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成；以及钎料层，由Al-Si系合金构成，具有20～215μm的厚度，并配置于最表面；

对所述钎焊片材实施成形加工而制作将所述钎料层配置于与所述叶片部相对的表面的所述护罩；

在非活性气体中，不使用焊剂地对所述护罩的与所述叶片部相对的表面和所述叶轮主体的所述叶片部进行钎焊。

5.根据权利要求4所述的封闭式叶轮的制造方法，其中，

所述钎焊片材具有由含有0.30质量％以上且小于1.80质量％的Mg的铝合金构成的所述芯材和层叠在所述芯材上的所述钎料层，所述钎料层的厚度X和所述芯材中的Mg量Y满足下述式(1)或下述式(2)中的任意一者：

X≥36且Y≥X/120(1)

X＜36且Y≥0.30(2)，

其中，所述厚度X的单位为μm，所述Mg量Y的单位为质量％。

6.根据权利要求4所述的封闭式叶轮的制造方法，其中，

所述钎焊片材具有介于所述芯材与所述钎料层之间的中间材料，该中间材料由含有0.80质量％以上且小于6.50质量％的Mg的铝合金构成。

7.根据权利要求6所述的封闭式叶轮的制造方法，其中，

所述中间材料还包含2.0质量％以上且13.0质量％以下的Si。

8.根据权利要求4至7中任一项所述的封闭式叶轮的制造方法，其中，

所述钎料层还包含0.0050质量％以上且小于0.060质量％的Bi。

9.根据权利要求4至8中任一项所述的封闭式叶轮的制造方法，其中，

在所述钎焊中，在通过所述非活性气体将压力控制在1～110000Pa的范围内的状态下对所述护罩和所述叶轮主体进行加热而进行钎焊。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的封闭式叶轮的制造方法，其中，

在进行所述钎焊后，对所述封闭式叶轮进行固溶处理，接着，对所述封闭式叶轮进行人工时效处理。

11.一种封闭式叶轮，具有：

叶轮主体，其由铝材构成，并具备轮毂部和从所述轮毂部突出的叶片部；

护罩，其由铝材构成，并覆盖所述叶片部；以及

钎焊接头，其介于所述叶片部与所述护罩之间，将所述叶片部与所述护罩接合，

所述钎焊接头具有由含有0.25质量％以上的Mg的铝合金构成的钎料。

12.一种封闭式叶轮的制造方法，所述封闭式叶轮具有：叶轮主体，由铝材构成，并具备轮毂部和从所述轮毂部突出的叶片部；护罩，由铝材构成，并覆盖所述叶片部；以及钎焊接头，介于所述叶片部与所述护罩之间，并将所述叶片部与所述护罩接合，在所述制造方法中，

制作组装体，该组装体具备所述叶轮主体、覆盖所述叶片部的所述护罩、以及配置在所述叶片部与所述护罩之间的钎料；

在非活性气体中不使用焊剂地对所述组装体进行钎焊。

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