用于制造运行轮和运行装置的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于制造一种结构零件尤其运行轮的方法，并且涉及一种结构零件尤其运行轮，以及一种用于制造结构零件组合体尤其运行装置的方法，并且涉及一种结构零件组合体尤其运行装置。
【背景技术】
[0002]对于当代的内燃机来说废气涡轮增压器被越来越多地使用，以便实现更加节省但却动态性较好和较舒适的柴油和汽油发动机。现今使用镍(Ni)基合金作为废气侧的涡轮的材料。为了改善动态性越来越多的基于钛铝(TiAl)的合金成为焦点，该合金的特征在于低的密度(?4g/cm3)和高的比强度。由钛铝基合金所制造的涡轮能够例如通过精密铸造方法或者金属粉末喷铸(MIM)制造。一个较大的挑战是把钛铝涡轮连接到把涡轮与在空气侧上的压缩轮相连接的钢轴上。
[0003]对于由镍基合金制造的涡轮在钢轴上的接合来说当今基于较短的节拍时间和接合位置的高的可靠性建立了熔焊方法-例如电子束焊接或者激光束焊接。但是在T1、Fe和Al之间所出现的脆性相构形却阻碍所述焊接方法在由钛铝基合金制造的涡轮与钢的连接上的应用传播。
[0004]为了解决该问题能够把由镍基合金制造的可在钢上焊接的中间块安装在钛铝涡轮上-例如通过扩散焊或者摩擦焊。但是该原理是耗时并且耗成本的。此外能够通过粉末喷射方法-例如通过离子喷射、高速火焰喷射或者冷气喷射-施加由镍基合金制造的可在钢上焊接的中间层。该方法同样是成本密集的并且只是较低比率地利用所采用的昂贵的粉末。此外对于该方法来说不在钛铝合金和由镍基合金制造的中间层之间出现金属性的连接。由于钛铝基合金和镍基合金的不同熔化区域和镍基合金与钛铝基合金的较高的反应倾向，通过共同烧结把由镍基合金制造的中间层施加在钛铝涡轮上是不可能的。
[0005]在DE 10 2010 011 486 Al中描述一种废气涡轮增压器，它为了把涡轮连接在轴上至少在所述涡轮和轴之间具有至少一个多孔金属的或者陶瓷的中间块，该中间块经过渗透过程与涡轮并且/或者轴相连接。
【发明内容】
[0006]本发明的主题是一种根据主权利要求的用于制造结构零件尤其运行轮的方法并且一种结构零件尤其运行轮。此外本发明涉及一种根据主权利要求的用于制造结构零件组合体尤其运行装置的方法，并且涉及一种结构零件组合体尤其运行装置。有利的型式从各个从属权利要求和下文的说明中得出。
[0007]通过根据本发明的方法提供一种结构零件尤其(涡轮)运行轮(叶轮)，它以非常简单的方式和形式能够得以制造并且借助于熔焊方法能够安全、快速并且低成本地得以连接在另一结构零件尤其钢轴上。这根据本发明尤其通过设置隔离层实现，该层基于其特性被构造用于，阻碍在热处理时基体的第一合金的原子和能熔焊的连接层的第二合金的原子的反应。这意味着，换而言之，通过根据本发明的隔离层有效地阻碍(防止)从第一合金的原子种类到第二合金的相互扩散。同时在热处理时-尤其在加热步骤时隔离层相对于两侦U，即基体和能熔焊的连接层，形成一个固定的连接。由此于是在结构零件上提供连接层，该层一方面与结构零件以材料配合连接的方式相连接，而不形成脆性相并且另一方面通过熔焊能够很好地把钢轴与该层相连接。
[0008]此外有利的是，第一合金是钛铝基合金并且第二合金是钒(V)基合金。因为钛铝基合金的特征在于低的密度和高的比强度，并且钒基合金是很好能够熔焊的-尤其与钢轴，由此能够提供能够很简单并且低成本地借助于熔焊被连接在钢轴上的运行轮。
[0009]此外有利的是，隔离层构造成，阻碍(防止)基体的第一合金的原子到能熔焊的连接层的第二合金的原子的扩散。这意味着，换而言之，隔离层能够具有被设计用于阻碍基体的第一合金的原子扩散到能熔焊的连接层的第二合金的原子的扩散系数。从而能够把隔离层构造为对第一合金的原子的扩散屏障。通过所述措施能够有效阻碍，出现原子种类的加强的浓度平衡并且由比第一合金例如组分钛和铝的不定比例的原子到达能熔焊的连接层中，这借助于熔焊方法将恶化或者完全妨碍可焊性。在这里的背景是，在温度高于1400°C时实现例如钛铝基合金的烧结。对于这种很高的温度来说在不同的金属合金共同烧结期间通过互相扩散出现原子种类的加强的浓度平衡。因此通过共同烧结所制造的金属中间层在焊接位上一直含有出自运行轮中的、会妨碍熔焊方法的令人满意应用的组分钛和铝的确定比例。
[0010]此外有利的是，隔离层被设计为，阻碍能熔焊的连接层的第二合金的原子到基体的第一合金的原子的扩散。这意味着，换而言之，隔离层能够具有扩散系数，其被设计为，额外地阻碍能熔焊的连接层的第二合金的原子到基体的第一合金的原子的扩散。通过该措施得以阻碍的是，连接层的不被控制的原子到达基体和隔离层之间的连接区域-这将损害隔离层与基体在材料方面的(材料配合式的)连接。
[0011]此外有利的是，隔离层具有氧化陶瓷。在这里尤其有利的是，隔离层的氧化陶瓷是具有一般化学式Zr02_s的二氧化锆，其中δ位于大于或等于O到小于或等于0.5的范围中。其中陶瓷隔离层或者说扩散屏障的厚度能够位于O到2_的范围中。通过该措施能够保证二氧化锆与两个合金-即尤其是钛铝基合金和钒基合金的固定连接。可选或者附加地氧化陶瓷为了稳定能够具有在大于或者等于O到小于或者等于10%的质量百分比的范围中的氧化钇或者氧化镁。
[0012]此外有利的是，能熔焊的连接层额外具有镍。通过添加镍-例如在大于或者等于5%到小于或者等于30%的质量百分比的范围中-能够把优选是钒基合金的第二合金的焊接特性和烧结特性匹配到运行轮的优选是钛铝基合金的第一合金上。
[0013]此外有利的是，能熔焊的连接层额外具有锆并且/或者钛并且/或者在隔离层和能熔焊的连接层之间设置具有锆并且/或者钛的中间层并且在加热步骤中把所述中间层与能熔焊的连接层和隔离层相连接。其中两个反应性的金属元素锆和钛能够在大于或者等于O到小于或者等于5%的质量百分比的范围中被添加。连接层能够例如具有0.1到5_的厚度。中间层能够例如具有O到0.5mm的厚度。规定反应性的元素锆并且/或者钛一方面保证在加热时优选与陶瓷的隔离层或者说扩散屏障的在材料方面相连接的构造。另一方面钒基合金能够此外通过熔焊很简单地与钢轴相连接。
[0014]此外有利的是，在加热步骤之前基体是胚体并且能熔焊的连接层、隔离层并且必要时中间层借助于喷铸并且/或者喷、浇或者压(压印)的方法-例如胶头套印、喷墨印或者丝网印得以施加在基体上并且在加热步骤中把基体、能熔焊的连接层、隔离层并且必要时中间层共同烧结。
[0015]可选地能够在加热步骤之前把基体置于已烧结的状态中并且隔离层、能熔焊的连接层并且必要时中间层借助于热喷射方法-例如等离子喷射、粉末火焰喷射、高速火焰喷射、冷气喷射或者光弧线喷射得以施加在基体上。
[0016]此外有利的是，在加热步骤之前把基体和隔离层置于已烧结的状态中并且把能熔焊的连接层置于已烧结的或者熔化金属冶金方式所制造的状态中。已烧结的状态在本发明的范围中指的是，所述对象已经在后续的加热步骤之前已经完成烧结并且因此不必进行其它的烧结过程。
[0017]通过这种措施能够以不同的方式和形式很低成本地并且高效地提供能熔焊的运行轮。
【附图说明】
[0018]接下来根据所附的附图举例具体阐释本发明。其中:
[0019]图1按照根据本发明的方法得以制造的根据本发明的运行装置的示意图；
[0020]图2根据本发明的运行轮的第一实施形式的连接区域的细节示意图；并且
[0021]图3根据本发明的运行轮的第二实施形式的连接区域的示意图。
[0022]在本发明的优选实施例的下文说明中对被展示在不同附图中并且相似作用的元件使用相同的或者近似的附图标记，其中不进行该元件的重复说明。
【具体实施方式】
[0023]在图1中用附图标记10在整体中标识根据本发明的结构零件组合体。在这里结构零件组合体10被构造为运行装置(转子)10。运行装置10具有被构造为运行轮的结构零件12。运行装置10此外具有被构造为钢轴14的轴14。
[0024]运行轮12具有经过连接区域18与钢轴14相连接的基体16。运行轮12与钢轴14的连接在这里借助于熔焊方法得以制造。运行轮12或者说基体16在连接区域18上具有第一合金。运行轮12的基体16也能够完全由第一合金组成。第一合金能够优选指的是钦销基合金。
[0025]现在为了能够把尤其通过低密度和高比强度所标识的这样的运行轮16低成本并且可靠地连接在钢轴上，运行轮16在连接区域18中根据本发明还具有在图2中被具体展示的隔离层20和连接层22。
[0026]从图2可见的是，在基体16的连接区域18中设置优选地直接被设置在基体16上的隔离层20。隔离层20能够具有在O和2mm之间的厚度。在隔离层20相对于基体16的一侧上设置优选直接被设置在隔离层20上的能熔焊的连接层22。能熔焊的连接层22能够具有在0.1