专利名称：生产废气汽轮增压器用汽轮的方法
生产废气汽轮增压器用汽轮的方法本发明涉及一种借助金属粉末注塑生产内燃机中废气汽轮增压器用减重汽轮的方法。内燃机用汽轮增压器包括设置在内燃机废气料流中且通过轴与内燃机进气管道中的压缩机连接的废气汽轮。汽轮机使内燃机废气料流旋转并驱动压缩机轮。压缩机轮使该内燃机的进气管道中压力增加使得在进气阶段过程中与在吸气机(suction engine)的情况下相比较大量气体进入气缸。结果，更多氧可用于燃烧相应更大量的燃料。暴露于废气料流的“热”侧的具有复杂几何形状的汽轮通常由耐高温材料通过精密浇铸而生产且与轴通过摩擦焊接而连接。将压缩机轮例如借助螺杆连接而安装在轴的相反端。在汽轮增压器的操作过程中，轴与两个轮一起达到了至多约300000rpm的极高旋转速度。为了实现汽轮增压器的非常快速的反应，旋转部件的惯性应非常低。与降低汽轮增压器组件重量有关的一个文献为日本首次公布JP2007-120409。该文献公开了汽轮的修整并由此节省材料而降低重量。修整的汽轮借助精密浇铸方法而生产。然而，缺点在于所述精密浇铸方法复杂且昂贵。金属粉末铸塑(MIM)已知为一种大量生产金属组件，尤其是具有与最终尺寸接近的该类组件的方法。MIM方法允许具有复杂形状的小至中等尺寸的部件廉价且自动地大量生产。MIM方法包括借助粘合剂使具有球形或不规则形态的金属粉末(该粉末的粒度通常小于ΙΟΟμπι)增塑而得到原料。原料的均化在捏合机中进行，随后将原料引入注塑机中。 将部分粘合剂(例如合适的蜡)在加热区域中熔融以得到熔体。然后，螺杆将熔体传送至可分离的模具中。在模具的填料完成之后，将熔体再固化并可将组件从模具中去除。粘合剂的去除借助在烧结之前的粘合剂去除步骤进行。取决于粘合剂，将粘合剂以各种方式从该组件中去除。在粘合剂去除的情况下，通常区分热粘合剂去除(粘合剂经由气相熔出或分解)、 溶剂萃取和催化粘合剂去除。粘合剂去除步骤之后为其中借助扩散方法而实现的组件稠化至大于95 %，优选甚至大于98 %的理论密度的烧结步骤。在废气汽轮增压器组件的生产中迄今为止均没有使用金属粉末注塑，因为该方法对取代精密浇铸的常规生产方法并不具有足够经济性。本发明目的是提供一种生产内燃机废气汽轮增压器用汽轮的新经济性方法，借助该方法废气汽轮增压器用减重汽轮可以以简单方式而生产。该目的通过一种借助金属粉末注塑生产废气汽轮增压器用汽轮的方法实现，该方法包括如下步骤(a)提供含有金属粉末和粘合剂的原料，(b)提供包括要生产的汽轮的阴模的工具以金属粉末注塑该汽轮，(c)将包含粘合剂的旋转对称性芯引入工艺步骤(b)中提供的工具的阴模并且排列该芯使得该芯绕着要生产的汽轮的旋转轴对称性排列，(d)通过在该芯周围金属粉末注塑工艺步骤(a)中提供的原料而生产生坯(green
(e)进行粘合剂去除步骤以从生坯去除粘合剂并同时去除该芯以获得呈汽轮形式的模塑体，和(f)烧结该模塑体。本发明方法可简单且廉价地生产废气汽轮增压器用汽轮，其具有限定的内部结构的中空空间。限定中空空间的内部结构由在工艺步骤(e)中进行的粘合剂去除步骤中去除芯而形成。这可经济性地生产汽轮，其迄今为止以固体组件借助精密浇铸作为中空组件而大量制造，由此可在汽轮增压器中实现显著的重量降低。该重量降低导致反应更快，燃料需求更低和内燃机效率增加以及显著节省材料。此外，与现有技术中已知的精密浇铸方法相比，本发明方法可以以特别精细的设计生产废气汽轮增压器用汽轮，其壁厚为0. 1-lmm。对本发明而言，术语“原料”通常指包含可烧结金属或陶瓷粉末和粘合剂且适合用于金属粉末注塑的组合物。该类组合物对本领域熟练技术人员已知。对本发明而言，术语“金属粉末”指粉状金属或粉状金属合金或其混合物。作为可以以粉末形式包含在原料中的金属，可提及例如铁、钴、镍、铬、钛、钼、铌和铝；合金例如为镍基合金或钛基合金。合金优选为镍基合金，其可例如以商品名Ineonel 713获得；这些合金包含74重量％镍， 12. 5重量％铬，4. 2重量％钼，2重量％铌，6重量％铝，0. 8重量％钛和0. 12重量％碳。在镍基合金的情况下，同样优选可以以商品名Ineonel 718获得的合金。该基础合金包含 50-55重量％镍，17-21重量％铬，< 24重量％铁，2. 8-3. 3重量％钼，4. 8-5. 5重量％铌， 0. 2-0. 8重量％铝，0. 7-1. 1重量％钛和小于0. 08重量％碳。在镍基合金的情况下，同样优选NIMONIC 90。NIMONIC 90包含小于0.13重量％碳，2-3重量％钛，1-2重量％铝，小于1.5重量％铁，15-21重量％钴，18-21重量％铬，余量为镍。镍基合金更优选 HASTELLOY x° HASTELLOY X 为包含 0. 05-0.15 重量％碳，小于 0. 5 重量％ 铝，0. 5-2. 5重量％钴，8-10重量％钼，17-20重量％铁，20-23重量％铬，余量的镍的合金。 其他合适的合金为包含约15重量％铬，约10重量％铁，5重量％钼，2重量％钛、铌和镍的合金。金属粉末在原料中的比例可在宽范围内变化且通常基于原料为40-70体积％，优选 45-60 体积 ％。本文合适的“粘合剂”原则上为由现有技术已知且适合用于金属粉末注塑的所有体系。粘合剂在原料中的比例可在宽范围内变化且通常基于原料为10-60体积％，优选 30-50体积％。合适的粘合剂通常为热塑性树脂，例如聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯基酯共聚物。该类粘合剂可通过例如在3-8小时内加热至300-500°C的温度而从生坯中去除。此时，粘合剂热解离。其他合适的粘合剂为可通过用溶剂萃取而从生坯中去除的那些。基于聚甲醛的粘合剂同样适合且通过在含气态酸的氛围下处理生坯而去除。在这些方法中使用的酸通常为质子性酸，即在与水反应时解离为质子(水合)和阴离子的酸。在本发明优选实施方案中，原料包含如下组分A) 40-90体积％可烧结的粉状金属或粉状金属合金或其混合物，
B) 10-60体积％的如下组分的混合物Bi)基于B)为80-98重量％，尤其是85-98重量％的聚甲醛均聚物或共聚物，和B2)2-20重量％，尤其是2_15重量％聚烯烃或聚烯烃混合物。
聚甲醛均聚物或共聚物对本领域熟练技术人员本身已知且描述于文献中。该均聚物通常通过优选在合适催化剂存在下聚合甲醛或三烷而制备。除了重复单元-OCH2-外， 优选的聚甲醛共聚物还包含至多50mol %，优选0. l-20mol %，特别优选0. 3-IOmol %的如下重复单元
权利要求
1.一种借助金属粉末注塑生产废气汽轮增压器用汽轮(1)的方法，包括如下步骤a)提供含有金属粉末和粘合剂的原料，b)提供包括要生产的汽轮(1)的阴模的工具以金属粉末注塑所述汽轮(1)，c)将包含粘合剂的旋转对称性芯引入工艺步骤(b)中提供的工具的阴模并且排列所述芯使得所述芯绕着要生产的汽轮(1)的旋转轴对称性排列，d)通过在所述芯周围金属粉末注塑工艺步骤(a)中提供的原料而生产生坯，e)进行粘合剂去除步骤以去除粘合剂并同时去除所述芯以获得呈汽轮(1)形状的模塑体，和f)烧结所述模塑体。
2.根据权利要求1的方法，其中在工艺步骤(c)中引入包含含在工艺步骤(a)中提供的原料中的粘合剂的芯。
3.根据权利要求1或2的方法，其中在工艺步骤(a)中提供包含如下组分的原料(A)40-90体积％可烧结的粉状金属或粉状金属合金或其混合物，(B)10-60体积％的作为粘合剂的如下组分的混合物 (Bi)80-98重量％的聚乙烯均聚物或共聚物，和 (B2)2-20重量％的聚烯烃或聚烯烃混合物，以及(C)0-5体积％分散剂。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中在工艺步骤(a)中提供包含镍基合金或钛基合金作为金属粉末的原料。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在工艺步骤(f)中将所述模塑体安装在至少一个固定设备中。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其中在工艺步骤(c)中引入体积为汽轮体积的 5-60%的芯。
7.根据权利要求1-6中任一项的方法，其中工艺步骤(e)在20-180°C的温度下进行。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中工艺步骤(f)在250-1500°C的温度下进行。
9.一种具有中空空间结构的废气汽轮增压器用汽轮，其绕着汽轮的旋转轴呈对称性且体积为汽轮体积的5-60%。
全文摘要
本发明涉及一种借助金属注塑生产废气汽轮增压器用汽轮的方法，该方法包括如下步骤(a)提供含有金属粉末和粘合剂材料的原料，(b)提供包括要生产的汽轮的阴模的工具以金属注塑该汽轮，(c)将由粘合剂材料构成的旋转对称性芯引入方法步骤(b)中提供的工具的阴模并且使芯取向使得该芯与要生产的汽轮的旋转轴对称性取向，(d)借助在该芯周围金属注塑方法步骤(a)中提供的原料而生产生坯，(e)进行粘合剂去除步骤以从生坯去除粘合剂而获得呈汽轮形式的模塑体，和(f)烧结该模塑体。
文档编号F01D5/04GK102387882SQ201080015746
公开日2012年3月21日 申请日期2010年4月1日 优先权日2009年4月9日
发明者A·克恩, A·汤姆, F-D·马蒂舒斯, H·沃尔弗罗姆, 马特 J·特尔, M·布勒马赫尔, M·斯特芬 申请人:巴斯夫欧洲公司