專利名稱：陶瓷粉末渦輪增壓器噴嘴環安裝盤及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種發動機渦輪增壓器，尤其是涉及渦輪增壓器噴嘴環上的安裝盤及其制造方法。
背景技術：
渦輪增壓是當今世界活塞式內燃機技術發展的主要方向之一，是發動機強化的最主要途徑。發動機采用渦輪增壓技術可以大幅度提高輸出功率、提高體積與重量功率密度，改善經濟性、節約能源，降低污染、減輕噪聲，補償高原環境的功率損失。在不改變發動機基本結構的情況下，渦輪增壓發動機與自然吸氣發動機比較，可以提高功率30% 100%，降低油耗5% 10%，減少排放污染10%以上，而成本只增加8% 10%，重量增加3% 5%。但是，隨著環境保護法規與汽車排放標準的日益嚴格，普通渦輪增壓器已經不能滿足發動機的要求。這是因為(1)普通增壓器不能解決渦輪增壓發動機存在的加速滯后現象，在實際應用中表現為加速起動性能較差，因而導致發動機在加速時供氣不足，燃燒不 完全，煙度差，排放超標等問題；(2)普通增壓器不能適應當代先進發動機更寬廣的工作范圍，即不能調節、適應發動機的工況變化，滿足發動機全工況性能。而可調噴嘴環渦輪增壓器可以根據發動機電控單元發出的信號調節噴嘴環葉片開度，使渦輪增壓器能夠隨發動機工況變化調節進氣流量，適應發動機不同工況對進氣流量的要求，從而提高渦輪增壓器的響應性，改善發動機的瞬態性能、降低瞬態過程排放，較好的滿足了當代先進發動機這一要求，應用日益普遍。安裝盤是可調噴嘴環渦輪增壓器的關鍵零件，其工作性能要求高，形位公差要求很嚴，由于安裝盤工作在高溫燃氣環境中，又與葉片組成多個摩擦副，必須具有良好的耐高溫性、耐氧化性、耐腐蝕性以及耐磨擦性，其材質一般采用耐熱鋼、高溫合金或超合金等。安裝盤傳統制造方法是“精密鑄造+機加工”，但由于零件所用材料一般含合金元素種類多、含量大，其成分易于偏析和組織不均勻、塑性極差、加工性差，兼之零件形狀較復雜、精度要求高，為加工帶來了困難，故其生產效率不高、材料利用率低、成本高。粉末冶金技術作為一種新技術，目前已經廣泛地應用于航空航天、電子、汽車及醫療等領域。粉末冶金材料體系已經涉及耐熱鋼、高溫合金、硬質合金及陶瓷等。與上述采用耐熱鋼、高溫合金或超合金等來加工可調噴嘴環渦輪增壓器的關鍵零件相比，粉末冶金技術不僅可以制造出形狀復雜、組織結構均勻和高性能、高尺寸精度的產品，而且生產效率較高、材料利用率較高，成本較低，容易實現自動化連續批量作業。但由于冶金粉末材料中含有大量在高溫下容易分解生成玻璃脆相的金屬氧化物(如氧化鎂、氧化鈣、氧化鐵等)，導致產品局部形成硬塊，因而在用冶金粉末材料來制造安裝盤時會出現下述問題一是由于粉末冶金材料中在高溫下易分解的金屬或金屬氧化物含量高，造成材料成本相對較高；二是冶金粉末與粘接劑混合時由于流動性不高，導致混合料致密性下降，收縮性增大，燒結后產品不僅容易出現局部鼓脹和突起硬物，降低了產品質量，而且增加了安裝盤局部加工難度，提聞了生廣成本。

發明內容
針對上述現有技術中采用耐熱鋼、高溫合金或超合金材料以及采用粉末冶金材料制造渦輪增壓器噴嘴環安裝盤存在的問題，本發明提供了一種采用陶瓷粉末材料制取，不僅材料成本低，復雜零件易于成型加工，而且工作性能好，尺寸精度高的渦輪增壓器噴嘴環安裝盤及其制造方法。本發明要解決的技術問題所采取的技術方案是它由氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯原料粉末的一種與由PW、HDPE, PP和SA混合形成的粘接劑組成，并按下述方法制備而成
a、混煉將重量比為81-87%的氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯原料粉末的一種與由重量比為5. 0 7. 5% PffU. 5 2. 0% HDPE、2. 5 4. 0% PP和4 5. 5% SA混合形成的粘接劑加入混煉機中并在150 165°C、轉速30 45rpm的條件下混煉30min 60min制成喂料，
b、模壓成形在塑料模壓成形機上于模壓溫度150 200°C、模壓壓力75 125MPa的條件下將喂料模壓成形，得到安裝盤的模壓坯體， C、脫脂將模壓坯體在有機溶劑中于40 60°C下浸泡2 4h ;干燥后，再在分解氨氣氛的保護下于200 600°C進行熱脫脂，時間6 8h，
d、燒結將脫脂的模壓坯體在1300 1850°C溫度下的真空燒結爐中燒結20 60min，得到形狀、尺寸及精度均符合要求的安裝盤。所述有機溶劑優選為三氯乙烷或三氯乙烯。為進一步提高安裝盤的力學性能，根據合金成份，可將安裝盤在機加工前進行強化熱處理或熱等靜壓處理。所述粘結劑是蠟基多組元聚合物體系，所述PW為石蠟、所述HDPE為高密度聚乙烯、所述PP為聚丙烯、所述SA為硬脂酸。本發明所述陶瓷粉末渦輪增壓器噴嘴環安裝盤技術指標為致密度98-99. 5%、抗拉強度490-1100MPa、延伸率10-18%、800°C下IOOh的氧化速率為0. 004-0. 015g /m2 h0本發明的優點在于以貯存量豐富、價格相對較低的氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯陶瓷粉末為原料，與粘接劑混合后通過一次模壓成形和燒結來制取渦輪增壓器噴嘴環安裝盤，由于氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯陶瓷粉末在高溫燒結中不容易分解，其氧化物分子相對穩定，分子之間流動阻力小，流動性好，易于復雜零件的成型，燒結時不會產生脆相，燒結后產品形狀完整，表面光滑、內部致密。因此本發明與現有技術中采用粉末冶金制造和采用耐熱鋼、高溫合金或超合金的安裝盤相比；不僅同樣在高溫燃氣環境中具有良好的耐高溫性、耐氧化性、耐腐蝕性以及耐磨擦性,而且具有材料成本更低,材料利用率更高，加工更方便，適用性更廣等特點?？纱笈恳淮纬尚沃苯又圃鞆碗s形狀、精度高的發動機渦輪增壓器用安裝盤，且后繼加工量很少，產品成分及組織均勻，精度高，喂料可循環利用；還可根據不同安裝盤工作環境，調整設計合適的合金成分。
具體實施例方式實施例I :將粒徑為20 35iim和重量比為84%的氮化硅粉末與由6. 5% Pff,2. 0% HDPE,
3.0% PP和4. 5% SA混合形成的粘接劑分別加入雙行星混煉機中，粉末裝載量為57v01%(粉末加入量為雙行星混煉機容積的57%)，并在溫度160°C、轉速35rpm下混煉60min，制得均勻喂料；喂料在模壓溫度為160°C、模壓壓力為90MPa的CJ80-E型模壓機上模壓成形制成模壓坯體，再將模壓坯體在三氯乙烷中于45°C溶脫4h，干燥后在分解氨氣氛保護下以一定升溫速率分別升溫至350°C及550°C下并分別保溫進行充分的熱脫脂6小時；隨后將脫脂后的模壓坯體置于真空燒結爐中于真空度(真空度10_2 10_3Pa)在1350°C燒結60min，得到所需形狀及精度的發動機渦輪增壓器噴嘴環安裝盤。經檢測安裝盤致密度98. 5%、抗拉強度510MPa、延伸率15%、800°C下IOOh的氧化速率為0. 008g / m2 h。實施例2
將平均粒徑30iim和和重量比為81%的碳化硅粉末與由7. 5% Pff, 2.0% HDPE,
4.0% PP和5. 5% SA混合形成的粘接劑分別加入雙行星混煉機中，粉末裝載量為57v01%(粉末加入量為雙行星混煉機容積的57%)，并在溫度155°C、轉速30rpm下混煉40min，制得 均勻喂料；喂料在模壓溫度為155°C、模壓壓力為IOOMPa的CJ80 — E型模壓機上模壓成形制成模壓坯體，再將模壓坯體在三氯乙烷中于45°C溶脫4h，干燥后在分解氨氣氛保護下以一定升溫速率分別升溫至350°C及550°C下分別保溫進行充分的熱脫脂7小時；隨后置于真空燒結爐中于真空度(真空度10_2 10_3Pa)于1450°C燒結50min，得到所需形狀及精度的發動機渦輪增壓器用安裝盤。經檢測安裝盤致密度98%、抗拉強度490MPa、延伸率18%、800°C下IOOh的氧化速率為0. 009g / m2 h。實施例3:
將由等離子旋轉電極法制造的平均粒徑IOiim和重量比為87%的氧化鋁粉末與由5% PW、1. 5% HDPE.2. 5% PP和4% SA混合形成的粘接劑加入雙行星混煉機中，并在溫度165°C、轉速40rpm下混煉60min，制得均勻喂料；喂料在模壓溫度為175°C，模壓壓力為120MPa的CJ80 — E型模壓機上模壓成形制得模壓坯體，再將模壓坯體在三氯乙烯中于40°C溶脫3h，干燥后在分解氨氣氛保護下以一定升溫速率分別升溫至350°C及550°C下分別保溫進行充分的熱脫脂8小時；隨后置于真空燒結爐中于真空度(真空度10_2 10_3Pa)于1550°C燒結40min，得到所需形狀及精度的發動機渦輪增壓器安裝盤，隨后再將安裝盤放在熱等靜壓中以10010^、11001下處理411，以進一步提高其性能，經檢測安裝盤致密度達99. 3%、抗拉強度llOOMPa、延伸率10%,800°CT IOOh的氧化速率為0. 004g / m2 h。實施例4:
將由等離子旋轉電極法制造的平均粒徑20iim重量比為85%的氧化鋯粉末為主要原料與由5. 3% PffU. 7% HDPE,3% PP和5% SA混合形成的粘接劑分別加入雙行星混煉機中，并在溫度160°C、轉速35rpm下混煉50min，制得均勻喂料；喂料在模壓溫度為190°C，模壓壓力為SOMPa的CJ80 — E型模壓機上模壓成形制得模壓坯體，再將模壓坯體在三氯乙烯中于55°C溶脫3h，干燥后在分解氨氣氛保護下以一定升溫速率分別升溫至350°C及550°C下分別保溫進行充分的熱脫脂6小時；隨后置于真空燒結爐中于真空度(真空度10_2 10_3Pa)于1750°C燒結25min，得到所需形狀及精度的發動機渦輪增壓器用安裝盤，隨后再將安裝盤在1100°C處理3h后水冷以進行熱處理，經檢測安裝盤性能為致密度達99. 5%,抗拉強度780MPa、延伸率10%、800°C下IOOh的氧化速率為0. 015g / m2 h。
權利要求
1.陶瓷粉末渦輪增壓器噴嘴環安裝盤，其特征在于它由氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯原料粉末一種與由PW、HDPE, PP和SA混合形成的粘接劑組成，并按下述方法制備而成 a、混煉將重量比為81-87%的氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯原料粉末的一種與由重量比為5. 0 7· 5% PffU. 5 2. 0% HDPE、2. 5 4. 0% PP和4 5. 5% SA混合形成的粘接劑加入混煉機中并在150 165°C、轉速30 45rpm的條件下混煉30min 60min制成喂料， b、模壓成形在塑料模壓成形機上于模壓溫度150 200°C、模壓壓力75 125MPa的條件下將喂料模壓成形，得到安裝盤的模壓坯體， C、脫脂將模壓坯體在有機溶劑中于40 60°C下浸泡2 4h ;干燥后，再在分解氨氣氛的保護下于200 600°C進行熱脫脂，時間6 8h， d、燒結將脫脂的模壓坯體在1300 1850°C溫度下的真空燒結爐中燒結20 60min，得到形狀、尺寸及精度均符合要求的安裝盤。
2.根據權要求I所述的陶瓷粉末渦輪增壓器噴嘴環安裝盤，其特征在于所述安裝盤加工前進行強化處理或熱等靜壓處理。
3.根據權利要求I所述的陶瓷粉末渦輪增壓器噴嘴環安裝盤，其特征在于所述有機溶劑為三氯乙烷或三氯乙烯。
全文摘要
本發明公開了陶瓷粉末渦輪增壓器噴嘴環安裝盤，它由重量比為81-87％的氮化硅、碳化硅、氧化鋁或氧化鋯原料粉末的和由重量比為5.0~7.5％PW、1.5~2.0％HDPE、2.5~4.0％PP和4~5.5％SA形成的粘接劑加入混煉機中并在150～165℃、轉速30～45rpm的條件下混煉30min～60min制成喂料，在塑料模壓成形機上將喂料模壓成形，將模壓坯體在有機溶劑中于40～60℃下浸泡2～4h；再在分解氨氣氛的保護下進行熱脫脂，將脫脂的模壓坯體在1300～1850℃溫度下的真空燒結爐中燒結，本發明可大批量一次成形直接制造復雜形狀、精度高的發動機渦輪增壓器用安裝盤，且后繼加工量很少，產品成分及組織均勻，精度高，喂料可循環利用；還可根據不同安裝盤工作環境。
文檔編號C04B35/584GK102765941SQ20121026200
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者彭江, 董優清, 黃劼, 黃若 申請人:萍鄉市慧成精密機電有限公司