具有α-氧化铝涂层的涡轮增压器涡轮叶轮及其制造方法技术

一种α

【技术实现步骤摘要】
具有
α
‑
氧化铝涂层的涡轮增压器涡轮叶轮及其制造方法


[0001]本公开总体上涉及涡轮增压器部件和用于制造涡轮增压器部件的方法。更特别地，本公开涉及具有α
‑
氧化铝涂层的涡轮增压器涡轮叶轮以及使用物理气相沉积工艺制造涡轮增压器涡轮叶轮的方法。

技术介绍

[0002]用于汽油和柴油内燃发动机的涡轮增压器是本领域中已知的装置，其用于通过使用从发动机出来的排气的热量和体积流量来对进气空气流进行增压或升压，该进气空气流被引导到发动机的燃烧室。具体地，从发动机出来的排气以如下的方式被引导到涡轮增压器的涡轮壳体中，以致引起排气驱动的涡轮叶轮在该壳体内旋转。排气驱动的涡轮叶轮安装到为径向空气压缩机所共用的轴的一端上，该径向空气压缩机安装到该轴的相对端上并容纳在压缩机壳体中。因此，涡轮叶轮的旋转动作也引起空气压缩机在涡轮增压器的与涡轮壳体分开的压缩机壳体内旋转。空气压缩机的旋转动作引起进气空气进入压缩机壳体并且在它与燃料混合并在发动机燃烧室内燃烧之前被增压或升压期望的量。
[0003]在操作期间，排气驱动的涡轮叶轮可能经受来自超过1000℃的排气温度的连续冲击。由于暴露于此类这些温度，涡轮增压器的寿命可能受到诸如热裂化、热氧化、疲劳和/或蠕变的因素的影响。因而，涡轮增压器涡轮叶轮常常由能够承受高温的材料制成。常见的涡轮叶轮材料包括镍基超合金和钛铝（TiAl）合金。然而，这些合金仍限于在高达约1020℃的温度操作。当经受超过1020℃的温度时，观察到这些材料由于氧化和蠕变的组合而失效。氧化是时间相关的过程，其中，环境氧气被吸引并通过涡轮叶轮材料扩散。扩散过程与金属表面上的温度成正比，即，温度越高，扩散/反应越快。此类材料承受这些高温的失效可能导致材料退化，从而导致材料的损失，尤其是在涡轮叶轮叶片的前缘处。材料退化导致涡轮效率的显著下降。虽然存在一些可以承受1020℃以上温度的特种合金材料，但由于相当高的成本，使用这些材料制造涡轮叶轮是不切实际的。
[0004]因此，将期望提供能够承受持续暴露于超过1020℃的排气温度而不会遭受诸如热裂化、热氧化、疲劳和/或蠕变之类的材料退化的涡轮增压器涡轮叶轮。此外，将期望提供能够主要由常规的镍基超合金或钛铝合金制造的此类涡轮增压器涡轮叶轮，由此避免使用高成本的特种合金。此外，本专利技术主题的其他期望特征和特性将从结合本专利技术主题的附图和该背景作出的对本专利技术主题和所附权利要求的后续详细描述中变得明白。

技术实现思路

[0005]本文中公开了具有α
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氧化铝涂层的涡轮增压器涡轮叶轮以及用于使用物理气相沉积工艺制造涡轮增压器涡轮叶轮的方法。
[0006]在示例性实施例中，一种α
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氧化铝涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮包括：毂部分；围绕毂部分设置的多个叶片，所述多个叶片中的每个叶片具有前缘和后缘；中心线，其轴向地穿过毂部分；以及后侧壁，其径向地限定在多个叶片中的每个叶片的前缘和中心线之间。涡轮
增压器涡轮叶轮由金属合金和α
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氧化铝表面涂层制成。在一些实施例中，α
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氧化铝表面涂层仅设置在毂部分、多个叶片和后侧壁的径向外部分上。径向外部分限定在距中心线的一径向距离和多个叶片中的每个叶片的前缘之间。在其他实施例中，α
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氧化铝表面涂层设置在毂部分、多个叶片和整个后侧壁上。
[0007]在另一个示例性实施例中，一种用于制造α
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氧化铝涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮的方法包括制造或获得未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮的步骤。未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮包括：毂部分；围绕毂部分设置的多个叶片，所述多个叶片中的每个叶片具有前缘和后缘；中心线，其轴向地穿过毂部分；以及后侧壁，其径向地限定在所述多个叶片中的每个叶片的前缘和中心线之间。未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮由金属合金制成。该方法进一步包括以下可选步骤：使用物理气相沉积相容的掩蔽材料来掩蔽未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮的后侧壁的一部分。后侧壁的该部分是环形的，并且被限定为从中心线径向向外延伸到从多个叶片中的每个叶片的前缘起径向向内的一径向距离的区域。更进一步地，该方法包括以下步骤：使可选地被掩蔽的、未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮经受α
‑
氧化铝物理气相沉积工艺，由此在可选地被掩蔽的、未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮的非掩蔽部分上涂覆α
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氧化铝层。
[0008]提供本
技术实现思路
是为了以简化的形式介绍一系列概念，下文在详细描述中进一步描述这些概念。本
技术实现思路
既不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不旨在用作辅助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
[0009]下文中将结合以下附图来描述本专利技术主题，其中，相似的数字表示相似的元件，并且其中：图1是包括根据本公开的一些实施例的涡轮增压器的示例性内燃发动机的系统视图；图2A是在采用了掩蔽的实施例中图1的涡轮增压器中所示的涡轮叶轮的顶视图；图2B是图1和图2A中所示的涡轮叶轮的透视图；图2C是图1、图2A和图2B中所示的涡轮叶轮的后视图；图2D、图2E和图2F是在不采用掩蔽的替代性实施例中与图2A、图2B和图2C对应的视图；图3是根据本公开的一些实施例的物理气相沉积设备的系统视图，该物理气相沉积设备被构造成将α
‑
氧化铝层沉积到涡轮叶轮（诸如，图1以及图2A至图2F中所示的涡轮叶轮）上；以及图4是图示根据本公开的一些实施例的使用系统（诸如，图3中所示的系统）将α
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氧化铝层沉积到涡轮叶轮（诸如，图1以及图2A至图2F中所示的涡轮叶轮）上的方法的流程图。
具体实施方式
[0010]以下详细描述本质上仅仅是示例性的，并且不旨在限制本专利技术或者本专利技术的应用和用途。如本文中所使用的，词语“示例性”意指“用作示例、实例或图示”。因此，本文中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其他实施例优选或有利。本文中所描述的所
有实施例均是示例性实施例，它们被提供来使得本领域技术人员能够制造或使用本专利技术而不是限制由权利要求限定的本专利技术的范围。此外，不意图受前面
、
技术介绍
、
技术实现思路
或以下详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论的束缚。
[0011]除非特别说明或从上下文中显而易见，否则如本文中所使用的，术语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准偏差内。“约”可以被理解为在陈述值的10％、5％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。“约”可以替代地被理解为暗示所陈述的确切值。除非从上下文另有明确说明，否则本文中提供的所有数值均由术语“约”修饰。
[0012]本公开总体上涉及具有α
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氧化铝涂层的涡轮增压器涡轮叶轮以及使用物理气相沉积工艺制造涡轮增压器涡轮叶轮的方法。α
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氧化铝涂层被提供到整个涡轮叶轮上，或替代地被提供到涡轮叶轮的直接暴露于热排气的部分（包括毂和叶片）上，并且可被提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种α
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氧化铝涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮，其包括：毂部分；围绕所述毂部分设置的多个叶片，所述多个叶片中的每个叶片具有前缘和后缘；中心线，其轴向地穿过所述毂部分；以及后侧壁，其径向地限定在所述多个叶片中的每个叶片的所述前缘和所述中心线之间，其中，所述涡轮增压器涡轮叶轮由金属合金和α
‑
氧化铝表面涂层构成，所述α
‑
氧化铝表面涂层设置在以下中的任一个：（1）仅在所述毂部分、所述多个叶片和所述后侧壁的径向外部分上，所述径向外部分限定在距所述中心线的一径向距离和所述多个叶片中的每个叶片的所述前缘之间，或（2）在所述毂部分、所述多个叶片和整个后侧壁上。2.根据权利要求1所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述α
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氧化铝表面涂层具有基本上均匀的厚度。3.根据权利要求2所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述基本上均匀的厚度选自在约5微米到约20微米范围内的值。4.根据权利要求3所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述基本上均匀的厚度选自在约8微米到约15微米范围内的值。5.根据权利要求4所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述基本上均匀的厚度为约10微米。6.根据权利要求1所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述金属合金是镍基超合金。7.根据权利要求1所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述金属合金是钛铝合金。8.根据权利要求1所述的涡轮增压器涡轮叶轮，其中，所述后侧壁的从所述中心线径向向外延伸到所述径向距离的表面包括所述金属合金。9.一种用于制造α
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氧化铝涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮的方法，所述方法包括：制造或获得未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮，所述未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮包括：毂部分；绕所述毂部分设置的多个叶片，所述多个叶片中的每个叶片具有前缘和后缘；中心线，其轴向地穿过所述毂部分；以及后侧壁，其径向地限定在所述多个叶片中的每个叶片的前缘和所述中心线之间，其中，所述未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮由金属合金制成；使用物理气相沉积相容的掩蔽材料来可选地掩蔽所述未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮的所述后侧壁的一部分，其中，所述后侧壁的所述部分是环形的，并且限定为从所述中心线径向向外延伸到从所述多个叶片中的每个叶片的前缘起径向向内的一径向距离的区域；以及使可选地被掩蔽的、未经涂覆的涡轮增压器涡轮叶轮经受α
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【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：盖瑞特交通一公司，
类型：发明
国别省市：