[發(fā)明專利]一種渦輪增壓轉子軸及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711200294.2
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108034940B
• 公開（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設計）人: 董祥芳
• 申請（專利權）人: 寧波祥福機械科技有限公司
• 主分類號: C23C24/10
• 分類號: C23C24/10;C22C30/00;C22C19/03;C22C32/00
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 黃勇

1.一種渦輪增壓轉子軸，包括軸體，所述軸體上設置有復合涂層，所述復合涂層包括內層涂層與外層涂層，其特征在于，所述內層涂層為金屬硼化物合金涂層，所述內層涂層包括6～11wt％的Ti；15～24％wt％的Cr；29～39％的Ni；2.5～12.5wt％的B；1.7～2.8wt％的C；以及0.07～0.16％的Re與2.3～3.2％的Ce，剩余的為Fe，所述外層涂層是含有納米TiO2顆粒和納米SiC顆粒的鎳包石墨涂層，所述外層涂層包括16.3～22.3wt％的石墨；4.3～9.8wt％的納米TiO2顆粒和4.4～9.3wt％的納米SiC顆粒，其余為Ni；

所述軸體包括0.32～0.4wt％的C；0.4～0.8wt％的Si；0.6～0.9wt％的Mn；0.9～1.2wt％的Cr；0.15～0.3wt％的Mo；1.2～2wt％的Nb；0.5～1.2wt％的Ti，其余均為Fe；

所述渦輪增壓轉子軸的制備方法包括以下步驟：

S1、通過粉末冶金燒結制備軸體；

S2、將軸體進行滲氮處理；

S3、軸體表面復合涂層的制備；

其中軸體表面復合涂層的制備具體包括：利用激光熔覆原位自生法制備內層涂層；利用熱噴涂法制備外層涂層；

所述內層涂層的制備步驟包括：

B1：選用不同量的Fe-Ti粉末、B4C粉末和Ni-Cr粉末、Re粉末、Ce粉末進行稱量初步混合，并使混合粉末的化學成分符合上述內層涂層的各組分比例；

B2：對混合粉末使用球磨機進行研磨，在轉速為226r/min的情況下，使用球磨介質為直徑8mm的不銹鋼球對混合粉末研磨30min，研磨完畢后加入無水乙醇作為粘結劑并混合均勻，制成團聚物；

B3：將團聚物均勻涂覆在軸體的表面，形成預置層，并使其厚度1mm，將其置于室內陰干8h；

B4：對轉子軸進行激光熔覆，預先通入氬氣作為保護氣體，熔覆的過程中采用的參數為：激光輸出功率1.5～2.3kW，掃描速度4～8mm/s，光斑直徑3mm，氬氣流量為6～8L/min，搭接率為25～35％，熔覆后，使用硅酸鋁保溫材料覆蓋熔覆區(qū)域，并緩慢冷卻；

所述外層涂層的制備步驟包括：

C1：選用不同量的石墨粉末、Ni粉末、納米TiO2顆粒和納米SiC顆粒，在真空條件下進行初步混合，使混合粉末的化學成分符合上述外層涂層的各組分比例；

C2：使用球磨機對混合粉末進行研磨，在轉速為226r/min的情況下，使用球磨介質為直徑8mm的不銹鋼球對混合粉末研磨120min，其中石墨和Ni粉末的粒度均在100～200目的范圍內；

C3：使用噴槍將預制混合粉末噴涂到內層涂層上，并使用氬氣作為保護氣體，其工藝參數為：乙炔壓力0.1～0.12MPa，氧氣壓0.6～0.65MPa，氬氣壓力為0.15～0.2MPa，噴槍距離工件距離150～200mm，噴粉垂直于噴涂表面。

2.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓轉子軸，其特征在于，所述滲氮處理的步驟包括：

A1：使用水砂紙、金相紙對軸體進行打磨，并用拋光粉對軸體拋光，將拋光完畢后的軸體進行保存；

A2：對浸沒在無水乙醇中的軸體進行超聲波清洗，吹干后放置在離子滲氮爐內；

A3：對離子滲氮爐進行抽真空，通入氫氣，啟動滲氮爐；

A4：處理結束后，在氮氣的保護下冷卻，直至軸體冷卻至室溫，取出軸體。

3.根據權利要求1所述的一種渦輪增壓轉子軸，其特征在于，所述外層涂層的制備步驟還包括：

C4：待C3噴涂結束之后，進行重熔和補噴，使用大號重熔槍對軸體的周面進行旋轉加熱，使其整體溫度升至400℃以上，逐漸進行重熔；

初始，燒嘴距離軸體100～130mm，待溫度升至550～600℃時，燒嘴距離軸體表面縮短至

30～50mm內，使粉末融化；

在1050～1100℃時，出現(xiàn)鏡面反光的瞬間立刻移開熔槍，對軸體表面整體逐漸進行重熔，在重熔的同時，使用熱噴槍對重熔時產生的孔洞與基體缺陷形成的孔洞進行修補。

4.根據權利要求3所述的一種渦輪增壓轉子軸，其特征在于，所述外層涂層的制備步驟還包括：

C5：待C4結束之后，進行加熱校正，將轉子軸整體加熱到650～700℃，使轉子軸均勻膨脹，然后在軸體一端的口部內加入冷卻工裝；進行整形處理，補噴處可能會高出平面，使用砂輪將其打磨平整后進行拋光。