本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的制造金屬部件的方法。本發(fā)明進一步涉及一種金屬部件和包括這種金屬部件的渦輪增壓器。

背景技術(shù)：

在汽車工業(yè)中，化學(xué)沉積(即鎳-磷涂層的無電沉積)通常用作防腐蝕的保護或防止金屬部件(例如活塞、球接頭、燃料管線等)的磨損的保護。鎳磷保護涂層的化學(xué)沉積能夠均勻地形成層；然而，它需要沒有缺陷的表面。否則，會發(fā)生涂層對材料的粘附性的不足，形成不均勻的涂層厚度，并且損害涂層的外觀。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是指定一種制造鋁金屬部件的方法，這可以在沒有高技術(shù)成本的情況下實現(xiàn)，并能夠形成具有良好粘附性和高輪廓保真度的均勻且均質(zhì)的鎳表面層。本發(fā)明的另一個目的是提供一種鋁金屬部件和一種包括這種金屬部件的渦輪增壓器，其特征在于具有良好粘附性的均勻形成的鎳保護層。

這些問題的解決方案通過權(quán)利要求1、11和16的特征來實現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明，要求一種用于制造鋁比例大于50原子％的金屬部件的方法，該金屬部件免受腐蝕和環(huán)境以及操作條件影響。金屬部件特別是用于渦輪增壓器的壓縮機葉輪。因此，本發(fā)明的實質(zhì)是為工件提供的化學(xué)預(yù)處理，即使用堿性蝕刻劑e6蝕刻金屬部件。蝕刻劑e6例如在de4231879c2中描述為氫氧化鈉溶液(30-70，優(yōu)選約60g/l)，其中具有任選的添加劑，例如分散劑和懸浮劑，但也可以使用硝酸和氫氟酸。使用堿性蝕刻劑e6進行的蝕刻導(dǎo)致具有高精加工質(zhì)量的一致的表面，特別是通過使用該蝕刻劑在金屬部件的表面上產(chǎn)生特定的蝕刻點蝕。應(yīng)當理解，蝕刻點蝕形成，分布在金屬部件的整個表面上，即作為稍后進行化學(xué)應(yīng)用的含鎳涂層的粘合劑基底的凹陷。通過從金屬部件表面選擇性溶解原鋁，堿性蝕刻劑產(chǎn)生納米蝕刻點蝕，即深度為0.1至1.5nm的凹陷，以及微蝕刻點蝕，即深度為4至12μm的凹陷。通過這種方式，產(chǎn)生增加的粘合表面而不會影響金屬部件的視覺外觀或功能。特別地，在將含鎳涂層化學(xué)沉積在蝕刻的金屬部件表面上時，因為納米蝕刻點蝕的產(chǎn)生，所以除了相應(yīng)材料的原子連接外，在金屬部件表面與含鎳涂層之間發(fā)生機械互鎖或機械形連接。蝕刻點蝕和涂層彼此接合，其中涂層用作一種穩(wěn)定金屬組分含鎳保護層的化合物并因此產(chǎn)生永久保護效果的束縛層。含鎳層的蝕刻和沉積可以使用標準工藝進行，而不需要高技術(shù)費用以及低時間要求，使得具有高耐化學(xué)性、高機械強度和非常好的防腐蝕性的金屬部件可以通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造。

這些從屬權(quán)利要求將優(yōu)選的改進和本發(fā)明的實施例作為其主題。

根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實施例，蝕刻在蝕刻浴中進行。因此，金屬部件可以在所有表面區(qū)域均勻地預(yù)處理，并在短的反應(yīng)時間內(nèi)提供蝕刻點蝕。

因此蝕刻的反應(yīng)時間可以通過調(diào)節(jié)蝕刻浴而被特別地減少。蝕刻浴的溫度優(yōu)選地在50與80℃之間，特別是在55與65℃之間。

實現(xiàn)高比例的納米蝕刻點蝕，這特別有利于后期施加的涂層對金屬部件表面的良好粘附性，特別是將金屬不見保持在蝕刻浴中的浸漬時間在20與40秒之間，特別是約30秒?；旧陷^長的浸漬時間增加微蝕刻點蝕的比例，因此是不太優(yōu)選的。因此，浸漬時間是用于浸漬的時間，以及因此將金屬部件引入蝕刻浴中。

對于上述原因，金屬部件在蝕刻浴中的停留時間為60至110秒，特別是，85至95秒是優(yōu)選的。因此，在本發(fā)明的上下文中的停留時間被理解為金屬部件保留在蝕刻浴中的時間。

停留時間之后是浸出時間，其有利地特別是在20與40秒之間，特別是約30秒。浸出時間包括從金屬部件開始從蝕刻浴浸出到金屬部件從蝕刻浴完全浸出的時間幀。

微蝕刻點蝕與納米蝕刻點蝕的形成比例可能特別受到停留時間和浸出時間的適當變化的影響。特別是停留時間在這里起了很大的作用。

實現(xiàn)金屬部件表面的特別均勻的蝕刻，其中金屬部件在蝕刻浴中沿徑向延伸的環(huán)形路徑移動。因此，如果移動方向是可逆的，則是額外有利的。這些方法步驟尤其在制造用于渦輪增壓器的壓縮機葉輪中證明它們自己。通過在兩個方向上的旋轉(zhuǎn)運動，特別均勻地形成蝕刻以及因此隨后的涂層，使得壓縮機葉輪不再需要重新平衡。因此，通過進行重新平衡，在不需要對壓縮機葉輪進行額外的后處理下，因此提高了渦輪增壓器的聲學(xué)特性。

金屬部件在蝕刻浴中的旋轉(zhuǎn)速度有利地為10-15rpm。因此，在部件處促進蝕刻組合物的特別均勻的流動，并且另外從金屬部件去除的表面件的良好溶解和去除。此外，通過金屬部件在蝕刻浴中的動態(tài)運動，可以特別好地防止形成鋅酸鹽障壁或氧障壁。

通過使用包含鎳離子、大于10.3重量％以及特別是大于10.5重量％的磷和大于0.3重量％的銻的涂層組合物，其中百分比值在每種情況下是相對于涂層組合物的總重量，達到高度穩(wěn)定的涂層。通過這種方式，一方面實現(xiàn)了1.1至2％的高微伸長率，特別是通過高磷比例，其實現(xiàn)了涂層對金屬部件表面的極好粘附性，即使在高離心力的作用下，例如在壓縮機葉輪的操作期間發(fā)生。微伸長率因此由erichsen杯突測定。另一方面，表面上的鋅酸鹽分布被涂層組合物溶解。所設(shè)置的電荷交換因此導(dǎo)致用鎳晶種接種經(jīng)處理的金屬部件表面，隨后引入自動催化，從而保持涂層反應(yīng)的進展。

優(yōu)選地，涂層組合物中銻相對于涂層組合物的總重量的最大比例為0.5重量％。

特別地，在壓輪的制造中，通過使用先前提及的涂層組合物與通過使用堿性蝕刻劑e6產(chǎn)生納米蝕刻點蝕的組合產(chǎn)生了另外的優(yōu)點：壓縮機葉輪的固有頻率增加了2％。通過這種方式，在高轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以接近出人意料高的功率儲備。

可以進一步改善金屬部件的表面質(zhì)量，其中在含鎳涂層的化學(xué)沉積前，用含有硝石酸的溶液預(yù)處理金屬部件。

金屬部件有利地由鋁合金，特別是耐熱鋁合金形成。除鋁外，其它合金組分可以特別選自：硅(si)、鐵(fe)、銅(cu)、錳(mn)、鎂(mg)、鎳(ni)、鋅(zn)和鈦(ti)，以及其混合物。先前列出的合金組分相對于總合金的含量在每種情況下有利地小于3重量％。金屬部件優(yōu)選地由材料alcumgni或alcu2mgni形成。因此，先前公開的方法特別適用于制造alcumgni部件和alcu2mgni部件。特別地，這要追溯到堿性蝕刻劑e6非常有選擇地蝕刻的事實。在alcumgni或alcu2mgni的情況下，這意味著只有原鋁、fe-cu-ni沉淀相和mgsi2沉淀相溶解。這導(dǎo)致了特別高比例的納米蝕刻點蝕，從而導(dǎo)致隨后沉積的含鎳涂層在蝕刻金屬部件的蝕刻點蝕中的特別好的機械互鎖。因此，甚至復(fù)雜的部件也可以被高度精確地涂覆。因此，包含在工件中的銅額外地支持納米蝕刻點蝕的形成，因為其在蝕刻期間保留在金屬部件的表面處，并且通過占據(jù)表面位置來降低蝕刻強度?？梢栽谕扛睬俺ャ~，例如通過用鹽酸溶液處理。

根據(jù)本發(fā)明的用于金屬部件的特別優(yōu)選的材料具有以下組成：0.1-0.3重量％的si、0.7-1.7重量％的fe、1.6-2.9重量％的cu、0-0.25重量％的mn、1.1-1.9重量％的mg、0.7-1.5重量％的ni、0-0.15重量％的zn、0-0.25重量％的ti和al，其中al用于平衡。由上述材料制成的金屬部件的特征在于非常好的機械特性。

同樣根據(jù)本發(fā)明，還描述了鋁比例為至少50原子％的金屬部件，其特別地被設(shè)計成用于渦輪增壓器的壓縮機葉輪。金屬部件具有良好的粘附性的含鎳涂層，其含有大于10.3重量％的鎳，特別是大于10.5重量％的磷和超過0.3重量％的銻。在每種情況下，數(shù)量的指示是指涂層的總重量。金屬部件可以特別地根據(jù)先前公開的方法制造，并且其特征在于具有高表面質(zhì)量，以及含鎳涂層在金屬部件表面中具有優(yōu)異的機械固定，即使在金屬部件的操作條件或應(yīng)用條件下也能承受高機械和強化學(xué)載荷。

根據(jù)本發(fā)明的方法的先前列出的優(yōu)點，有益效果和改進也適用于根據(jù)本發(fā)明的金屬部件。

鑒于高表面質(zhì)量，涂層有利地在約20μm厚度的層厚度上具有最大±1.5μm的層厚度公差。這特別有助于壓縮機葉輪的降噪。

實現(xiàn)了涂層對金屬部件表面的特別良好的粘附性，因為金屬涂層的表面具有深度為0.1至1.5μm的第一凹陷。這些凹陷可以通過用堿性蝕刻劑e6蝕刻產(chǎn)生，并且也被稱為納米蝕刻點蝕。

第一凹陷有助于表面增加，其用作涂層的粘合劑基底，使得可以獲得含鎳層在金屬部件表面上的特別好的機械固定。

進一步有利地，金屬部件的表面可以具有深度為4至12μm的第二凹陷(微蝕刻點蝕)。

對于金屬部件的永久性和機械應(yīng)力高的涂層，即使在高離心力的影響下，相對于第一凹陷和第二凹陷的總體積，第一凹陷與第二凹陷的體積比為15:1至20:1。

此外，渦輪增壓器被描述為獨立處理的主題，其包括如前所述的金屬部件，特別是設(shè)計成壓縮機葉輪的金屬部件。

根據(jù)本發(fā)明的方法列出的優(yōu)點、有益效果和改進也可用于根據(jù)本發(fā)明的金屬部件和根據(jù)本發(fā)明的渦輪增壓器。

附圖說明

本發(fā)明的其它細節(jié)、優(yōu)點和特征來自隨后通過附圖對實施例的描述。

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的渦輪增壓器的局部剖視圖，

圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的金屬部件的截面的微觀剖視圖，以及

圖3顯示了說明來自圖2的根據(jù)本發(fā)明的金屬部件的機械強度的圖。

具體實施方式

圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的排氣渦輪增壓器的部分切割橫截面的透視圖。在圖1中顯示了渦輪增壓器1，其具有渦輪殼體2和經(jīng)由軸承殼體28連接到其上的壓縮機殼體3。殼體2、3和28沿旋轉(zhuǎn)軸線r布置。渦輪機殼體被顯示為部分切割的橫截面，以便闡明葉片軸承環(huán)6和由其徑向向外形成的導(dǎo)向擋板18的布置，并且葉片軸承環(huán)6具有分布在圓周上的多個導(dǎo)葉7，并且導(dǎo)葉具有樞軸8。通過這種方式，形成噴嘴橫截面，其根據(jù)導(dǎo)葉7的位置而變大或更小并撞擊安裝在旋轉(zhuǎn)軸線r的中心的渦輪機輪4，更多或更少的發(fā)動機廢氣通過供應(yīng)通道9供應(yīng)并通過中心噴嘴10排出，以便將位于渦輪機葉輪4上方的壓縮機葉輪17在同一軸上驅(qū)動。

為了控制導(dǎo)葉7的移動或位置，設(shè)置有致動單元11。這可以以任何方式設(shè)計，例如以控制殼體12的形式，控制殼體12控制固定到其上的挺桿零件14的控制運動，以便將挺桿零件在安裝在葉片軸承環(huán)6后面的調(diào)節(jié)環(huán)或保持環(huán)5上的運動轉(zhuǎn)換成調(diào)節(jié)環(huán)或保持環(huán)的輕微旋轉(zhuǎn)運動。在葉片軸承環(huán)6與渦輪機殼體2的環(huán)形零件15之間形成導(dǎo)葉7的間隙13。為了能夠確保該間隙13，葉片軸承環(huán)6具有間隔件16。

壓縮機葉輪17是本發(fā)明上下文中的金屬部件，由含有至少50原子％的鋁的金屬材料形成。壓縮機葉輪17具有含鎳涂層19。含鎳涂層19在每種情況下都含有相對于涂層19的總重量的鎳、大于10.3重量％的磷和大于0.3重量％的銻。在壓縮機葉輪17的表面形成凹陷，所謂的蝕刻點蝕，其通過在施加含鎳涂層19前對壓縮機葉輪17進行相應(yīng)的化學(xué)預(yù)處理而獲得，以優(yōu)化含鎳涂層19的粘附。

圖2詳細顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的金屬部件的截面的微觀截面圖，更確切地說是壓縮機葉輪17的截面。為此，將一片壓縮機葉輪17嵌入到嵌入裝置21中，并通過掃描電子顯微鏡(sem)以500x放大率進行檢查(顯微切片檢查)。因此，附圖標記20表示金屬材料，因此表示包含至少50原子％的鋁的材料。該材料特別是耐熱alcumgni或alcu2mgni材料。

為了制造壓縮機葉輪17，使用堿性蝕刻劑e6蝕刻由alcu2mgni材料制造的壓縮機葉輪，并且隨后將含鎳層19化學(xué)沉積在壓縮機葉輪17的表面上。在蝕刻過程期間，壓縮機葉輪17在徑向延伸的圓形路徑中移動并沿其移動方向周期性地反轉(zhuǎn)。

由于用選擇性有效的蝕刻劑e6進行蝕刻，在alcu2mgni材料的表面上形成蝕刻點蝕。這些是通過溶解原鋁和fe-cu-ni沉淀相和mgsi2沉淀相形成的凹陷。凹陷中的那些是深度為0.1至1.5微米的那些凹陷、所謂的納米蝕刻點蝕22、以及深度為4至12微米的那些凹陷，即所謂的微蝕刻點蝕。因此，納米蝕刻點蝕22的比例對于涂層19對金屬部件20的表面的良好粘附性是起決定性的。

圖2顯示了納米蝕刻點蝕22在整個金屬材料表面上形成。含鎳涂層19已經(jīng)凹陷到這些凹陷中。由于納米蝕刻點蝕22具有非常小的最大深度，即最大1.5μm，所以壓縮機葉輪17與壓縮輪17周圍接觸的表面23不會被涂層19沉入而變形。因此，壓縮機葉輪17的表面質(zhì)量很高。

含鎳涂層19在每種情況下都包含相對于涂層19的總重量的鎳、大于10.3重量％的磷和大于0.3重量％的銻(最大0.5重量％的sb)。涂層19產(chǎn)生一種束縛效果并且非常好地粘附到金屬部件20上。層厚度為23至28μm，層厚度公差為±1.5μm。

檢查壓縮機葉輪17的機械強度。

因此，顯示了，與傳統(tǒng)的壓縮機葉輪相比，壓縮機葉輪17的固有頻率增加了2％。這追溯到含鎳涂層19的束縛效應(yīng)，以及鎳納米涂層19在納米蝕刻點蝕22中的非常好的互鎖。因為較高的固有頻率，所以在上轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以接近意外高的功率儲備。

因為進行堿性蝕刻劑e6進行蝕刻，其在蝕刻浴中在55至65℃的溫度下進行，浸漬時間約30秒，停留時間約85至95秒，浸出時間約30秒，獲得均勻的蝕刻點蝕分布，這引起在整個表面上的宏觀上的僅僅邊際變化，使得在涂覆后，可以省略壓縮機葉輪17的再平衡。通過這種方式，不僅可以降低成本，而且可以防止在再平衡期間由銑削產(chǎn)生的涂層的缺陷。通過這種方式，獲得了永久穩(wěn)定的含鎳涂層19，即使在更長時間使用壓縮機葉輪17后也具有非常好的耐腐蝕性。

根據(jù)本發(fā)明制造的壓縮機葉輪17的有利特征在所謂的旋轉(zhuǎn)試驗中表現(xiàn)得特別令人印象深刻。旋轉(zhuǎn)試驗的結(jié)果以圖3的形式呈現(xiàn)。

在旋轉(zhuǎn)試驗中，其微觀結(jié)構(gòu)在圖2中示出的壓縮機葉輪通過驅(qū)動和壓縮機葉輪接收器在試驗框架中從20,000rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))加速至250,000rpm。這對應(yīng)于一個周期。檢查了10個相應(yīng)制造的壓縮機葉輪，并將生命周期結(jié)果總結(jié)在圖3中作為結(jié)果a。根據(jù)本發(fā)明的壓縮機葉輪17的生命周期在27,000和30,000個周期之間，因此平均約28,500個周期。對于沒有根據(jù)本發(fā)明施加的涂層的常規(guī)壓縮機葉輪，例如使用電鍍鎳層，生命周期在11,000與18,000個周期之間，因此平均約14,250個周期(參見圖3中的結(jié)果b)。因此，使用根據(jù)本發(fā)明的涂層，壓縮機葉輪17的壽命周期明顯增加將近100％。

以下驗證測試同樣有好的結(jié)果：

戶外風化試驗

氣候變化試驗

在平均旋轉(zhuǎn)速度下用塵粒進行轟擊試驗

劃痕測試

彎曲強度試驗，用于確定粘附性并確認涂層粘附的穩(wěn)定性

壓縮機葉輪17的硬度在550hv與650hv之間。

除了本發(fā)明的書面描述外，文中明確引用文獻以說明圖1至圖3中的本發(fā)明的描述作為其補充公開內(nèi)容。

附圖標記列表

1渦輪增壓器

2渦輪機外殼

3壓縮機外殼

4渦輪機葉輪

5調(diào)節(jié)環(huán)或保持環(huán)

6葉片軸承環(huán)

7導(dǎo)葉

8樞轉(zhuǎn)軸

9供應(yīng)通道

10軸向噴嘴

11致動單元

12控制外殼

13導(dǎo)葉7的間隙

14挺桿零件

15渦輪機外殼2的環(huán)形零件

16間距/間隔凸輪

17壓縮機葉輪

18導(dǎo)向擋板

19含鎳涂層

20金屬部件

21嵌入裝置

22納米蝕刻點蝕

23含鎳涂層的表面

28軸承外殼

r旋轉(zhuǎn)軸線