JP2008180211A

JP2008180211A - 燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法

Info

Publication number: JP2008180211A
Application number: JP2007272213A
Authority: JP
Inventors: Eckard Aust; アウストエッカルド; Wolfgang Limberg; リンベルクウオルフガング; Ralf Pieplow; ピープロウラルフ; Nils Mildner; ミルトナーニルス
Original assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Current assignee: GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date: 2006-10-20
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US20080092383A1; DE102006049844A1; EP1925682B1; EP1925682A1; DE502007002782D1; ATE457039T1; ES2337302T3; CN101413410B; PT1925682E; CN101413410A

Abstract

【課題】本発明は、燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法、特に、中空弁部品の製造方法に関する。この製造方法によりはじめて、従来の材料に加え粉末状チタン系合金がこれらの部品に加工できる。
【解決手段】この製造方法において、金属粉末および／または金属合金粉末が配合機中で結合剤および必要であれば融剤と混合され、混合物は射出成形により付形され、付形された配合物は化学的に分離され、化学的に分離された配合物は４５０℃未満の温度で熱的に分離され、化学的、熱的に分離された配合物は上記金属および／または金属合金の溶融温度未満の温度で焼結されて、上記部品が製造される。これらの部品は、従来のように型締付けおよび加力締付け法、さらに溶融結合法により互いに組み合わせることができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法、特に、中空弁部品の製造方法に関する。

今日、燃焼エンジンは、高い性能と低い燃料消費量を兼備することが期待されている。
燃焼エンジンに用いられるようなガス交換弁は、非常に高い操作温度と機械的応力に耐えることができなければならない。各吸気工程で、入口弁周囲を流れる補給冷ガスで冷却される入口弁は、５００℃以上の弁体温度に達する。出口弁は８００℃以上の温度に達する。

弁は可動部品なので、適用される駆動力は揺動質量、すなわち、弁、の重量とともに指数関数的に増大する。したがって、機械的強度と熱的強度を喪失せずに重量に関して弁をさらに最適化する必要がある。

独国特許出願公開１９８０４０５３（ＤＥ，Ａ１）

心棒、弁コーンおよび弁体を持ち、弁コーンと弁体とがキャビティを形成する中空弁は、例えば特許文献１から知られている。そのような中空弁または中空弁部品は現在、熱押出または据込みおよび鍛造により成形されている。材料Ｎｏ．１．４８８２（X 50 CrMnNiNbN 21 9）、１．４８７１（X 53 CrMnNiN 21 9）または２．４９５５（NiFe 25 Cr 20 NbTi）のような耐熱鋼が、主として弁コーンおよび弁体に用いられている。他の材料、特に粉末形チタン系軽量材料は、酸素、窒素および炭素に比べチタンの反応性が高く、材料の脆化を伴うので、上記の方法を用いては中空弁部品に加工できないか、または有利には加工できない。

したがって、本発明の目的は、燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法、特に、他の材料も有利に加工できる、弁コーンまたは弁体のような中空弁部品の製造方法、を提供することである。

上記の目的は、燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法であって、
（ａ）金属粉末および／または金属合金粉末が配合機中で結合剤および必要であれば凝集材料と混合され、
（ｂ）上記混合物が射出成形により付形され、
（ｃ）付形された配合物が化学的に分離され、
（ｄ）化学的に分離された配合物が４５０℃未満の温度で熱的に分離され、
（ｅ）化学的、熱的に分離された配合物が上記金属および／または金属合金の溶融温度未満の温度で焼結されて、上記部品が製造される、
製造方法により達成される。

本発明に係る方法では、マルテンサイト系−フェライト系およびオーステナイト系鋼またはニッケル系合金に加え、特にチタン系材料も中空弁部品に有利に加工できるので、既知の中空弁に比べいっそうの重量節減が達成できる。アルミニウムおよび／またはバナジウムを追加成分として含有するチタン合金を用いるのが好ましい。これらの付加的合金成分は各々、合金の全重量に対し２〜１０重量％の量で含有されているのが好ましい。

結合剤は、以下からなる群から選ばれるのが好ましい：ポリアミド類、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、スチレン−アクリロニトリル−共重合体、ポリイミド、天然ワックス類および天然油類、熱硬化性プラスチック類、シアン酸塩類、ポリプロピレン、ポリアセテート、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、アニリン類、鉱油類、水、寒天、グリセロール、ポリビニルブチリル、ポリブチルメタクリレート、セルロース、オレイン酸、フタレート類、パラフィンワックス類、カルナバ蝋、ポリアクリル酸アンモニウム、ステアリン酸ジグリセリドおよびオレイン酸ジグリセリド、グリセリルモノステアレート、イソプロピルチタネート、ステアリン酸リチウム、モノグリセリド類、ホルムアルデヒド、オクタン酸ホスフェート、スルホン酸オレフィン、リン酸エステル類、ステアリン酸、およびこれらの混合物。結合剤の容積割合は、好ましくは６０％未満、より好ましくは２０〜５０％である。

配合機における混合は、好ましくは５０〜２５０℃、最も好ましくは９０〜１５０℃の温度で実施する。

射出成形も好ましくは混合物の温度９０〜１５０℃で、好ましくは４００〜８００バールの圧力で行なう。

化学的分離はパラフィン浴中、好ましくはヘキサン浴中で実施するのが好ましい。化学的分離は、好ましくは１０〜６５℃、より好ましくは３０〜５０℃の温度で実施する。

熱的分離は、４５０℃未満、好ましくは２００〜３５０℃の温度で、好ましくは真空下に、好ましくは２〜２０ミリバールの圧力で実施する。

焼結は、好ましくは金属または金属合金の溶融温度の８０〜９０％で、より好ましくは不活性ガス雰囲気下で実施する。不活性ガスはアルゴンであるのが好ましい。または、焼結は真空下でも実施できる。この場合には、圧力は好ましくは１０^-3〜１０^-5ミリバールである。

このようにして製造される中空弁部品は、従来のように型締付けおよび加力締付け法、さらに溶融結合法により互いに組み合わせることができる。例えば、弁体と弁コーンとは焼きばめにより組み合わせることができる。弁コーンと弁心棒とは溶融結合法で組み合わせることができる。

好ましい実施形態：
上述の方法を用いて、６重量％のアルミニウムと４重量％のバナジウムを含有するチタン合金を弁体と弁コーンに加工した。弁コーンと弁体は焼きばめにより組み合わせた。

組み合わされた弁体と弁コーンの平面図と線Ａ−Ａについての断面図である。好ましい実施形態にしたがい製造した中空弁部品であり、全体の部品の状態（右）と分割した状態（左）を示す。

Claims

燃焼エンジン用またはタービン用部品の製造方法であって、
（ａ）金属粉末および／または金属合金粉末が配合機中で結合剤および必要であれば凝集材料と混合され、
（ｂ）上記混合物が射出成形により付形され、
（ｃ）付形された配合物が化学的に分離され、
（ｄ）化学的に分離された配合物が４５０℃未満の温度で熱的に分離され、
（ｅ）化学的、熱的に分離された配合物が上記金属および／または金属合金の溶融温度未満の温度で焼結されて、上記部品が製造される、
製造方法。
上記部品が中空弁部品であることを特徴とする、請求項１記載の製造方法。
上記中空弁部品が弁コーンである、請求項２記載の製造方法。
上記中空弁部品が弁体である、請求項２記載の製造方法。
チタン合金が金属合金粉末として用いられることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか記載の製造方法。
上記チタン合金はアルミニウムおよび／またはバナジウムを追加成分として含有していることを特徴とする、請求項５記載の製造方法。
上記チタン合金は上記合金の全重量に対し２〜１０重量％のアルミニウムおよび／または２〜１０重量％のバナジウムを含有していることを特徴とする、請求項６記載の製造方法。
上記結合剤は以下からなる群から選ばれることを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法：ポリアミド類、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、スチレン−アクリロニトリル−共重合体、ポリイミド、天然ワックス類および天然油類、熱硬化性プラスチック類、シアン酸塩類、ポリプロピレン、ポリアセテート、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、アニリン類、鉱油類、水、寒天、グリセロール、ポリビニルブチリル、ポリブチルメタクリレート、セルロース、オレイン酸、フタレート類、パラフィンワックス類、カルナバ蝋、ポリアクリル酸アンモニウム、ステアリン酸ジグリセリドおよびオレイン酸ジグリセリド、グリセリルモノステアレート、イソプロピルチタネート、ステアリン酸リチウム、モノグリセリド類、ホルムアルデヒド、オクタン酸ホスフェート、スルホン酸オレフィン類、リン酸エステル類、ステアリン酸、およびこれらの混合物。
上記混合物中の上記結合剤の容積割合は６０％未満であることを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記混合物中の上記結合剤の容積割合は２０〜５０％であることを特徴とする、請求項９記載の製造方法。
上記配合機における上記混合は５０〜２５０℃の範囲内の温度で実施することを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記射出成形は上記混合物の温度９０〜１５０℃で行なうことを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記射出成形は４００〜８００バールの温度で行なうことを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記化学的分離はヘキサン浴中で実施することを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記化学的分離は１０〜６５℃の温度で実施することを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記化学的分離は３０〜５０℃の温度で実施することを特徴とする、請求項１５記載の製造方法。
上記熱的分離は２〜２０ミリバールの圧力で実施することを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記焼結は上記金属または金属合金の溶融温度の８０〜９０％で実施することを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記焼結は不活性ガス雰囲気下で実施することを特徴とする、前述の請求項のいずれか記載の製造方法。
上記不活性ガスはアルゴンであることを特徴とする、請求項１９記載の製造方法。
上記焼結は真空下で実施することを特徴とする、請求項１乃至１８のいずれか記載の製造方法。
チタン系合金から構成されていることを特徴とする、請求項１乃至２１のいずれか記載の製造方法により製造される中空弁部品。
上記チタン系合金はチタンに加え２〜１０重量％のアルミニウムおよび／または２〜１０重量％のバナジウムを含有していることを特徴とする、請求項２２記載の中空弁部品。