[发明专利]一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴

权利要求书

1.一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：包括涡轮和转轴两部分焊接而成；

所述涡轮由内至外分为三层结构，分别为内部主体、过渡层与叶片层；其中，内部主体采用传统镍基合金钢，为通过铸造成型方法制造的均匀回转体；过渡层采用DOS高温合金粉末，是基于马氏体钢和铁素体钢的基础上，形成的一种具有承受高中子通量的理想核包壳材料，由于本身的晶体结构，体立方中心的钢基体可以形成具有弥散的柯氏气体团，过渡层材料特性界于K418和陶瓷之间，烧结到内部主体上；叶片层采用氮化硅和氧化锆混合陶瓷材料；叶片层具有轮毂表层以及轮轴外壁周向排列的涡轮叶片；叶片层采用瞬间液相粘接成型，具体步骤如下：

1)将陶瓷粉末与无机粘结剂粉末按重量比1∶1.5混合来制备起始粉末；

2)采用增材制造工艺将起始粉末在过渡层上成型叶片层；

3)采用部分瞬间液相烧结来使成型的叶片层致密化；

所述的转轴一端与涡轮采用空心摩擦焊接方式同轴连接。

2.如权利要求1所述一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：镍基合金钢选用镍基合金钢K418，密度8.0kg/cm^3，线膨胀系数12.6e-6/℃，导热率10.15W/m.℃，耐热性800℃。

3.如权利要求1所述一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：氮化硅和氧化锆混合陶瓷材料密度3.2kg/cm^3，线膨胀系数3.2e-6/℃，导热率29.3W/m.℃，耐热性1000℃。

4.如权利要求1所述一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：转轴材料为42CrMo。

5.如权利要求1所述一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：内部主体的铸造方式为：

a、采用溶模铸造工艺，选用低温蜡CP200作为熔模材料，静置除水处理，成型内部主体蜡模；

b、采用硅溶胶粘接剂制浇注内部主体蜡模，工艺过程为上涂料、撒砂和干燥；

c、对步骤b中浇注后的内部主体蜡模熔模脱蜡，得到内部主体模壳；

d、焙烧内部主体模壳；

e、合金熔化，并浇注主体模壳；

f、振壳和抛丸清壳。

6.如权利要求5所述一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：步骤b中：涂料由粉料和硅溶胶混合制成，包括面层涂料、过渡层涂料和背层涂料；面层涂料采用70目锆英砂作为面层撒砂；过渡层涂料采用30～60目煤矸石撒砂；背层涂料采用16～24目煤矸石撒砂；面层涂料的粉料和硅溶胶混合比例为3.7∶1；过渡层涂料的粉料和硅溶胶混合比例为2.0∶1；背层涂料的粉料和硅溶胶混合比例为1.4∶1；面层涂料和过渡层涂料的粉料均为325目锆英粉；背层涂料的粉料采用270～320目的煤矸石粉，耐火度大于1450℃。

7.如权利要求1所述一种低惯量、快速响应的金属陶瓷复合材料涡轮转轴，其特征在于：过渡层通过高温合金粉末注射成型；

将DOS高温合金粉末与粘接剂硅溶胶按重量比1∶1.5的比例进行配比，搅拌约40min后制成膏状物；然后加入注射机储存罐中，静置30min后，将膏状物注入带有内部主体的过渡层模具中，模具需预热至300℃，加压成型；将成型好的内部主体和过渡层放入烘干炉内定型干燥，温度120℃～200℃，时间24～30h。