專利名稱：粉末金屬渦管以及制造其的燒結(jié)-釬焊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦旋式機(jī)器，更具體而言，涉及渦旋式壓縮機(jī)和制造渦旋式壓縮機(jī)的組件的方法。
背景技術(shù)：
該部分說明僅提供與本公開內(nèi)容相關(guān)的背景信息，可以不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。渦旋型機(jī)器通常用作制冷和空調(diào)應(yīng)用中的壓縮機(jī)，其主要原因是它們具有高效的運行。渦旋式壓縮機(jī)通常由含鐵材料制成。經(jīng)常向材料中添加碳以提供特定期望性質(zhì)，例如強(qiáng)度和摩擦學(xué)(tribological)益處。例如，可以在燒結(jié)之前向鐵粉添加石墨以提供某些具有期望的磨損性能的燒結(jié)物體。然而，形成含鐵材料的多種冶金工藝(包括粉末冶金技術(shù))存在形成某些不期望的碳化物的現(xiàn)象。而且，如在本公開內(nèi)容中更詳細(xì)描述的，游離碳如石墨的存在潛在地影響渦旋式組件之間形成的接頭的品質(zhì)，如在燒結(jié)期間形成的釬焊接頭。因此，期望形成如下渦旋式組件形成優(yōu)異的渦旋式組件和壓縮機(jī)，并且同時盡可能少地形成不期望的碳化物并且增強(qiáng)連接品質(zhì)和能力以使得幾個組件之間容易加工。

發(fā)明內(nèi)容
本教導(dǎo)一般涉及渦旋壓縮機(jī)，更具體而言，涉及由用于渦旋壓縮機(jī)的多個渦旋組件形成的子組合件的連接。在一個方面，形成渦旋構(gòu)件的方法包括將釬焊材料設(shè)置在形成于第一渦旋組件的一部分和第二渦旋組件的一部分之間的連接界面區(qū)域中，其中所述第一和所述第二渦旋組件中的至少其一由粉末金屬材料形成。此外，所述第一和所述第二渦旋組件中的至少其一包括鐵合金，所述鐵合金具有的總碳量中約95wt%以上以與所述鐵合金中使碳遷移最少化的物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)的形式存在于所述鐵合金中。然后，利用加熱過程對其間具有釬焊材料的第一渦旋組件和第二渦旋組件進(jìn)行進(jìn)一步加工以燒結(jié)-釬焊第一和第二渦旋組件與釬焊材料，以形成具有將所述第一渦旋組件的一部分接合至所述第二渦旋組件的一部分的釬焊接頭的渦旋構(gòu)件。在另一方面，本公開設(shè)計形成渦旋構(gòu)件的方法，其包括利用第一加熱過程加熱包括粉末金屬材料的第一渦旋組件。然后，將釬焊材料設(shè)置在所述第一渦旋組件的一部分和第二渦旋組件的一部分之間。利用第二加熱過程來加熱第一和第二渦旋組件以燒結(jié)-釬焊其間具有釬焊材料的第一渦旋組件和第二渦旋組件以形成其具有將第一組件的一部分接合至第二組件的一部分的釬焊接頭的渦旋構(gòu)件。在其他變化方案中，本公開提供一種形成渦旋構(gòu)件的方法，包括通過壓制包含鐵、 銅、石墨和不同潤滑劑的粉末金屬材料以形成生坯中心件，其中粉末金屬混合物的總碳量為約0. 以上且約0. 6wt%以下。在第一燒結(jié)過程中至少部分燒結(jié)生坯中心件以形成中心件結(jié)構(gòu)，由此將約95wt%以上的石墨引入一個或更多個晶體穩(wěn)定相中。然后，將釬焊材料設(shè)置在中心件結(jié)構(gòu)和粉末金屬漸開部分的一部分之間形成的連接界面附近的區(qū)域中以形成子組合件。最后，熱加工子組合件以燒結(jié)-釬焊子組合件來形成包括釬焊接頭的渦旋構(gòu)件。此外，在某些變化方案中，本公開提供渦旋組件子組合件，包括螺旋漸開式渦旋組件；具有第一主表面和第二相反主表面的基板，其中第一主表面接合至漸開式渦旋葉片組件，并且第二相反主表面限定接合部分。渦旋組件子組合件還包括通過釬焊接頭緊固至基板的接合部分的中心件，其中中心件通過粉末冶金法形成，并且包括包含鐵、碳和銅的合金。在將中心件接合至基板的接合部分之前，在中心件中存在的約95wt%以上的碳基本上被引入由鐵和/或銅形成的一個或更多晶體結(jié)構(gòu)例如珠光體相中。從下文提供的詳細(xì)描述，本教導(dǎo)的其他可應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒆兊妹黠@。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)說明和特定實例僅用于舉例說明的目的，而無意于限制權(quán)利要求書的范圍。


本文所述的附圖僅用于舉例說明的目的，而無意于以任何方式限制本公開的范圍。從以下詳細(xì)說明和附圖，本發(fā)明的教導(dǎo)將變得更全面地理解，附圖中圖1是穿過具有根據(jù)本教導(dǎo)的渦旋式組件的渦旋型制冷壓縮機(jī)中心的垂直截面視圖；圖2是組裝形式的軌道渦旋式構(gòu)件子組合件的截面視圖；圖3A是組裝形式的軌道渦旋式構(gòu)件子組合件的分解透視圖，所述子組合件包括根據(jù)本公開某些方面形成的具有中心件的基板的漸開式葉片組件，圖:3B是組裝形式的非軌道渦旋式構(gòu)件子組合件的分解透視圖，所述子組合件包括根據(jù)本公開某些方面形成的基板的漸開式葉片組件；圖4A是軌道渦旋式構(gòu)件子組合件的分解透視圖，所述子組合件包括根據(jù)本公開某些方面形成的具有槽和連接中心件的基板的漸開式葉片組件，圖4B是非軌道渦旋式構(gòu)件子組合件的分解透視圖，所述子組合件包括根據(jù)本公開某些方面形成的具有槽的基板的漸開式葉片組件；圖5是根據(jù)本發(fā)明原理的另一變化方案的分解透視圖，其具有包括漸開式葉片組件和基板的軌道渦旋式構(gòu)件子組合件；圖6是兩個粉末金屬組件接合的部分放大視圖；圖7是軌道渦旋式構(gòu)件子組合件的變體的截面視圖，其具有中心件和漸開式渦旋組件，所述漸開式渦旋組件具有組裝形式的基板和一體式漸開渦管；圖8是在與中心件接合形成軌道渦旋構(gòu)件之前圖7中具有基板和一體式漸開渦管的漸開式渦旋組件的平面視圖；圖9是沿圖8的線9-9截取的部分截面視圖，其顯示漸開式渦旋部分的基板的第二主表面的接合區(qū)域；圖10和11是根據(jù)本教導(dǎo)的渦旋組件的子組合件的連接界面區(qū)域的部分放大視圖；圖12A是掃描電子顯微鏡(SEM)顯微照片，其顯示釬焊影響區(qū)域，其中釬焊接頭中線標(biāo)記為區(qū)域A (對應(yīng)于白色區(qū)域)，釬焊合金的擴(kuò)散區(qū)域通常在區(qū)域B中標(biāo)出(對應(yīng)于較淺的灰色區(qū)域)，粉末金屬區(qū)域的釬焊影響區(qū)域標(biāo)記為區(qū)域C(對應(yīng)于深灰色區(qū)域)；圖12B描述圖12A中顯示的相同連接區(qū)域，其具有與碳的元素分布重疊的通過能量色散譜(EDQ獲得的碳點圖，由此顯示局部區(qū)域中碳的耗盡；和圖13A和1 是在過渡到粉末金屬組件主體的釬焊影響區(qū)域(在連接界面區(qū)域處)的周圍拍攝的光學(xué)顯微照片。圖13A顯示在沒有預(yù)先燒結(jié)中心件的情況下通過燒結(jié)釬焊引起的共晶碳化物(白色區(qū)域)的形成，其中共晶碳化物封閉在插入物中。圖1 顯示在根據(jù)本發(fā)明公開描述的原理利用部分和/或完全燒結(jié)的中心件的燒結(jié)-釬焊接頭中不形成這類碳化物的情況。
具體實施例方式以下說明在性質(zhì)上只是舉例說明，而無意于限制本公開、應(yīng)用或用途。本教導(dǎo)提供利用粉末冶金技術(shù)來形成渦旋式壓縮機(jī)的方法。本文所用的術(shù)語“粉末冶金”涵蓋那些采用粉末狀(即粉末)金屬材料(例如，多個金屬顆粒)以利用燒結(jié)形成離散形狀的金屬組件的技術(shù)，其中粉末團(tuán)或粉末體被加熱至低于粉末材料的主要組分熔點的溫度，由此有助于各顆粒的冶金結(jié)合和/或熔合。在多個方面，粉末金屬材料包括平均粒徑約10微米(μ m) 以上、任選約100微米(μπι)以上的多個顆粒，在多個方面，其通常具有約200微米(μπι) 以上的平均粒徑。這些粒徑在性質(zhì)上只是舉例說明，而不是限制。粉末冶金技術(shù)在美國專利No. 6，705，848中描述，其公開內(nèi)容通過引用全文并入本文。合適的粉末冶金技術(shù)的特定實例包括常規(guī)的壓縮粉末冶金(Ρ/Μ)。在Ρ/Μ技術(shù)中，在模具中將粉末金屬材料壓制成“生坯形式”，然后根據(jù)所選擇的金屬成分在可控氣氛爐中加熱至燒結(jié)溫度。例如，在用于PM結(jié)構(gòu)部件的材料標(biāo)準(zhǔn)的Metal Powder Industries Federation MPIF Standard 35 (Rev. 2007)中描述了合適的粉末金屬材料，所述文獻(xiàn)的相關(guān)部分通過引用并入本文。本文所引用的所有文獻(xiàn)分別以其全文通過引用明確并入本文。 在多個方面，粉末金屬材料包括鐵，因此是含鐵的，例如鐵合金。雖然燒結(jié)溫度取決于所選擇的粉末金屬材料和最終產(chǎn)品的期望的性質(zhì)，但是鐵合金通常需要較高的燒結(jié)溫度。在ASM International Handbook Volume 7 (Powder Metal Technologies and Applications, pp. 468-503(1998))中闡述用于示例性鐵合金或鐵基合金的合適燒結(jié)溫度。例如，鐵、銅和碳的合金具有約1900 0F (1037°C )以上且約M00 0F (1316°C )以下的燒結(jié)溫度范圍；例如，作為非限制實例，合適的范圍包括約2050 °F (1120°C )以上且約2100 °F (1150°C )以下的那些。在某些方面，在燒結(jié)粉末金屬生坯組分的相同加熱過程期間，可以形成一個或更多個釬焊接頭，由此使這些組分進(jìn)行燒結(jié)釬焊以利用釬焊接頭將其結(jié)合。形成包含鐵合金的渦旋式組件的許多方法(包括粉末冶金法)將含碳成分如石墨引入材料中。然而，這種含碳組分的使用存在潛在問題。例如，對結(jié)合組分使用某些對碳有害的釬焊材料可能潛在地導(dǎo)致形成碳耗盡或碳富集的區(qū)域。如果滿足有利的熱動力學(xué)條件 (例如，溫度和碳含量)，會出現(xiàn)局部熔化，并且可能在釬焊接頭的外圍形成稱為萊氏體的鐵-碳共晶體。該共晶碳化物可在晶粒中或晶粒邊界處作為網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)。在其它情況下，該共晶碳化物可與在其它金相組織中發(fā)現(xiàn)的更優(yōu)良和期望的二次碳化物如珠光體體(其為兩相混合物稱為鐵素體的α 和稱為碳化鐵的!^3C)截然不同。雖然也取決于加工溫度和存在的其它合金元素，但是更為優(yōu)良的碳化物相如珠光體體傾向于在具有相對低濃度的可用碳的區(qū)域中形成，而不期望的共晶碳化物相通常在具有較高碳濃度的區(qū)域中形成。共晶碳化物通常是非常硬的相(可能達(dá)到70ROckWell C硬度級)，因此高度耐磨。由于其耐磨性能，如果機(jī)械加工工具接觸共晶碳化物，則共晶碳化物可顯著降低任何特定的含鐵部件或組件的機(jī)械加工性。這些共晶碳化物的存在對高容量機(jī)械加工(例如經(jīng)常在渦旋式壓縮機(jī)制造期間采用的)可具有不利影響。因此，為了提高組件如渦旋式壓縮機(jī)組件的可機(jī)械加工性，期望的是使金屬表面附近不期望的共晶碳化鐵的形成最少。這類方法將在下文更詳細(xì)地描述。而且，根據(jù)本教導(dǎo)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，有害的碳累積可能導(dǎo)致釬焊合金滲透到粉末金屬的多孔結(jié)構(gòu)中的問題，并且可能影響其中形成的任何釬焊接頭的完整性。常規(guī)地，在燒結(jié)之前余留在利用粉末金屬形成的金屬部件中的碳為純的未反應(yīng)石墨的形式。雖然不限于本公開所適用的原理，但是據(jù)信該形式的碳容易反應(yīng)并且在燒結(jié)釬焊溫度下表現(xiàn)出高流動性。該石墨還用作用于不期望的碳化物(如共晶碳化物)的碳的來源。由于共晶碳化物可在形成于第一渦旋式組件和第二渦旋式組件之間的釬焊接頭界面區(qū)域附近形成，所以本教導(dǎo)尤其適合于形成釬焊接頭。在某些方面，本教導(dǎo)采用雙燒結(jié)工藝來形成通過釬焊接頭接合的組合件。這類加工方法尤其適用于需要機(jī)械加工的渦旋式壓縮機(jī)中的部件(例如在下文將詳細(xì)描述的中心件組件)。因此，經(jīng)過本發(fā)明方法結(jié)合在一起的組件在機(jī)械加工方面提供顯著改進(jìn)。形成渦旋式組成部件(包括在燒結(jié)期間形成的釬焊接頭)的本發(fā)明方法涉及使用至少一種粉末金屬材料來形成將要在渦旋式組件組合件或子組合件中結(jié)合的至少一個組件。例如，如果利用根據(jù)本發(fā)明的第一燒結(jié)過程部分或完全燒結(jié)渦旋式組件并且隨后利用第二燒結(jié)過程燒結(jié)釬焊而結(jié)合至對應(yīng)部件，則較不可能出現(xiàn)釬焊所引起的共晶碳化物。根據(jù)本發(fā)明的某些原理，在第一燒結(jié)工藝期間，石墨經(jīng)熱處理而被再分布，使得碳在用于燒結(jié)的第一加熱過程之后與鐵一起被轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的相(例如包括鐵素體和碳化鐵的珠光體相)。同樣，其他碳化物可利用其他合金元素物質(zhì)如鉻、鉬、釩和/或其等同物形成。在其他方面，主要認(rèn)為諸如銅的物質(zhì)抑制碳在金屬合金中的流動性。因此，在一些方面，在含鐵粉末金屬材料中存在的大部分碳被引入晶體結(jié)構(gòu)中(例如形成珠光體體)，由此處于結(jié)合狀態(tài)，其活性低于純的石墨。因此，在隨后的釬焊期間碳較不可能用于(例如，能夠“自由斷裂”)形成不期望的、釬焊所引起的共晶碳化物。因此，將要通過燒結(jié)釬焊接頭接合的至少一個組件是其中以在釬焊期間使碳遷移最少的物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)的形式存在于鐵合金中的至少95wt %總碳量的含鐵金屬。在某些方面，在鐵合金選擇為粉末金屬材料的情況下，本公開提供第一燒結(jié)步驟，通過引入結(jié)合或反應(yīng)形式的碳(例如，在晶體微結(jié)構(gòu)如珠光體相中，其將在下文更詳細(xì)地描述)來確保存在最少活性碳的碳再分布。根據(jù)本公開的某些原理，不管是否利用粉末金屬材料或其他鐵合金材料來形成渦旋式組件，優(yōu)選在形成釬焊接頭的燒結(jié)過程之前使碳的流動性最小，以使碳不具有活性并且在燒結(jié)釬焊期間不隨釬焊材料有害地移動或遷移而影響連接品質(zhì)。因此，在某些方面，在第一燒結(jié)過程中加熱將要通過燒結(jié)釬焊結(jié)合的生坯渦旋式組件中的至少其一以將約95%以上的石墨引入一個或多個穩(wěn)定的晶體相中。穩(wěn)定的晶體相是指碳與合金中的一種或更多種物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)以在材料微結(jié)構(gòu)中(例如，在一個或更多個相中)具有降低的流動性，從而在釬焊溫度下碳的流動性最小，以將碳的局部累積降低至低于能夠在加熱過程中在釬焊接頭附近形成顯著的共晶碳化物(其對可機(jī)械加工性產(chǎn)生不利影響)的可能濃度。在某些方面，如果金屬合金的孔隙度最小或不存在，則可忽略的量的碳化物有可能以有害方式累積，原因是釬焊材料僅沿部件的表面流動。因此，在選擇鑄鐵、擠塑或形變加工部件如中心件組件時，期望選擇具有相對低碳含量的材料，以便因為選擇在鐵合金中存在的總碳量的約95wt%以上以與使碳遷移最小化的物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)的形式存在的材料而形成可忽略的量的碳化物。盡管可使用形變加工組件，但是同樣可考慮使用鑄造、鍛造或形成具有相對低碳含量且不導(dǎo)致具有過大孔隙度的基體的任何其他制造工藝。因此， 在某些替代方面，通過選自鍛造、擠出、形變加工(wrought)、鑄造(casting)等的冶金工藝來形成第一渦旋式組件。通常，在這種情況下，利用粉末冶金技術(shù)形成第二渦旋式組件。在中心件組件的上下文中，在某些變化方案中，期望約0. 以上的碳含量以保持耐磨性。在某些方面，利用其他金屬成型工藝(除粉末金屬燒結(jié)之外)形成的中心件的碳含量上限范圍可以比其粉末金屬對應(yīng)部件的上限范圍更靈活，原因是孔隙度降低，并且相應(yīng)地降低經(jīng)歷與碳化物形成有關(guān)的問題的可能性。因此，在某些方面，用于通過除粉末冶金之外的其他金屬成型工藝所形成的渦旋式壓縮機(jī)的鋼或鐵合金組件(例如鑄造金屬組件) 任選具有約4. 3wt%以下的碳含量。在某些替代的變化方案中，碳含量約以下；任選約3. 5wt%以下；任選約3wt%以下；任選約2. 5wt%以下；和任選約Iwt %以下。在某些替代的變化方案中，碳含量為約0. 9wt%以下；任選約0. Swt %以下；任選約0. 7wt%以下；任選約0. 6wt%以下；和任選約0. 5wt%以下。因此，根據(jù)本教導(dǎo)的某些方面，提供一種使釬焊引起的共晶碳化物的形成最少的形成渦旋式構(gòu)件的方法。這種方法包括將金屬組分和至少一種合金元素混合以形成粉末金屬材料。在多個方面，粉末金屬材料包括防止碳在進(jìn)行釬焊材料燒結(jié)釬焊的燒結(jié)過程期間在粉末金屬材料中遷移的物質(zhì)。該物質(zhì)包括這類組件的元素、相和合金。在多個方面，與碳反應(yīng)和/或結(jié)合或阻止碳在粉末金屬材料中的流動性的物質(zhì)包括但不限于選自鐵(Fe)、銅 (Cu)、釩(V)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、其等同物、合金和組合的元素。本教導(dǎo)涉及鐵金屬，因此，通常可將銅、釩、鉻、鉬及其組合添加到這類鐵金屬材料中(與碳(通常為活性石墨的形式) 一起添加)。引入前述物質(zhì)(Fe、CU、V、Cr、M0等)以與碳產(chǎn)生一個或更多個穩(wěn)定相的本教導(dǎo)可以通過任何粉末制造的方法來完成，例如混合、預(yù)合金化、擴(kuò)散結(jié)合等。鐵(任選與其他物質(zhì)一起)與活性石墨反應(yīng)和/或結(jié)合以使釬焊材料流入釬焊接頭區(qū)域的過程中碳遷移最少。粉末金屬材料可包括多個金屬組件和/或合金元素，或者可以包括其他常規(guī)粉末冶金成分，包括粘結(jié)劑、脫模劑、模壁或內(nèi)側(cè)潤滑劑等。在某些方面，將基體鐵粉末型與石墨和銅混合以形成代表中心件和/或漸開式渦管和基板的原料的基體鐵粉末。隨后任選向粉末添加壓制潤滑劑。在該變化方案中，中心件和渦管材料分別符合MPIF FC 0205(銅標(biāo)稱含量2wt%和碳標(biāo)稱含量0. 5wt% )和MPIF FC 0208 (銅標(biāo)稱含量2wt%和碳標(biāo)稱含量0. 8wt% )的規(guī)定。
加工粉末金屬材料以形成生坯組件。在一些方面，該加工通常包括將粉末金屬材料引入其中可壓縮粉末材料的模具中。在某些方面，通過將粉末金屬材料壓制至渦旋組件總體積的約25體積％以下(換言之，形狀總體積的約25%的剩余孔隙空間)、任選約20% 以下和在一些方面小于或等于渦旋組件的孔隙體積的約18%，將第一渦旋組件加工成生坯形式。因此，在多個方面，將粉末金屬材料(通常包括潤滑劑體系)置于具有期望形狀的模具中，然后整體壓制所有的材料。壓制形成具有與模具形狀對應(yīng)的形式和形狀的生坯形式。根據(jù)本發(fā)明的某些原理，通過第一燒結(jié)工藝加工所形成的生坯結(jié)構(gòu)(包括金屬組件和合金元素)。用于燒結(jié)的第一加熱工藝包括至少部分燒結(jié)生坯結(jié)構(gòu)(在一些變化方案中，完全燒結(jié)生坯結(jié)構(gòu))以形成最終的燒結(jié)結(jié)構(gòu)?！安糠譄Y(jié)”是指如下利用第一燒結(jié)工藝對由粉末金屬材料形成的生坯渦旋組件進(jìn)行加工將其暴露于熱源；然而，暴露的持續(xù)時間少于實現(xiàn)金屬顆粒間基本上完全冶金結(jié)合和熔合所需的持續(xù)時間。在某些方面，生坯組件的部分燒結(jié)可以在較低溫度下進(jìn)行，或者進(jìn)行比用于燒結(jié)和釬焊的第二最終加熱過程短的持續(xù)時間。在多個方面，進(jìn)行第一加熱過程以將活性碳充分結(jié)合在粉末金屬材料中，使其在用燒結(jié)釬焊的后續(xù)第二加熱步驟的初始階段期間相對固定和惰性。換言之，在其中釬焊材料在待接合在一起的組件之間的連接區(qū)域中流動的加熱過程的較低溫度范圍時的初始釬焊期間，碳相對固定。這樣，在第二燒結(jié)過程期間形成的釬焊接頭具有優(yōu)異品質(zhì)，原因是碳在釬焊和燒結(jié)期間不遷移。在某些其他方面，為了使結(jié)構(gòu)組件具有強(qiáng)度，也進(jìn)行用于燒結(jié)的第一加熱過程。如下文更為詳細(xì)描述的，在某些方面，本公開的方法將渦旋組件暴露于用于燒結(jié)的第一加熱過程，其中防止碳遷移的物質(zhì)(例如，合金化元素，如鐵、銅、釩、鉬、鉻或其組合)和鐵金屬組分有利地相互作用以減少釬焊引起的碳化物總量。換言之，第一加熱過程利用熱處理有利地將碳再分布在金屬結(jié)構(gòu)中。如上所述，在本公開的替代方面中，可以期望在第一加熱過程中完全燒結(jié)結(jié)構(gòu)組件，因此，在某些方法中考慮完全燒結(jié)生坯結(jié)構(gòu)并且隨后根據(jù)本教導(dǎo)如本文所述那樣進(jìn)一步加工。這類加工粉末金屬材料的方法對于將幾種組分連接在一起以形成用作渦管組成構(gòu)件的組合件的燒結(jié)釬焊過程也是特別有利的。任選地，第一和第二組件均可以在第一加熱過程中充分燒結(jié)并且隨后利用釬焊連接以進(jìn)一步降低游離碳的可用性。然而，應(yīng)當(dāng)理解，在替代方面中，利用充分降低活性碳的可用性以增強(qiáng)利用燒結(jié)釬焊形成的釬焊接頭的完整性，可以形成諸如中心件的組件。如果利用除粉末冶金之外的其他金屬成型工藝(例如，鍛造或形變-加工的部件)形成將在連接界面處連接的組件之一，則金屬材料選擇為具有降低的碳含量以最少地形成不期望的碳化物。應(yīng)當(dāng)理解，用于碳再分布的溫度根據(jù)第一燒結(jié)過程選用的材料變化。在某些方面， 在利用第一燒結(jié)過程處理粉末金屬組件的情況下，用于碳再分布的典型范圍據(jù)認(rèn)為是約 1560 0F (8490C )至約 1740 °F (949°C )(對于 Metal Powder Industries Federation FC 0208粉末金屬組合物而言，其是一種鐵-銅金屬，銅含量為約1. 5wt%至約3. 9wt% (標(biāo)稱 2% )，碳含量為0.6wt%至0.9wt% (標(biāo)稱0.8%))。根據(jù)本公開的某些方面，第一燒結(jié)過程期望達(dá)到適于將材料燒結(jié)為有利地再分布碳的碳再分布溫度。第一燒結(jié)過程步驟期間的加熱之后任選進(jìn)行受控冷卻以在燒結(jié)組件中形成期望的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，例如一個或更多個晶體相，如珠光體相。因此，在多個方面，用于形成渦旋組件的粉末金屬材料包括至少一種粉末金屬組件，任選包括其他材料如合金化元素和潤滑劑。在生坯狀態(tài)下，利用來自用于P/M加工的壓制的潤滑金屬變形便利地將粉末金屬組分保持在一起。用于P/M成形的常規(guī)潤滑劑體系是本領(lǐng)域公知的，包括硬脂酸鈣、亞乙基二硬脂酰胺、硬脂酸鋰、硬脂酸、硬脂酸鋅及其組合。 任選地，在第一燒結(jié)過程期間可以使用固持來幫助防止部件扭曲。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，“欠燒結(jié)”(但是仍然密實化至滿足密度/強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)的程度)幫助保持尺寸控制?？梢岳檬蛱沾蓽u管型形狀來完成固持以使扭曲最小。通過發(fā)明背景和參考附圖(在幾個視圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同或相應(yīng)的部件)，圖1示出示例性渦旋式壓縮機(jī)10，其能夠引入根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的代表性渦旋式組件組合件。壓縮機(jī)10包括通常為圓柱形的氣密性殼12，所述殼12具有焊接在其上端的帽14和其下端的底座16，所述底座16任選整體式形成有多個安裝腳(未顯示)。帽14配有制冷劑排放配件18，其中可具有通常的排放閥(未顯示)。固定至殼的其他主要元件包括在帽14焊接到殼12的同一點周圍處焊接的橫向延伸的隔板22、合適地固定至殼12的主軸承箱M和下軸承箱沈，所述下軸承箱沈也具有多個向外輻射延伸的腿，其中每個腿都合適地固定至殼12。通常為多邊形截面(例如4至6 側(cè)和圓抹角)的電機(jī)定子觀被壓合到殼12中。定子上的圓抹角之間的平坦部分在定子和殼之間提供通道，其有助于使?jié)櫥瑒臍ろ敳空哿鞯降撞?。?qū)動軸或曲柄軸30 (在其上端具有偏心曲柄銷)以轉(zhuǎn)動方式安裝在主軸承箱M 中的軸承；34中。第二軸承36設(shè)置在下軸承箱沈中。曲柄軸30在下端處具有相對大直徑的同心孔38，所述同心孔38與從其向曲柄軸30的頂部向上延伸的沿徑向向外傾斜的較小直徑的孔40連通。攪拌器42設(shè)置在孔38中。內(nèi)殼12的下部限定油槽44，所述油槽44中注入的潤滑油的水平略微低于轉(zhuǎn)子46的下端，但是高至足以浸沒繞組48的下端匝的大部分?？?8用作將潤滑流體沿曲柄軸30向上運輸、進(jìn)入通道40并最終到達(dá)需要潤滑的壓縮機(jī)各個部分的泵。曲柄軸30由電機(jī)轉(zhuǎn)動驅(qū)動，所述電機(jī)包括定子28和穿過它的繞組48。轉(zhuǎn)子46壓合在曲柄軸30上，并且分別具有上配重50和下配重52。主軸承箱M的上表面配有平面推力軸承表面M，其上設(shè)置有軌道渦旋構(gòu)件56，所述軌道渦旋構(gòu)件56的上表面上具有通常的螺旋渦管漸開式葉片組件58。圓柱形中心件構(gòu)件90從軌道渦旋構(gòu)件56的下表面向下延伸，并且其中具有軸承襯套60。驅(qū)動襯套62以旋轉(zhuǎn)方式設(shè)置在軸承襯套60中，并且具有其中以驅(qū)動方式設(shè)置的曲柄銷32的內(nèi)孔64。曲柄銷32在一個表面上具有與在孔64的部分中形成的平坦表面驅(qū)動嚙合以提供徑向順應(yīng)驅(qū)動布置的平臺，如在美國專利No. 4，877，382中顯示的。Oldham聯(lián)接器66設(shè)置在軌道渦旋構(gòu)件56和軸承箱M之間，并且按照軌道渦旋構(gòu)件56和非軌道渦旋構(gòu)件68結(jié)合以防止軌道渦旋構(gòu)件56轉(zhuǎn)動。Oldham聯(lián)接器66可以是美國專利No. 5，320，506中公開的類型。非軌道渦旋構(gòu)件68包括設(shè)置為與軌道渦旋構(gòu)件56的螺旋渦管漸開式葉片組件 58嚙合的螺旋渦管漸開式葉片組件70。非軌道式渦旋構(gòu)件68具有與向上開放的槽74連通的中央定位的排放通道72，所述槽74與由帽14和隔板22限定的排放消音室76流體連通。環(huán)形槽78可以形成在其內(nèi)設(shè)置有密封組合件80的非軌道渦旋構(gòu)件68。槽74、78和密封組合件80協(xié)同限定軸壓偏置室以承受由渦管漸開式葉片組件58、70所壓制的加壓流體，以將軸偏置力施加到非軌道渦旋構(gòu)件68，從而使各渦管漸開式葉片組件58、70的尖端與相對的端板表面密封接合。雖然密封組合件80的細(xì)節(jié)并未在圖1中示出，但是這類密封組合件80的非限制實例可以是美國專利No. 5，156，539中更為詳細(xì)描述的類型，或者是美國專利RE35，216中描述的浮動密封。非軌道渦旋構(gòu)件68可以設(shè)計為以合適的方式安裝到軸承箱24，例如在前述美國專利No. 4，877，382或美國專利No. 5，102，316中公開的。圖2是如圖1中示出的組裝的軌道渦旋構(gòu)件的截面視圖。如圖所示，軌道渦旋構(gòu)件56可包括具有第一和第二通常平面相反的主表面(分別用附圖標(biāo)記84和86表示)的通常圓形的基板。第一主表面84可以與螺旋渦管漸開式葉片組件58接合。相反的第二主表面86可包括接合特征138如環(huán)形提升肩(在圖2和9中顯示為134)，或者提升的圓柱形墊(未顯示)，其通常垂直于基板82延伸一定的距離。在某些方面，預(yù)計基板82主體與提升肩凸出樞Π4的厚度比為約5 1至10 1。在一些方面，第二主表面86具有升高的緣 220 (在圖8和9中示出)。在某些方面，渦管漸開式葉片組件58和基板82可以是一個單體組件。在通過粉末冶金形成多個子組件組合件或由不同金屬形成技術(shù)形成一個或更多個組件且至少一個通過粉末冶金形成的情況下，最終的燒結(jié)步驟可以期望完全除去粘結(jié)劑體系，并且充分燒結(jié)每個粉末冶金組件的結(jié)構(gòu)，如在本領(lǐng)域中公知的。另外，在某些子組合件中，可期望釬焊材料置于幾個組件形成的一個或更多個連接界面區(qū)域中，如下文將更加詳細(xì)描述的?！盁Y(jié)-釬焊”是其中通過在連接的各表面處熔化釬焊材料來結(jié)合組合件的兩個或更多個件并且在同一個爐中進(jìn)行燒結(jié)和釬焊的過程。通過燒結(jié)-釬焊結(jié)合的組件形成具有高結(jié)構(gòu)完整性的連接，其允許所形成的粉末金屬子組合件具有復(fù)雜的形狀。在某些變化方案中，例如在圖3A中顯示的，漸開式葉片組件58連接到支座112。 漸開式葉片組件58可與支座112 —體式形成(例如作為粉末金屬組件)或例如根據(jù)本公開中討論的任一種結(jié)合技術(shù)接合?；?2具有與其連接的中心件90 (整體式形成或經(jīng)連接結(jié)合在一起，例如下文討論的)，并且第一主表面84包括面對支座112的接觸面114。因此，支座112可以經(jīng)過本公開中描述的多種技術(shù)與基板82的接觸表面114連接。圖;3B顯示用于非軌道渦旋構(gòu)件68的類似接合配置。漸開式葉片組件70與支座 100連接。漸開式葉片組件70可與支座102整體式形成(例如，作為粉末金屬組件)或根據(jù)例如本公開中討論的任何結(jié)合技術(shù)接合?；?02限定面對支座102的接觸表面104。 支座102可以利用本公開中描述的多種技術(shù)連接至接觸基板102的接觸表面104。在如圖4A-4B中顯示的那些其他變化方案中，可以采用溝槽以對準(zhǔn)并接合待連接的部件。例如，在圖4A中，漸開式葉片組件58可與在軌道渦旋構(gòu)件56的基板82的第一主表面84中形成的槽98對準(zhǔn)?；?2中的基板槽98可用于將漸開式葉片組件58配準(zhǔn)和對準(zhǔn)到底座82的第一主表面84上?；宀?8可以在將漸開式葉片組件58連接到基板82 之前預(yù)成型(例如，經(jīng)過模制)或機(jī)械加工到第一主表面84中?；宀?2也在漸開式葉片組件58和基板82之間的界面處增強(qiáng)軌道渦旋構(gòu)件56 的疲勞強(qiáng)度。這種基板槽98可負(fù)載彎矩并幫助連接附近的硬化區(qū)域中的局部應(yīng)變最小并由此減輕連接處的潛在疲勞失效。雖然未顯示，但是可以根據(jù)本文闡述的原理將釬焊材料設(shè)置在槽98中以有助于將基板82接合到漸開式葉片組件58。在某些方面，基板槽98可能導(dǎo)致短路(在槽98的壁處漸開式葉片組件58側(cè)面處短路)的缺點。因此，在某些方面，可以任選在漸開式葉片組件58上或在基板槽98中形成高阻抗電阻涂層(未顯示)以使任何可能的短路作用最少。類似地，圖4B顯示非軌道渦旋構(gòu)件68，其中基板102限定包括槽110的接觸表面 104，與在圖4A的上下文中描述的類似。因此，以完全相同的方式，漸開式葉片組件70可經(jīng)過槽110與基板102對準(zhǔn)和連接。如圖5的示例性軌道渦旋構(gòu)件56中顯示的，還可以經(jīng)過不使用基板槽(例如98) 的本文描述的任意技術(shù)來將漸開式葉片組件58與基板82的接觸表面120對準(zhǔn)和接觸。這不再需要預(yù)成型或銑削任何基板槽，后者在制造期間可增加費用。雖然未顯示，但是這些原理同樣可適用于非軌道渦旋構(gòu)件68與漸開式葉片組件70的連接。任選地，軌道渦旋構(gòu)件56的渦管漸開式葉片組件58和基板82可包括沿終端連接結(jié)合在一起的多個組件，例如通過使用釬焊材料來將渦管漸開式葉片組件58連接至基板 82。特別適于將第一渦旋組件連接至第二渦旋組件的終端連接可以布置為0至約20度以下的角度；任選5度以上至15度以下的角度。上述各部件的任意部件還可以由鑄造、鍛造或形變加工材料(如將在下文進(jìn)一步詳細(xì)討論的)制成。此外，雖然在優(yōu)選的變化方案中這類組件利用本公開中描述的燒結(jié)-釬焊技術(shù)連接，但是在替代方面中，這類組件可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員任意已知的常規(guī)接合技術(shù)連接。圓柱形中心件構(gòu)件90可包括第一和第二相反邊緣92、94。中心件構(gòu)件90可利用采用標(biāo)準(zhǔn)鑄造技術(shù)或其他成型工藝(包括粉末金屬技術(shù))利用形變加工材料形成。中心件構(gòu)件90任選機(jī)械緊固至基板82。例如，中心件構(gòu)件90可以利用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的典型釬焊方法在連接96處釬焊至提升肩88或提升墊。在某些方面，連接96可以是美國專利 No. 5，156，539中描述的類型。連接96也可以是利用適用于粉末金屬材料的方法釬焊的。 在某些方面，可以在燒結(jié)生坯結(jié)構(gòu)的同時組裝生坯組件(由第一材料粉末金屬形成)并釬焊在一起。固體中心件構(gòu)件90可以利用在燒結(jié)過程期間硬化的材料來緊固。圖6代表形成示例性燒結(jié)-釬焊接頭(此處是在軌道渦旋構(gòu)件56的和基板82和圓柱形中心件構(gòu)件90之間)的方法?；?2具有與漸開式渦旋葉片組件58接合的第一主表面84和具有突出的接合構(gòu)件或特征138的第二相反主表面86。圓柱形中心件構(gòu)件90 利用用于至少部分燒結(jié)(即部分或完全燒結(jié))的第一燒結(jié)過程處理并且與第二主表面86 的接合特征138對準(zhǔn)。在靠近突出樞軸134和中心件構(gòu)件90中其一或兩者的至少一部分的連接界面區(qū)域中提供諸如釬焊軟膏或釬焊顆粒(球形或其他類似形狀)或釬焊環(huán)的釬焊材料。突出樞軸134可以包括圓錐形狀。在提供釬焊材料時，任選將釬焊顆粒置于突出樞軸134上，并且隨后允許其在釬焊過程之前移動到中心件構(gòu)件90的內(nèi)直徑處。燒結(jié)的中心件構(gòu)件90 (部分或完全燒結(jié))隨后被燒結(jié)-釬焊至基板82，以形成渦旋構(gòu)件子組合件56。 在進(jìn)行額外的燒結(jié)-釬焊以形成軌道渦旋構(gòu)件56之后，可以進(jìn)行任何期望的機(jī)械加工。根據(jù)本公開的某些方面，在第二燒結(jié)過程中將中心件構(gòu)件90接合至基板82之前， 利用第一燒結(jié)過程加工中心件構(gòu)件90。在某些方面，第一燒結(jié)過程在約1900下(1037°C ) 和小于約MOO 0F (1316°C )、任選約2O5O 0F (1120°C )至約2IOO 0F (1150°C )的溫度下最熱的爐區(qū)域中進(jìn)行約10至30分鐘。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，這些溫度可以取決于所選擇的材料，并且在此處涉及鐵碳銅粉末金屬合金材料MPIF FC 0208和MPIF FC 0205。在該階段，據(jù)認(rèn)為鐵顆粒開始結(jié)合，在其間形成頸部。在某些方面，約95%的游離碳從結(jié)構(gòu)中燒掉/揮發(fā)或被引入金屬組分(例如鐵顆粒)相的結(jié)晶結(jié)構(gòu)中。在這方面，中心件構(gòu)件90可以預(yù)先部分或完全燒結(jié)以在金屬組分的粉末金屬內(nèi)形成珠光體相或其他結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這樣， 在兩部件的燒結(jié)-釬焊期間可用于形成碳化物的碳的量有利地減少。在某些方面，合金化元素，尤其是作為合金化元素的碳，基本上被引入包括金屬組分的相的晶體結(jié)構(gòu)中。“基本上被引入”是指保留在部分燒結(jié)結(jié)構(gòu)中的約95wt%以上的 (例如碳)合金化元素被引入晶體結(jié)構(gòu)中，任選約96wt%以上，任選約97wt%以上，任選約 98wt%以上，和在某些方面任選大于約99wt%的合金化元素被引入金屬組分的晶體結(jié)構(gòu)中，在一些方面，所述金屬組分包括在第二燒結(jié)過程期間防止碳遷移的前述物質(zhì)中的至少一種。圖10和圖11是利用兩種金屬組分(每種組分都是利用粉末冶金形成)的釬焊接頭的接合的部分放大視圖。在形成生坯部件之前，通過混合包含鐵的粉末金屬和包含碳、銅或其組合的合金化元素來形成第一材料混合物。這種粉末形式的混合物隨后被壓制以形成生坯結(jié)構(gòu)，例如，粉末材料被壓制至小于約18%的孔隙體積率。所述生坯結(jié)構(gòu)經(jīng)受上述第一燒結(jié)加熱過程。生坯結(jié)構(gòu)可以是渦管漸開式組件、用于渦管漸開式組件的基板、中心件或渦管壓縮機(jī)的組件的任意其他部分。如上所述，在替代實施方案中，所述結(jié)構(gòu)可以不利用粉末冶金而是利用替代的金屬制造工藝形成，但是選擇為使得根據(jù)本公開使活性碳含量較低并且代替生坯結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工，如本文所述的。在一個變化方案中，在預(yù)先燒結(jié)或部分燒結(jié)的組件(在第一加熱步驟期間進(jìn)行) 如中心件和第二組件如具有一體式漸開渦管形式的基板之間提供釬焊材料，包括生坯粉末金屬材料。在這方面，將完全燒結(jié)或部分燒結(jié)的粉末金屬組件(例如中心件)釬焊至第二粉末金屬組件(例如渦管漸開式組件)，其在該第二加熱過程期間進(jìn)一步燒結(jié)。在某些方面，在釬焊溫度下進(jìn)行的第二加熱過程期間，釬焊材料熔化并經(jīng)第一和第二組件(例如中心件和基板)之間的毛細(xì)作用流到金屬表面上，由此形成中線，并且還滲透到粉末金屬結(jié)構(gòu)中并用液態(tài)釬焊合金將其迅速填滿。滲透出現(xiàn)的原因是由粉末冶金形成的金屬部件的多孔性，而滲透的量與通過孔隙體積率表示的相對孔隙度相關(guān)。圖7顯示中心件構(gòu)件90與基板202接合的一個變化方案，所述基板202具有根據(jù)本發(fā)明原理連接的一體式漸開組件。圖8顯示連接中心件構(gòu)件90的基板202的區(qū)域的俯視圖。中心件構(gòu)件90被燒結(jié)-釬焊并與基板202形成釬焊接頭204。圖9是其中中心件構(gòu)件90經(jīng)釬焊接頭204連接的基板202的區(qū)域的部分截面視圖。從圖中可見，在圖8和9中描述了多個突起210。這些突起是略微提升的部分，中心件構(gòu)件90的下表面212將貼靠于其上。這些突起在中心件構(gòu)件90的下表面212和基板202的接觸表面214(主表面)之間提供小的間隙。第一槽216形成在基板202的外周區(qū)域內(nèi)，對可能從釬焊接頭204的區(qū)域中遷移的任何釬焊材料提供溢流體積。此外，升高的釬焊緣220可以從第一槽216沿徑向向外形成，其進(jìn)一步防止釬焊材料離開釬焊接頭/接合區(qū)域。第二槽218從第一槽216沿徑向向內(nèi)形成，為任何過量的釬焊材料提供收集區(qū)域， 并且還提供額外的體積以用于在成型過程期間在中心件構(gòu)件90上形成的任何毛刺，換言之，毛刺陷。如在突起210之外的區(qū)域中可見的，基板202的接觸表面214將在中心件構(gòu)件 90的下表面212和基板接觸表面214之間提供間隙。突起的高度和數(shù)目可以基于所選擇的釬焊材料變化，因為某些釬焊材料在熔化溫度下具有較低的粘度，而其他釬焊材料具有較高的粘度。熔化溫度下的粘度與充分涂覆各接觸表面的潤濕程度和毛細(xì)作用相關(guān)。因此， 接觸表面214和下表面212之間的間隙基于所選擇的釬焊材料的性質(zhì)來預(yù)定，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的。例如，適于包括銅、鎳、硼、錳、鐵和硅的合金在內(nèi)的釬焊材料的間隙尺寸(特別適于形成根據(jù)本教導(dǎo)的釬焊接頭)具有約0. 002英寸(約51微米)至約0. 005英寸(約127 微米)的尺寸。在某些方面，在基板O02)的接觸表面(214)和中心件(90)的接觸表面 (212)之間形成的間隙尺寸為約0. 003英寸(約76微米)至約0. 004英寸(約102微米)。在多個方面，第二加熱步驟包括從起始溫度加熱其中設(shè)置有釬焊材料的渦旋組件的子組合件通過釬焊溫度范圍，然后加熱至較高的燒結(jié)溫度范圍。釬焊-燒結(jié)加熱過程提供后續(xù)升溫以在燒結(jié)過程期間到達(dá)燒結(jié)坪值(爐的熱區(qū)域)。因此，將溫度升高并在該燒結(jié)水平保持預(yù)定的時間段，隨后冷卻，與典型的/專用釬焊中不同，在后者情況下部件可以在達(dá)到釬焊溫度之后短暫冷卻。例如，第一和/或第二加熱過程步驟可任選包括加熱3或更多小時的持續(xù)時間。因此，在某些方面，在第二加熱過程期間，渦管漸開式組件從環(huán)境溫度(作為起始點)的加熱進(jìn)行至并通過釬焊溫度范圍，然后升高至燒結(jié)溫度。在某些方面，燒結(jié)溫度坪值進(jìn)行約30分鐘的加熱。例如，在選擇粉末金屬材料為鐵/碳/銅合金MPIF FC 0205用于中心件和鐵/銅/碳合金MPIF FC 0208用于基板和漸開部分的情況下，從起始溫度加熱至約2100T (1150°C)進(jìn)行約30分鐘，然后進(jìn)行緩慢冷卻步驟。注意，雖然釬焊溫度范圍取決于所選擇的釬焊材料，但是使釬焊材料液化并分布在接合區(qū)域中的釬焊溫度顯著低于燒結(jié)溫度。示例性非限制釬焊溫度可以為約900 T (約482°C )至約1200 T (約649°C )的溫度范圍，而燒結(jié)溫度可以為約2100T (約1150°C)的溫度范圍。在某些方面，在燒結(jié)過程的高溫體系下發(fā)生的燒結(jié)-釬焊過程期間，由于在燒結(jié)溫度下的較長持續(xù)時間，允許進(jìn)行通過擴(kuò)散進(jìn)行的合金化元素的重新分布。因此，在某些方面，在釬焊材料包括銅(Cu)的情況下，在釬焊的連接中線中的優(yōu)勢釬焊材料為與其他中間金屬相相關(guān)的Cu基固溶體。從中線延伸，初始未合金化的高碳鋼金屬基體被轉(zhuǎn)換成低碳含量鋼，其與鎳(Ni)和錳(Mn)強(qiáng)烈合金化，例如由于釬焊合金的原因。在重新分布期間，碳被運輸和累積到前述釬焊影響的區(qū)域外圍。據(jù)認(rèn)為，該過程得以進(jìn)行的原因是釬焊合金被選擇為對碳沒有親和力(換言之，特定的釬焊填料合金對碳具有低溶解度)。合適的釬焊材料包括銅、鎳、硼、錳、鐵、硅及其組合。例如，一種特別合適的釬焊填料粉末包括預(yù)合金化的基體粉末，其包括約40至約的鎳、約38至約42wt%的銅、約 1. 3至約1. 7wt%的硼、約14至約17襯％的錳和約1. 6至約2wt%的硅。該預(yù)合金化基體粉末隨后可與常規(guī)添加劑例如鐵、焊劑如硼酸、硼砂和例如標(biāo)稱含量為約3%的表面活性劑和/或例如標(biāo)稱含量為約0. 53%的潤滑劑結(jié)合。在某些變化方案中，這種釬焊材料液化并隨后形成具有更高熔化溫度(其期望在釬焊溫度至燒結(jié)溫度范圍之外固化)的多種金屬間組分，使得釬焊接頭基本上通過用于燒結(jié)粉末金屬材料的更高溫度范圍利用釬焊材料來形成。用于比較燒結(jié)-釬焊期間生坯中心件和生坯基板之間形成的釬焊接頭的釬焊影響區(qū)域(在中心件的一部分和基板的一部分之間的連接界面區(qū)域處)在圖12A和圖12B中示出，其中通過游離石墨供給的用于使鐵粉顆粒合金化的碳被阻擋在前進(jìn)擴(kuò)散區(qū)域之前， 由此累積在擴(kuò)散陣面的前沿。在圖12A中，區(qū)域A是顯示釬焊接頭的大致中線的極淺灰色， 區(qū)域B顯示釬焊影響區(qū)域中的最小碳含量，在區(qū)域C中，深灰色區(qū)域代表高碳含量(可以在圖12B中相同區(qū)域的碳點圖上重疊的對應(yīng)元素碳分析中看出)。因此，游離碳已經(jīng)被帶到釬焊接頭區(qū)域中的前進(jìn)擴(kuò)散區(qū)域之前并且累積在區(qū)域C中。在碳鋼粉末金屬合金的情況下， 額外的碳源是粉末金屬本身(例如鋼)。在液態(tài)釬焊的固化和隨后在燒結(jié)-釬焊期間形成的金屬組分冷卻期間，碳富集區(qū)域中的碳據(jù)認(rèn)為與鐵結(jié)合以在晶粒內(nèi)、或者大部分作為晶粒邊界處的網(wǎng)絡(luò)形成共晶碳化鐵。因此，在局部碳含量相對高的情況下，例如，在前進(jìn)前沿(圖12A/12B中區(qū)域C的頂部)處，存在形成不期望的共晶碳化物的趨勢。例如，共晶碳和碳化鐵可以在碳以大于約6. 67wt%的濃度局部存在的情況下形成。這類碳化物的實例在圖13A中顯示，其是在沒有用于至少部分燒結(jié)形成連接的一個或更多個部件的第一加熱過程的情況下現(xiàn)有技術(shù)燒結(jié)-釬焊的對比例。根據(jù)位置和工藝參數(shù)，已經(jīng)觀察到了深3mm的影響區(qū)域。由于形成鐵-碳共晶碳化物的共晶溫度在由用于燒結(jié)-釬焊的第二加熱爐環(huán)境提供的燒結(jié)溫度下出現(xiàn)，所以本公開的原理提供使碳的局部累積最少以消除形成共晶碳化物的可能性、特別是在釬焊接頭區(qū)域周圍(圖12A/12B中區(qū)域C的頂部)的方式。任選地，用于渦旋組件的粉末金屬材料(例如用于中心件的鋼合金)可以選擇為具有相對低的或減少的碳含量。由于碳化物的形成從原始金屬(例如鋼粉)中的石墨提取其碳，所以在粉末金屬中的起始石墨量與可最終形成的最終碳化物的量相關(guān)。如上所述，在熱動力學(xué)上形成碳化物所必須的局部碳濃度約為6. 67wt%。由于起始碳為石墨(100%碳) 的形式，所以其在不預(yù)先部分或完全燒結(jié)的情況下累積和用來形成這些碳化物的可能性可能相對高。因此，根據(jù)本教導(dǎo)，在粉末金屬材料中的初始碳量選擇為相對低。結(jié)果，在某些變化方案中，將粉末金屬材料中的碳含量從約0. 8wt%的標(biāo)稱含量降低至0.5wt% (約至約0.6wt% )的標(biāo)稱含量顯著減少了不期望的碳化物形成的量。任選地，在利用粉末金屬形成的金屬部件的某些向外的薄區(qū)域中，碳百分比可以降低至低于約0. #t%。特別地，在渦管漸開部分和基板中的碳水平可以保留為約標(biāo)稱0. Swt%0 該條件保持適當(dāng)?shù)闹楣怏w體水平以防止?jié)u開式葉片和基板(其經(jīng)歷高磨損條件)過早磨損，同時期望使過量碳的存在最少。此外，本公開提供選擇和處理這類材料以抑制、結(jié)合和/或消除燒結(jié)和釬焊過程中的碳遷移的方法。在一個變化方案中，漸開式渦管，包括葉片和/或基板可由碳鋼材料 (Metal Powder Industries Federation" MPIF" FC 0208)形成鐵、銅和碳合金，具有標(biāo)稱2wt%的銅和0.8wt%的碳。作為一個實例，低碳粉末金屬(MPIF FC 0205)適合用作粉末金屬中心件。待連接的至少一個組件(例如，漸開形式和/或中心件)被在第一燒結(jié)工藝步驟中部分燒結(jié)以形成一個或更多個晶體結(jié)構(gòu)，例如珠光體相。任選地，可以利用如下鐵合金形成組件碳含量為約0. 至約0. 6wt% ；銅含量為約1. 5wt%至約3. 9wt% ；其中總的其他元素最大為約2. 0wt%，余量為鐵。如上所述，在某些方面，中心件和渦管漸開部分/基板粉末金屬材料可以符合分別針對MPIF FC 0205(銅標(biāo)稱含量2wt%和碳標(biāo)稱含量 0. 5wt% )和MPIF FC 0208(銅標(biāo)稱含量2wt%和碳標(biāo)稱含量0. 8wt% )的規(guī)定。釬焊材料通過將包含約38至約42wt% Cu、約14至約17wt% Mn和約40至約44wt% Ni、和約1. 6至約2wt% Si和約1. 3至約1. 7wt% B的第一金屬粉末與包含約3至約7wt%第一金屬粉末的鐵量的第二金屬粉末。任選向釬焊材料添加潤滑劑和焊劑以分別用于壓制和潤濕的目的。在圖13B中，中心件已經(jīng)經(jīng)受第一加熱燒結(jié)過程。隨后組合件中心件/基板經(jīng)受第二加熱過程以使組合件燒結(jié)-釬焊。用于燒結(jié)中心件的第一加熱過程在吸熱氣氛(例如在存在加熱催化劑的甲烷或天然氣)中、在約2100T (1150 °C)的部分燒結(jié)溫度下進(jìn)行約30分鐘，然后受控冷卻以形成穩(wěn)定的碳化合物，如珠光體相。氫、氮或其他中性氣氛也是合適的。然后，將釬焊材料置于中心件和基板之間的連接中，然后中心件、基板和釬焊材料的組合件經(jīng)受用于釬焊和燒結(jié)的第二加熱過程。在該實施例中，第二加熱過程在約 2100 T (1150°C)的熱區(qū)域中實現(xiàn)燒結(jié)-釬焊溫度。該組合件在吸熱氣氛中保持約30分鐘。對于圖13A中的比較，中心件或基板均未經(jīng)受用于燒結(jié)的第一加熱過程(換言之，兩個組件均是生坯，并且在燒結(jié)-釬焊步驟之前被預(yù)先燒結(jié))。表1顯示最終的燒結(jié)金屬渦管組成部件組成，其包括葉片和基板。表1反映聚合物浸漬之前的組成，不包括連接附近的任何釬焊材料和釬焊影響區(qū)域。雖然可以規(guī)定MPIF Standard FC 0208(0. 8wt% Carbon)；但是在某些方面，合金材料滿足本文列出的所有要求。表 權(quán)利要求
1.一種形成渦旋構(gòu)件的方法，包括將釬焊材料設(shè)置在形成于第一渦旋組件的一部分和第二渦旋組件的一部分之間的連接界面區(qū)域中，其中所述第一和所述第二渦旋組件中的至少其一由粉末金屬材料形成，并且所述第一和所述第二渦旋組件中的至少其一選擇為包括鐵合金，所述鐵合金具有的總碳量中的約95wt%以上以與所述鐵合金中使碳遷移最少化的至少一種物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)的形式存在于所述鐵合金中；和加熱以燒結(jié)-釬焊其間具有所述釬焊材料的所述第一和第二渦旋組件以形成具有將所述第一渦旋組件的一部分接合至所述第二渦旋組件的一部分的釬焊接頭的渦旋構(gòu)件。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述加熱是第二加熱過程，并且在所述設(shè)置之前，所述第一渦旋組件包括所述粉末金屬材料，并且經(jīng)歷第一加熱過程。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第一加熱過程之前，所述第一渦旋組件通過壓制所述粉末金屬材料至具有小于或等于所述第一渦旋組件總體積約18體積％的孔隙率而被加工成生坯形式。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其中在所述第二加熱期間在所述防止鐵合金中碳遷移的所述至少一種物質(zhì)選自鐵、銅、釩、鉻、鉬和其組合。
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中所述第一加熱過程被控制為在所述鐵合金中形成一種或更多種晶體結(jié)構(gòu)，所述晶體結(jié)構(gòu)包含約95襯％以上的所述碳。
6.權(quán)利要求5所述的方法，其中所述防止碳遷移的物質(zhì)中的至少一種包括鐵，所述晶體結(jié)構(gòu)中的一種或更多種包括珠光體相，其中所述第一加熱過程進(jìn)行直至所述碳的約 99wt%以上被引入到所述第一渦旋組件中的所述珠光體相中。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一渦旋組件包括所述鐵合金，其中所述鐵合金中總碳量的約95wt%以上以與所述鐵合金中使碳遷移最少化的至少一種所述物質(zhì)結(jié)合和 /或反應(yīng)的形式存在于所述鐵合金中；其中所述第一渦旋組件通過選自鍛造、擠出、形變加工、鑄造或其等同方法的冶金工藝形成。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述釬焊材料包括銅、鎳、硼、錳、硅、鐵和其組合。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一渦旋組件和所述第二渦旋組件均由粉末金屬材料形成，并且在所述設(shè)置和加熱以燒結(jié)-釬焊之前均經(jīng)由第一加熱過程來至少部分燒結(jié)。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一渦旋組件是中心件，所述第二渦旋組件包括漸開式渦旋葉片組件和基板，其中所述中心件的一部分和所述基板的一部分在所述加熱以燒結(jié)-釬焊之后在所述連接界面區(qū)域處連接以形成所述釬焊接頭。
11.一種形成渦旋構(gòu)件的方法，包括加熱包括在第一加熱過程期間至少部分燒結(jié)的粉末金屬材料的第一渦旋組件；將釬焊材料設(shè)置在第二渦旋組件和所述第一渦旋組件的一部分之間；利用第二加熱過程來加熱以燒結(jié)-釬焊其間具有所述釬焊材料的所述第一和第二渦旋組件以形成具有將所述第一組件的一部分接合至所述第二組件的一部分的釬焊接頭的所述渦旋構(gòu)件。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一加熱過程之前，所述第一渦旋組件通過壓制所述粉末金屬材料至小于或等于所述第一渦旋組件總體積約18體積％的孔隙率而被加工成生坯形式。
13.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述粉末金屬材料包括碳和使碳遷移最少的物質(zhì)， 其中在所述第一加熱過程之后，所述第一渦旋組件具有的總碳量的約95wt%以上以與在所述第二加熱過程中的釬焊期間使碳遷移最少化的至少一種物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)的形式存在。
14.權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述第一加熱過程之后，所述第一渦旋組件具有的總碳量中的約99wt%以上以在所述第二加熱過程中的釬焊期間使碳遷移最少的至少一種物質(zhì)結(jié)合和/或反應(yīng)的所述形式存在。
15.權(quán)利要求13所述的方法，其中在所述第二加熱期間防止所述粉末金屬材料中的碳遷移的所述物質(zhì)選自鐵、銅、釩、鉻、鉬和其組合。
16.權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述第一加熱過程期間，所述粉末金屬材料的至少一部分形成珠光體相，并且所述第一加熱過程進(jìn)行直至所述碳中約99wt%以上被引入到所述第一渦旋組件中的所述珠光體相中。
17.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第一渦旋組件和所述第二渦旋組件均由粉末金屬材料形成，并且所述第一和第二渦旋組件中的至少其一在所述第二加熱以燒結(jié)-釬焊之前利用第一加熱過程來至少部分燒結(jié)。
18.權(quán)利要求11所述的方法，其中所述釬焊材料包括銅、鎳、硼、錳、硅、鐵和其組合。
19.一種形成渦旋構(gòu)件的方法，包括壓制包括鐵、石墨、銅和潤滑劑的粉末金屬材料以形成生坯中心件，其中所述粉末金屬混合物的總碳量為約0. 以上且約0. 6wt%以下；在第一燒結(jié)過程中至少部分燒結(jié)所述生坯中心件以形成中心件結(jié)構(gòu)，由此將約95%以上的石墨引入一個或更多個晶體穩(wěn)定相中；將釬焊材料設(shè)置在形成于所述中心件結(jié)構(gòu)和粉末金屬漸開部分的一部分之間的連接界面附近的區(qū)域中以形成子組合件；和進(jìn)行熱加工以燒結(jié)-釬焊所述子組合件來形成包括釬焊接頭的所述渦旋構(gòu)件。
20.權(quán)利要求19所述的方法，其中所述粉末金屬材料的所述總碳量為約0.45wt %以上且約0. 55wt%以下。
21.權(quán)利要求19所述的方法，其中在所述第一燒結(jié)過程期間，約99wt%以上的所述石墨被弓I入一種或更多種晶體穩(wěn)定相中。
22.—種渦旋組件子組合件，包括漸開式渦旋葉片組件；具有第一主表面和第二相反主表面的基板，其中所述第一主表面接合至所述漸開式渦旋葉片組件，并且所述第二相反主表面限定接合部分；和通過釬焊接頭緊固至所述基板的所述接合部分的中心件，其中所述中心件通過粉末冶金法形成，并且包括包含鐵、碳和銅的合金，其中在將所述中心件接合至所述基板的所述接合部分之前，在所述中心件中存在的所述碳的約95wt%以上基本上被引入由鐵和/或銅形成的一個或更多晶體結(jié)構(gòu)中。
23.權(quán)利要求22所述的渦旋組件，其中所述漸開式渦旋葉片組件、所述基板或所述中心件中的至少一種或更多種包括珠光體相的鐵，并且所述基板的所述接合部分包括至少一個突起以在所述第二相反主表面和緊固至其的所述中心件之間形成間隙，從而增強(qiáng)其間的釬焊材料的分布以形成所述釬焊接頭。
全文摘要
提供形成渦管壓縮機(jī)組件的方法。所述方法包括由粉末冶金技術(shù)形成渦旋構(gòu)件的至少一個組件，并且將利用燒結(jié)-釬焊過程將所述組件與另一個不同的組件相連。例如，利用具有釬焊材料的連接界面將具有螺旋渦管漸開部分的基板連接至中心件以形成具有優(yōu)異品質(zhì)的釬焊接頭。至少一個組件由包括碳和與碳反應(yīng)或結(jié)合以在燒結(jié)-釬焊加熱過程中防止遷移的至少一種物質(zhì)的粉末金屬材料形成。任選地，在粉末冶金過程中，選擇具有較低碳濃度的合金，其可以利用防止碳遷移的物質(zhì)引入晶體結(jié)構(gòu)中。
文檔編號F04C18/02GK102348898SQ201080011785
公開日2012年2月8日 申請日期2010年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者羅克薩娜·E·L·魯克桑達(dá), 馬克·J·斯坎卡勒羅 申請人:艾默生環(huán)境優(yōu)化技術(shù)有限公司