(57)【要約】  回転機械の羽根車は、Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される前記羽根車の基材と、Ｎｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜により形成される前記羽根車の表面層と、  前記基材と前記表面層との間に設けられ、前記表面層よりも小さいビッカース硬さを有する下地層と、を備える。
2016147310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械の羽根車であって、
Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される前記羽根車の基材と、
Ｎｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜により形成される前記羽根車の表面層と、
前記基材と前記表面層との間に設けられ、前記表面層よりも小さいビッカース硬さを有する下地層と、を備えることを特徴とする回転機械の羽根車。
【請求項２】
前記表面層は、アモルファス構造を有することを特徴とする請求項１に記載の回転機械の羽根車。
【請求項３】
前記表面層は、前記表面層中におけるＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機械の羽根車。
【請求項４】
前記下地層は、Ｎｉを含むめっき皮膜であることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回転機械の羽根車。
【請求項５】
前記下地層としての前記めっき皮膜は、アモルファス構造を有し、且つ、前記下地層中におけるＰ含有率が１０重量％以上１３重量％以下であるＮｉ−Ｐ系合金であることを特徴とする請求項４に記載の回転機械の羽根車。
【請求項６】
前記下地層としての前記Ｎｉめっき皮膜は、３５０ＨＶ以下のビッカース硬さを有する電解めっき皮膜であることを特徴とする請求項４又は５に記載の回転機械の羽根車。
【請求項７】
前記下地層は、Ｃｕ又はＳｎを含むめっき皮膜であることを特徴とする請求項１に記載の回転機械の羽根車。
【請求項８】
前記下地層は、前記基材と前記表面層との間の線膨張係数を有していることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の回転機械の羽根車。
【請求項９】
前記表面層の膜厚は１５μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の回転機械の羽根車。
【請求項１０】
前記表面層は５００〜７００ＨＶのビッカース硬さを有することを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の回転機械の羽根車。
【請求項１１】
前記下地層の膜厚は１５μｍ以上６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか１項に記載の回転機械の羽根車。
【請求項１２】
前記羽根車は、過給機のコンプレッサ羽根車であることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の回転機械の羽根車。
【請求項１３】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載の羽根車によって形成されるコンプレッサ羽根車を有することを特徴とするコンプレッサ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のコンプレッサと、
前記コンプレッサを駆動するためのタービンと、
を備えることを特徴とする過給機。
【請求項１５】
前記コンプレッサは、内燃機関の吸気路に設けられ、
前記タービンは、前記内燃機関からの排気によって駆動されるように構成され、
前記コンプレッサの上流側において、前記排気の一部が前記吸気路に循環されるように構成されたことを特徴とする請求項１４に記載の過給機。
【請求項１６】
回転機械の羽根車の製造方法であって、
Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される前記羽根車の基材を覆うように、前記基材上に下地層を形成するステップと、
前記下地層の上に、前記羽根車の表面層として無電解めっき皮膜を形成するステップを備え、
前記下地層は、前記表面層よりも小さいビッカース硬さを有し、
前記表面層は、アモルファス構造を有し、且つ、前記表面層中におけるＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下であるＮｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜であることを特徴とする回転機械の羽根車の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、回転機械の羽根車、該羽根車を備えたコンプレッサ、過給機及び該羽根車の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用内燃機関、特にディーゼルエンジンなどでは、排気再循環（ＥＧＲ）システムが多く採用されている。ＥＧＲシステムを採用した内燃機関に設けられた過給機のコンプレッサには、排気ガスの一部が導入されるため、コンプレッサ羽根車に排気ガス中に含まれる液滴などによるエロージョン（浸食）が発生しやすい。そのため、耐エロージョン対策として、Ａｌ合金などで製造されたコンプレッサ羽根車にＮｉ−Ｐ系めっきを施工している。
また、過給機のコンプレッサ羽根車には、高速回転で発生する遠心力による応力と、Ｎｉ−Ｐ系めっき皮膜とＡｌ合金との熱伸び差による応力とが発生するため、めっき皮膜には耐エロージョン性だけでなく、耐き裂性（疲労強度）及び耐剥離性（界面強度）が要求される。
一旦、めっき皮膜にき裂が発生すると、その後、該き裂は母材に進展し、母材の破損につながる。【０００３】
特許文献１には、ＥＧＲシステムを採用した舶用ディーゼル機関に設けられた過給機のコンプレッサ羽根車に、耐エロージョン性及び耐コロージョン（腐食）性を向上させるため、Ｎｉ−Ｐ系合金めっきを施工することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１６３３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
めっき皮膜の耐エロージョン性を向上させるために、めっき膜厚を増加することが考えられるが、めっき皮膜を増加しすぎると、めっき膜が母材表面から剥離しやすくなり、かつめっき膜表面の疲労き裂発生のリスクが増大する。一方、めっき膜厚を減らすと、疲労き裂発生のリスクは減るが、耐エロージョン性が低下するおそれがある。
このように、耐エロージョン性と耐き裂性とはトレードオフの関係にあり、これらの要求を同時に満足させることは容易ではない。【０００６】
かかる従来技術の課題に鑑み、本発明の少なくとも一実施形態は、回転機械の羽根車において、めっき皮膜の形成によって、耐エロージョン性と耐き裂性とを高め、これによって、き裂の発生を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の羽根車は、
回転機械の羽根車であって、
Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される前記羽根車の基材と、
Ｎｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜により形成される前記羽根車の表面層と、
前記基材と前記表面層との間に設けられ、前記表面層よりも小さいビッカース硬さを有する下地層と、を備える。
前記構成（１）によれば、Ｎｉ−Ｐ系合金で形成される前記表面層は高いビッカース硬さを有し、耐エロージョン性が優れている。前記表面層は無電解めっき皮膜であるため、均一な膜厚形成が可能となり、広範囲にわたってめっき皮膜の耐エロージョン性を均一に発揮できる。
前記下地層は、前記表面層よりも小さいビッカース硬さを有するため、該表面層より高い延性を備え、これによって、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、表面層で仮にき裂が発生しても、き裂の進展をこの下地層で抑制し、母材へのき裂の進展を抑制できる。【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
前記表面層は、アモルファス構造を有する。
前記構成（２）によれば、前記表面層はアモルファス構造を有するので、高強度となり、耐エロージョン性を向上できる。また、アモルファス構造の表面層を採用することで、表面層自体の疲労強度が向上する。【０００９】
（３）幾つかの実施形態では、前記構成（１）又は（２）において、
前記表面層は、前記表面層中におけるＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下である。
前記構成（３）によれば、前記表面層はＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下であるため、高いビッカース硬さを有し、耐エロージョン性をさらに向上できる。また、Ｐ含有率を前記範囲とすることで、表面層の疲労強度が向上する。【００１０】
（４）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（３）の何れかにおいて、
前記下地層は、Ｎｉを含むめっき皮膜である。
前記構成（４）によれば、前記下地層は前記表面層と同じＮｉを含むため、両層のなじみが良く、そのため、前記表面層の前記下地層への施工が容易になると共に、両層間の密着性を向上できる。
下地層は無電解めっき皮膜又は電解めっき皮膜であってもよい。電解めっき皮膜は、膜厚など皮膜の均一性では無電解めっき皮膜に劣るが、非常な高延性があり、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、前記表面層で仮にき裂が発生しても、き裂の進展をこの下地層で抑制でき、母材へのき裂の進展を抑制できる。【００１１】
（５）幾つかの実施形態では、前記構成（４）において、
前記下地層としての前記めっき皮膜は、アモルファス構造を有し、且つ、前記下地層中におけるＰ含有率が１０重量％以上１３重量％以下であるＮｉ−Ｐ系合金である。
前記構成（５）によれば、前記下地層はアモルファス構造を有するため高強度となり、かつＰ含有率が１０重量％以上１３重量％以下であるため高い延性を有する。そのため、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有し、前記表面層で仮にき裂が発生しても、き裂の進展をこの下地層で抑制でき、母材へのき裂の進展を抑制できる。【００１２】
（６）幾つかの実施形態では、前記構成（４）又は（５）において、
前記下地層としての前記Ｎｉめっき皮膜は、３５０ＨＶ以下、好ましくは、２００ＨＶ以上３００ＨＶ以下のビッカース硬さを有する電解めっき皮膜である。
前記構成（６）によれば、前記下地層は３５０ＨＶ以下のビッカース硬さを有する電解めっき皮膜であるため、非常な高延性を有する。そのため、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有し、表面層で仮にき裂が発生しても、き裂の進展をこの下地層で抑制でき、母材へのき裂の進展を抑制できる。【００１３】
（７）幾つかの実施形態では、前記構成（１）において、
前記下地層は、Ｃｕ又はＳｎを含むめっき皮膜である。
前記構成（７）によれば、Ｃｕ及びＳｎは高延性を有するため、下地層として用いられると、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、表面層で仮にき裂が発生しても、き裂の進展を下地層で抑制でき、母材へのき裂の進展を抑制できる。【００１４】
（８）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（７）の何れかにおいて、
前記下地層は、前記基材と前記表面層との間の線膨張係数を有している。
前記構成（６）によれば、前記下地層は、前記基材と前記表面層との間の線膨張係数を有しているので、羽根車の基材と表面層との間に介在することで両者の熱伸び差を緩和できる。そのため、前記熱伸び差に起因して表面層に付加される応力を緩和でき、これによって、表面層のき裂発生を抑制できる。【００１５】
（９）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（８）の何れかにおいて、
前記表面層の膜厚は１５μｍ以上６０μｍ以下である。
表面層の膜厚が１５μｍ未満では、耐エロージョン性を十分に発揮することが難しい場合がある。他方、表面層を６０μｍを超える膜厚としても耐エロージョン性の改善効果は限定的であり、逆に、めっき処理に要する時間が長くなり、高コストとなる。
前記構成（９）によれば、表面層の膜厚を１５μｍ以上とすることで、耐エロージョン性を発揮でき、かつ６０μｍ以下とすることで、めっき処理を低コスト化できる。【００１６】
（１０）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（９）の何れかにおいて、
前記表面層は５００〜７００ＨＶのビッカース硬さを有する。
前記構成（１０）によれば、表面層が５００〜７００ＨＶという大きなビッカース硬さを有することで、高い耐エロージョン性をもつことができる。【００１７】
（１１）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（１０）の何れかにおいて、
前記下地層の膜厚は１５μｍ以上６０μｍ以下である。
下地層の膜厚が１５μｍ未満では、表面層で発生したき裂の阻止機能を十分に発揮することが難しい場合がある。他方、下地層を６０μｍを超える膜厚としてもき裂阻止性の改善効果は限定的であり、逆に、めっき処理に要する時間が長くなり、高コストとなる。
前記構成（９）によれば、下地層の膜厚を１５μｍ以上とすることで、き裂阻止機能を発揮でき、かつ６０μｍ以下とすることで、めっき処理を低コスト化できる。【００１８】
（１２）幾つかの実施形態では、前記構成（１）〜（１１）の何れかにおいて、
前記羽根車は、過給機のコンプレッサ羽根車である。
前記構成（１２）によれば、前記構成の羽根車を高速回転する過給機のコンプレッサ羽根車として用いることで、過給機の耐エロージョン性を向上できると共に、き裂の進展を抑制でき、過給機を長寿命化できる。【００１９】
（１３）本発明の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサは、
前記構成（１）〜（１１）の何れかを有するコンプレッサ羽根車を有している。
前記構成（１３）によれば、高い耐エロージョン性及びき裂進展抑制機能を有するコンプレッサ羽根車を備えることで、長寿命なコンプレッサを実現できる。【００２０】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機は、
前記構成（１３）を有するコンプレッサと、
前記コンプレッサを駆動するためのタービンと、
を備えている。
前記構成（１４）によれば、高い耐エロージョン性及びき裂進展抑制機能を有するコンプレッサ羽根車を有するコンプレッサを備えることで、高速回転に長期間耐え得る長寿命な過給機を実現できる。【００２１】
（１５）幾つかの実施形態では、前記構成（１４）において、
前記コンプレッサは、内燃機関の吸気路に設けられ、
前記タービンは、前記内燃機関からの排気によって駆動されるように構成され、
前記コンプレッサの上流側において、前記排気の一部が前記吸気路に循環されるように構成される。
前記構成（１５）において、前記コンプレッサには液滴を含みエロージョン性が高い排気を含む吸気が導入される。
これに対し、前記構成（１５）によれば、前記構成（１３）を有し、耐エロージョン性及び耐き裂性が向上したコンプレッサを備えているので、高速回転に長期間耐え得る長寿命な過給機を実現できる。【００２２】
（１６）本発明の少なくとも一実施形態に係る回転機械の羽根車の製造方法は、
Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される前記羽根車の基材を覆うように、前記基材上に下地層を形成するステップと、
前記下地層の上に、前記羽根車の表面層として無電解めっき皮膜を形成するステップを備え、
前記下地層は、前記表面層よりも小さいビッカース硬さを有し、
前記表面層は、アモルファス構造を有し、且つ、前記表面層中におけるＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下であるＮｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜である。【００２３】
前記（１６）の方法によれば、高いビッカース硬さを有することで高い耐エロージョン性を有する表面層と、高い延性を有し、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する下地層とを含むめっき皮膜を前記羽根車の基材に形成するので、前記羽根車の耐エロージョン性及び耐き裂性を向上でき、長寿命な羽根車を実現できる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される回転機械の羽根車に、耐エロージョン性と耐き裂性とを同時に向上できるめっき皮膜を形成することで、羽根車の長寿命化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】一実施形態に係る過給機を備えたディーゼルエンジンの系統図である。
【図２】一実施形態に係るコンプレッサ羽根車の模式的断面図である。
【図３】無電解めっき皮膜のＰ含有率と耐エロージョン性との関係を示す線図である。
【図４】無電解めっき皮膜のＰ含有率とＬＣＦ破断寿命との関係を示す線図である。
【図５】ＬＣＦ試験の繰り返し荷重の一例を示す線図である。
【図６】無電解めっき皮膜の結晶構造と耐エロージョン性との関係を示す線図である。
【図７】無電解めっき皮膜の結晶構造とＬＣＦ破断寿命との関係を示す線図である。
【図８】基材及び各めっき皮膜の線膨張係数を示す図表である。
【図９】無電解めっき皮膜の膜厚と耐エロージョン性との関係を示す線図である。
【図１０】無電解めっき皮膜の腐食試験結果を示す線図である。
【図１１】一実施形態に係るコンプレッサ羽根車の製造方法を示す工程図である。
【図１２】コンプレッサ羽根車に発生する歪み分布を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２７】
図１２は、車両用内燃機関に設けられた過給機のコンプレッサ羽根車であって、従来のＮｉ−Ｐ系めっき皮膜が施されたコンプレッサ羽根車１００に生じるひずみ分布をハブ１０２の背面１０２ａに投影した解析結果を示したものである。図１２から、バブ１０２のうち、ブレード１０４の根元部を投影した領域１０２ｂに最も大きな歪み、即ち、応力が発生することがわかる。この応力は、主として、過給機の高速回転で発生する遠心力によって発生するものであり、これにＮｉ−Ｐ系めっき皮膜とＡｌ合金などで構成された母材との熱伸び差によって発生するものが加わっている。
【００２８】
本発明の少なくとも一実施形態に係る過給機１２は、図１に示すように、車両用内燃機関、例えば、ＥＧＲシステムを採用したディーゼルエンジン１０に設けられる。
過給機１２は、ディーゼルエンジン１０の排気路２０に設けられ、排気ｅによって回転する排気タービン１４と、排気タービン１４と回転軸１３を介して連動するコンプレッサ１６とを備えている。コンプレッサ１６は吸気路２２に設けられ、吸気ａをディーゼルエンジン１０に供給する。排気の一部はコンプレッサ１６の上流側の吸気路２２に循環される。
【００２９】
例示的な実施形態として、図１に示すように、高圧ＥＧＲシステム２４は、排気タービン１４の上流で排気路２０から分岐し、コンプレッサ１６の下流側の吸気路２２に接続された高圧ＥＧＲ路２６を有する。
高圧ＥＧＲシステム２４において、ディーゼルエンジン１０から排出された排気ｅの一部は、高圧ＥＧＲ路２６を介してディーゼルエンジン１０の入口側で吸気路２２に戻される。
例示的な構成では、高圧ＥＧＲ路２６にＥＧＲクーラ２８及びＥＧＲバルブ３０が設けられる。
【００３０】
例示的な実施形態として、低圧ＥＧＲシステム３２は、排気タービン１４の下流側で排気路２０から分岐し、コンプレッサ１６の上流側の吸気路２２に接続された低圧ＥＧＲ路３４を有する。
低圧ＥＧＲシステム３２において、ディーゼルエンジン１０から排出された排気ｅの一部は、低圧ＥＧＲ路３４を介してコンプレッサ１６の入口側の吸気路２２に戻される。
例示的な構成では、低圧ＥＧＲ路３４にＥＧＲクーラ３６及びＥＧＲバルブ３８が設けられる。
【００３１】
例示的な実施形態として、コンプレッサ１６の上流で吸気路２２にエアクリーナ４０が設けられ、コンプレッサ１６の下流側で吸気路２２にインタクーラ４２が設けられる。
また、排気タービン１４を跨ぐように、排気路２０に排気バイパス路２０ａが接続されている。排気バイパス路２０ａにウェイストバルブ４４が設けられ、ウェイストバルブ４４の開度を調整するアクチュエータ４４ａが設けられる。
さらに、排気タービン１４の下流側の排気路２０に、排気中の粒子状物質を捕捉するＤＰＦフィルタ４８と、排気中のＮＯｘをＮＯ２に酸化し、ＮＯ２の酸化作用でＤＰＦフィルタ４８に捕捉された粒子状物質を燃焼させる酸化触媒４６が設けられる。
【００３２】
本発明の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサは、例えば、図１に示す過給機１２に設けられるコンプレッサ１６である。コンプレッサ１６は、コンプレッサハウジング（不図示）の内部で回転軸１３の一端に設けられたコンプレッサ羽根車５０を備えている。
コンプレッサ羽根車５０は、図２に模式的に示すように、Ａｌ又はＡｌ合金で構成される基材５２の表面に、Ｎｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜により形成される表面層５４と、基材５２と表面層５４との間に設けられ、表面層５４より小さいビッカース硬さを有する下地層５６とを備えている。
【００３３】
Ｎｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜により形成される表面層５４は高いビッカース硬さを有し、耐エロージョン性が優れている。また、表面層５４は無電解めっき皮膜であるため、均一な膜厚形成が可能となり、広範囲にわたって耐エロージョン性を均一に発揮できる。
図２に示すように、吸気ａには液滴Ｌなどの異物が混入している場合がある。例えば、図１に示す低圧ＥＧＲシステム３２を採用する場合、水滴Ｌを含む排気ｅが低圧ＥＧＲ路３４を介して循環されて吸気ａとともにコンプレッサに供給される。このように、吸気ａ中に異物（例えば、液滴Ｌ）が混ざっている場合においても、表面層５４は良好な耐エロージョン性を有するため、排気ｅに対して浸食されにくい。
【００３４】
コンプレッサ羽根車５０の回転によって基材５２に遠心力が働き、この遠心力によって基材５２に歪みＳが発生する。ここで、表面層５４は耐エロージョン性の観点からビッカース硬さを高くしている。そのため、表面層５４は延性が低い。基材５２に歪みＳが発生すると、表面層５４は歪みＳに追従できず、き裂Ｃが発生するおそれがある。
しかし、上述の実施形態によれば、下地層５６は表面層５４より高延性（表面層５４より小さいビッカース硬さ）を有するので、表面層５４で仮にき裂Ｃが発生しても、き裂の進展を下地層５６で抑制し、基材５２へのき裂の進展を抑制できる。
【００３５】
例示的な実施形態では、表面層５４はアモルファス構造を有する。表面層５４はアモルファス構造を有すると、高強度となり、耐エロージョン性を向上できる。
例示的な実施形態では、さらに、表面層５４は、表面層５４中におけるＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下である。表面層５４はＰ含有率が４重量％以上１０重量％以下であると、高いビッカース硬さを有し、耐エロージョン性をさらに向上できる。
【００３６】
図３は、無電解めっき皮膜のＰ含有率と耐エロージョン性との関係を示す試験結果であり、図４は、無電解めっき皮膜のＰ含有率と低サイクル疲労（ＬＣＦ）試験の破断寿命を示す試験結果である。低サイクル疲労（ＬＣＦ）とは、塑性変形を与えるような大きな繰り返し荷重を部材に加えたときに該部材に発生する疲労破壊を言う。
図５は、ＬＣＦ試験においてコンプレッサ羽根車に加えられる繰り返し荷重の一例を示し、横軸は時間を、縦軸は該コンプレッサ羽根車を備えた過給機の回転数を示している。過給機の回転数の増減により表面層５４に作用する応力が増減する。
図３及び図４に示すように、Ｐ含有率が１０重量％を超えると耐エロージョン性が急激に低下し、ＬＣＦ破断寿命は、Ｐ含有率が４重量％未満又は１０重量％を超えると短縮する。以上の結果を踏まえて、表面層５４は、耐エロージョン性及びＬＣＦ破断寿命が両立する観点から、Ｐ含有率を４重量％以上１０重量％以下としている。
【００３７】
図６は、表面層５４の結晶構造の違いと耐エロージョン性との関係を示す試験結果であり、図７は、表面層５４の結晶構造の違いとＬＣＦ破断寿命との関係を示す試験結果である。図中の「結晶化」は、アモルファス構造を有する表面層５４を熱処理によって結晶化したことを示している。
図６及び図７に示すように、表面層５４が結晶化すると、耐エロージョン性及びＬＣＦ破断寿命が急激に低下する。以上の結果を踏まえて、表面層５４は、耐エロージョン性およびＬＣＦ破断寿命の向上の観点から、アモルファス構造とし、かつＰ含有率を４乃至１０重量％としている。
【００３８】
例示的な実施形態では、下地層５６はＮｉを含むめっき皮膜である。これによって、表面層５４とのなじみが良くなり、下地層５６への表面層５４の施工が容易になると共に、両層間の密着性を向上できる。
なお、下地層５６は無電解めっき皮膜又は電解めっき皮膜であってもよい。電解めっき皮膜は、膜厚など皮膜の均一性では無電解めっき皮膜に劣るが、非常な高延性があり、表面層５４に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、表面層５４で仮にき裂が発生しても、き裂の進展をこの下地層５６で抑制でき、基材５２へのき裂の進展を抑制できる。
【００３９】
例示的な実施形態では、下地層５６はアモルファス構造を有し、且つ下地層５６のＰ含有率が１０重量％以上１３重量％以下であるＮｉ−Ｐ系合金である。例えば、下地層５６は、Ｐ含有率が前記範囲内であり、且つ、アモルファス構造を有するＮｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜であってもよい。
下地層５６はアモルファス構造を有するため高強度となり、前述のように、結晶化した構造と比べて耐エロージョン性及びＬＣＦ破断寿命が急激に向上する。
また、下地層５６のＰ含有率が１０重量％以上１３重量％以下であると高い延性を有するため、表面層５４に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、表面層５４で仮にき裂が発生しても、き裂の進展を下地層５６で抑制でき、基材５２へのき裂の進展を抑制できる。
【００４０】
例示的な実施形態では、下地層５６がＮｉを含む場合、下地層５６は３５０ＨＶ以下、好ましくは、２００ＨＶ以上３００ＨＶ以下のビッカース硬さを有する電解めっき皮膜である。これによって、下地層５６は非常な高延性を有するため、表面層５４に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、表面層５４で仮にき裂が発生しても、き裂の進展をこの下地層５６で抑制でき、基材５２へのき裂の進展を抑制できる。
【００４１】
例示的な実施形態では、下地層５６はＣｕ又はＳｎを含むめっき皮膜である。Ｃｕ及びＳｎは高延性を有するため、下地層５６として用いられると、表面層５４に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する。そのため、表面層５４で仮にき裂が発生しても、き裂の進展を下地層５６で抑制でき、基材５２へのき裂の進展を抑制できる。
【００４２】
例示的な実施形態では、下地層５６は基材５２と表面層５４との間の線膨張係数を有している。この下地層５６が基材５２と表面層５４との間に介在することで基材５２と表面層５４との熱伸び差を緩和できる。そのため、前記熱伸び差に起因して表面層５４に付加される応力を緩和でき、表面層のき裂発生を抑制できる。
図８は、基材５２、表面層５４及び下地層５６の線膨張係数の例を示す。
【００４３】
例示的な実施形態では、表面層５４の膜厚は１５μｍ以上６０μｍ以下である。表面層５４の膜厚が１５μｍ未満では、耐エロージョン性を発揮できない。他方、表面層５４を６０μｍを超える膜厚としても、耐エロージョン性の改善効果は限定的であり、逆に、めっき処理に要する時間が長くなり、高コストとなる。
そのため、表面層５４の膜厚を１５μｍ以上とすることで、耐エロージョン性を発揮でき、かつ６０μｍ以下とすることで、めっき処理を低コスト化できる。
【００４４】
図９は、表面層５４の膜厚と耐エロージョン性との関係を示す試験結果であり、図１０は、表面層５４の耐食性と膜厚との関係を示す試験結果である。
図９に示すように、表面層５４の膜厚が１〜２μｍ程度では耐エロージョン性を発揮できず、膜厚が１５〜６０μｍの範囲では要求値を満たす高い耐エロージョン性を発揮できる。
図１０中のラインＡ、Ｂ及びＣは、腐食環境が異なる条件での表面層５４の腐食の進行度を示している。図１０から、表面層５４の膜厚が１５μｍ以上のとき、最も厳しい腐食環境でも要求寿命を満足できることがわかる。
【００４５】
例示的な実施形態では、表面層５４は５００〜７００ＨＶのビッカース硬さを有する。これによって、表面層５４は高いビッカース硬さを有するので、高い耐エロージョン性をもつことができる。
【００４６】
例示的な実施形態では、下地層５６の膜厚は１５μｍ以上６０μｍ以下である。下地層５６の膜厚が１５μｍ未満では、表面層５４で発生したき裂の阻止機能を十分に発揮できず、他方、６０μｍを超える膜厚としても耐エロージョン性の改善効果は限定的であり、逆に、めっき処理に要する時間が長くなり、高コストとなる。
そのため、下地層５６の膜厚を１５μｍ以上とすることで、き裂阻止機能を発揮でき、かつ６０μｍ以下とすることで、めっき処理を低コスト化できる。
【００４７】
前記構成のコンプレッサ羽根車５０を、高速回転する過給機１２を構成するコンプレッサ１６のコンプレッサ羽根車として用いることで、過給機１２及びコンプレッサ１６の耐エロージョン性を向上できると共に、き裂の進展を抑制でき、これら機器を長寿命化できる。
また、過給機１２が低圧ＥＧＲシステム３２を備えたディーゼルエンジン１０に設けられ、コンプレッサ１６に液滴を含みエロージョン性が高い排気を含む吸気ａが導入される場合でも、高速回転に長期間耐えることができ、長寿命化できる。
【００４８】
本発明の少なくとも一実施形態に係るコンプレッサ羽根車５０の製造方法は、図１１に示すように、まず、コンプレッサ羽根車５０を構成する基材５２に、コンプレッサ羽根車５０の全面を実質的に覆う下地層５６を形成する（Ｓ１２）。次に、下地層５６の上に、表面層５４として無電解めっき皮膜を形成する（Ｓ１４）。
下地層５６は表面層５４よりも小さいビッカース硬さを有し、表面層５４はアモルファス構造を有し、且つＰ含有率が４乃至１０重量％であるＮｉ−Ｐ系合金の無電解めっき皮膜である。
【００４９】
例示的な実施形態では、図１１に示すように、ステップＳ１２に先立って、基材５２の表面の前処理Ｓ１０を行う。
前処理Ｓ１０は、例えば、基材５２の表面に付着した油脂類をアルカリ液などを使って除去するアルカリ脱脂ステップＳ１０ａと、脱脂後の基材５２に対し、酸液又はアルカリ液を用いて表面に形成された不動態膜（アルミナ膜）を除去するエッチング処理Ｓ１０ｂと、エッチング処理後、酸などに溶解しにくいＣやＳｉが黒い微粉末状となって残るスマットを除去するスマット除去ステップＳ１０ｃとを行う。
例示的な実施形態では、ステップＳ１４の後、表面層５４の表面仕上げを行うステップＳ１６及び仕上げ後の表面層５４を検査する検査ステップＳ１８を行う。
【００５０】
前記製造方法によれば、高いビッカース硬さを有することで高い耐エロージョン性を有する表面層５４と、高い延性を有し、表面層に発生したき裂の進展を抑止する作用を有する下地層５６とを含むめっき皮膜を基材５２に形成するので、コンプレッサ羽根車５０の耐エロージョン性及び耐き裂性を向上でき、コンプレッサ羽根車５０を長寿命化できる。
なお、上述の実施形態では、基材５２と表面層５４との間に１層の下地層５６を形成したが、２層以上の下地層を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、Ａｌ又はＡｌ合金によって構成される回転機械の羽根車において、該羽根車に耐エロージョン性と耐き裂性とを同時に向上できるめっき皮膜を形成することで、該羽根車及び該羽根車を備えた機器類を長寿命化できる。
【符号の説明】
【００５２】
１０        ディーゼルエンジン
１２        過給機
１３        回転軸
１４        排気タービン
１６        コンプレッサ
２０        排気路
２２        吸気路
２４        高圧ＥＧＲシステム
２６        高圧ＥＧＲ路
２８、３６    ＥＧＲクーラ
３０、３８    ＥＧＲバルブ
３２        低圧ＥＧＲシステム
３４        低圧ＥＧＲ路
４０        エアクリーナ
４２        インタクーラ
４４        ウェイストバルブ
４４ａ    アクチュエータ
４６        酸化触媒
４８        ＤＰＦフィルタ
５０、１００    コンプレッサ羽根車
５２        基材
５４        表面層
５６        下地層
１０２      ハブ
１０２ａ    背面
１０４      ブレード
Ｃ          き裂
Ｓ          歪み
ａ          吸気
ｅ          排気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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