JPH11512027A - 層状構成のシートを用いてろう付けされたハニカム本体を製造するためのプロセス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 この発明は、流体が流れることができる通路を形成するための構造を少なくとも部分的に有した金属シート（２、３）が層状に積み重ねられ、および／または巻かれるハニカム本体を製造するためのプロセスに関する。シート層の少なくとも一部が、少なくとも１層のクロミウムを含有する鋼（４）と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有する層（５、６）とを有する層状材料（４、５、６）を初めに含む。アルミニウム含有層（５、６）は後の熱処理で実質的に均質化され、熱処理は初めに真空下または還元環境で行なわれ、次に酸化環境で行なわれる。この発明に従って、熱処理は、シート層間の接触場所がろう付け材料（１０）を付加することによって少なくとも部分的な領域でともにろう付けされるろう付け手順の一部である。

Description

【発明の詳細な説明】 層状構成のシートを用いてろう付けされた ハニカム本体を製造するためのプロセス この発明は、流体が流れることができる通路を形成するための構造を少なくと も部分的に有した金属シートが層状に積み重ねられ、および／または巻かれるハ ニカム本体を製造するためのプロセスに関する。 上述の種類のハニカム本体はたとえばＷＯ ８９／０７４８８から公知である 。ハニカム本体は、排気ガス、特に内燃機関からの排気ガスの成分をあまり環境 を汚染しない化合物に転化させることを促進する触媒のための担体として役立つ 。ハニカム本体は高レベルの機械的および熱的負荷を受ける。機械的および熱的 負荷の他に、金属シートは腐食を助長する大気にさらされる。したがって、ハニ カム本体を製造するために高度な耐腐食性を有する金属シートを用いることが望 ましい。 ＵＳ第５ ３６６ １３９号は初めに層状または積層材料からなる金属シート をハニカム本体のために用いることを開示する。このようなシートは少なくとも １層のクロミウムを含有する鋼と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有 する層とを有する。この種の層状シートは熱処理を受け、シートは実質的に均質 化される。シートの均質化という表現は、結果が本質的にアルミニウムを有した 鋼の単一層シートであるようにアルミニウムを鋼へと拡散させることを示す。 ＵＳ第５ ３６６ １３９号は最初に真空下または還元環境内、最後に酸化環 境内で熱処理を実施することを開示する。酸化環境内でのシートの処理により、 特に、後で適用されるべき薄め塗膜（washcoat）のための結合層として役立つ酸 化物スキンまたはフィルムがシートの上に形成される。このようなシートの生成 は、シートが均質化の目的のために熱処理を受けなくてはならないので比較的コ ストがかさむ。 この発明の目的は、安価に製造できるが耐腐食性であり、機械的負荷に耐える ことができるハニカム本体を製造するためのプロセスを提供することである。 この目的は請求項１の特徴を有するハニカム本体を製造するためのプロセスに よって達成される。有利な発展は従属請求項の内容である。 ハニカム本体を製造するためのこの発明に従うプロセスにおいて、層状または 積層構成のシートに関する熱処理を、シート層間の接触場所が少なくとも部分的 に互いにろう付けされるろう付け手順の一部として行なうことが提案される。こ の発明に従うプロセスはハニカム本体を製造するためのコストを減少し、これは 、層状材料の実質的な均質化のための先行する熱処理がなくなり、このような均 質化がろう付け手順を実施するために必要であるようにシート層に熱を供給する ことによってもたらされるためである。したがって、積層材料を含むシート層の 均質化はハニカム本体の製造において単一の熱処理動作で達成される。さらに、 熱処理ステップは薄め塗膜のための結合層として役立つ酸化物コーティングまた はフィルムをシート層上に形成し、他方、ろう付け手順をそれ自体実行する。 好ましくは、熱処理は初めに真空下または還元環境で行なわれ、最高温度の達 成の後、冷却段階の間、低い酸素分圧、特に１トル未満の酸素分圧の環境が用い られる。この種の動作手順は、特に薄め塗膜のための結合プライマ（primer）と して適切なアルミニウム酸化物層が金属シート上に生成されるという利点を与え る。 プロセスが実施される方法により、また、少なくとも１層のクロミウムを含有 する鋼と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有する層とを有する層状ま たは積層材料の使用のため、ろう付け材料はニッケルベースの材料であり得、最 高のろう付け温度は１１００℃から１１５０℃である。好ましくは、ろう付け材 料は０．５％から８％のボロン、特に３％から６％のボロンを含有する。ろう付 け材料内のボロンは拡散促進材として役立ち、したがって、これは等価なろう付 け接合部でろう付け手順に必要な時間を減少させる。ろう付け手順のための時間 が減少された結果、ろう付け炉でのより高い処理量が達成可能となる。さらにボ ロンはろう付け材料の側で湿り作用を向上させ、したがって、高品質のろう付け 接合部を与える。 特に、熱処理が初めにろう付け材料がまだ溶融しない温度範囲で行なわれるこ とが有利である。層状または積層シートの広範囲にわたる均質化の後、温度はろ う付け材料の溶融温度まで上げられる。動作手順は、層状または積層シートの実 質的な均質化が達成され、次に耐久性のあるろう付け接続が作られるという利点 を有する。 この発明に従うプロセスのさらなる利点および特徴はこのプロセスに従って製 造されるハニカム本体を参照して説明される。 図１は、最新技術に従うハニカム本体の正面図である。 図２は、最新技術に従う積層構造の金属シート層を示す。 図３は、均質化動作の間の、積層構造の金属シート層と実質的に均質的な鋼を 含む金属シート層との間の接触場所を示す。 図４は、熱処理の後の、図３に示す接触場所を示す。 図５は、温度一時間グラフを図で示す。 図１はハニカム本体を示す。ハニカム本体１は、層状に積み重ねられ、巻かれ 、高温腐食に耐える金属シート層を含む。ハニカム本体１は滑らかなシート２お よび波型シート３の交互の層から製造される。滑らかなシート２は少なくともク ロミウムおよびアルミニウムを含有した実質的に均質的な鋼を含む。波型シート ３は層状または積層構造である。層状シート３はクロミウム含有鋼の内部層４を 含む。内部層４の２つの側の各々に配置されるのは、図２からわかるように本質 的にアルミニウムからなるそれぞれの層５、６である。図２に示される、層状ま たは積層構造の金属シート層は熱処理の前の外観である。層状に積み重ねられ、 巻かれる金属シートから製造されたハニカム本体１は流体が流れることができる 通路７を形成するための構造を有する。シート層は管状ケーシング８内に配列さ れる。管状ケーシング８は好ましくはその内部の少なくともその部分的な領域に 本質的にアルミニウムからなる層を有する。しかしながら、これはまた通常のろ う付け手順によってシートに単独にまたは付加的に接続できる。 図３は滑らかなシート２と波型シート３との間の接触場所を示す。波型シート ３は層状または積層構造である。ろう付けインレイ１０が接触場所９のまわりの 領域で波型シート３と滑らかなシート２との間に配置される。図３は熱処理の一 部の間のスナップショットを示し、ここでシート３の積層構造が均質化される。 熱処理ステップの間、層５および６に含有されるアルミニウムが内部層４へと拡 散する。アルミニウムの拡散方向は矢印で示される。ほとんど均質化されたゾー ン１１が波型シート３の下部の曲がった部分に既に形成されている。均質化温度 はろう付けインレイ１０の溶融温度よりも下である。 均質化動作が完了した後、ハニカム本体の温度がろう付けインレイ１０が液体 状態になるろう付け温度に上げられる。溶融したろう付け材料が接触場所９の両 側で波型シート３と滑らかなシート２との間にメニスカス１３を形成する。 熱処理ステップの間、層６を形成するアルミニウムの一部がろう付け材料のな い場所で滑らかなシート２へと拡散できる。アルミニウム鋼合金は鋼よりも実質 的に低い融点を有するので、波型シートの内部層４と滑らかなシート２とは一時 的に液化し、しっかりとした接合部が接触場所９のまわりの領域に作られ、接合 部は他の場所でのろう付け作用によって生じる接合部によって補足される。参照 番号１２が滑らかなシート２のアルミニウム含有領域を特定する。濃度勾配によ り、アルミニウムは図４の矢印によって示すようにシート２へとさらに移動し、 それによって領域１２のアルミニウム含有量が再び減少し、領域１２の融点が上 がり、したがって、接合場所が固まる。 図５は温度一時間のグラフを図で示す。ハニカム本体はたとえば真空ろう付け 炉で均質化温度Ｔ_Hまで加熱される。ハニカム本体は、積層構造のシート層の完 全な均質化が生じるまで時間ｔ_Hの間均質化温度に維持される。均質化温度Ｔ_Hは ろう付け温度Ｔ_Lよりも低い。積層構造のシート層の均質化が生じた後、炉の内 部の温度がろう付け温度Ｔ_Lまで上げられる。ろう付け温度は約１１５０℃であ り得る。ハニカム本体が隅々まで完全にろう付けされることを確実とするために 、炉は時間ｔ_Lの間ろう付け温度に維持される。ろう付け動作には冷却動作が従 い、ここで好ましくはかなり少量の酸素が炉内の環境に導入され、炉内の酸素分 圧が１トル未満である。結果として、ハニカム本体の冷却段階の間に、薄め塗膜 のための結合プライマとして役立つことのできるアルミニウム酸化物フィルムま たはコーティングがシート２、３上に形成される。 図５に示す時間に対しての温度変化が例として与えられる。ハニカム本体およ び炉が適切な構成であるならば、炉が所与の時間予め定められた均質化温度Ｔ_H に維持される必要なしに、ろう付け温度が達成されるときまでに均質化が既に完 了することも可能である。 この発明に従うプロセスは積層構成であるシートを全体的または部分的に含む ハニカム本体のために用いられることができ、機械的負荷に耐えることができ、 高温腐食に耐え、かつ自動車の排気ガス触媒コンバータのために特に適した本体 を安価に生じる。 参照符号リスト １ ハニカム本体 ２ 滑らかなシート ３ 波型シート ４ 内部層 ５、６ アルミニウム層 ７ 通路 ８ 管状ケーシング ９ 接触場所 １０ ろう付けインレイ １１ 拡散ゾーン １２ 領域 １３ メニスカス

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年９月２４日 【補正内容】 請求の範囲 １．流体が流れることができる通路（７）を形成するための構造を少なくとも部 分的に有した金属シート（２、３）が層状に積み重ねられ、および／または巻か れる、ハニカム本体（１）を製造するためのプロセスであって、シート層（３） の少なくとも一部が、後の熱処理で実質的に均質化される、少なくとも１層のク ロミウムを含有する鋼（４）と少なくとも１つの実質的にアルミニウムを含有す る層（５、６）とを有する層状材料を初めに含み、さらに熱処理が初めに真空下 または還元環境で、次に酸化環境で行なわれ、熱処理が、０．５重量％から８重 量％のボロン、好ましくは約３重量％から約６重量％のボロンを含有するニッケ ルベースのろう付け材料で、シート層（２、３）間の接触場所（９）が少なくと も部分的にろう付けされるろう付け手順の一部である、プロセス。 ２．最高温度の達成の後、冷却段階の間、極めて低い酸素分圧、特に１トル未満 の酸素分圧の環境が用いられることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ３．最高ろう付け温度が約１１００℃から約１１５０℃であることを特徴とする 、請求項１および２の１つに記載のプロセス。 ４．アルミニウムが鋼へと拡散するがろう付け材料（１０）がまだ溶融しない温 度範囲で熱処理が初めに行なわれ、層状シート（３）の実質的な均質化の後に温 度がろう付け温度Ｔ_Lまで上げられるのみであることを特徴とする、先行する請 求項の１つに記載のプロセス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０１Ｎ 3/10 Ｆ０１Ｎ 3/10 Ａ 3/28 ３０１ 3/28 ３０１Ｐ (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，Ｈ Ｕ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体が流れることができる通路（７）を形成するための構造を少なくとも部 分的に有した金属シート（２、３）が層状に積み重ねられ、および／または巻か れ、シート層（３）の少なくとも一部が、後の熱処理で実質的に均質化される、 少なくとも１層のクロミウムを含有する鋼（４）と少なくとも１つの実質的にア ルミニウムを含有する層（５、６）とを有する層状材料を初めに含み、熱処理が 初めに真空下または還元環境で、次に酸化環境で行なわれる、ハニカム本体（１ ）を製造するためのプロセスであって、熱処理が、シート層（２、３）間の接触 場所（９）が少なくとも部分的にろう付けされるろう付け手順の一部であること を特徴とする、プロセス。 ２．最高温度の達成の後、冷却段階の間、極めて低い酸素分圧、特に１トル未満 の酸素分圧の環境が用いられることを特徴とする、請求項１に記載のプロセス。 ３．ろう付け材料（１０）がニッケルベースのろう付け材料であり、最高ろう付 け温度が約１１００℃から１１５０℃であることを特徴とする、請求項１および ２の１つに記載のプロセス。 ４．ろう付け材料（１０）が０．５重量％から８重量％のボロン、好ましくは約 ３重量％から約６重量％のボロンを含有することを特徴とする、請求項３に記載 のプロセス。 ５．アルミニウムが鋼へと拡散するがろう付け材料（１０）がまだ溶融しない温 度範囲で熱処理が初めに行なわれ、層状シート（３）の実質的な均質化の後に温 度がろう付け温度Ｔ_Lまで上げられるのみであることを特徴とする、先行する請 求項の１つに記載のプロセス。