制造由两种不同结构类型的金属薄板组成的蜂窝体的方法

摘要

本发明建议了一种制造蜂窝体尤其是催化剂载体的方法,蜂窝体由层叠的和/或卷绕的耐高温腐蚀的金属薄板层(2、3)组成,金属薄板层至少局部具有一种结构,用于构成可流过流体的通道。此蜂窝体由不同结构类型的金属薄板卷绕或层叠而成。一部分金属薄板层(2)用一种基本上均质的至少含铬和铝的钢制成。另一部分金属薄板层(3)有一种分层的结构,包括至少一个由含铬的钢构成的第一层(4)和至少一个主要含铝的第二层(5、6)。这些金属薄板层通过热处理互相连接,其中具有分层结构的金属薄板层(3)通过扩散均质化。由于使用不同结构类型的金属薄板,尽管在热处理时具有分层结构的金属薄板体积有可能减小,也能在金属薄板层之间获得牢固的连接。

说明书

本发明涉及一种制造蜂窝体的方法，这种蜂窝体由层叠的和/或卷绕的耐高温金属薄板层组成。

这种蜂窝体尤其用作内燃机排气系统的催化剂载体，并例如由WO89/07488已知。用作排气催化剂载体的蜂窝体具有起催化作用的涂层，用于净化汽车的废气，它们受高的机械负荷和热负荷。除了热负荷与机械负荷之外，蜂窝体还与废气中所含的腐蚀性气体成分遭遇。为了保证这种蜂窝体的耐用性，尤其希望金属薄板层有良好的耐腐蚀能力。

由EP0159468B1已知，所使用的金属薄板层最好用一种具有高的含铝量的钢板制成。然而这种材料，由于具有高含铝量的钢不良的轧制性能以及由于因此而形成的在制造此类金属薄板时的费用，所以是有缺点的。US5366139A也深入研究了这一缺点。在此专利文件中建议了一种用于蜂窝体的金属薄板，它用一种镀铝的钢制成。这些金属薄板可在某些限制范围内费用合理地加工。

本发明的目的是提供一种制造蜂窝体的方法，这种蜂窝体由层叠的和/或卷绕的耐高温腐蚀的金属薄板层组成，金属薄板层至少局部具有一种用于构成可流过流体的通道的结构，这种方法特别适合于制造一种使用具有分层结构的金属薄板层的蜂窝体。

用于制造蜂窝体的具有权利要求1所述特征的方法用来达到上述目的。从属权利要求的内容涉及有利的进一步设计。

按本发明的用于制造蜂窝体的方法，这种蜂窝体由层叠的和/或卷绕的耐高温腐蚀的金属薄板组成，金属薄板至少局部具有一种构成可流过流体的通道的结构，这种方法的特征在于，蜂窝体由两种不同结构类型的金属薄板卷绕和/或层叠构成。一部分金属薄板层用一种基本上均质的至少含铬和铝的钢制成。另一部分金属薄板层有一种分层的结构，包括至少一个由含铬的钢构成的第一层和至少一个主要含铝的第二层。这些金属薄板层通过热处理互相连接，在这种情况下，具有分层结构的金属薄板层通过扩散均质化。

采用按本发明的这种方法尤其是提供了这种可能性，即，可以制造含具有分层结构的金属薄板层的蜂窝体，它们有比较大的横截面积。应强调指出，在制造仅仅由具有分层结构的金属薄板层组成的蜂窝体时，不可能始终保证金属薄板层相互之间和/或与蜂窝体周围的外套之间的连接。人们知道，在蜂窝体热处理时，具有分层结构的金属薄板层发生体积减小。金属薄板的这种体积减小归诸于，至少构成金属薄板一个外层的铝，在热处理过程中扩散到由含铬的钢构成的第一层中。在按本发明的制造蜂窝体的方法中，具有分层结构的金属薄板体积减小的影响采用这一措施加以抑制，即，使蜂窝体由两种不同结构类型的金属薄板卷绕和/或层叠构成。按本发明建议，一部分金属薄板层用一种基本上均质的至少含铬和铝的钢制造，而另一部分金属薄板层具有一种分层的结构。因此在制造过程中还改善了层叠的金属薄板层的弹性特性。

按照另一项有利的设计，建议蜂窝体由交替的平的和波纹形的金属薄板层制成。在这种蜂窝体中，最好平的金属薄板由基本上均质的材料制造，而波纹形的金属薄板具有一种分层的结构。因此大部分材料可由可廉价地制成的分层材料组成，这种材料还可以压成良好的波形。

但在规定的使用场合和大直径的情况下将它们反过来，也就是说，平的金属薄板用分层的材料制成可能是有利的。

具有分层结构的金属薄板最好含有三层，亦即一个由铬钢制的内层，在内层的两面叠置最好滚压上一个主要含铝的层。这种金属薄板有优点，尤其是在热处理时相邻薄板层可通过在它们的接触点处的扩散互相连接起来。除了通过扩散金属薄板层有互相连接的可能性之外，建议金属薄板层卷绕或层叠之前或以后，至少在局部区加钎料并在一个热处理工序中互相钎焊在一起。因此获得的是一种具有高的机械强度的蜂窝体。

为了保证在热处理过程中金属薄板层之间的接触点不会张开，按照此方法的另一项有利的进一步设计建议，具有分层结构的金属薄板的体积减小，通过金属薄板层的弹性回跳来补偿。为此，将金属薄板层在卷绕时或卷绕后具有规定预紧力地装入一个外套管中。

最好一部分金属薄板层制有附加的微结构。通过制造附加的微结构可以增加金属薄板层的弹性。另一方面减小了在热处理过程中为保持接触点所必须的蜂窝体预紧力，因为由于微结构造成接触点所具有的面积，小于在金属薄板层之间要不然是线状的接触点面积。微结构还导致改善通过蜂窝体流动的气体的搅动。微结构最好在卷绕或层叠前制在金属薄板层中。这种微结构设计为一种横向于通道延伸的结构，并例如由EP0454712B1已知。

按照另一项有利的设计，建议了一种制造蜂窝体的方法，按此方法将蜂窝体装入外套管内，在外套管内侧至少在局部区内有一个主要由铝组成的层。一种作如此设计的外套管是有优点的，可以使那些与外套管接触的金属薄板层在它们与外套管的接触点通过扩散连接起来。此外，此外套管是耐腐蚀性废气的腐蚀的。

下面借助于在附图中表示的蜂窝体说明按本发明的方法的其它优点和特征。其中表示：

图1蜂窝体示意前视图；

图2一个具有分层结构的金属薄板层；以及

图3在具有分层结构的一个金属薄板层与一个由一种基本均质的钢制造的金属薄板层之间的接触点。

图1中表示了一种蜂窝体1。蜂窝体1由层叠和卷绕的耐高温腐蚀的金属薄板层组成。蜂窝体1由交替的平的和波纹形的金属薄板层2、3制成。平的金属薄板2由基本上均质的至少含铬和铝的钢制造。波纹形金属薄板3具有一种分层的结构。波纹形和分层的金属薄板3包括一个铬钢制的内层4，在它的两面层叠有一个主要含铝的层5、6，由图2可见这一情况。由层叠和卷绕的金属薄板制造的蜂窝体1有一种用于构成可流过的流体的通道7的结构。这些金属薄板层装在一个外套管8内。此外套管8的内侧至少在局部区内有一个主要由铝组成的层。

在图3中表示了一块平的金属薄板2与一块波纹形金属薄板3的一个接触点。此波纹形金属薄板3具有一种如图2所表示的那样的分层结构。在热处理期间使在波纹形金属薄板3内层4上的层6熔化，与此同时金属薄板2、3通过扩散在它们的接触点处互相连接。熔化的层3润湿了金属薄板的表面，在这种情况下，由于在接触点9的毛细作用，使一部分铝流入波纹形金属薄板3与平的金属薄板2之间的间隙10中。在热处理工序期间，铝扩散到平的金属薄板2中和波纹形金属薄板3的内层4中。因此形成了具有提高了铝含量的区域11、12。铝-钢合金的熔点比钢低得多，所以波纹形金属薄板3的内层4和平的金属薄板2在区域11、12内暂时熔融并形成接触点9周围区内的紧密连接，这种连接几乎具有焊接的特性。由于浓度梯度，如箭头所示，铝进一步渗入金属薄板2、3内，因此降低了在区域11、12内的含铝量并因而提高了区域11、12的熔点，所以连接点硬化。

按本发明的蜂窝体可以在有高质量的同时廉价地制成，尤其是还可以制成超过90mm的大直径蜂窝体，特别是超过105mm或甚至120mm。