CN101979144B - 一种耐高温的金属载体 - Google Patents

Abstract

一种耐高温的金属载体，采用S型卷制方法，其特征在于：仅在外壳内壁涂布镍基钎焊粉及粘结剂。对于内芯直径≤Φ40的金属载体，内芯不放置钎料；对于内径＞Φ40的金属载体，仅在内芯超过部分内芯片上放置钎料。由于采用上述技术方案，可避免内芯在高温下熔穿，提高了金属载体使用温度，并可降低金属载体制作成本。

Description

一种耐高温的金属载体

技术领域

本发明涉及一种用于发动机排放后处理装置的金属载体，具体是一种在内芯中心部位不放置钎料或只在内芯边缘的部分区域放置钎料的金属载体。

背景技术

为了应对即将实施的摩托车国三排放标准，必须在发动机后安装排放后处理装置，即三元催化器。三元催化转化器，就是在金属载体上涂布氧化铝等预涂层，预涂层上添加铑、钯、铂等贵金属，使发动机排放的有害气体一氧化碳(CO)碳氢化合物(HC)及氮氧化合物(NOx)经三元催化器氧化、还原为无害的二氧化碳(CO2)、氮气(N2)和水(H2O)。

金属载体主要由外壳材料、内芯材料(由平片和瓦楞片相间组成)及钎焊材料(国内一般采用镍基钎料带)三种材料组成(见图1)。由于在前阶段摩托车国三排放寿命试验(1.2万公里)中，出现部分金属载体内芯材料被融穿并吹出，国内同行纷纷怀疑是国产内芯材料熔点低，或国产的钎焊材料熔点低而引起。针对以上疑点，我们做了大量的试验工作，试验结果证明：一、国产内芯材料与国外同类材料熔点无显著差异；现有内芯材料主要是铁铬铝合金箔片，其含碳≤0.05％，含铬19-21％，含铝5-6％，含稀土(主要含镧、铈)微量，其余为铁。该材料据国外介绍，熔点为1500℃，经我们实验，国内材料熔点基本也能达到以上温度(当然国产材料与进口材料相比，在抗氧化性及材料的致密性等还有待提高)。二、国产镍基钎料，也与国外钎料熔点相同；国产镍基钎料，牌号BNi5(含钴)熔点为1180-1200℃，国外同类产品，熔点也为1180-1200℃。三、外壳材料，采用进口同类材料，更应无差别。

那么采用与国外材料熔点相差无几的内芯材料、镍基钎料带，采用同类进口外壳，为什么国内的金属载体常被熔穿吹出；而国外同类产品却完好无损(当然，也有个别被熔穿吹出，但概率很小)？

问题症结出在钎料布局上！镍基钎料，由于含有硼、硅、磷等辅助元素(增加流动性)，在钎焊过程中，钎料被融化，钎料溶珠不断扩散进入内芯材料铁铬铝合金，形成了低熔点合金。使覆有镍基钎料的内芯材料变脆，并降低了熔点，由于内芯材料铁铬铝很薄，仅0.05-0.08mm，这种扩散过程对其影响很大。实验证明，在1200℃-1300℃时，覆有镍基钎料的内芯材料区域，出现熔穿现象。金属载体在使用过程中，必定形成高温区与低温区。载体的中心部位肯定比边上温度高；对于有一定长度的金属载体(比如70mm)中心部位温度前后也是不一致的。在国外资料中，我们找到了金属载体内芯温度曲线图(图2)，从图2上可以看出，如果摩托车发动机工作状态不是很好(有间歇熄火)，催化器入口温度为800℃，在离入口10mm处，温度会马上升高至1200℃左右，并保持一段距离，然后降低至1050℃左右，在出口处又略有升高。国外摩托车发动机尚且出现这种情况，我们国家摩托车发动机大部分处于国外七十年代水平，工作状态肯定更差，并且为了达到国三排放，催化剂厂商不得不提高贵金属含量，使氧化反应更剧烈，反应温度更高。如果镍基钎料不能如国外产品，布置在较低温区，国内现阶段金属载体，大多采用同心圆结构(见图3)，而且钎料布置是游移的，在金属载体中心部位温度升高超过1200℃，内芯材料覆有钎料的区域就会先被熔穿，然后引起堵孔，使金属载体温度更急剧上升，造成整个内芯熔穿、吹出。

据国外资料介绍：国外也有在内芯不摆放钎料的同类产品。但其在内芯瓦楞片、平片上设置相应凹凸槽，在卷制后，使凹凸部位嵌合。该类产品缺点是工艺复杂，卷制难度较大，且凹凸部位易形成气阻，增加发动机油耗。

日本特开平10-99697专利公开了一种在内芯部位不加钎料的金属载体，但由于是同心圆结构，不得不在中间部位前端加一条较细的钎料。

发明内容

本发明的目的，是提供一种在内芯瓦楞片上不设凹凸槽，在内芯中心部位不放置钎料的金属载体。

本发明技术方案为：由S型内芯和外壳构成，采用S型卷制方法将相间交叠的平片和瓦楞片制成S型内芯，并将该S型内芯压入内侧涂有钎焊材料的筒形的外壳内并钎焊，其特征在于：对于S型内芯直径≤Φ40mm的金属载体，内芯的平片与瓦楞片之间不放置钎料；对于S型内芯直径＞Φ40的金属载体，仅在S型内芯直径大于一定范围的、与外壳相邻的环形区域所对应的、在S型内芯的两端的一定区域内的平片与瓦楞片之间放置钎料。

所述的环形区域的内径为Φ40mm，所述的S型内芯的两端的一定区域的宽度为0～10mm；在该0～10mm的区域内所放置的钎料的宽度为5-10mm。

所述的钎焊材料的配方为：30#镍基焊料粉末∶310粘结剂∶工业酒精＝60∶220∶35，为重量份数，将三者混合均匀。

所述的金属载体内芯片尽可能短，使内芯片长度L≤2.6D，D为金属载体内径，使内芯料片数尽可能多，这样，可以使S型内芯的端部与外壳尽可能多增加焊点，使内芯片材增加支撑点，不会因焊点太少而脱出。

本发明采用S型卷制方法，使内芯材料形成互相缠绕，对于较小直径的内芯，不放置钎料即可满足使用要求。对于较大直径的内芯，只在边缘放置钎料，避免了中部的高温区域因放置钎料而使内芯铁铬铝合金熔点降低，从而提高了耐高温性能，并大幅降低了成本。另外，内芯片尽可能短，内芯片长度L≤2.6D(D为金属载体内径)使内芯料片数尽可能多，这样，可以使S型的内芯片头部与外壳尽可能多增加焊点，使内芯片材增加支撑点，不会因焊点太少而脱出。

附图说明

图1是金属载体的分体结构示意图；

图2是国外金属载体内芯温度曲线图；

图3是国内现阶段同心圆结构的金属载体示意图；

图4是本发明采用S型内芯的金属载体结构示意图；

图5是本发明平片与瓦楞片相间交叠的结构示意图；

图6是本发明内芯的瓦楞片涂布钎料的示意图。

附图标记说明：1、S型内芯，2、钎焊材料(简称“钎料”)，3、外壳，4、平片，5、瓦楞片。

具体实施方式

参见图4～图6，本发明的外形结构如图4所示，由S型内芯1和外壳3构成，采用S型卷制方法将相间交叠的平片4和瓦楞片5制成S型内芯1，并将该S型内芯1压入内侧涂有钎焊材料的筒形的外壳3内并钎焊。

对于内芯1的直径

的金属载体，将不涂布钎料2的平片4与瓦楞片5相间交叠(见图5)放置在S型卷制机(见申请号200710148010.X专利申请)中，将卷制完成的S型金属载体内芯压进已预先涂覆好钎焊材料(该钎焊材料与所述的钎料2相同)的外壳3中。再将完成的金属载体放入真空钎焊炉进行钎焊(真空钎焊的工艺条件：温度1180-1200℃，真空度2.5×10-2Pa)。该钎焊材料的配方为：30#镍基焊料粉末∶310粘结剂∶工业酒精＝60∶220∶35(重量份数)，将三者混合均匀。

对于内芯1的直径的金属载体，由于工作温度比较高(800-1200℃左右)，再加上摩托车空速较高(100000/H左右，摩托车空速是指摩托车催化转化器中空气流通速率，100000/H是指每升催化剂一小时通过的空气流量为100000升)，如果仅靠平片4和瓦楞片5的头部(图5中的上下两端)与外壳3内侧的结合部作为支撑点，其牢固度恐难满足要求。为此，在内芯1超过的范围的内芯片，添加钎料2，用点胶的方法(采用手动或现有自动点胶机)将混合后的钎料2点缀在瓦楞片5的波峰部，钎料2仅分布在卷绕成型后的直径范围C区域以外的瓦楞片5上(参见图6所示)，钎料2的点分布在距瓦楞片5图6所示的两端的0-10mm范围(a区域)内，钎料2焊点的长度b(也是在a区域放置钎料2的宽度)为5-10mm，瓦楞片5的正反两面均布有钎料2(见图6)。将涂布钎料2的瓦楞片5与平片4相间交叠放置在S型卷制机械中，将卷制完成的S型金属载体内芯1压进已预先涂覆好钎焊材料的外壳3中，再将完成的金属载体放入真空钎焊炉进行真空钎焊(工艺条件同上)。

Claims (3)

1.一种耐高温的金属载体，由S型内芯和外壳构成，采用S型卷制方法将相间交叠的平片和瓦楞片制成S型内芯，并将该S型内芯压入内侧涂有钎焊材料的筒形的外壳内并钎焊，其特征在于：对于S型内芯直径≤Φ40mm的金属载体，内芯的平片与瓦楞片之间不放置钎料；对于S型内芯直径＞Φ40的金属载体，仅在S型内芯直径大于一定范围的、与外壳相邻的环形区域所对应的、在S型内芯的两端的一定区域内的平片与瓦楞片之间放置钎料；

其中，所述的环形区域的内径为Φ40mm，所述的S型内芯的两端的一定区域的宽度为0～10mm；在该0～10mm的区域内所放置的钎料的宽度为5-10mm。

2.根据权利要求1所述的耐高温的金属载体，其特征在于：所述的钎焊材料的配方为：30#镍基焊料粉末∶310粘结剂∶工业酒精＝60∶220∶35，为重量份数，将三者混合均匀。

3.根据权利要求1所述的耐高温的金属载体，其特征在于：所述的金属载体内芯片尽可能短，使内芯片长度L≤2.6D，D为金属载体内径，使内芯料片数尽可能多，这样，可以使S型内芯的端部与外壳尽可能多增加焊点，使内芯片材增加支撑点，不会因焊点太少而脱出。

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