CN1136053C - 制造一种至少部分由分层结构的金属薄板层构成的蜂窝体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明建议了一种制造蜂窝体的方法，按此方法，金属薄板层叠和/或卷绕。金属薄板至少局部具有一种结构，用于构成可流过流体的通道，其中至少一部分金属薄板层首先由一种分层的材料组成，这种材料至少有一个由含铬的钢制的层和至少有一个主要含铝的层，它们在晚些时候的热处理过程中通过扩散基本上均质化。为了制造这种蜂窝体，建议，至少一部分金属薄板层有一种在热处理前或在热处理时增加蜂窝体弹性和/或增加接触点单位面积压力的结构，以及，蜂窝体具有这样的预紧力地装入一个外套管内，即，在热处理时能保持金属薄板层之间的接触点接触。
Description
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/或卷绕的金属薄板构成。
蜂窝体主要用作催化剂载体，用于内燃机排气的置换分解反应。例如由WO89/07488已知这些蜂窝体。这种催化剂载体受有高的热负荷和机械负荷。除了蜂窝体的热负荷和机械负荷之外，它还遭遇存在于排气中的腐蚀性气体成分。这种腐蚀性的气体成分会导致蜂窝体的腐蚀。因此期望用耐腐蚀的金属薄板制造蜂窝体。
由EP0159468B1已知，蜂窝体用具有高含铝量的薄钢板制造。然而，用这种材料制造蜂窝体，由于高含铝量的钢不良的轧制性能是有缺点的，而且伴随而来的是高的成本。
US5366139A建议了一种用于制造蜂窝体的金属薄板，它由一种镀铝的钢制成。在制造蜂窝体时这种薄板的加工费用昂贵，因为这种薄板容易冷变形。
在镀铝的金属薄板层叠和/或卷绕后进行热处理。通过热处理，至少有一个由含铬的钢构成的层和至少有一个主要含铝的层的金属薄板基本上均质化。可以肯定，在制造蜂窝体尤其是具有较大横截面的蜂窝体时，而这些蜂窝体又具有分层结构的金属薄板，则并不能始终保证金属薄板互相之间和/或与蜂窝体周围的外套之间的连接。然而金属薄板层相互之间和/或与蜂窝体周围的外套管之间的可靠连接，对于蜂窝体的机械强度具有重要意义。人们知道，在蜂窝体热处理时可能产生具有分层结构的金属薄板层的体积减小。具有分层结构的金属薄板的这种体积减小归诸于，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。扩散到由含铬的钢构成的层中去的铝，虽然增大了这一层的体积，但是在程度上不及铝层产生的体积减小。此外，层叠的金属薄板在均质化期间只有较低的弹性。
因此，本发明的目的是提供一种制造蜂窝体的方法，这种蜂窝体的金属薄板层至少一部分首先由一种分层的材料组成，这种材料至少有一个由含铬的钢制的层和至少有一个主要含铝的层，它们在晚些时候的热处理过程中通过扩散基本上均质化。在这种情况下，由于金属薄板均质化产生的体积减小应加以补偿，所以，尽管如此在金属薄板之间仍形成可承受高负荷的连接。
按本发明，提出一种制造蜂窝体的方法，其特征在于至少包括下列步骤：设置金属薄板层，其中，至少一部分金属薄板层具有一种结构，用于构成可流过流体的通道，和至少一部分金属薄板层首先包括一种叠层的材料，这种材料至少有一个由含铬的钢制的层和至少有一个主要含铝的层，至少一部分金属薄板层有一种在热处理前或在热处理时增加蜂窝体弹性的结构；将金属薄板层层叠和/或卷绕成一种层状结构，以形成一个蜂窝体；将所述蜂窝体以具有这样的预紧力地装入外套管内，即，在热处理时能保持金属薄板层之间的接触点接触；对所述蜂窝体进行热处理，其中所述的至少一个由含铬的钢制层和所述的至少一个主要含铝的层通过扩散基本上被均质化。
为避免层叠和/或卷绕的金属薄板热处理过程中由于体积改变造成金属薄板层互相之间和/或与外套之间发生大范围不连接或只有弱的连接，按本发明的方法建议，至少一部分金属薄板层有一种在热处理前或在热处理时增加蜂窝体弹性的结构。因此蜂窝体具有这样的预紧力地装入一个外套管内，即，在热处理时能保持金属薄板层之间的接触点接触。采用这种方法提供了一种蜂窝体，它通过选择金属薄板层的材料因而是耐腐蚀的，除此之外它还具有良好的热和机械的稳定性。采用在热处理前和在热处理时增加蜂窝体弹性的结构以及通过将蜂窝体具有预紧力地置入外套管内，尽管在热处理期间所使用的材料也许只有较小的弹性，也能始终保证金属薄板层之间接触点的接触。金属薄板层之间接触点的可靠接触，对于构成金属薄板层之间的连接也有重要意义。通过热处理，金属薄板在它们的接触点互相连接。金属薄板相互连接的实现例如通过铝-钢合金具有比钢低得多的熔点，所以具有分层结构的金属薄板的内层暂时熔融，并形成接触点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，铝进一步渗入金属薄板的内层中，因此降低了连接区内的含铝量并因而提高了连接区的熔点，所以连接点硬化。除了金属薄板层的这种相互连接以外或取代这种连接，至少一部分金属薄板至少可以局部加钎料，所以金属薄板还可以通过附加的钎焊连接至少在部分区域内互相连接。
增加成品蜂窝体弹性的、同时也适用于改善加工过程的结构，由先有技术已知有多种多样的，然而它们对于使用分层结构的金属薄板时的加工过程的意义却是未知的。例如EP0220468B1介绍了不同类型的双波纹，它们可以加工在波纹形和/或平的金属薄板中。还已知在蜂窝体中基本上平的金属薄板内制有附加的微波纹，这种微波纹对于这里涉及的加工过程也是有利的。
还有特别的弹性结构，其中所有的金属薄板分别制有交替倾斜的波纹，所以这些波纹互相交叉成夹角和没有任何接触线，而只是构成一些比较小的接触点。在EP0245737中例如说明了这种结构。
最后，由EP0454712B1还已知用于影响流动的微结构，结合这里所提出的目的，业已证明这种微结构出人意料地同样对于加工过程带来有利的影响。这种微结构一方面可以利用来显著减少在一个蜂窝体内接触点的总面积，因此在弹性保持相同的情况下相应地增加了每单位接触面积的力以及构成良好的连接点。此外，这种微结构还可以进一步增加弹性。另一方面这些微结构还可以在金属薄板层之间提供形状相配的连接，因此在制造过程中金属薄板的相对移动得以避免，并改善了成品蜂窝体的机械承载能力。因此可根据使用场合配置微结构，使它们偶尔地或频繁地互相插入。
有一种最佳的实施形式，按照这种形式至少在一部分金属薄板层中附加的微结构减小金属薄板之间接触点的总面积。因此减小了在热处理期间为保持接触点接触所必需的预紧力。
为保证金属薄板之间的连接所设计的附加的结构，最好是横向于或倾斜于通道的方向延伸的结构。但这些附加的结构也可以基本上沿通道的方向延伸。
按照另一项有利的设计建议，在相邻金属薄板中的微结构设计成，它们不会或只是偶尔出现相邻微结构的机械卡死。这种机械卡死可能由于相邻微结构形状相配地互相插入造成的。为了避免这种卡死，相邻金属薄板最好具有方向不同的微结构。这些微结构也可以有不同的模压形状或轮廓，从而避免相邻微结构互相插入。避免由于形状相配地互相插入造成机械卡死，提高了接触点的单位面积压力。
但尤其在螺旋形卷绕的蜂窝体中，若金属薄板层彼此通过相邻金属薄板层形状相配地互相插入的结构互相夹紧可能是有利的。因此，金属薄板层即使在热处理期间只还有很小的预紧力的情况下也不可能相对移动，尤其是不可能成为伸缩套筒状。在这种情况下，这些微结构或结构可以设计为，使互相插入的微结构或结构即使在具有分层结构的金属薄板均质化之后仍能保持啮合。
在热处理过程中除了分层的金属薄板结构发生变化外，还发生围绕着金属薄板层的外套管膨胀。由于外套管的热膨胀，减小了置入外套管内的金属薄板层的预紧力。为了在热处理期间基本上保持蜂窝体内的预紧力，按照一项有利的进一步设计，设置一个弹性的夹层，它装在外套管与蜂窝体之间。在制造时，此夹层补偿了在冷却过程结束后外套管和蜂窝体不同的收缩量。
使用其热膨胀系数小于蜂窝体材料的热膨胀系数的材料作外套管，同样有利于保持在蜂窝体内的预紧力。
下面借助于在附图中表示的按此方法制造的一个蜂窝体，说明按本发明的用于制造蜂窝体的方法的其它优点和特征。其中表示：
图1蜂窝体横截面示意图；
图2具有分层结构的金属薄板；
图3示意表示具有双波纹的相邻金属薄板；
图4具有交叉波纹的斜波纹形金属薄板层；以及
图5具有微结构的蜂窝体结构示意图。
图1中表示了一个蜂窝体1，其中金属薄板2、3层叠和卷绕。金属薄板3有一种为构成可流过流体的通道7的结构。金属薄板3首先由一种如图2所示的分层材料组成。此金属薄板3有一个由含铬的钢制的层4和在层4的两侧各有一个主要含铝的层5、6。金属薄板3的层4、5和6在晚些时候的热处理中通过扩散基本上均质化。各层的压印在此热处理工序后不再存在。
在所表示的实施例中，具有分层结构的金属薄板3设计为波纹形的。原则上平的金属薄板层或蜂窝体的所有金属薄板层也都可以由首先为分层结构的金属薄板制成。
层叠的和卷绕的金属薄板层装入一个外套管8内，在这种情况下由金属薄板2、3构成的蜂窝体具有这样的预紧力地装入外套管8内，即，在热处理时能保持金属薄板之间的接触点9接触。在这时要借助于附加存在的提高弹性的结构，如利用下面的图所说明的那样。
在图3中表示了多种可能的双波纹中之一种，其中波纹形金属薄板有波幅不同的波峰13、14，所以只有一部分最大的波纹与相邻的金属薄板层2构成接触点15。这样一种结果也可以通过相邻金属薄板层的不同的波纹来获得。因此不管那一种都可以提高在制造过程中蜂窝体的弹性。
图5表示了另一种可能性，用于在制造过程中同时提高弹性和接触点9的单位面积压力。金属薄板层3a、3b制成交替地沿不同方向倾斜的波纹，所以它们的波纹彼此以一个交叉角α相交。这种设计形式便于制造和有利于以后的流动特性。
由图5可见，平的金属薄板2和/或波纹形的金属薄板3具有微结构10，它们基本上横向于通道7的方向S延伸。通过相邻金属薄板层2、3的这种微结构10使它们互相夹紧，所以即使在热处理期间只还有很小的预紧力，金属薄板层也不可能相对移动。或在一种避免卡死的设计中提高了接触点的单位面积压力。不管那一种，这些微结构都增加了制造时的弹性。
本发明用于制造耐腐蚀性能良好的、先进的、廉价的、能承受机械负荷的蜂窝体，尤其用作催化剂载体的蜂窝体。
Claims (8)
1.一种制造蜂窝体(1)的方法，其特征在于至少包括下列步骤：
-设置金属薄板层(2、3；3 a、3b)，其中，
·至少一部分金属薄板层具有一种结构，用于构成可流过流体
的通道(7)，和
·至少一部分金属薄板层(3)首先包括一种叠层的材料，这
种材料至少有一个由含铬的钢制的层(4)和至少有一个主
要含铝的层(5、6)，
·至少一部分金属薄板层(2、3；3 a、3b)有一种在热
处理前或在热处理时增加蜂窝体(1)弹性的结构(10；
13、14)；
-将金属薄板层(2、3；3a、3b)层叠和/或卷绕成一种层
状结构，以形成一个蜂窝体(1)；
-将所述蜂窝体(1)以具有这样的预紧力地装入外套管(8)
内，即，在热处理时能保持金属薄板层(2、3；3a、3b)
之间的接触点(9、15)接触；
-对所述蜂窝体进行热处理，其中所述的至少一个由含铬的钢制
层(4)和所述的至少一个主要含铝的层(5、6)通过扩散
基本上被均质化。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：通过至少在一部分金属薄板层(2、3)上附加的微结构(10)，减小了金属薄板层之间接触点(9)的总面积，并因而降低了为在热处理期间保持接触点(9)接触所必需的预紧力。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征为：附加的微结构(10)是一种横向于或倾斜于通道(7)的方向延伸的结构。
4.按照权利要求2所述的方法，其特征为：附加的微结构(10)是一种基本上沿通道方向延伸的结构。
5.按照权利要求2、3或4所述的方法，其特征为：在相邻金属薄板中的微结构(10)这样延伸，即，不会或只是难得出现由于相邻微结构形状相配地互相插入引起的机械卡死。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征为：金属薄板层彼此通过相邻金属薄板层形状相配地互相插入的结构而互相夹紧，所以金属薄板层即使在热处理期间只还有很小的预紧力的情况下也不可能相对移动。
7.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：在热处理期间蜂窝体内的预紧力通过在外套管与蜂窝体之间的弹性夹层保持。
8.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为：外套管(8)使用一种其热膨胀系数比蜂窝体材料的热膨胀系数小的材料。
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