CN116803591A

CN116803591A - 热压配合部件的制造方法

Info

Publication number: CN116803591A
Application number: CN202310202884.8A
Authority: CN
Inventors: 竹内文崇; 久野修平; 泽田圣也
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2023-03-06
Publication date: 2023-09-26
Also published as: US12005535B2; US20230321770A1; DE102023201865A1; JP2023143305A

Abstract

提供一种热压配合部件的制造方法，即使使用由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管，也能够抑制柱状陶瓷体的破损。热压配合部件(30)的制造方法中，将柱状陶瓷体(20)配置于深拉伸不锈钢管(10)内而进行热压配合。该制造方法包括：准备工序，准备由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管(10)和柱状陶瓷体(20)；加热工序，将深拉伸不锈钢管(10)加热至900℃以上；热压配合工序，将柱状陶瓷体(20)插入到加热后的深拉伸不锈钢管(10)内而进行热压配合。

Description

热压配合部件的制造方法

技术领域

本发明涉及热压配合部件的制造方法。

背景技术

热交换器大多被要求耐腐蚀性等特性，因此使用了陶瓷制的热交换器。热交换器在化学领域、制药领域等被用于包含酸(溴酸、硫酸、氢氟酸、硝酸、盐酸等)、碱(苛性碱等)、卤化物、食盐水、有机化合物等的各种流体的加热、冷却、冷凝。另外，热交换器也被用于发动机起动时提前加热冷却水、发动机油、自动变速箱油(ATF：Automatic TransmissionFluid)等而降低摩擦(Friction)损失的系统、为了提前活化废气净化用催化剂而加热催化剂的系统。

作为陶瓷制的热交换器，存在具有在金属管内收纳有柱状陶瓷体的结构的热交换器。具有这种结构的热交换器具有即使陶瓷体在内部发生破损，流体也不会相互交汇的优点。

作为在金属管内收纳柱状陶瓷体的方法，已知有热压配合法，其中，对金属管进行加热，并将陶瓷体插入到金属管内的规定位置后进行冷却(例如专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第6510283号公报

发明内容

近年来，正在研究使用无缝管作为用于热压配合的金属管。无缝管的强度比具有接缝的焊接管的强度高，因此认为对于提高热交换器的耐久性是有效的。

但是，若使用由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管作为无缝管来进行热压配合，则在热压配合时柱状陶瓷体容易破损。认为其原因在于，由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管因加工硬化而变硬，热压配合时对柱状陶瓷体的表面压力增加。

本发明是为了解决如上所述的课题而完成的，提供一种即使使用由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管也能够抑制柱状陶瓷体的破损的热压配合部件的制造方法。

上述课题通过以下的本发明被解决，本发明如下确定。

本发明为热压配合部件的制造方法，所述制造方法将柱状陶瓷体配置于深拉伸不锈钢管内而进行热压配合，其中，该制造方法包括：

准备工序，准备由深拉伸加工制作的所述深拉伸不锈钢管以及所述柱状陶瓷体；

加热工序，将所述深拉伸不锈钢管加热至900℃以上；和

热压配合工序，将所述柱状陶瓷体插入到加热后的所述深拉伸不锈钢管内而进行热压配合。

发明效果

根据本发明，能够提供一种即使使用由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管也能够抑制柱状陶瓷体的破损的热压配合部件的制造方法。

附图说明

图1是蜂窝结构体的与轴向垂直的截面图。

图2是蜂窝结构体的与轴向垂直的截面图。

图3是用于说明本发明的实施方式的热压配合部件的制造方法的图。

图4是由SUS436L形成的深拉伸不锈钢管的轴向长度的中央部的维氏硬度的加热温度依赖性的曲线图。

符号说明

10深拉伸不锈钢管，20柱状陶瓷体，30热压配合部件，100、200蜂窝结构体，110外周壁，120隔室，130间隔壁，140内周壁

具体实施方式

以下，适当参照附图对本发明的实施方式进行具体说明。本发明并不限定于以下实施方式，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的通常知识，对以下实施方式适当加以变更、改良等而得到的实施方式也落入本发明的范围内。

本发明的实施方式的热压配合部件的制造方法通过将柱状陶瓷体配置于深拉伸不锈钢管内进行热压配合而进行。

首先，对本发明的实施方式的热压配合部件的制造方法所使用的深拉伸不锈钢管及柱状陶瓷体进行说明。

<深拉伸不锈钢管>

深拉伸不锈钢管是由深拉伸加工制作的不锈钢管。

另外，深拉伸不锈钢管优选在深拉伸加工后没有进行热处理。即，深拉伸不锈钢管是指在深拉伸加工后且后述的加热工序前没有进行热处理的深拉伸不锈钢管。深拉伸加工后没有进行热处理的深拉伸不锈钢管因深拉伸加工的加工硬化而硬质化。

作为深拉伸不锈钢管的形状，只要是能够在深拉伸不锈钢管内插入柱状陶瓷体的形状即可，没有特别限定，能够为圆筒形、方筒形等各种形状。另外，深拉伸不锈钢管可以为在轴向上具有均匀直径的直管，也可以为直管以外的管。直管以外的管是构成为直径的大小沿轴向而变化的管，例如，可以举出局部具有锥部的缩径和/或扩径的管。

优选的是，深拉伸不锈钢管在0～1100℃下的热膨胀率为10～22×10^-6/℃。如果是具有这样的热膨胀率的深拉伸不锈钢管，则能够在后述的加热工序时容易地在内部插入柱状陶瓷体。

作为构成深拉伸不锈钢管的不锈钢的种类，没有特别限定，可以使用铁素体系、奥氏体系等。作为铁素体系不锈钢，可以举出SUS430、SUS436L等；作为奥氏体系不锈钢，可以举出SUS304等。

深拉伸不锈钢管可以通过对不锈钢板进行深拉伸加工而制造。深拉伸加工的条件根据所使用的不锈钢板的种类等适当调整即可，没有特别限定。另外，作为深拉伸不锈钢管，也可以使用市售产品。

<柱状陶瓷体>

柱状陶瓷体由陶瓷形成为柱状，具有从第一端面延伸至第二端面的流体的流路。柱状不限于圆柱状，也可以是与轴向(流路延伸的方向)垂直的截面为椭圆形状、圆弧复合而成的卵形、四边形或其它多边形的形状的柱状。另外，柱状陶瓷体也可以是在与轴向垂直的截面中在中央部具有中空部的中空型陶瓷体。

柱状陶瓷体的热传导率在25℃优选为50W/(m·K)以上，更优选为100～300W/(m·K)，进一步优选为120～300W/(m·K)。通过使柱状陶瓷体的热传导率为这样的范围，热传导性变得良好，能够将柱状陶瓷体内的热高效地传递至外部。需要说明的是，热传导率的值是通过激光闪光法(JIS R1611-1997)测定的值。

柱状陶瓷体以陶瓷为主要成分。“以陶瓷为主要成分”是指陶瓷在全部质量中所占的质量比率为50质量％以上。

柱状陶瓷体优选包含热传导性高的SiC(碳化硅)作为主要成分。“包含SiC(碳化硅)作为主要成分”是指SiC(碳化硅)在全部质量中所占的质量比率为50质量％以上。

具体而言，作为柱状陶瓷体的材料，可以采用Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC等Si-SiC系材料、金属复合SiC、重结晶SiC、Si₃N₄以及SiC等。其中，由于可以廉价地制造且热传导高，因此优选采用Si-SiC系材料。

柱状陶瓷体优选为蜂窝结构体。

此处，将典型的蜂窝结构体的与轴向垂直的截面图示于图1及图2。

图1所示的蜂窝结构体100具有外周壁110和间隔壁130，所述间隔壁130配设在外周壁110的内侧、区划形成从第一端面延伸至第二端面的多个隔室120。另外，图2所示的蜂窝结构体200具有外周壁110、内周壁140和间隔壁130，所述间隔壁130配设于外周壁110与内周壁140之间、区划形成从第一端面延伸至第二端面的多个隔室120。该蜂窝结构体200被称作中空型蜂窝结构体。这些蜂窝结构体100、200具有间隔壁130，从而能够将来自在隔室120中流通的流体的热高效地聚集，并传递至外部。

需要说明的是，蜂窝结构体100、200的与轴向垂直的截面中的隔室120的形状不限于图示的形状，也可以为圆形、椭圆形、三角形等多边形等。

蜂窝结构体100、200的与轴向垂直的截面中的隔室密度(即，每单位面积的隔室120的数量)没有特别限定，根据用途等适当调整即可，优选为4～320隔室/cm²的范围。通过使隔室密度为4隔室/cm²以上，能够充分地确保间隔壁130的强度、甚至蜂窝结构体100、200自身的强度以及有效GSA(几何学表面积)。另外，通过使隔室密度为320隔室/cm²以下，能够防止流体流动时的压力损失增大。

蜂窝结构体100、200的间隔壁130的厚度根据目的适当设计即可，没有特别限定。间隔壁130的厚度优选为50μm～2mm，更优选为60μm～600μm。若使间隔壁130的厚度为50μm以上，则机械强度提高，能够防止由冲击或热应力引起的破损。另一方面，若使间隔壁130的厚度为2mm以下，则隔室容积在蜂窝结构体100、200中所占的比例变大，流体的压力损失变小，能够提高热交换率。

蜂窝结构体100、200的外周壁110以及内周壁140的厚度也根据目的适当设计即可，没有特别限定。在将热压配合部件用于一般的热传导用途的情况下，外周壁110及内周壁140的厚度优选为超过0.3mm且10mm以下，更优选为0.5mm～5mm，进一步优选为1mm～3mm。另外，在热压配合部件被用于蓄热用途的情况下，也优选使外周壁110的厚度为10mm以上从而增大外周壁110的热容量。

外周壁110、间隔壁130以及内周壁140的气孔率优选为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下。另外，外周壁110、间隔壁130以及内周壁140的气孔率也可以为0％。通过使外周壁110、间隔壁130以及内周壁140的气孔率为10％以下，能够提高热传导率。

蜂窝结构体100、200的等静压强度优选超过100MPa，更优选为150MPa以上，进一步优选为200MPa以上。若蜂窝结构体100、200的等静压强度超过100MPa，则会使蜂窝结构体100、200的耐久性优异。蜂窝结构体100、200的等静压强度可以基于由社团法人汽车技术会颁布的日本汽车标准亦即JASO标准M505-87所规定的等静压破坏强度的测定方法进行测定。

柱状陶瓷体可以通过本技术领域中公知的方法来制造。关于具体的柱状陶瓷体的制造方法，以蜂窝结构体100、200的制造方法为例进行说明。

首先，将含陶瓷粉末的坯料挤出成型为所期望的形状，制作蜂窝成型体。此时，通过选择适当形态的口模及夹具，能够控制隔室120的形状及密度、间隔壁130的数量、长度及厚度、外周壁110及内周壁140的形状及厚度等。另外，作为蜂窝成型体的材料，能够使用上述的陶瓷。例如，在制造以Si含浸SiC复合材料为主要成分的蜂窝成型体时，向规定量的SiC粉末中加入粘合剂以及水或有机溶剂，将得到的混合物混炼而制成坯料，进行成型，从而能够得到所期望形状的蜂窝成型体。然后，将所得到的蜂窝成型体干燥，在减压的非活性气体或真空中进行烧成，使金属Si含浸于蜂窝成型体中，由此能够得到蜂窝结构体100、200。

本发明的实施方式的热压配合部件的制造方法使用上述深拉伸不锈钢管及柱状陶瓷体来实施。用于说明该制造方法的图(立体图)示于图3。

本发明的实施方式的热压配合部件的制造方法包括准备工序、加热工序和热压配合工序。此外，该制造方法也可以在热压配合工序后还包括冷却工序。具有这些工序的制造方法可以使用公知的制造装置(例如日本专利第6510283号公报中记载的制造装置)来进行。

<准备工序>

准备工序是准备由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管10和柱状陶瓷体20的工序。深拉伸不锈钢管10可以如上所述通过深拉伸加工来制作，也可以使用市售品。另外，柱状陶瓷体20可以如上所述通过公知的方法来制作。

在柱状陶瓷体20的与轴向平行的外周面上，也可以根据需要卷绕中间材料。此时，可以使用粘接剂，在柱状陶瓷体20的与轴向平行的外周面上粘贴中间材料。通过使用粘接剂，能够均匀地粘贴中间材料。粘接剂优选足够薄且具有良好的传热性。

作为中间材料，可以举出石墨片、金属片、凝胶片、弹塑性流体等。作为构成金属片的金属，可以举出金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)等。弹塑性流体是指，若施加较小力则不会塑性变形而表现的如同固体(具有弹性模量)、若施加较大力则会自由变形而发生如流体般的变形的材料，可举例有油脂等。考虑到密合性、热传导性等，中间材料优选为石墨片。

<加热工序>

加热工序是将深拉伸不锈钢管10加热至900℃以上的工序。通过将深拉伸不锈钢管10加热至这样的温度，从而因深拉伸加工而硬质化的深拉伸不锈钢管10软化。结果，能够抑制热压配合工序时深拉伸不锈钢管10对于柱状陶瓷体20的表面压力增加，因此柱状陶瓷体20变得难以破损。另外，通过该加热工序能够同时进行热压配合所需的加热，因此，还能够缩短制造时间、削减制造成本。需要说明的是，从抑制由加热温度上升引起的制造成本增加的观点出发，加热温度优选小于1000℃、更优选为980℃以下。

此处，在图4中示出了由SUS436L形成的深拉伸不锈钢管10(轴向长度57mm、外径87mm、内径85mm、厚度1mm)的轴向长度的中央部的维氏硬度的加热温度依赖性的曲线图。如图4所示，未加热的深拉伸不锈钢管10的维氏硬度为243HV，与此相对，通过在900℃以上进行加热，深拉伸不锈钢管10的维氏硬度降低到约150HV。因此，通过使加热温度为900℃以上，能够使因深拉伸加工而硬质化的深拉伸不锈钢管10充分地软化。

需要说明的是，上述维氏硬度是使用维氏硬度计在室温(25℃)下测定的5处测定值的平均值。

加热时间没有特别限定，优选为5秒以上、更优选为10秒以上。通过控制为这样的加热时间，能够使深拉伸不锈钢管10充分地软化。另外，从抑制由加热时间的长期化引起的制造成本增加的观点出发，加热时间优选为60秒以下、更优选为30秒以下。

作为加热方法，没有特别限定，在深拉伸不锈钢管10的外周侧配置加热单元，利用加热单元对深拉伸不锈钢管10进行加热即可。作为加热单元，例如可以使用高频加热机等。

<热压配合工序>

热压配合工序是将柱状陶瓷体20插入到加热后的深拉伸不锈钢管10内而进行热压配合的工序。具体而言，如图3所示，使柱状陶瓷体20沿箭头方向移动，配置在加热后的深拉伸不锈钢管10内的规定位置，进行热压配合。若加热后的深拉伸不锈钢管10的温度下降，则因加热而膨胀的深拉伸不锈钢管10收缩，因此得到在深拉伸不锈钢管10内的规定位置固定有柱状陶瓷体20的热压配合部件30。

作为柱状陶瓷体20的移动方法，没有特别限定，可以使用公知的各种驱动手段来进行。例如，以深拉伸不锈钢管10和柱状陶瓷体20在一条直线上的方式进行定位，并通过具有驱动轴的驱动单元使柱状陶瓷体20移动至深拉伸不锈钢管10内的规定位置即可。

<冷却工序>

冷却工序是进行深拉伸不锈钢管10的冷却的工序。通过进行积极的冷却，能够迅速地得到热压配合部件30。

作为冷却条件，没有特别限定，根据所使用的深拉伸不锈钢管10的种类等适当调整即可。

具有上述工序的本发明的实施方式的热压配合部件的制造方法通过使因深拉伸加工而硬质化的深拉伸不锈钢管10软化，从而能够抑制热压配合工序时深拉伸不锈钢管10对柱状陶瓷体20的表面压力增加，因此能够抑制柱状陶瓷体20的破损。

另外，由该制造方法制造的热压配合部件30使用了无缝的深拉伸不锈钢管10，柱状陶瓷体20的破损被抑制，因此耐久性和可靠性优异。因此，适合用作热交换部件。

实施例

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明不受这些实施例的任何限定。

作为柱状陶瓷体，制作了与轴向垂直的截面为圆形的蜂窝结构体(圆柱状)。首先，将含SiC粉末的坯料挤出成型为所期望的形状后，使其干燥，加工成规定的外形尺寸，进行Si含浸烧成，由此制作蜂窝结构体。所制作的蜂窝结构体设定为：在与轴向垂直的截面中的隔室的形状为四边形、隔室密度为56隔室/cm²、外周壁的直径(外径)为85mm、轴向(第一流体的流路方向)的长度为36mm、外周壁的厚度为1.5mm、间隔壁的厚度为0.3mm、外周壁和间隔壁的气孔率为2％、热传导率(25℃)为150W/(m·K)、等静压强度为100MPa。

接着，准备了由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管(SUS436L制、未进行热处理)。深拉伸不锈钢管的轴向长度为57mm、外径为87mm、内径为85mm、厚度为1mm、0～1100℃下的热膨胀率为11×10^-6/℃。

接着，将深拉伸不锈钢管加热至表1所示的温度后，将蜂窝结构体插入到深拉伸不锈钢管内进行热压配合，由此得到热压配合部件。

关于所得到的热压配合部件，通过对蜂窝结构体进行目视观察，来评价蜂窝结构体有无裂纹。另外，通过上述说明的方法对深拉伸不锈钢管的轴向长度的中央部的维氏硬度进行了测定。将这些结果示于表1。

[表1]

如表1所示，在深拉伸不锈钢管的加热温度为900℃以上的情况下，能够使深拉伸不锈钢管充分软化，因此在热压配合后在蜂窝结构体未产生裂纹。与此相对，在深拉伸不锈钢管的加热温度为850℃的情况下，无法使深拉伸不锈钢管充分软化，热压配合后在蜂窝结构体产生了裂纹。

由以上的结果可知，根据本发明，能够提供一种即使使用由深拉伸加工制作的深拉伸不锈钢管也能够抑制柱状陶瓷体的破损的热压配合部件的制造方法。

Claims

1.一种热压配合部件的制造方法，所述制造方法将柱状陶瓷体配置于深拉伸不锈钢管内而进行热压配合，其中，

该制造方法包括：

准备工序，准备所述柱状陶瓷体以及由深拉伸加工制作的所述深拉伸不锈钢管；

加热工序，将所述深拉伸不锈钢管加热至900℃以上；和

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，

所述深拉伸不锈钢管的加热时间为5秒以上。

3.根据权利要求1或2所述的制造方法，其中，

所述深拉伸不锈钢管在所述深拉伸加工后且所述加热工序前没有进行热处理。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的制造方法，其中，

在所述热压配合工序后还包括进行冷却的冷却工序。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的制造方法，其中，

所述柱状陶瓷体为具有外周壁和间隔壁的蜂窝结构体，所述间隔壁配设在所述外周壁的内侧、区划形成从第一端面延伸至第二端面的多个隔室；或者为具有外周壁、内周壁和间隔壁的蜂窝结构体，所述间隔壁配设在所述外周壁与所述内周壁之间、区划形成从第一端面延伸至第二端面的多个隔室。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的制造方法，其中，

所述深拉伸不锈钢管在0～1100℃的热膨胀率为10×10^-6/℃～22×10^-6/℃。