CN117858760A - 蜂窝型金属载体和催化转换器 - Google Patents
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Abstract
[问题]为了实现催化转换器的净化性能的改善和催化剂劣化的抑制两者。[解决方案]提供一种蜂窝型金属载体，其中，金属平箔和金属波纹箔交替层叠，其中：在金属平箔和金属波纹箔中形成有多个孔；每个孔的边缘处均形成有具有小高度的毛刺；至少金属平箔和金属波纹箔的毛刺的表面覆盖有含α‑氧化铝的氧化膜；并且满足0.2mm≤D≤4.0mm、5％≤R≤70％、0.1μm≤L≤30μm，其中，D为多个孔的平均孔径，R为孔径率，并且L为毛刺的平均高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种蜂窝型金属基材，蜂窝型金属基材通过交替层叠金属平箔和金属波纹箔而形成。
背景技术
作为用于从汽车等的内燃机的排气中去除污染物的催化剂基材，已知有一种通过将由耐热合金制成的蜂窝体插入到由耐热合金制成的外罩中而形成的催化转换器。在催化转换器中，尤其是在由金属箔制成的金属基材中，已经使用了通过交替层叠厚度为约50m的金属平箔和通过使平箔形波纹化而获得的波纹箔而形成的蜂窝体，或通过重叠并螺旋卷绕带状平箔和波纹箔等而形成的蜂窝体。
近年来，汽车排放法规已趋于变得更严格，并且有害物质(例如一氧化碳、碳氢化合物、和氮氧化物)的排放，尤其是在排放测量模式下的冷启动期间，占据总排放量的显著比例；因此，需要尽早活化催化剂。因此，已经提出了各种金属基材，其中对金属基材中所包含的平箔和波纹箔进行成孔处理以产生紊流，从而增强排放控制性能。
专利文献1公开了一种用于通过适当地确定孔的数量、大小和分布，从而改善排放控制性能来改善蜂窝体内的流动特性并改善由表面与这种改善引起的流动之间的物质交换的技术。
专利文献2公开了一种高温耐久性优异的催化转换器，催化转换器主要包括金属箔，在金属箔中形成有多个孔并且孔具有改善的钎焊位置。专利文献3公开了一种技术，在技术中在包括其中形成有多个狭缝孔的波纹板和平板的金属催化剂基材中，形成在每个狭缝孔的开口边缘处从波纹板和平板突出的环形突出部，并且使排气与环形突出部碰撞以产生紊流，从而增强排放控制性能。
专利文献4公开了一种用于从排气中去除污染物的催化转换器，催化转换器包括通过对不锈钢箔进行机械加工制成的金属蜂窝基材和在不锈钢箔上形成的催化剂层，不锈钢箔至少含有Fe、Cr、和Al，由不锈钢箔组分的氧化产生的氧化物涂膜形成在不锈钢箔的表面上，氧化物涂膜中所包含的Fe的浓度以相对于氧化物的质量％表示在0.1％至7％的范围内。专利文献4还公开借助于含有Fe的氧化物涂膜来减少箔中的Fe到催化剂层中的移动，并且因此减少由于Fe引起的催化剂的劣化。
如专利文献1至专利文献3中在用于蜂窝体的金属箔中形成孔伴随着在孔的边缘上形成毛刺。毛刺(其是不希望的突出部)往往通过去毛刺步骤去除。
引文列表
专利文献
专利文献1：日本特许第4975969号
专利文献2：日本特许第5199291号
专利文献3：日本特开2005-313083号公报
专利文献4：日本特开2007-203256号公报
发明内容
技术问题
本发明人等已发现通过保留在孔周围形成的毛刺来改善排放控制性能。同时，本发明人等已发现毛刺周围的催化剂由于老化而劣化的问题。
本发明的目的是改善催化转换器的排放控制性能并减少催化剂的劣化。
问题解决方案
为了解决上述问题，(A)一种蜂窝型金属基材，其通过交替层叠金属平箔和金属波纹箔而形成，
在金属平箔和金属波纹箔中形成有多个孔，在每个孔的边缘上形成有具有小高度的毛刺，在金属平箔和金属波纹箔中，至少毛刺的表面覆盖有含α-氧化铝的氧化物涂膜，当多个孔的平均孔径被定义为D，孔的孔径比被定义为R，并且毛刺的平均高度被定义为L时，满足以下等式(1)至(3)，
0.2mm≤D≤4.0mm (1)
5％≤R≤70％ (2)
0.1μm≤L≤30μm (3)。
(B)根据(A)所述的蜂窝型金属基材，其中，各毛刺的先端表面形成为在与毛刺的突出方向正交的方向上延伸的形状。
(C)根据(B)所述的蜂窝型金属基材，其中，毛刺具有窄部分，窄部分各自均具有比先端表面更小的宽度。
(D)根据(A)至(C)中任一项所述的蜂窝型金属基材，其中，毛刺的平均高度L满足以下等式(4)，
0.5μm≤L≤20μm (4)。
(E)一种催化转换器，其包括：根据(A)至(C)中任一项所述的蜂窝型金属基材；以及承载在金属平箔和金属波纹箔上的催化剂层，毛刺的平均高度L小于催化剂层的厚度或者比催化剂层的厚度大预定量，并且预定量为10μm或更小。
(F)一种催化转换器，其包括：根据(D)所述的蜂窝型金属基材；以及承载在金属平箔和金属波纹箔上的催化剂层，毛刺L的平均高度小于催化剂层的厚度。
(G)在(A)至(F)中，氧化物涂膜的厚度可在0.05μm至2μm的范围内，并且含有至少10质量％或更多的α-氧化铝。
本发明的有益效果
本发明使得可以实现改善催化转换器的排放控制性能和减少催化剂的劣化两者。
附图说明
[图1]是催化转换器的透视图。
[图2]是蜂窝体的一部分的剖视图。
[图3]是形状调整前的毛刺的横截面的照片。
[图4]是形状调整后的毛刺的横截面的照片。
[图5]是围绕孔延伸的毛刺的先端表面的示意图。
[图6]是用于解释计算毛刺L的平均高度的方法的催化转换器的平面图。
[图7]是形状调整装置的示意图。
[图8]是用于解释孔径比R的图。
[图9]是形状调整后的毛刺(变形例)的横截面的照片。
[图10]是蜂窝体(第二实施方式)的一部分的剖视图。
具体实施方式
(第一实施方式)
将参考附图详细描述本发明的优选实施方式。图1是催化转换器1的透视图，并且催化转换器1的轴向方向由双箭头指示。催化转换器1包括：蜂窝体(与蜂窝型金属基材相对应)4，蜂窝体通过将平箔2和波纹箔3螺旋卷绕成卷绕体而形成；以及外罩5，外罩围绕蜂窝体4的外周表面。需注意的是，蜂窝体4也可以是通过交替层叠平箔2和波纹箔3而形成的层叠体。卷绕体和层叠体中的任一者具有这样的结构，在结构中当在横截面中查看时平箔2和波纹箔3是层叠的。因此，权利要求书中阐述的蜂窝型金属基材不仅包括层叠体，还包括卷绕体。
由耐热合金制成的金属箔可用于平箔2和波纹箔3。金属箔的厚度优选地为20μm或更大且100μm或更低。金属箔的宽度优选地为10mm或更大且500mm或更低。金属箔的大小可以取决于催化转换器1的应用而视情况改变。波纹箔3可以例如通过使金属平箔波纹化来制造。
在此，含铝的不锈钢箔可用作耐热合金。含Cr：20质量％、Al：3质量％至8质量％并且余量为Fe和不可避免的杂质的铁素体不锈钢可用作这种类型的不锈钢箔。
需注意的是，适用于本发明的耐热合金不限于上述铁素体不锈钢，并且可以广泛使用在合金组成中含有Al的各种耐热不锈钢。也就是说，用于蜂窝体4的金属箔往往含有15质量％至25质量％的Cr和2质量％至8质量％的Al，并且Fe-18Cr-3Al合金、Fe-20Cr-8Al合金等也可用作耐热合金。
通过向蜂窝体4的金属箔的表面施加预定的洗涂液(ウォッシュコート液)，并对这种洗涂液进行干燥和烧制，催化剂可支撑在金属箔上。对于洗涂液，例如可以使用通过在硝酸钯水溶液中搅拌γ-氧化铝粉末、氧化镧、氧化锆和氧化铈而获得的浆料。
例如，不锈钢可以用于外罩5。外罩5的厚度优选为0.5mm或更大且3mm或更小。蜂窝体4的单元密度优选为每平方英寸100个单元至600个单元。
催化转换器1设置在车辆的未示出的排气管中，使得排气可从一个端侧流入并且可在轴向方向上从另一端侧排出。支撑在催化转换器1上的催化剂与排气的反应从已经流入催化转换器1的排气中去除污染物。
图2是在径向方向上切割的蜂窝体4的一部分的剖视图。平箔2和波纹箔3均包括在厚度方向上贯穿箔的多个孔8。对孔8的布置没有特别限制，例如，在形成蜂窝体4之前的展开状态下，可以使用其中孔8形成为棋盘图案或锯齿形图案的金属箔。通常，包括不带孔的金属箔的金属基材中的气流是层流。当金属箔具有孔时，有孔部分中的雷诺数部分地增大，并且易产生紊流；并且因此，排放控制性能得到改善。然而，过度的紊流不是优选的，因为这会导致压力损失增大。本发明通过将孔8的孔径和孔径比限制到预定范围以及通过将毛刺的高度限制到小高度来抑制过度的紊流；并且通过毛刺的反应源(换句话说，火源)效应来补偿由于紊流的限制而导致的排放控制性能的劣化。这将在后面详细描述。
在平箔2的各孔8的边缘上形成有埋入在催化剂层20中并在周向上延伸的毛刺2A。在波纹箔3的各孔8的边缘上形成有埋入在催化剂层20中并在周向上延伸的毛刺3A。毛刺2A、3A是使用开孔工具在金属箔中形成孔时自然形成的突出部，也称为飞边。由于毛刺通常是不必要的突出部，因此在去毛刺步骤中去除毛刺；然而，在本发明中，通过执行形状调整步骤，留下毛刺作为用于改善排放控制性能的结构。虽然开孔工具的类型没有特别限定，但是可以使用冲床、旋转冲压机等的模具执行连续成孔。
在平箔2和波纹箔3的表面上形成含α-氧化铝的氧化物涂膜。氧化物涂膜也形成在毛刺2A、3A的表面上。通过在具有超过800℃的温度的氧化气氛下加热蜂窝体4，在平箔2和波纹箔3的表面(包括毛刺的表面)上形成氧化物涂膜。在用作平箔2和波纹箔3的金属箔是含有Cr：20质量％、Al：3质量％至8质量％并且余量为Fe和不可避免的杂质的铁素体不锈钢箔的情况下，通过向蜂窝体4施加上述氧化处理(热处理)在不锈钢箔的表面上形成含有至少10质量％或更多的α-氧化铝的氧化物涂膜。除了α-氧化铝之外，氧化物涂膜还可包含铬氧化物和铁氧化物。
氧化物涂膜的厚度优选地在0.05μm至2μm的范围内。只要含有至少10质量％或更大的α-氧化铝的氧化物涂膜的厚度是0.05μm或更大，就可以减少由于老化引起的催化剂的劣化。使氧化物涂膜的厚度为2μm或更小使得可以降低平箔2和波纹箔3的耐久性。氧化物涂膜的厚度随着不锈钢箔中所含的铝的含量的增大而增大。
将参照图3、图4和图5详细描述毛刺2A、3A的结构。图3是在形状调整前的毛刺(换句话说，刚冲压后的毛刺)的横截面的照片。图4是形状调整后的毛刺的横截面的照片。图5是示出围绕孔延伸的毛刺的先端表面的示意图。
参考图3，形状调整前的毛刺具有尖锐的先端；因此，当催化剂层在平箔(波纹箔)上形成时，毛刺从催化剂层过度地突出。在这种情况下，排气与从催化剂层突出的毛刺碰撞，这引起过度的紊流和压力损失增大。
参照图4，毛刺2A、3A的先端表面在与毛刺的突出方向正交的方向上延伸。毛刺的突出方向是金属箔的厚度方向。如由图5中的阴影线所示，术语“延伸”意指“毛刺2A、3A的先端表面存在并且从孔8的边缘在径向方向上扩展”；并且每个周向位置处的扩展程度不一定均匀。另外，毛刺2A、3A的先端表面可以是平坦的，或具有形成在其上的细微不规则部。
进一步，如图4所示，毛刺2A、3A均形成为具有窄部分50；并且当先端表面的宽度被定义为P1并且窄部分50的宽度被定义为P2时，P1与P2之间的量值关系是P1＞P2。宽度意指每个孔8在径向方向上的宽度。
通过提供具有小高度的毛刺2A、3A，可以改善催化转换器1的排放控制性能。原因推测如下。具有小高度的毛刺2A、3A具有小热容，摈弃当排气流入时温度趋于升高。另一方面，由于这些毛刺埋在催化剂层20中，因此积聚的热量难以被气体夺走。
因此，尽管排气温度低，但也会发生从毛刺开始的催化反应区域的扩展，并且因此蜂窝体4的催化反应整体被激活。
换句话说，支撑在毛刺上和周围的催化剂充当确定催化反应开始和结束的反应源，并且通过在反应源产生和消失时降低排气的温度，可以在早期激活催化反应。在以下描述中，也将通过毛刺2A、3A实现的效应称为反应源效应。通过将毛刺2A、3A的每个先端表面形成为在与毛刺的突出方向正交的方向上延伸的形状，与具有相同高度和尖锐末端的毛刺(包括以下的第二实施方式的毛刺)相比，与催化剂的接触面积增大并且由此可以增强上述反应源效应。
同时，本发明人等已发现了以下问题：当使用没有在平箔2和波纹箔3上形成氧化物涂膜的催化转换器1(即，在本发明的范围之外的催化转换器)来净化排气时，由于老化引起的催化剂的劣化增加。作为关于这个问题的详细研究的结果，已推测毛刺2A、3A附近的催化剂经历异常升温并劣化。然后，已发现用于减少催化剂的劣化的手段是在毛刺2A、3A的表面中的每个表面上形成含有α-氧化铝的氧化物涂膜。换句话说，借助于在毛刺2A、3A的表面中的每个表面上形成含有α-氧化铝的氧化物涂膜，促进了毛刺2A、3A与催化剂之间的热传递。这使得可以防止催化剂的异常升温并减少由于老化引起的催化剂的劣化。
形状调整后的毛刺2A、3A的平均高度(在下文中也称为毛刺的平均高度L)是0.1μm或更大且30μm或更小，优选地0.5μm或更大且20μm或更小。通过将毛刺2A、3A的高度调整为0.1μm或更大且30μm或更小，可以发挥反应源效应。
当毛刺的平均高度L减小至小于0.1μm时，毛刺2A、3A中积聚的热能变得太小而不能充分发挥反应源效应。当毛刺的平均高度L变得大于30μm时，经由催化剂层20突出的毛刺2A、3A的先端与气体接触以释放热量；因此，反应源效应变得难以发挥，并且排气与毛刺2A、3A接触以产生紊流并增大压力损失。通过将毛刺的平均高度L限制为0.5μm或更大且20μm或更小，能够更容易地获得上述反应源效应等。
图6是从轴向方向查看时催化转换器1的平面图。参考这幅图，毛刺的平均高度L可以通过以下方式求出：沿着包括中心轴线(虚线所示的“CS”)的平面切割转换器1并使用图像分析测量出现在这个切割表面上的每个毛刺的高度，然后将这些测量值加总，并进一步将这个加总的值除以测量次数。当执行测量时，期望用树脂填充蜂窝体4的气流通道(间隙)。毛刺高度可以根据金属箔的箔厚度与从金属箔的箔厚度方向的一个端部到毛刺的先端的长度之间的差值求出。
作为另一种测量方法，每个孔8的毛刺高度可以通过以下方式求出：使蜂窝体4退绕，并随后通过配备有成像装置(CMOS传感器等)的图像大小测量装置对金属箔(平箔2或波纹箔3的基部材料)进行成像以获得沿着孔8的周向的图像。在这种情况下，毛刺的平均高度L可以通过将所测量的毛刺高度的加总值除以测量次数来求出。
进一步，在使蜂窝体4退绕后，可以使用千分尺求出在金属箔(平箔2或波纹箔3的基部材料)中形成的各孔8的毛刺高度。毛刺的平均高度L可以通过将所测量的毛刺高度的加总值除以测量次数来求出。
将参照图7描述用于调整毛刺2A、3A的形状的调整方法。图7是如从金属箔的进给侧查看时形状调整装置的示意图。形状调整装置100包括驱动辊101、从动辊102、驱动电机103、传动机构104、固定支架105、液压机构106和数字指示器107。驱动电机103经由传动机构104连接到驱动辊101，并且当驱动电机103操作时，驱动电机103的驱动力经由传动机构104传动到驱动辊101，由此驱动辊101围绕旋转轴线L1旋转。
从动辊102布置为紧挨在驱动辊101的上方，并由液压机构106朝向驱动辊101的接近侧推动。因此，从动辊102与驱动辊101一起旋转。金属箔可以滑入驱动辊101与从动辊102之间(即，压印线部分(nip part))。
驱动辊101与从动辊102之间的压印线压力可以通过液压机构106调整。压印线压力可以通过指示器107测量。未示出的引导辊布置在驱动辊101和从动辊102的上游。液压机构106、传动机构的齿轮箱104和驱动电机103固定到固定支架105上。
在上述构造中，准备通过冲压装置形成的具有带毛刺的孔的金属箔，将这个箔经由未示出的引导辊进给到驱动辊101与从动辊102之间的压印线部分中。使驱动辊101从驱动电机103侧查看时顺时针旋转，将金属箔拉入驱动辊101与从动辊102之间的压印线部分，并且驱动辊101(从动辊102)与金属箔的毛刺接触。
当使驱动辊101和从动辊102进一步旋转时，毛刺被这些辊挤压并破碎以形成毛刺2A、3A的窄部分50。优选地通过实验等根据需要预先获得用于形成毛刺2A、3A的压印线压力。需注意的是用于波纹箔3的金属箔在由形状调整装置100进行形状调整后被输送至波纹箔形成步骤。在波纹箔形成步骤中，例如可以通过使具有与波纹箔的形状对应的形状的齿轮与金属箔接触以使这个金属箔塑性变形来制造波纹箔3。
毛刺2A、3A的形状调整方法并不限定于通过形状调整装置100进行的方法；并且例如，在金属箔的冲压步骤中，可以通过布置挡板以减少毛刺的突出部来执行形状调整。在这种情况下，在冲压时形成的毛刺与挡板抵接而塑性变形，从而可在孔8的边缘处形成如图2所示的毛刺2A、3A。
催化剂层20的厚度可以以与毛刺的平均高度L的关系适当地设定。也就是说，如上，随着毛刺2A、3A从催化剂层20突出的突出部的量变得越大，反应源效应的劣化和紊流的产生变得越显著。因此，当催化剂层20的厚度设定为等于或大于毛刺的平均高度L时或者当毛刺的平均高度L大于催化剂层20时，优选的是限制毛刺的平均高度L与催化剂层的厚度之间的差值(等同于预定量)为20至10μm或更小。
在此，当将孔8的平均孔径定义为D时，平均孔径D是0.2mm或更大且4.0mm或更小。各孔8的孔径是孔的直径。当平均孔径D落入低于0.2mm时，催化转换器1的生产率会降低。
当平均孔径D大于4.0mm时，孔8的边缘长度之和(即，整个蜂窝体4中的孔8的总边缘长度)变得更小，并且即使通过提供毛刺，毛刺的总长度也太短而不足以充分改善排放控制性能。应当注意的是，如果平均孔径D落入低于1.1mm，则有可能催化剂闭合孔8以降低排放控制性能。因此，在平均孔径D小于1.1mm的情况下，期望使用具有低粘度的催化剂。
在上述实施方式中，例示为各孔8的形状是圆形；然而，这可以是其他形状。其他形状可包括各种形状，例如椭圆形或矩形。在这些形状中的任何形状中，可以通过将面积转换为圆来求出孔径。
各孔8的孔径可以通过冲压直径和模具的模具直径来控制。各孔8的孔径不必相同；然而，从机械加工的容易性等观点来看，优选的是制造孔，使得标准偏差σ为0.001mm或更大且0.5mm或更小。
当将孔8的孔径比定义为R时，孔径比R是5％或更大且70％或更小，并且优选地20％或更大且70％或更小。在此，孔径比R是作为涂黑的孔的面积的总和与由三角形包围的总面积的比率计算的值，如图8所示。也就是说，当通过用线连接三个相邻孔8的中心来绘制三角形并且三角形内的面积被定义为总面积，并且三角形与孔8重叠的部分的面积被定义为孔面积时，孔面积与总面积的比率被定义为孔径比R。
当孔径比R减小到小于5％时，孔8的边缘长度之和变得太小，以至于即使通过提供毛刺也无法充分地改善排放控制性能。当孔径比R大于70％时，蜂窝体4的刚性变得降低，使得平箔2和波纹箔3的破裂和断裂可能导致催化转换器1的早期故障。
(变形例)
将描述本发明的变形例。在本变形例的催化转换器1中，毛刺2A、3A包括不具有窄部分的毛刺。
在本变形例中，为了便于说明，将具有窄部分的毛刺(也就是说，图4所示的毛刺)称为毛刺V1，并且将不具有窄部分的毛刺(也就是说，图9所示的毛刺)称为毛刺V2。
本发明人已确认，随着辊压机的压力增大，毛刺V1相对减小并且毛刺V2相对增大。
同样，在毛刺V1和V2混合的催化转换器1中，通过满足预定的数值条件可以获得与第一实施方式相同的效应，例如反应源效应。
虽然已经在第一实施方式中进行了描述，但是再次描述预定数值条件，并且这些条件是0.2mm≤D≤4.0mm、5％≤R≤70％、0.1μm≤L≤30μm。
图9是毛刺V2的照片。参照这个图，毛刺V2与毛刺V1的相同之处在于先端表面在与毛刺的突出方向正交的方向上延伸，并且与毛刺V1的不同之处在于毛刺V2不具有窄部分50。
这可推测为，当在液压机构106的液压增大的同时通过形状调整装置100按压针状毛刺时，首先形成窄部分(如毛刺V1的窄部分)，并且当压力进一步增大时，窄部分被破碎成没有窄部50的阶梯状毛刺，如图9所示。
在如本实施方式中那样毛刺V1和V2混合的情况下，可以不区分这些毛刺的情况下求出毛刺高度，以便计算毛刺的平均高度L。
(第二实施方式)
将参考图10描述本发明的第二实施方式。图10与图2对应，并且是蜂窝体的一部分的剖视图。与第一实施方式具有共同功能的部件用相同的附图标记表示。在本实施方式的毛刺2A、3A中，不执行形状调整步骤，并且毛刺2A的平均高度L被设定为0.1μm或更大且30μm或更小。具体地，通过提高冲床的冲压速度，可降低毛刺2A的高度并且可将毛刺2A的平均高度L降低至0.1μm或更大且30μm或更小。冲床的冲压速度优选地为100mm/秒或更大。
因此，本实施方式的毛刺2A具有含尖锐先端(即，针状先端)的一般毛刺形状，一般毛刺形状与具有在与毛刺的突出方向正交的方向上延伸的先端表面的第一实施方式的毛刺形状不同。其他构造与第一实施方式的构造相同；因此，省略其他构造的详细描述，但概述如下。
形成平箔2和波纹箔3的金属箔的厚度和材料、催化剂、和外罩5与第一实施方式中的相同。另外，第二实施方式与第一实施方式的类似处还在于在平箔2和波纹箔3(包括毛刺)上也形成有含α-氧化铝的氧化物涂膜。
毛刺2A、3A的毛刺平均高度L优选地为0.5μm或更大且20μm或更小，这与第一实施方式中的毛刺平均高度相同。测量毛刺的平均高度L的方法也与第一实施方式中的相同。
随着从催化剂层20突出的毛刺2A、3A的突出部的量变得更大，反应源效应的劣化和紊流的产生变得更加显著。因此，当将催化剂层20的厚度设定为等于或大于毛刺平均高度L时，或者当毛刺平均高度L大于催化剂层20时，优选的是将毛刺平均高度L与催化剂层20的厚度(等同于预定量)之间的差值设定为10μm或更小。
平均孔径D是0.2mm或更大且4.0mm或更小，这也与第一实施方式中的相同。孔8的形状不限于如第一实施方式中的圆形。优选的是将孔制造为使得标准偏差是σ0.001mm或更大且0.5mm或更小，这与第一实施方式中的相同。孔8的孔径比R是5％或更大且70％或更小，优选地20％或更大且70％或更小，这与第一实施方式中的相同。
如上，通过提供本实施方式的毛刺2A、3A，可以获得与第一实施方式相同的效应。
实施例
(实施例1)
在本发明实施方式的实施例中，通过对毛刺平均高度L进行各种改变来评估排放控制性能、催化剂的劣化和压力损失性能。表1显示了评估的结果。通过T80℃(即，老化前的T80℃)来评估排放控制性能。T80℃是基于CO转换率-温度曲线计算的CO转换率(％)达到80％时的温度。通过将模拟气体以100,000h-1的SV(空速)进给通过催化转换器，使用加热器从室温逐渐加热模拟气体，以及测量每个温度下的CO转换率(％)来获得CO转换率-温度曲线。使用THC(丙烯，C3H6)：550ppm(1650ppmC)、NO：500ppm、CO：0.5％、O2：1.5％、H2O：10％、N2：余量气体，模拟柴油排气。随着T80℃的降低，催化转换器的排放控制性能可评估为更高。
基于“老化后的T80℃”与“老化前的T80℃”之间的差值来评估催化剂的劣化。“老化后的T80℃”是通过以下方式获得的：在包括加热温度：980℃和加热时间：20小时的加热条件下加热催化转换器，将催化转换器冷却至室温，然后通过已描述的方法测量T80℃。随着差值的降低，催化剂的劣化可评估为更低。
压力损失性能通过以下方式评估：以0.12Nm3/min的流率施加干燥的25℃N2气体并测量在催化转换器之前和之后的压力差。
作为用于波纹箔和平箔的金属箔，使用含有Cr：20质量％、Al：5质量％并且余量为Fe和不可避免的杂质的铁素体不锈钢。金属箔的厚度是30μm。使用冲床，在蜂窝体的除端部以外的区域(距排气入口侧且距排气出口侧5mm的相应范围)中形成孔。毛刺平均高度L通过以下方式来控制：在不通过形状调整装置执行高度调整的情况下调整冲床的冲压速度。毛刺平均高度L通过如参照图6在实施方式中描述的方法测量(这同样适用于后述其他实施方式实施例)。
从金属箔的箔厚度方向对金属箔的形成有孔的区域进行成像，并且将孔的轮廓转换成数据；并且此后，通过经由计算机处理将所获得的孔径换算成圆直径来求出孔径。孔径比R是通过上述实施方式中的方法求出的。
在使通过上述处理获得的金属箔波纹化成波纹箔后，将在适当的位置具有有钎焊料的波纹箔重叠在经涂覆的平箔上，并且将这些箔卷绕在一起并进行热处理(钎焊)以由此生产蜂窝体。蜂窝体的直径是35mm，并且轴向长度是80mm。单元密度是400cpsi。将由此产生的蜂窝体插入外罩中并通过钎焊固定至外罩以提供催化转换器。催化转换器的直径是38mm，并且轴向长度是80mm。
使含有二氧化铈-氧化锆-氧化镧-氧化铝作为主要组分并且每100g含有1.25g钯的洗涂液穿过蜂窝体，并去除多余的洗涂液；并且此后，将蜂窝体在180℃下干燥1小时，然后在500℃下烘烤2小时以在蜂窝体上形成厚度为20μm的催化剂层。
应当注意的是，如果需要的话，在使用时调整洗涂液的粘度，使得孔都不会被催化剂闭合。
对于编号3至编号10，氧化物涂膜是通过在形成催化剂层之前对蜂窝体施加热处理形成的。用于热处理的条件是加热温度：900℃和加热时间：两个小时。
[表1]
无毛刺的编号1和编号3的排放控制性能(T80℃)较低。编号2由于毛刺而具有较高的排放控制性能(T80℃)，但由于缺乏氧化物涂膜而经历显著增大的催化剂劣化。编号4至编号9由于毛刺而具有较高的排放控制性能(T80℃)，并且催化剂的劣化也能够保持较低。另外，压力损失也能够维持在较低值。编号10具有从催化剂层显著突出(从催化剂层突出20μm)的毛刺，使得压力损失由于紊流的产生而增大，并且排放控制性能(T80℃)由于反应源效应降低而劣化。
(实施例2)
对氧化物涂膜的厚度和α-氧化铝的含量进行各种改变，评估排放控制性能(T80℃)、催化剂的劣化和压力损失性能。氧化物涂膜的厚度和α-氧化铝的含量通过以下方式调整：调整在以下范围内的用于形成氧化物涂膜的热处理条件：加热温度：1000℃至1100℃和加热时间：5分钟至20小时。如实施例1中一样，通过在不通过形状调整装置执行高度调整的情况下调整冲床的冲压速度，将毛刺平均高度L标准化为5μm。金属箔的箔厚度是40μm。蜂窝体的直径是40mm并且轴向长度是60mm。单元密度是400cpsi。将所产生的蜂窝体负载到外罩中并通过钎焊处理固定以提供催化转换器。催化转换器的直径是43mm并且轴向长度是60mm。孔径和孔径比分别统一为2mm和50％。其他条件与实施例1的那些条件类似。
[表2]
关于编号12，氧化物涂膜的厚度仅达到0.03μm，使得催化剂的劣化增加。关于编号18，氧化物涂膜的厚度超过2.0μm，使得由于箔破裂的发生而无法进行老化后T80℃的评估。关于编号19，氧化物涂膜中所包含的α-氧化铝少至5质量％，使得催化剂的劣化增加。由本实施例已发现形成0.05μm至2μm的含有至少10质量％的α-氧化铝的氧化物涂膜使得可以有效地减少催化剂的劣化。
(实施例3)
在本实施例中，对平均孔径D和孔径比R进行各种改变，并评估所得的排放控制性能(T80℃)、压力损失性能和催化剂的劣化。如实施例1中一样，通过在不通过形状调整装置执行高度调整的情况下调整冲床的冲压速度，将毛刺平均高度L统一为8μm。金属箔的箔厚度是50μm。蜂窝体的直径是51mm并且轴向长度是120mm。单元密度是300cpsi。将所产生的蜂窝体负载到外罩中并通过钎焊处理固定以提供催化转换器。催化转换器的直径是54mm并且轴向长度是120mm。
[表3]
参见编号24至编号30，已经发现提供毛刺使得可以确保期望的排放控制性能(T80℃)，即使平均孔径D较小也如此。关于编号31，由于平均孔径D过大且毛刺的总长度短，所以不可能改善排放控制性能(T80℃)。关于编号32，由于孔径比过小且毛刺的总长度短，所以不可能改善排放控制性能。关于编号41，孔径比超过70％，并且在老化后看到金属箔的箔破裂，因此未评估催化剂的劣化。
(实施例4)
在本实施例中，在与实施例1相似的条件下执行测试，区别在于使用形状调整装置来调整毛刺平均高度L。应当注意的是，对于编号45至编号46，观察到约30％是毛刺V2并且其余的是具有窄部分的毛刺V1。对于编号46至编号51，具有窄部分的毛刺V1占主导地位。
[表4]
没有毛刺的编号42和编号44的排放控制性能(T80℃)较低。编号43由于毛刺而具有较高的排放控制性能(T80℃)，但由于缺乏氧化物涂膜而经历显著增大的催化剂劣化。编号45至编号50由于毛刺而具有较高的排放控制性能(T80℃)，并且催化剂的劣化也能够保持较低。另外，压力损失也能够维持在较低值。编号51具有从催化剂层显著突出(从催化剂层突出20μm)的毛刺，使得压力损失由于紊流的产生而增大，并且排放控制性能(T80℃)由于反应源效应降低而劣化。
(实施例5)
在本实施例中，在与实施例2相似的条件下执行测试，区别在于使用形状调整装置来调整毛刺平均高度L。
[表5]
关于编号53，氧化物涂膜的厚度仅达到0.03μm，使得催化剂的劣化增加。关于编号59，氧化物涂膜的厚度超过2.0μm，使得由于箔破裂的发生而无法进行老化后T80℃的评估。已经发现形成含有至少10质量％的α-氧化铝的0.05μm至2μm的氧化物涂膜增强了排放控制性能并且使得可以降低压力损失并减少催化剂的劣化。
(实施例6)
在本实施例中，在与实施例3相似的条件下执行测试，区别在于使用形状调整装置来调整毛刺平均高度L。
[表6]
参见编号65至编号71，已经发现提供毛刺使得可以确保期望的排放控制性能(T80℃)，即使平均孔径D较小也如此。关于编号72，由于平均孔径D过大且毛刺的总长度短，所以不可能改善排放控制性能(T80℃)。关于编号73，由于孔径比过小且毛刺的总长度短，所以不可能改善排放控制性能(T80℃)。关于编号82，孔径比超过70％，并且在老化后看到金属箔的箔破裂，因此未评估催化剂的劣化。
附图标记列表
1 催化转换器
2 平箔
3 波纹箔
4蜂窝体。
Claims (8)
1.一种蜂窝型金属基材，其通过交替层叠金属平箔和金属波纹箔而形成，
在所述金属平箔和所述金属波纹箔中形成有多个孔，
在每个孔的边缘上形成有具有小高度的毛刺，
在所述金属平箔和所述金属波纹箔中，至少所述毛刺的表面覆盖有含α-氧化铝的氧化物涂膜，
当所述多个孔的平均孔径被定义为D，所述孔的孔径比被定义为R，并且所述毛刺的平均高度被定义为L时，满足以下等式(1)至(3)，
0.2 mm≤D≤4.0 mm (1)
5％≤R≤70％ (2)
0.1 μm≤L≤30μm (3)。
2.根据权利要求1所述的蜂窝型金属基材，其中
各毛刺的先端表面形成为在与所述毛刺的突出方向正交的方向上延伸的形状。
3.根据权利要求2所述的蜂窝型金属基材，其中
所述毛刺具有窄部分，所述窄部分各自均具有比所述先端表面更小的宽度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蜂窝型金属基材，其中
所述毛刺的平均高度L满足以下等式(4)，
0.5 μm≤L≤20μm (4)。
5.一种催化转换器，其包括：
根据权利要求1至3中任一项所述的蜂窝型金属基材；以及
催化剂层，其承载在所述金属平箔和所述金属波纹箔上，
所述毛刺的平均高度L小于所述催化剂层的厚度或者比所述催化剂层的厚度大预定量，并且
所述预定量是10μm或更小。
6.一种催化转换器，其包括：
根据权利要求4所述的蜂窝型金属基材；以及
催化剂层，其承载在所述金属平箔和所述金属波纹箔上，并且
所述毛刺的平均高度L小于所述催化剂层的厚度。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的蜂窝型金属基材，其中，所述氧化物涂膜的厚度在0.05μm至2μm的范围内，并且含有至少10质量％或更多的α-氧化铝。
8.根据权利要求5或6所述的催化转换器，其中，所述氧化物涂膜的厚度在0.05μm至2μm的范围内，并且含有至少10质量％或更多的α-氧化铝。
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