JP2015509135A - 排気処理装置の拡散ブロック層 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む基材（３）から成る金属板（２）上に、酸化アルミニウム（８）を含む拡散ブロック層（１）を生成する方法に関する。本発明は、前記方法を排ガス処理装置（１２）の生産に統合することにさらに関する。その排ガス処理装置（１２）は、ハニカムボディ（１３）およびハウジング（１４）を有して、少なくともハニカムボディ（１３）またはハウジング（１４）は、金属板（２）によって形成されて、金属板（２）は、少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む基材（３）から成る。金属板（２）は、少なくとも小領域（５）において、少なくとも酸化アルミニウム（８）および、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群からの金属（９）を含む表層（７）をこのように含む。【選択図】図８

Description

本発明は、金属シート上に拡散バリア層を生成するプロセス、および排ガス処理装置を生産するプロセス、さらには排ガス処理装置に関する。本発明は、特に、自動車の排ガス系統で用いられることが可能な金属シートまたは排ガス処理装置を有する、自動車のための排ガス技術の技術分野に指向される。

自動車および商用車は、多くの排ガス規則を受ける。そして、これらへの支持は、適切に構成された排ガス系統によって保証される。金属製のハニカムボディによって少なくとも部分的に形成される少なくとも１つの排ガス処理装置を有する排ガス系統は、公知である。この金属製のハニカムボディは、例えば、触媒活性材料用の、排ガス成分を格納するためのコーティング用の支持体として、および／または粒子集塵器として、使われる。排ガス処理装置は、この目的のために、自動車の排ガス系統の異なる場所での排ガスのさまざまな構成要素に影響するかまたは反応を起こさせるために、または排ガス処理のための他の機能を実行するために、通常、少なくとも部分的に被覆される。

排気ガス処理装置の少なくとも部分的に金属製のハニカムボディ内で、ろう付け接合がろう付けプロセスの結果として生成され、金属製のハニカムボディの個々のコンポーネントの互いに対するおよび／もしくはそれ自体の固定ならびに／またはハウジング内へのハニカムボディの長期間の配置が達成される。

このような金属製のハニカムボディおよびハウジングは、特に、以下の特性を有する基材によって形成される：
ハニカムボディの金属箔
微細構造：フェライト
組成：少なくとも１２重量％のクロム含有量および少なくとも２．５重量％のアルミニウム含有量を有するＦｅＣｒＡｌ合金。Ａｌ_２Ｏ_３表層の形成を制御するための希土類、Ｙおよび／またはＨｆの添加が可能である。
材料の例：ドイツ鋼分類（Ｇｅｒｍａｎ ｓｔｅｅｌ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ）の番号１．４７６７または１．４７２５を有する材料。
材料の厚さ：２０μｍ（ミクロン）〜１５０μｍ
フォーム：少なくとも部分的に構造化された；平滑
ハウジング
微細構造：オーステナイトまたはフェライト
材料の厚さ：０．１ｍｍ（ミリメートル）〜３ｍｍ
フォーム：円筒形；楕円形；円錐形
ろう付け材料
フォーム：ろう付け粉末；ろう付けリボン
組成：ニッケル系ろう付け材料、クロム、リンおよびシリコンが主な添加物として存在する。非常に特に好ましいのは、以下の順：クロム、リン、シリコンで減少する主な添加物の比率で与えられる。ニッケル系ろう付け材料のクロム含有量は好ましくは、ハニカムボディの材料中のクロムの比率より多く、例えば２３〜２５重量％の範囲内である。主な添加物のリンおよびシリコンは共にクロムの比率を超えないべきである。
材料の例：この種類のニッケル系のろう付け材料は、例えば、Ｗａｌｌ Ｃｏｌｍｏｎｏｙ Ｌｔｄ製のＮｉｃｒｏｂｒａｚという商品名で入手可能である。

排気ガス処理装置の製造において、ろう付け接合が排気ガス処理装置のコンポーネントの間の特定の接触点のみに提供されることが必要であるかまたは明確に望まれ得る。ハニカムボディにおけるおよび／またはハニカムボディとハウジングとの間の局所的に制限されたろう付け接合（のみ）のこれらの結果として、排気ガス処理装置の柔軟性が保持される。この柔軟性により、排気ガス処理装置は、変化する温度および圧力が排気ガスシステム中に広がるにも関わらず、自動車の排気ガスラインに使用される場合、より長期間の強度を達成できる。所望のろう付け接合が、例えば、ハニカムボディまたは排気ガス処理装置の特定の接触点のみにおける（標的化した）ろう付け材料の導入により生成され得る。これに関してまた、排気ガス処理装置の所定の領域に不動態化層を適用することも可能であり、接触点における望ましくない接合が防がれる。ろう付け材料の望ましくない流れおよび／または基材からの合金要素の望ましくない拡散がここで考慮された。

ろう付け接合の標的化した形成について、および／または真空下もしくは保護ガス下での高温ろう付けによって接合されるこのような排気ガス処理装置の製造における接触点における望ましくない他の化合物（本明細書以下で二次接合、拡散接合）を回避するためのいくらかの手段が提案されているが、それらは大量生産のためにこのプロセスを簡略化するのに必要であり続け、それを安全にし、より安く処理することができ、および／またはろう付けプロセスについてのさらなる干渉作用を回避できる。

したがって、本発明の目的は従来技術に関して示された技術的問題を少なくとも部分的に解決することである。特に、金属シート上に拡散バリア層を生成するためのプロセスは、特にろう付け接合の正確かつ規定された形成を可能にし、防がれるべきである金属シートに対する望ましくない拡散接合の後の形成の危険性を低減する。さらに、排気ガス処理装置を製造するためのプロセスが提案されるべきであり、ろう付け接合は、排気ガス処理装置上の所定の位置において（のみ）生成され、排気ガス処理装置における望ましくない拡散接合が回避される。さらに、ろう付け接合が、所定の接触点（のみ）で生成され、さらなる接触点における望ましくない拡散接合が回避され得る排気ガス処理装置が特定されるべきである。

請求項１の特徴を有する金属シート上に拡散バリア層を生成するプロセスによって、請求項９の特徴を有する排ガス処理装置を生産するプロセスによって、そして請求項１１の特徴を有する排ガス処理装置によって、これらの目的は、達成される。本発明のさらに有利な実施形態は、従属請求項において記載される。請求項に記載される個々の特徴は、いかなる技術的に意味があるやり方においても互いに組み合わされることができて、本発明のさらなる実施形態を与える記載からの説明的な事項によって補充されることができる。特に、金属シート上に拡散バリア層を生成するプロセスにおいて、排ガス処理装置を生産するプロセスにおいて、または排ガス処理装置において指向される特徴は、互いに組み合わされることができるか、または本発明のそれぞれの他の主題に適用されることができる。

少なくとも鉄（Ｆｅ、原子番号２６）、クロム（Ｃｒ、原子番号２４）およびアルミニウム（Ａｌ、原子番号１３）を含む基材から成る金属シート上に、酸化アルミニウムを含む拡散バリア層を生成するプロセスは、少なくとも、
ａ）金属シートを供給するステップ、
ｂ）酸化コバルト（特に、９００℃で安定であるＣｏ_３Ｏ_４）および酸化ニッケル（特に、ＮｉＯ）からなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物を適用するか、または、温度上昇の結果として、表層としての金属シートの表面少なくとも１つの小領域に対する酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物を形成することができる少なくとも１つの材料化合物（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を適用するステップ、
ｃ）酸化アルミニウムを含む拡散バリア層が表層の少なくとも１つの小領域においてのみ形成されるように、表層を有する金属シート上に真空または保護ガスの下で６５０℃を超える熱処理を実行するステップであって、この場合、金属への金属酸化物の還元および、基材から拡散するアルミニウムの酸化アルミニウムへの（同時の）酸化によって、（主に）酸化アルミニウムが生じる、ステップ、を有する。

金属シートは、特に、１０μｍ［ミクロン］〜３ｍｍ［ミリメートル］の範囲の厚みを有する金属箔である。金属シートがハニカムボディにおいて金属箔として用いられるときに、金属シートの厚みは、特に非常に好ましくは３０μｍ〜１２０μｍの範囲にある。一方で、金属シートがハウジングとして用いられるときに、その厚みは、例えば、０．５ｍｍ〜２．２ｍｍである。金属シートは、構造化（例えば波形、ノブ、エンボスなど）および／または開口部を有することもできる。金属シートは、各々が５μｍ〜１００μｍの範囲の直径、および３０μｍ〜１０ｍｍの範囲の長さを有する（不織布、編まれた、織られた繊維などのタイプの）微細なメタリックワイヤによって任意に形成される。

プロセスのステップｂ）は、特に、蒸着または適用のための浸し塗りプロセスまたは蒸着プロセスまたは他の好適なプロセスによって実行される。ここで、酸化コバルト（Ｃｏ_３Ｏ_４）および酸化ニッケル（特にＮｉＯ）からなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物、および／またはこの種の金属酸化物を熱的に形成することができる少なくとも１つの材料化合物は、表層としての金属シートの表面の少なくとも小領域に適用される。選択は、予め定められた金属シートに適用されている金属酸化物の正確に１つの単一タイプに与えられる。表面の小領域は、表面の（単一）隣接する部分または複数の／多数の（比較的小さい）部分に関することができる。加えて、小領域が金属シートの表面の一側のみに関することは、可能である。非常に特定の選択は、選択された金属酸化物を有しておよび／または材料化合物を有して設けられている金属シートの少なくとも９０％にまたはその全表面にさえ与えられる。ステップｂ）の後、特に、金属酸化物および／または材料化合物と基材との間に硬い材料結合がある。特に、例えば、別々の（先立つ）熱処理の結果としての、および／またはステップｃ）の熱処理の結果としての材料化合物は、プロセスのステップｂ）において適用される酸化コバルトおよび／または酸化ニッケルを形成する。この種の材料化合物の例は、ニッケルおよび／またはコバルトの水酸化物である。この材料化合物は、このように、一種の金属酸化物フォーマまたは金属酸化物前駆体と呼ばれることもありえる。ここで、金属酸化物のこの転換または形成が真空および／または保護ガスの下で遂行されることも、特に望ましい。

ステップｃ）において、熱処理は、実行される。ここで、材料化合物は、特に、温度上昇の結果として、最初に少なくとも部分的に溶かされておよび／または分解される。その結果、酸化ニッケルおよび酸化コバルトからなる群からの少なくとも１つの金属酸化物は、目下存在する。

特に好適な温度の選択に関して、ステップｃ）の熱処理は、特に、当業者によって材料の組成に直ちに適合されることができる。温度または熱処理の期間は、適合されることができる。例えば、上昇した温度は、より短い熱処理を許容してよい。金属シートの加熱の結果、基材に存在するアルミニウムは、表層の方向に広まって、これに深く入りこむ。表層において、アルミニウムは、酸化アルミニウムを形成するために、金属酸化物に密接に結びつく酸素と特に反応する。この反応は、特に、以下の反応式に従って発生する。
または、

表層に広まっているアルミニウムが表層に存在する金属酸化物の酸素とここで反応するので、特に、酸化アルミニウムは、したがって、金属シートの表面の領域において第１に形成される。したがって、特に基材の中で、表層へのさらなる要素の拡散を少なくとも主に（完全に）防止する酸化アルミニウムから成る拡散バリア層は、金属シートの表面上に、特に表層において（排他的に）形成される。特に、例えば表層から基材への要素の拡散は、さらに同様に（完全に）防止される。

ステップｃ）の熱処理を実施した後に、特に、酸化アルミニウムから成る拡散バリア層は、表層に存在する。さらに、特に、コバルトおよびニッケルからなる群からの元素金属は、そこで見つかる。したがって、特に、ろう付け接合の後の形成のために適切である金属製の表層は、プロセスのステップｃ）を実行した後に得られる。

表層の金属酸化物および／または材料化合物は、特に、酸素のためのキャリアとして役立つ。その結果、（基材からの）アルミニウムは、酸化アルミニウムを形成するためにこのようにして設けられる酸素と（もっぱら）反応する。

ステップｃ）の熱処理は、特に、真空または保護ガス雰囲気下で実施される。特に、酸素は、導入されない。酸素の関与とともに酸化アルミニウムの形成に至る熱処理の間の反応は、熱処理の前でさえの（少なくとも）表層における金属酸化物におよび／または材料化合物に密接に結びついた（そして、表層に存在した）酸素の関与のみによって、特に、発生する。

少ない酸素の量は、真空または保護ガス雰囲気にもかかわらず、熱処理の間、まだ存在してもよい。この「残留酸素」は、それにもかかわらず、酸化アルミニウム層の拡散するしみ通らない構成を金属シートの表面上に形成するには不十分である。

この分野の当業者は、これらのアロイングまたは変換プロセスに精通している。その結果、この種の人は、ここで対処される化学プロセスを理解して、模倣して、制御することが直ちに可能である。加えて、図示する実施例は、以下に挙げられる。

適切な熱処理の例として、１０００℃より上の周囲温度および真空雰囲気中の１０分から６０分の範囲の処理時間は、選択されることができる。非常に特定の選択は、１２００℃を超えない周囲温度に与えられる。熱処理が複数のステージにおいて実施されることもできるとここで述べられてよい。その結果、例えば、２０分から６０分の予熱フェーズは、１０００℃よりも下の周囲温度で、任意に４００℃よりも上の周囲温度で、または８００℃よりも上の周囲温度でさえ実施されることができる。同様に、例えば、１５分から４０分の期間にわたって延長する冷却フェーズが、これの後に続くことができる。熱処理は、特に、全体で少なくとも２時間の期間にわたって、任意に少なくとも３時間でさえ延長することができる。

プロセスの好ましい実施形態において、金属酸化物および／または材料化合物は、少なくとも４０重量％の比率で、ステップｂ）の表層に存在する。金属酸化物および／または材料化合物は、少なくとも６０重量％の比率で、そして、特に好ましくは少なくとも８０重量％の比率で、ここで好ましくは存在する。特に、表層は、いかなる鉄（Ｆｅ）も含まなくておよび／またはいかなるクロム（Ｃｒ）も含まない。いかなるアルミニウム（Ａｌ）も含んでいない表層に、選択は、与えられる。

有利な実施形態において、プロセスのステップｃ）の実行後に、酸化アルミニウムは、表層において均一に分布される。この文脈において、「均一に」は、特に、酸化アルミニウムが、特に多くて５重量％の偏差によって、表層において一様に（厚みのわたって）分布されることを意味する。さまざまな測定領域の重量％において決定される割合の比較によって、偏差は、特に、測定されることができる。特に、これらの測定領域は、いずれの場合も５０から４００のｎｍ^２の領域において、特に１００ｎｍ^２［平方ナノメートル］の領域においてあるが、領域のこのサイズにいかなる形であれ制限されない。

さらに有利な実施形態において、ステップｃ）の実行後に、表層において基本的な形に存在する金属酸化物のおよび／または材料化合物の金属の比率は、少なくとも５重量％、好ましくは少なくとも１０重量％、そして、特に好ましくは少なくとも２０重量％、増加した。特に、基本的な形に目下存在する金属の比率のこの増加は、金属酸化物および／または材料化合物とのアルミニウムの反応から（主に）生じる。基材から表層に広まったアルミニウムは、このように金属酸化物および／または材料化合物の化合物から酸素をとる。その結果、元素金属は、表層において形成される。特に、ステップｃ）の前の表層に存在する少なくとも８０重量％の金属酸化物または材料化合物は、ステップｃ）を実行する結果として、元素金属に変換される。選択は、少なくとも９０重量％が、そして非常に特に好ましくは少なくとも９９重量％が変換されるように与えられる。

さらなる有益な実施形態において、プロセスのステップａ）における基材中のアルミニウムの比率は１重量％〜７重量％の範囲であり、特に、プロセスのステップｂ）における表層中のアルミニウムの比率は２重量％以下、好ましくは１重量％以下、特に好ましくは０．１重量％以下である。

有益な実施形態において、実施されるステップｃ）の後の拡散バリア層中のアルミニウムの比率は、少なくとも１５重量％、好ましくは少なくとも２０重量％である。

拡散バリア層は、特に、表層の領域に形成されるか、または表層と基材との間の領域から延び、ステップｃ）の直後、少なくとも１５重量％、好ましくは少なくとも２０重量％のアルミニウムの比率を有する。

特に、好ましくは、ステップｃ）の実施直後、表層全体中のアルミニウムの比率は少なくとも１５重量％、好ましくは少なくとも２０重量％である、表層全体に形成される適切な拡散バリア層が与えられる。

特に、アルミニウムは、ステップｃ）による熱処理プロセスの後、重量％の比率で少なくとも２倍、好ましくは少なくとも３倍、金属シートの（全）基材中に存在するアルミニウムの重量％の比率を超えて表層の領域全体に存在し、それは少なくとも５重量％である。

有益な実施形態において、表層は、ステップｂ）を実施した後、１μｍ（ミクロン）以下の厚さ、特に０．５μｍ以下、好ましくは０．２５μｍ以下、特に好ましくは０．１μｍ以下の厚さを有する。

特に、表層の厚さおよび熱処理の強さ（温度および時間）は表層における拡散バリア層の形成に影響を与える。特に、特定の薄い表層の供給の結果、表層全体に均一に形成される拡散バリア層が得られる。

拡散バリア層の形成は、特に、表層内への基材からのアルミニウム以外の元素の拡散が防がれることを導く。特に、拡散バリア層は、基材内への他の元素の拡散を（ほとんど）防ぐ。

特に、比較的厚い表層および／または少ない強さの熱処理は、表層中の金属シートの表面（のみまたは主に）に近接して形成される酸化アルミニウムを導き、対応する多層構造は、形成される以下の順序：基材、拡散バリア層（金属酸化物の金属元素を有する）、金属酸化物および／または材料化合物で基材から出て行く。特に、アルミニウムは、（厚さの方向において）表層全体の中へ拡散せず、金属酸化物は金属元素内にのみ部分的に変換される。

プロセスの有益な実施形態において、ステップａ）における基材は、金属酸化物の金属および／またはステップｂ）からの材料化合物の２０重量％以下の比率を有する。特に、ステップａ）における基材は、１０重量％以下、特に５重量％以下、特に好ましくは１重量％以下の金属酸化物の金属および／またはステップｂ）からの材料化合物を含む。特に、ステップａ）における基材は、０重量％の金属酸化物の金属および／またはステップｂ）からの材料化合物を含む。

特に、表層中の金属酸化物の金属の比率は、ステップｃ）における熱処理の結果として、表層内への基材からの金属の拡散に起因して増加しない。金属の比率のこの増加は、表層内に拡散するアルミニウムの酸化による酸化アルミニウムの同時形成と共に金属酸化物の金属元素への還元によって（排他的）に起こる。

さらに、排ガス処理装置は、ハニカムボディおよびハウジングを備え、少なくともハニカムボディまたはハウジングは、金属シートを用いて形成されている、排ガス処理装置を生産するプロセスは、提案される。特に、金属シートに関して上記したことは、ここで提案されるプロセスに類似してあてはまる。金属シートは、少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含んでいる基材から成る。

プロセスは、少なくとも、
ｉ）ハウジングまたはハニカムボディを形成するために少なくとも１つの金属シートを供給するステップ、
ｉｉ）酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物を適用するか、または、温度上昇の結果として、表層としての少なくとも１つの金属シートの表面の少なくとも１つの小領域に対する酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物を形成することができる少なくとも１つの材料化合物（ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｍｐｏｕｎｄ）を適用するステップ、
ｉｉｉ）ハニカムボディを形成して、ハニカムボディをハウジングに挿入するステップ、
ｉｖ）少なくとも１つのろう付け部分において、少なくともハニカムボディまたはハウジングにろう付け材料を適用するステップ、
ｖ）真空下または保護ガス下で金属酸化物を含む少なくとも１つの金属シート上の１０００℃を超えるろう付けプロセスを実行するステップであって、そのため、
−金属への金属酸化物の還元、および基材から拡散するアルミニウムの酸化アルミニウムへの酸化によって、酸化アルミニウムを含む拡散バリア層は、表層における少なくとも１つの小領域においてのみ形成され、
−ろう付け接合は、少なくとも１つのろう付け部分において少なくとも１つの金属シート上に形成される、ステップ、を含む。

ステップａ）、ｂ）に関して上記したことは、特に、ここで提案されるプロセスのステップｉ）、ｉｉ）にあてはまる。

プロセスの提案されるステップｉ）〜ｖ）は、特に、ここで提案される順序の連続を続行する。しかしながら、ステップｉｖ）は、特に、前もってまたはステップｉｉｉ）と同時に発生する。

特に、排気ガス処理装置のためにここで提案されている金属シートは、特に、温度変化および動的要件およびまた、長期間の自動車の排気ガスシステムの腐食環境に耐えるのに適した高温耐性金属シートである。ここで、自動車の内燃エンジンの燃焼プロセスから生じる８００℃以上の温度および／またはかなりの圧力パルスが排気ガス処理装置に対して作用し得る。

基材に関して、主な合金要素としてクロムおよびアルミニウムをさらに含む鉄材料を使用することが好ましくは与えられる。クロムの比率は、特に、アルミニウムの比率より少なくとも３倍高い。例えば１２〜２５重量％の範囲であるクロムの比率に対して、例えば１〜７重量％、好ましくは２．５〜６重量％の範囲であるアルミニウムの比率を与えることが非常に特に好ましい。さらに、アウトセットおよび／またはハウジングに記載されている金属箔に関して記載されている基材を使用することが可能であり、その詳細は参照により完全に組み込まれている。

表層は好ましくは、排気ガス処理装置を形成するための金属シートの配置後、排気ガス処理装置の他のコンポーネントとの接触点を形成する金属シートの小領域（のみ）をカバーする。特に、表層は、ろう付け接合も拡散接合も望まれない接触点のみをカバーし、互いと接触する点を形成する排気ガス処理装置のコンポーネントの結合は起こらない。しかしながら、表層は金属シートの小領域または表面全体に適用されることも可能であり、ろう付け接合はその後、その上に配置され得る。表層はそれ自体閉鎖されるべきである。すなわち、特に金属シートの基材を通る有意な孔を有さない。特に、表層は触媒層として構成されず、特に排気ガス中の汚染物質と反応しない。

表層は、最初にもはや接触点に存在しないクロム元素および鉄（金属シートの基材の主な成分として）を生じる。クロムおよび鉄の両方は、炭素に対して非常に高い親和性を有することが知られており、これがろう付け条件下で利用可能な場合、炭化クロム形成（鉄−炭化クロム形成）が必ず起こる。一方でコバルトおよびニッケルは対応する炭化物を形成しない。コバルトおよびニッケルは、クロムおよび鉄と完全に混和できるが、それら自体は、排気ガス処理のためにここで利用され得る（かなりの）触媒機能を有さない。

しっかりと付着する炭化クロムブリッジ（二次接合、拡散接合）は、局所的炭素利用能に応じて、ろう付けプロセスの間、排気ガス処理装置の他のコンポーネントまたは排気ガス処理装置自体との金属シートの接触領域において形成される。望ましくない状況下で、３次元に細かく分散した炭化物スケルトンがこのように形成される。この炭化物スケルトンは、それ自体および／または排気ガス処理装置の他のコンポーネントに金属シートを一緒にしっかりと接合／溶接するので、例えば排気ガス処理装置における金属シートの構成の柔軟性、すなわち排気ガス処理装置自体の柔軟性に影響を与える。したがって、クロムおよび鉄を分離する表層の適用は炭化クロム形成の機構を遮断または阻害する。これを以下に説明する。

特に、表層中の金属酸化物の供給は、高温耐性および耐食性酸化アルミニウム層を生成するのに必要な（特に排他的に）酸素を提供する。したがって、保護酸化アルミニウム層は、早ければろう付けプロセスの間に金属シート上で形成され得る（これは特に、保護ガス下または真空下、すなわち酸素を有さずに実施される）。したがって、特に、排気ガス処理装置のための追加の後の酸化プロセスが省略される。対応する酸化アルミニウム層は、通常、酸素含有雰囲気において少なくとも４００℃の温度にて排気ガス処理装置を処理することによりこの酸化プロセスによって排気ガス処理装置で生成される。

特に、表層中の金属酸化物の供給は、早ければろう付けプロセスの間に金属シートまたは排気ガス処理装置の所定の小領域（のみ）に提供される適切な酸化アルミニウム層を生じる。さらに、表層中の金属元素への金属酸化物の変換は金属特性を獲得する表層を生じるので、表層のこれらの領域のろう付け能力が維持される。特に表層中の金属酸化物からのスピネルの形成がこのように防がれるので、表層の金属特性は有益に保持される。

ろう付けされるコンポーネント、例えば金属箔およびハウジングは、炭素含有液体の残留物、例えば圧延油または波形化油を有してもよい。毛管効果に起因して、これらの液体は、例えば、ハニカムボディの波形層と平滑層との間のくさび状接触領域内に引き戻され、それによりこれらのコンポーネントを湿潤させる。ろう付けユニットへの導入後、保護ガスの排出または導入が開始する。同時に、温度は増加する。酸素の不足のために、フラッシュ点に到達した後の液体の燃焼はもはや可能ではないので、クラッキングプロセスは約４００℃に上昇して開始し、純粋な高反応性炭素の形成が生じる。このクラッキングプロセスはまた、保護ガス下でろう付け接合の生成の間に行われる。なぜなら、この場合、多くの酸素が置換され、炭素含有製造補助剤が分解されるからである。炭素はコンポーネントからクロムを引き出し、炭化クロムまたは鉄−クロム炭化物の形成と共に炭化物ブリッジを介してコンポーネントの並置された表面（接触点を形成する）に恒久的に接合する。この炭化物ブリッジ形成は、従来の１０５０℃を超えるろう付け温度でさえもはや行われ得ない。さらに、コンポーネントの基材の合金はここでクロムを欠損している。

炭化クロムが形成される約４００℃〜８００℃の範囲の臨界温度において、アルミニウムは表層内に基材から拡散する。次いでアルミニウムは、表層中または金属シートの表面における酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群からの金属酸化物と反応する。そこで酸化アルミニウムが形成され、金属酸化物は金属元素に還元して戻る。この領域における酸化アルミニウム層の形成は拡散バリア層を生成するので、合金はクロムを構成要素とし、また、鉄は金属シートの基材から表層内へ拡散できない。合金はクロムを構成要素とし、鉄は、拡散バリア層によって金属シート内に押しとどめられるおよび／または覆われるので、隣接するコンポーネントとの接触点での小領域における炭化クロムブリッジ形成が防がれる。

本発明の特に有益な実施形態において、アルミニウムは、この温度範囲を超えた後、表層全体がここで拡散バリア層を形成するような範囲まで表層内に分散する。表層によって、保護酸化アルミニウム層が、ろう付けプロセスの間、すなわち特に適切な雰囲気からさらなる酸素を供給せずに金属シート上で生成される。実際のろう付けプロセス（ここでろう付けと技術的に等価である）は、９００℃を超える温度におけるさらなる温度上昇の後に起こる。

適用される表層は、特に、金属シートの基材のクロム元素および鉄との炭素の直接接触を防ぐ。したがって隣接するコンポーネントの表面間のあらゆる望ましくない結合が起こらない。それに応じて、コンポーネント間の接合が、表面のろう付け材料が提供される望ましい接触点においてのみ形成される排気ガス処理装置を製造することが可能である。したがって、例えば、排気ガス処理装置の個々のコンポーネントの異なる膨張係数が、局所的に異なる長さの変化の結果としてのこれらのコンポーネント間の接合の失敗を生じることを防ぐことが可能となる。これらは、互いに対して部分的に自由な可動性を有するコンポーネントによって補償され得る。さらに、排気ガス処理装置のコンポーネントの振動挙動が正確に設定され得る。

このプロセスの特に有益な実施形態において、少なくとも１つの小領域において表層を完全にカバーする排気ガス処理装置が適用される別のコーティングプロセスがステップｖ）の後に実施される。この排気ガス処理層は、特に、排気ガス処理装置を通して運ばれる（排他的な）排気ガスの処理のために役立つ。したがって、適用される表層は排気ガス中の汚染物質の変換に（かなり）貢献しない。

さらなる態様において、特に、本発明のプロセスによって製造される排気ガス処理装置および／または拡散バリア層を生成するための本発明のプロセスによって製造される少なくとも１つの金属シートを有する排気ガス処理装置が提案される。

排気ガス処理装置は少なくとも１つのハニカムボディおよびハウジングを備え、少なくともハニカムボディまたはハウジングは少なくとも１つの金属シートによって形成される。金属シートは少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含有する基材からなる。金属シートは、少なくとも１つの小領域において少なくとも酸化アルミニウムならびにコバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群からの金属を含む表層を有する。少なくとも小領域において、排気ガス処理層は表層を完全にカバーする。さらに、ろう付け接合は少なくとも１つのろう付け部分における少なくとも小領域において金属シート上に形成される。

特に、本発明のプロセスに対して言及されているものは、ここで述べられている本発明に係る排気ガス処理装置に完全に適用される。

さらに、少なくとも１つの内燃エンジン、排気ガスラインおよび本発明に係る排気ガス処理装置を有する自動車が提案される。特に、排気ガス処理装置は、本発明のプロセスによって製造されるか、または拡散バリア層を生成するための本発明のプロセスによって製造される少なくとも１つの金属シートを有する。

適用される少なくとも酸化コバルトおよび／または酸化ニッケルを形成するかまたは含む表層が、特に排他的にここで、酸化アルミニウムからなる拡散バリア層を形成するためおよび接触点において炭化クロムブリッジを抑制するための酸素を提供するのに役立つ。特に、それはまた、例えば酸素形成によって、排気ガス浄化のための触媒活性物質を形成するために提供される。ここで記載されている排気ガス処理装置において、これは、（少なくとも部分的に）表層に適用され、必要に応じて適切な触媒活性を有し、および／または適切な特性（排気ガス構成物質の変換、導入、貯蔵）を備える排気ガス処理層の供給によって達成されることの代わりである。したがって特に、使用の間でさえも表層が排気ガスと接触しないことが望ましい。排気ガスとのこのような接触は、特に、表層がコンポーネントの基材と排気ガス処理層との間および／または隣接するコンポーネントの基材の間および／または基材とろう付け材料との間（のみに）配置される場合、２層コーティング（表層／拡散バリア層および排気ガス処理層）によって回避され得る。

特に有益な実施形態において、排気ガス処理層は、表層中の少なくともコバルトおよび／またはニッケルが（実質的に）排気ガスに対して不活性であることを確実にする。つまり、このことは、例えば、表層中のコバルトおよびニッケル元素ならびに／またはコバルト化合物およびニッケル化合物（例えば、コバルト／ニッケル酸化物）が、排気ガス処理装置に使用される場合、排気ガスに対して触媒活性でないことを意味する。コバルトおよびニッケル元素はここで、互いに接触する隣接するコンポーネント間の炭化クロムブリッジを回避するため、および拡散バリア層の形成のための酸素を提供するために（実質的に）排他的に役立つ。したがって、（また）排気ガス処理層は、排気ガスの最もごくわずかな比率が変換するかまたはこれが全く起こらないような程度で排気ガスの構成成分に対してコバルトおよびニッケルならびにコバルト化合物およびニッケル化合物の任意の触媒活性を還元する機能を有する。

特に、他の排気ガス処理層の場合、（例えば拡散プロセスに起因して）排気ガス処理層が、排気ガス処理装置の使用の間、排気ガスに対して表層を完全にカバーすることを確実にすることができないので、コバルトおよびニッケルまたはコバルト化合物およびニッケル化合物の触媒活性が全く生じない。しかしながら、本発明はまた、排気ガス処理層が、（実質的に排他的に）排気ガス処理装置の触媒機能を果たし、表層が、炭化クロムブリッジを回避するため、および拡散バリア層を形成するための酸素を提供するために（実質的に排他的に）対応して提供される場合、これらの他の排気ガス処理層を包含することができる。

排気ガス処理層が、（実質的に）完全に表層をカバーし、排気ガス処理装置の使用の間、表層が排気ガスと接触しないように十分に気密性であることが特に有益である。ここで、「気密」は特に、排気ガスの構成成分がコーティングを通して表層まで浸透できないことを意味し、表層間の触媒反応、特にコバルトおよびニッケルならびにコバルト化合物およびニッケル化合物と、排気ガスの構成成分との間の触媒反応が（検知できる程度で）起こらない。

さらに有益な実施形態において、排気ガス処理装置の排気ガス処理層は少なくともウォッシュコートを含む。ウォッシュコートは典型的に、少なくとも１つの耐火性酸化物支持体、例えば活性化酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、および１つ以上の白金族金属成分、例えば白金、パラジウム、ロジウム、ルテニウムおよび／またはイリジウムを含む。促進剤およびウォッシュコート安定剤などのさらなる添加物がしばしば加えられる。ウォッシュコートは特に、排気ガスのための特定の大きな接触領域を提供する。このウォッシュコートは特に、排気ガス処理装置を形成するために組み立てた後のみ、すなわち、真空または保護ガス下でろう付けプロセスによってろう付け接合を形成した後に、排気ガス処理装置に（少なくとも部分的に）排気ガス処理層として適用される。

したがって、接合点において、再度、本発明の個々の対象に対して言及されることは、各場合、他の対象に適用されてもよく、互いに組み合わされてもよいことが指摘される。

拡散バリア層を生成するための作業例：
ステップａ）
基材の材料：材料１．４７２５
金属シートのシート厚さ：５０μｍ（ミクロン）
ステップｂ）
金属酸化物の材料：酸化コバルト
表層の厚さ：０．５μｍ
適用方法：ＰＶＤプロセス
ステップｃ）
種類／熱処理の環境：アルゴン保護ガス
熱処理の温度プロファイル：８００℃まで加熱および１．５時間保持
熱処理の時間：合計３時間
結果：
拡散バリア層の範囲：０．１〜１μｍ

本発明およびまた対応する技術分野は図面を参照して以下に例示される。図面は特定の好ましい実施形態を示すが、本発明はそれらに限定されない。

図１は、排ガス処理装置を有する自動車を概略的に示す。 図２は、プロセスステップａ）またはｉ）による金属シートを概略的に示す。 図３は、プロセスステップｂ）またはｉｉ）による金属シートを概略的に示す。 図４は、プロセスステップｃ）またはｖ）による金属シートを概略的に示す。 図５は、プロセスステップｉｉｉ）による排ガス処理装置を概略的に示す。 図６は、プロセスステップｉｖ）による排ガス処理装置を概略的に示す。 図７は、プロセスステップｖ）による排ガス処理装置を概略的に示す。 図８は、プロセスステップｖ）による排ガス処理装置の部分を概略的に示す。

図１は、内燃機関１９および内燃機関１９の排ガスライン２０に配置される排ガス処理装置１２を有する自動車１８を示す。

図２は、プロセスステップａ）またはｉ）による金属シート２を示す。金属シート２は、表面６を有して、基材３から成る。さらに、この図は、図３に記載される部分Ａを示す。

図３は、プロセスステップｂ）またはｉｉ）の後の金属シート２を示す。金属シート２は、基材３から成り、小領域５において表層７が設けられる。表層７は、金属シート２の表面６上に配置される。表層７は、金属酸化物４を含む。

図４は、プロセスステップｃ）の後の、またはプロセスステップｖ）の後の金属シート２を示す。プロセスステップｃ）またはｖ）における熱処理の結果、アルミニウム１０は、基材３から表層７へと拡散する。酸化アルミニウム８は、金属酸化物４の酸素によって金属シート２の小領域５における表層７の領域において、表面６の近傍に形成される。金属酸化物４は、酸化アルミニウム８へのアルミニウム１０の転換のためにここで必要とされる酸素用のキャリアとして、このように役立つ。表層７は、厚み１１を有する。表層７において、表層７の方向に表面６から延びる拡散バリア層１は、熱処理の条件（温度、時間）の関数として形成される。この拡散バリア層１は、酸化アルミニウム８によって形成される。金属酸化物４の酸素による酸化アルミニウム８へのアルミニウム１０の転換は、元素金属９へのこの金属酸化物４の転換に結果としてなる。対応して、基材３、拡散バリア層１（元素金属９の増加した割合を有する）、および金属酸化物４の増加した割合を有する表層７の一部から成る多層構造は、少なくとも一部の時間においてここで形成される。それというのも、基材３からのアルミニウム１０は、表層７における拡散バリア層１の形成に直ちに利用できないからである。

図５は、ここで作成されるハニカムボディ１３を有して、ハニカムボディ１３は、ハウジング１４内に挿入される、ステップｉｉｉ）による排ガス処理装置１２を示す。金属シート２は、ハニカムボディ１３に配置される。排ガスが通って流れることができて、自動車１８の排ガスライン２０における排ガス処理装置１２として使用されることができる構造を、ハニカムボディ１３は、作成する。

図６は、プロセスのステップｉｖ）による排ガス処理装置１２を示す。ここで、ろう付け材料２１は、ハニカムボディ１３およびハウジング１４のろう付け部分１５に配置される。ろう付け材料２１は、金属シート２上に少なくとも配置される。

図７は、ステップｖ）による排ガス処理装置を示す。ハニカムボディ１３およびハウジング１４は、ろう付けプロセスを実行するための熱処理装置２２に配置される。金属シート２は、ハニカムボディ１３を少なくとも部分的に形成する。ろう付けプロセスの結果、ろう付け接合１６は、少なくともろう付け部分１５に形成される。

図８は、プロセスステップｖ）の後の排ガス処理装置１２を示す。金属シート２は、少なくとも小領域５において、厚み１１を有する表層７を有する。表層７は、排ガス処理層１７によって、少なくとも部分的にカバーされる。接触ポイント２３の領域において、表層７は、金属シート２と排ガス処理装置１２の他のコンポーネント２４との間に拡散ジョイントが形成されないようなやり方で配置される。表層７は、ろう付け接合１６において同様に形成される。ろう付け接合１６は、ろう付けプロセスの実行後に、ろう付け材料２１によって金属シート２とコンポーネント２４との間に形成される。

１…拡散バリア層
２…金属シート
３…基材
４…金属酸化物
５…小領域
６…表面
７…表層
８…酸化アルミニウム
９…金属
１０…アルミニウム
１１…厚み
１２…排ガス処理装置
１３…ハニカムボディ
１４…ハウジング
１５…ろう付け部分
１６…ろう付け接合
１７…排ガス処理層
１８…自動車
１９…内燃機関
２０…排ガスライン
２１…ろう付け材料
２２…熱処理装置
２３…接触ポイント
２４…コンポーネント

Claims (12)

1. 少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む基材（３）から成る金属シート（２）上に、酸化アルミニウム（８）を含む拡散バリア層（１）を生成するプロセスであって、少なくとも、
   ａ）金属シート（２）を供給するステップ、
   ｂ）酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物（４）を適用するか、または、温度上昇の結果として、表層（７）としての金属シート（２）の表面（６）の少なくとも１つの小領域（５）に対する酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物（４）を形成することができる少なくとも１つの材料化合物を適用するステップ、
   ｃ）金属（９）への金属酸化物（４）の還元、および基材（３）から拡散するアルミニウム（１０）の酸化アルミニウム（８）への酸化によって、酸化アルミニウム（８）を含む拡散バリア層（１）が表層（７）の少なくとも１つの小領域（５）においてのみ形成されるように、表層（７）を有する金属シート（２）上に６５０℃を超える熱処理を実行するステップ、
   を含む、プロセス。
2. ステップｂ）における前記金属酸化物（４）または前記表層（７）の前記材料化合物は、少なくとも４０重量％の比率において存在する、請求項１に記載のプロセス。
3. ステップｃ）の実行後に、前記酸化アルミニウム（８）は、前記表層（７）において均一に分布される、請求項１または２に記載のプロセス。
4. 前記表層（７）において基本的な形に存在する前記金属酸化物（４）のまたは前記金属酸化物（４）の金属（９）の比率は、ステップｃ）の実行後に最低５重量％増加した、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセス。
5. ステップａ）における前記基材（３）のアルミニウム（１０）の比率は、１〜７重量％の範囲内にあり、ステップｂ）における前記金属酸化物（４）のまたは前記材料化合物のアルミニウム（１０）の比率は、多くて２重量％である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセス。
6. ステップｃ）の実行後の前記拡散バリア層（１）におけるアルミニウム（１０）の比率は、少なくとも１５重量％である、請求項５に記載のプロセス。
7. 前記表層（７）は、ステップｂ）の実行後に多くて１μｍ［ミクロン］の厚み（１１）を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載のプロセス。
8. ステップａ）の前記基材（３）は、ステップｂ）からの前記金属酸化物（４）または前記材料化合物の金属（９）の最大２０％を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロセス。
9. 前記排ガス処理装置（１２）は、ハニカムボディ（１３）およびハウジング（１４）を備え、少なくとも前記ハニカムボディ（１３）または前記ハウジング（１４）は、金属シート（２）によって形成され、前記金属シート（２）は、少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む基材（３）から成る、排ガス処理装置（１２）を生産するプロセスであって、少なくとも、
   ｉ）ハウジング（１４）またはハニカムボディ（１３）を形成するために少なくとも１つの金属シート（２）を供給するステップ、
   ｉｉ）酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物（４）を適用するか、または、温度上昇の結果として、表層（７）としての少なくとも１つの金属シート（２）の表面（６）の少なくとも１つの小領域（５）に対する酸化コバルトおよび酸化ニッケルからなる群から選択される少なくとも１つの金属酸化物（４）を形成することができる少なくとも１つの材料化合物を適用するステップ、
   ｉｉｉ）ハニカムボディ（１３）を形成して、前記ハニカムボディ（１３）をハウジング（１４）に挿入するステップ、
   ｉｖ）少なくとも１つのろう付け部分（１５）において、少なくとも前記ハニカムボディ（１３）または前記ハウジング（１４）にろう付け材料を適用するステップ、
   ｖ）真空下または保護ガス下で金属酸化物（４）を含む前記少なくとも１つの金属シート（２）上の１０００℃を超えるろう付けプロセスを実行するステップであって、そのため、
   −金属（９）への金属酸化物（４）の還元、および基材（３）から拡散するアルミニウム（１０）の酸化アルミニウム（８）への酸化によって、酸化アルミニウム（８）を含む拡散バリア層（１）は、前記表層（７）における前記少なくとも１つの小領域（５）においてのみ形成され、
   −ろう付け接合（１６）は、前記少なくとも１つのろう付け部分（１５）において前記少なくとも１つの金属シート（２）上に形成される、ステップ、
   をさらに含む、プロセス。
10. ステップｖ）の後に、前記少なくとも１つの小領域（５）において前記表層（７）を完全にカバーする排ガス処理層（１７）が適用されるさらなるコーティングプロセスは、実行される、請求項７に記載のプロセス。
11. ハニカムボディ（１３）およびハウジング（１４）を備える排ガス処理装置（１２）であって、少なくとも前記ハニカムボディ（１３）または前記ハウジング（１４）は、金属シート（２）によって形成され、前記金属シート（２）は、少なくとも鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびアルミニウム（Ａｌ）を含む基材（３）から成り、前記金属シート（２）は、少なくとも小領域（５）において、少なくとも酸化アルミニウム（８）および、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）からなる群からの金属（９）を含む表層（７）を有し、排ガス処理層（１７）は、少なくとも前記小領域（５）において前記表層（７）を完全にカバーし、そしてさらに、ろう付け接合（１６）は、少なくとも１つのろう付け部分の少なくとも１つの小領域（５）において前記金属シート（２）（１５）上に形成される、排ガス処理装置（１２）。
12. 少なくとも１つの内燃機関（１９）、排ガスライン（２０）および請求項１１に記載の排ガス処理装置（１２）を有する自動車（１８）。