KR100328601B1 - 납땜된 금속 벌집체를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

납땜된 금속 벌집체를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

적어도 부분적으로 구조화된 시트 금속층(2, 3)으로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되어 있는 금속 벌집체(1)를 제조하기 위하여, 시트 금속층(2)의 제조가 완료된 후에는 존재하지 않는 롤링 오일(4)의 층을 갖는 적어도 구조화된 시트 금속층(2)이 제공된다. 롤링 오일(4)의 고휘발성분을 부분적으로 열적 제거하기 위한 단계가 이후에 수행될 수 있다. 시트 금속층(2, 3)으로 제조된 벌집체(1)가 롤링 오일(4)에, 특히 시트 사이의 접촉선 지역 내에 부착되는 납땜 분말(7)과 접촉하게 된다. 이어서 벌집체(1)는 진공 또는 보호 가스 하에서 고온의 납땜노 내에서 납땜 처리된다.

Description

납땜된 금속 벌집체를 제조하기 위한 방법 {METHOD FOR PRODUCING A SOLDERED METAL HONEYCOMB BODY}
내연기관 자동차의 배기가스 시스템 내의 배기가스를 촉매 변환시키기 위하여, 촉매활성물용 지지체로서 금속 벌집체가 사용된다. 그러한 촉매변환기 지지체의 내구성 및 다른 분야에서의 이와 유사한 벌집체의 효율에 있어서는 이러한 본체를 구성하는 개개의 시트 금속층이 적어도 일부 지역에서 높은 품질의 납땜 접합부에 의해 함께 연결되는 것이 중요하다. 그러한 벌집체를 내고온부식성의 강철 시트로 구성하고 고온 진공 상태에서 납땜하는 것은 공지되어 있다.
예를 들어, 독일특허 제 23 02 746호 또는 제 29 24 592호에 이러한 벌집체가 개시되어 있다. 또한, 벌집체를 납땜하기 위한 방법이 이들 "간행물"로부터 공지되어 있다.
또한, 금속 벌집체를 접착 및 납땜하기 위한 방법이 유럽특허 제 0 049 498호에 개시되어 있는데, 이로 인해 납땜 재료의 양을 감소시키는 것이 가능해졌다. 또한, 그러한 지지체를 접착 및 납땜하기 위한 방법이 독일특허 제 38 18 512호에 개시되어 있으며, 이 간행물은 공지된 납땜 방법들의 개요를 함께 기재하고 있다. 유럽특허 제 0136 514호에는 표면력과 기계적인 접착력에 의해 납땜 분말을 시트 금속층에 고정시키는, 벌집체의 건조 납땜 방법이 공지되어 있다.
또한, 국제출원공보 제 93/25339호에는 금속 벌집체를 제조하기 위한 방법이 개시되어 있으며, 이에 의하면 벌집체의 적어도 구조화된 시트 금속층에 시트 금속층의 제조 중에는 존재하지 않을 정도로, 얇은 층의 롤링 오일(rolling oil)을 제공한다. 연속적으로 롤링 오일을 열처리한다. 열처리시 롤링 오일의 고휘발성분이 제거된다. 롤링 오일 잔류물은 표면활성제(tenside)의 고희석 수용액과 접촉하게 되어, 수분을 건조에 의해 제거한 후 형성하는 층은 납땜 분말을 도포하는데 있어서 최적 상태를 형성한다.
본 발명은 이에서 더 나아가 보다 경제적으로 실시할 수 있는 벌집체 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 또 다른 목적은 납땜 강도를 향상시키는 것이다.
본 발명은 특히 자동차에서 사용되는 배기가스 촉매변환기용 금속 벌집체의 제조에 관한 것으로서, 이 벌집체는 적어도 부분적으로 구조화된 시트 금속층으로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되며 적어도 일부 지역이 납땜된다.
도 1은 부분적으로 감겨있는 벌집체의 사시도이고, 그리고
도 2는 도 1의 벌집체의 단면도이다.
적어도 구조화된 시트 금속층이 시트 금속층의 제조 중에는 존재하지 않을 정도로, 롤링 오일로 된 층을 갖고 있는, 금속층으로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성된 금속 벌집체를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 시트 금속층으로 제조된 벌집체가 롤링 오일에 부착되는 납땜 분말과 접촉하게 되고 벌집체가 납땜 처리되는 것을 특징으로 한다. 이 방법은 롤링 오일의 완전한 열처리와 화학처리 및 건조를 생략한다는 점에서 특히 경제적이다. 납땜 공정은 납땜 분말이 롤링 오일에 직접 부착될 때 향상된 납땜 강도를 갖고 수행될 수 있다. 롤링 오일로는 미네랄, 지방 및 보조물질을 함유한 표준 상업용 롤링 오일이 바람직하다. 벌집체가 시트 금속층으로 감겨질 때, 시트 금속층 사이에 접촉선이 발생하며 이것의 근처에서 롤링 오일이 모세관 힘에 의해 집적된다. 따라서, 이들 영역(이외의 영역을 이후에 "덮여있지 않은 표면"으로 언급함)에서 납땜 분말과 접촉할 때, 더 많은 납땜 매개물 잔재가 남아, 연결에 필요한 곳에 부착되어진다.
납땜 공정 동안에 납땜 매개물에 대해 더 바람직한 영향을 미치기 위하여, 종종 벌집체를 가열시킴으로써 열적 탈지를 수행할 수 있지만, 특히 롤링 오일 잔류물이 풍부하게 있는 접촉선의 부근에서는 고휘발성분만이 제거될 수 있도록 가열 온도 및 시간을 제어해야 한다. 이러한 방법에 있어서 납땜 분말과의 접촉이 일어날 때, 극소량의 납땜 매개물 잔재가 벌집체 내의 자유 표면에 부착되기도 하지만, 정작 필요한 접촉선의 지역 내에는 다량의 납땜 매개물이 존재하게 된다.
일반적인 환경 조건하에서는 롤링 오일이 건조되지 않기 때문에, 벌집체는 납땜 분말을 흘리지 않고 장시간 동안 운송될 수 있으며 외부의 충격에도 영향을 받지 않는다.
납땜 분말은 적어도 벌집체의 단부면 상에 바람직하게 도포된다. 이러한 납땜 분말의 도포는 벌집체가 소용돌이 베드(fluidised bed) 내의 납땜 분말의 더미 내로 잠겨짐으로써 이루어질 수 있다. 소용돌이 베드 내에 벌집체가 잠기는 깊이에 따라 벌집체의 축방향에서의 납땜 테이크업(take-up)이 상이해질 수 있다.
다른 실시예 특히, 얇은 벽을 가진 벌집체에서는, 벌집체의 전체 길이에 걸쳐 납땜 분말이 입혀진다. 통상적으로는 니켈-기재 납땜 매개물이 사용된다. 납땜 분말의 평균 직경은 60μm 보다 큰 것이 바람직하며, 이때 납땜 분말은 40μm의 최소 입자 크기를 갖는다. 양호한 실시예에서, 금속 벌집체는 롤링 오일을 예비처리 하기 위해서 약 100 내지 200℃로 잠간 동안 가열된다.
본 발명의 또 다른 중요한 특징은 납땜 공정 동안에 벌집체가 개방된 측단부면을 갖고 누워있도록 배열된다는 것이다. 이러한 납땜 공정 동안의 벌집체의 눕힘(lying-down) 배열에 의하여, 납땜 재료가 벌집체의 외부로 흘러내리지 않게 되는데, 그 이유는 온도가 증가하게 되면 롤링 오일의 점성과 증발성이 변하기 때문이다. 측방향 개방 단부면에 의하여, 보호 가스의 배출 및/또는 인가가 특히 효과적으로 가능해진다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예의 방법에 따르면, 시트 금속층은 적어도 60μm, 바람직하게는 적어도 80μm, 보다 바람직하게는 적어도 110μm의 두께를 갖는다. 이것은 공지되어 있는 벌집체의 시트 금속층의 두께보다 두꺼운 시트 금속층이다. 두꺼운 시트 금속층에 의해 납땜 매개물과 시트 금속층의 합금형성의 효과가 감소된다. 바람직하게는, 이 방법은 90mm, 바람직하게는 70mm의 최대 직경을 갖는 벌집체로 실시되어, 벌집체가 납땜 공정 동안에 눕혀질 때에는 납땜 동안의 벌집체의 둥근 정도가 변경된다. 벌집체를 둘러싸는 하우징, 특히 슬리브 재킷은 보통의 재료 강도를 갖는 것으로 가정한다. 본 방법을 실시하는 동안에 높은 수준의 납땜 테이크업(take-up)이 얻어진다. 본 발명을 실시하는 동안에 납땜 폐기물은 비교적 적게 발생한다. 높은 수준의 납땜 테이크업에 의해, 결합 지역 내에서도 광범위한 도포가 이루어져서 상당한 시트 금속층의 결합이 이루어진다. 그럼에도 불구하고, 본 방법은 매우 작은 입자 크기를 갖는 납땜 분말과 매우 얇은 시트에도 실시할 수 있다.
본 발명의 개념에 따르면, 벌집체는 적어도 부분적으로 구조화된 시트 금속층으로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되어 제조되며, 적어도 구조화된 시트 금속층이 시트 금속층의 제조 중에는 존재하지 않을 정도로, 롤링 오일로 된 층을 갖고 있으며, 여기서 시트 금속층으로 제조된 벌집체는 롤링 오일에 부착되는 납땜 분말과 접촉하게 되고 벌집체는 납땜 처리된다. 벌집체는 60μm, 바람직하게는 80μm, 보다 바람직하게는 110μm의 최소 두께를 갖는 시트 금속층으로 제조되는 것이 바람직하며 특히 경제적이다. 벌집체는 90mm, 바람직하게는 70mm의 최대 직경을 갖는다. 이러한 벌집체는 이륜구동 차량용 촉매 변환기에 특히 적합하다.
본 발명의 방법 및 이에 따라 제조된 금속 벌집체의 특징들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 특히 배기가스 촉매 변환기 지지체로서 사용되는 벌집체(1)의 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 파형(적어도 부분적으로 구조화된) 금속시트(2)와 평판 금속시트(3)는 나선형 몸체로 감겨지고, 접점(5, 6)이 금속시트(2, 3)간에 형성된다. 파형 금속시트(2) 및/또는 평판 금속시트(3)의 표면은 롤링 오일의 층으로 입혀진다. 감겨져 있는 벌집체(1)는 제 1 단부면(8a) 및 제 2 단부면(8b)을 가지며, 이들 단부면은 채널(9)에 의해 서로 연결된다. 납땜 분말(7)이 벌집체 내에 삽입되는 동안에 납땜 매개물이 부착된다. 납땜 분말(7)은 60μm보다 큰 입자 크기, 특히 63μm보다 큰 평균 입자 직경을 갖는 거친 납땜 매개물인 것이 바람직하다. 개개의 납땜 입자는 롤링 오일에 부착된다. 따라서, 납땜 분말로 입혀진 벌집체가 이후에 납땜 처리된다.
납땜 분말의 도포는 예컨대 국제출원 WO93/25339에 개시되어 있는 바와 같은 소용돌이 베드(fluidised bed)에 의해 실행될 수 있다.
도 2는 파형 금속시트(2)와 평판 금속시트(3)간의 통상적인 접점을 가진 벌집체(1)의 단면을 개략적으로 도시하고 있다. 파형 금속시트(2)와 평판 금속시트(3)는 납땜 분말(7)을 함유한 롤링 오일(4)의 층을 갖고 있다.
납땜 분말(7)은 고정 단계와 같은 더 이상의 단계를 필요로 하지 않으면서 롤링 오일(4)의 층 내에 부착된다.

Claims (17)

  1. 제 1 단부면(8a) 및 제 2 단부면(8b)을 갖고 있으며 부분적으로 또는 전체적으로 구조화된 시트 금속층(2)으로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되어 있는 금속 벌집체(1)를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 구조화된 시트 금속층(2)에 상기 시트 금속층(2)의 제조 공정중에는 존재하지 않을 정도로 롤링 오일(4)의 층을 제공하고,
    상기 시트 금속층(2)으로 제조된 벌집체(1)를 상기 롤링 오일(4)에 부착되는 납땜 분말(7)과 접촉시키고, 그리고
    상기 벌집체(1)를 납땜 처리하는 방법에 있어서,
    상기 벌집체(1)를 상기 납땜 분말(7)과 접촉시키지 전에, 잠깐동안 가열시켜 상기 롤링 오일(4)의 고휘발성분을 덮여있지 않은 표면 상에서 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 벌집체(1)를 100 내지 200℃의 온도까지 잠깐동안 가열시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 분말(7)을 상기 벌집체(1)의 상기 단부면(8a, 8b) 의 하나 또는 둘에 부착시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 납땜 분말을 상기 금속 벌집체(1)의 전체 길이에 걸쳐 부착시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 벌집체(1)를 납땜 공정 동안에 측방향으로 자유로운 단부를 갖고 누워있도록 배치시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속 벌집체(1)는 추가로 평판 시트 금속층(3)으로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 구조화된 시트 금속층(2)과 상기 평판 시트 금속층(3)에 롤링 오일을 제공하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 시트 금속층(2, 3)이 60μm 또는 그 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 시트 금속층(2, 3)이 80μm 또는 그 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 시트 금속층(2, 3)이 110μm 또는 그 이상의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 시트 금속층(2, 3)이 90mm의 최대 직경을 갖는 벌집체(1)로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 시트 금속층(2, 3)이 70mm의 최대 직경을 갖는 벌집체(1)로 감겨지거나, 적층되거나 또는 고리형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 분말이 40μm 또는 그 이상의 입자 크기 및 60μm보다 큰 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 분말이 40μm 또는 그 이상의 입자 크기 및 63μm보다 큰 평균 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 공정을 진공 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 공정을 불활성 기체 내에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 1 항에 있어서, 상기 납땜 공정을 아르곤이나 질소 내에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
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