KR100426384B1 - 압연납땜물질을갖는적층된금속시이트및이로부터벌집형상체를제조하는방법 - Google Patents
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Abstract
적층 물질로 제조된 금속 시이트을 쌓고/거나 감음으로써 벌집형 구조체를 제조하는 방법이 기재되어 있다. 또한 상기 금속 시이트가 기재되어 있다. 벌집형 구조체를 제조할 경우, 유체가 흐를 수 있는 통로를 형서하는 구조를 최소한 일부 갖는 시이트 금속층이 이용된다. 시이트 금속층의 최소한 일부에서 후속 열처리로 광범위하게 균질화된 하나 이상의 크롬 함유 강층(4) 및 하나 이상의 실질적 알루미늄 함유 층(5, 6)을 갖는 적층 물질(11)을 초기에 포함한다. 적층 물질이 압연에 의해 제조되는 경우, 적층 물질이 경납땜 물질로 구성된 하나 이상의 추가의 층(9a, 9b, 9c)을 제공해서, 후속 열처리 동안 시이트 금속층 사이의 접촉 위치의 최소한 일부가 경납땜에 의해 접합된다.
Description
상술한 유형의 벌집형상체는 예를 들어 WO 89/07488호에 공지되어 있다. 이러한 벌집형상체는 특히 내연 기관으로부터의 배기 가스의 성분을 환경 오염이 적은 화합물로 변환시키는 것을 촉진시키는 촉매제를 위한 캐리어(carrier)로서 기능한다. 이러한 벌집형상체는 높은 수준의 기계적 및 열적 부하를 받게 된다. 기계적 및 열적 부하 외에도, 금속 시이트는 부식을 촉진시키는 환경에 노출된다. 따라서, 벌집형상체를 제조하기 위해 고도의 내식성을 갖는 금속 시이트를 사용하는 것이 바람직하다.
미국 특허 제 5 366 139호에는 처음에 라미네이트(laminate) 또는적층(layerd) 물질로 이루어진 금속 시이트로 형성된 벌집형상체에 대한 사용이 개시되어 있다. 이러한 금속 시이트는 하나 이상의 크롬-함유 강(chromium-bearing steel)층 및 하나 이상의 실질적인 알루미늄-함유 층(aluminum-bearing layer)을 갖는다. 이러한 유형의 적층된 시이트는 열처리되는데, 이 경우 금속 시이트는 실질적으로 균질화(homogenized)된다. "금속 시이트의 균질화(homogenization of the metal sheet)"라 함은 알루미늄이 강내로 확산되어, 결과적으로, 실질적으로 알루미늄을 함유하는 강의 단일층의 시이트가 생성됨을 의미한다.
독일 공개 출원(DE-OS) 제 29 24 592호에는 이러한 금속 시이트 또는 이들 금속 시이트로부터 제조된 벌집형상체에 납땜 물질을 도포하기 위한 다양한 프로세스가 기술되어 있다. 이들 프로세스는 상당량의 비용 및 재원, 그리고 추가의 제조 단계를 필요로 한다.
본 발명은 유체가 유동할 수 있는 통로를 형성하는 구조를 적어도 부분적으로 갖는 금속 시이트 층이 쌓이고/또는 감겨진 벌집형상체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 또한, 특히 자동차량의 배기 가스 시스템에 이용되는 이러한 벌집형상체를 제조하기 위한 외부층인 알루미늄층을 갖는 적층된 금속 시이트에 관한 것이다.
도 1은 현재 기술에 따른 벌집형상체의 개략적 단면도이며,
도 2는 납땜 물질의 층을 갖는 적층 물질을 포함하는 금속 시이트의 도면이며,
도 3은 다수의 스트립형 납땜 물질이 롤링되어 있는 적층 물질을 포함하는 금속 시이트의 개략적인 투시도이며,
도 4는 3개의 층(이중 하나는 납땜 물질의 층임)을 갖는 적층 물질을 포함하는 금속 시이트의 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 벌집형상체 2 : 주름진 시이트 층
3 : 평탄한 시이트 층 4 : 크롬-함유 강층
5,6 : 알루미늄-함유하는 층 7 : 통로
8 : 관형 케이싱 9; 9a, 9b, 9c : 납땜 물질
10; 11; 12 : 적층 물질
b : 시이트의 폭 = 벌집형상체의 축방향 길이
d : 납땜 물질의 두께(복합의 표면에 수직임)
본 발명의 목적은 가능한 적은 생산 단계를 가지는 벌집형상체의 제조 방법을 제공하는 한편, 기계적 부하에 견딜 수 있는 내식성 벌집형상체가 되는 벌집형상체의 제조 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 이러한 벌집형상체를 제조하기 위한 합성 물질의 적합한 금속 시이트를 제공하는 데에 있다.
이러한 목적은 청구범위 제 1항의 특징을 갖는 벌집형상체의 제조 방법에 의해 또는 제 13항의 특징을 갖는 금속 시이트에 의해 달성될 수 있다. 유리한 개선점은 첨부된 각각의 종속항의 내용이다.
본 발명에 따른 시이트의 제조 시에, 로드-베어링(load-bearing) 금속층과함께 롤링(rolling)하는 단계 동안에, 나중의 외부 연결부(outer connection)를 형성하는데 필요한 납땜 물질도 그 위에 롤링된다. 이로써, 후속적으로 납땜 물질을 도포하고 고정시키는 것과 관련된 고가의(expensive) 생산 단계가 제거된다. 벌집형상체는 단지 감겨지거나 적층되는 것을 필요로 하며, 그 후 납땜 과정을 통과될 수 있다. 임의의 경우에 여러 층들이 함께 롤링되는 롤링 과정에서 납땜 물질을 도포하는 것은 후속해서 납땜 물질을 시이트 또는 벌집형상체에 도포하는 것보다 비용이 훨씬 적게 든다.
납땜 물질을 도포하는 여러 방법과 벌집형상체의 납땜 접합부 및 연결부의 여러 종류의 배열체는 종래 기술로서 공지되어 있다. 스트립형 방식으로 시이트의 표면상에 납땜 물질을 배열하면, 후속하는 남땜 접합부에 있어 거의 모든 바람직한 형태를 달성하는 것이 가능하다. 2 내지 10 mm, 특히 약 5 mm의 폭을 갖는 스트립이 바람직하다. 관련된 구조의 유형에 의존하여, 스트립은 한쪽 또는 양 쪽 측면, 및 한쪽 가장자리 또는 양쪽 가장자리 상에 배열될 수 있다. 특히, 납땜 물질의 층을 갖는 벌집형상체용 시이트 층, 특히 평탄한 시이트 층을 제공하는 것이 또한 가능하지만, 나머지 시이트는 납땜 물질 없이 제조된다.
납땜 물질 스트립(strips)에 대한 니켈계(nickel-based) 납땜 물질의 특히 유리한 사용의 경우에, 납땜 물질 스트립은 알루미늄 층 상에 롤링하는 단계를 갖는 통상적인 롤링 과정에 적용될 수 있으며, 이 경우, 스트립임에도 불구하고, 상승된 부분이 거의 없는 표면이 생성되도록, 비교적 보다 단단한 니켈 물질이 알루미늄 층안으로 압착된다. 이러한 단계에서, 납땜 포일(solder foils) 또는박막(films), 또는 납땜 와이어, 또는 표면상으로 뿌려지는 납땜 분말이 이용될 수 있다. 납땜 물질의 와이어가 이용되는 경우, 납땜 물질의 선택, 롤링 구성 및, 단계가 수행되는 방법에 따라, 납땜 물질의 와이어가 롤링-인 작업(rolling-in operation)에서 단지 경미하게 압착된(pressed) 평면이거나 또는 넓은 스트립으로 형상화 될 수 있다.
통상적으로, 예를 들어 10 μ보다 두꺼운 국부 두께의 납땜 물질이 적용된 층은, 일부 환경하의 납땜 작업에서 납땜 물질이 흐름에 따라 벌집형상체의 기계적 불안정성을 초래하며, 이미 응력을 받고 있는 벌집형상체는 이런 방식으로 응력 제거가 발생할 수 있다. 이와 반대로, 마무리된 롤링 시이트에서 납땜 물질은 단지 예를 들어, 0.5 내지 3 μ의 두께를 필요로 한다.
공정상의 단계의 수의 감소로 인해, 본 발명은 납땜 물질이 제공된 적층된 시이트를 더욱 저렴하게 제조할 수 있고, 특히 넓은 시이트 스트립을 저렴하게 제조할 수 있다. 벌집형상체를 위해 필요한 시이트 스트립은 일부 환경하에서 상이한 폭으로 벌집형상체로부터 절단된다. 따라서, 납땜 물질의 롤링에 있어서, 납땜 물질의 스트립에 대해 적당한 간격을 제공하여 지나친 낭비를 피하도록 하는 것이 고려되어야 한다.
공정이 수행되는 방식에 의해, 그리고 하나 이상의 크롬-함유 강 층 및 하나 이상의 실질적인 알루미늄-함유 층을 갖는 적층 물질의 사용으로 인해, 납땜 물질은 1100℃ 내지 1150℃의 최대 납땜 온도를 갖는 니켈계 납땜 물질일 수 있다. 바람직하게는, 납땜 물질은 0.5% 내지 8%, 특히 3% 내지 6%의 붕소를 함유한다. 납땜 물질중의 붕소는 확산 촉진제로서 사용되어, 등량의 납땜 화합물을 사용할 경우 납땜 공정에 필요한 시간을 감소시킬 수 있다. 납땜 공정에 필요한 시간의 감소는 납땜 노를 통한 더 높은 작업 처리율의 달성을 가능하게 하는 결과를 갖는다. 균질화된 시이트에 관해 성취될 수 있는 높은 알루미늄 함량은 적층 물질의 내식성에 있어서의 붕소 성분의 불리한 특성을 보정하는 것을 가능하게 만든다.
특히, 납땜 물질이 아직 용융되지 않는 온도 범위에서 초기의 열처리를 수행하는 것이 유리하다. 적층된 시이트의 광범위한 균질화 후, 온도가 납땜 물질의 용융점까지 상승된다. 이 작업 공정은 층 시이트의 실질적인 균질화가 달성된 후, 내구성의 납땜 접착이 생성되는 것을 보장하는 잇점을 갖는다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 잇점과 특징은 도면을 참조로 하여 더욱 상세하게 설명되어 있다.
도 1은 벌집형상체(1)를 도시한다. 벌집형상체(1)는 고온 부식 내성(resistant to high-temperature corrosion)을 갖는 쌓이고 감겨진 금속 시이트 층을 포함한다. 벌집형상체(1)는 평탄한 시이트 층(2) 및 주름진 시이트 층(3)을 번갈아 쌓아서 제조된다. 평탄한 시이트 층(2) 및 주름진 시이트 층(3)은 라미네이트(laminate) 또는 적층(layered) 구성체이다. 그러나, 벌집형상체(1)는 부분적으로는 균질화된 금속 시이트 층으로, 그리고 부분적으로는 적층 물질로 제조될 수도 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 적층 물질(10)의 경우에, 실질적으로 알루미늄으로 이루어진 각각의 층(5, 6)이 내부층(4)의 양쪽 측면에 도포된다. 도 2에 도시된 이러한 적층 물질(10)은, 도 3 및 4에도 도시된 적층 물질(11, 12)과 같이, 열처리하기 전의 형상을 갖는다.
벌집형상체(1)는 유체가 흐를 수 있는 통로(7)을 형성하기 위한 구조를 가지며, 그 금속 시이트 층은 관형 케이싱(8) 내에 배치된다. 이 관형 케이싱(8)의 내부면은 일부 이상의 영역에 실질적으로 알루미늄을 포함하는 층을 갖는다. 그러나, 이들은 또한 단독으로 또는 통상적인 납땜 방법에 의해 추가적으로 금속 시이트 층에 접촉될 수 있다. 미리조립된 관형 케이싱를 사용하지 않고 벌집형상체를 제조하는 것도 가능한데, 예를 들어, 쌓이고 감겨진 금속 시이트 층으로 이루어진 형상체 둘레로 평탄한 금속 시이트 층이 감싸여 지고, 그 자체에 납땜되는 방법에 의해 벌집형상체를 제조하는 것도 가능하다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 금속 시이트 층의 여러 실시예를 도시한다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 실례일 뿐이다. 원하는 납땜된 연결부의 위치, 개수 및 크기에 따라, 납땜 물질의 층(layers), 스트립(strips) 또는 다른 패턴이 적층 물질의 외부층 상의 한쪽 또는 양쪽 면의 외부상에 롤링될 수 있다. 또한, 납땜 물질이 적층 물질의 내부에 롤링될 수 있다. 이것은 예를 들어, 납땜 물질의 와이어가 먼저 부분적으로 롤링된 평면이 되는 경우에 유리할 수 있다. 그 후, 납땜 물질보다 연질의 물질의 층이 롤링될 수 있어서, 납땜 물질이 적층 물질의 표면에 도달할 때까지 납땜 물질이 연질의 물질의 층을 통해 압착된다. 도 2 및 도 3의 실시예에서, 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)은 알루미늄-함유 층(5, 6)상에 독점적으로 롤링된다. 도 2 및 도 3의 실시예와 달리, 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)은 다른 물질의 금속층 상에의 외부에 롤링될 수도 있는데, 도 4에서는 예컨대 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)은 외부에 배치된 크롬-함유 강 층의 외부에 롤링될 수도 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 여러 경우에, 납땜 물질은 롤링 작업에 의해 생성된 합성면(composite surface)의 일부 영역에서 단지 스트립형 납땜 물질(9a, 9b, 9c)로서 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 스트립형 납땜 물질(9a, 9b, 9c)은 금속 시이트 층의 한쪽 또는 양쪽에 존재할 수 있다. 바람직한 구조는 금속 시이트 층의 가장자리 영역에 적어도 스트립형 납땜 물질(9a, 9c)을 가지는데, 이러한 가장 자리 영역은, 금속 시이트 층이 벌집형상체(1)의 축방향 길이에 상응하는 폭(b)을 가지므로, 생성되는 벌집형상체의 단부에서 나중에 납땜 접착부가 된다. 도 2 및 도 3에 도시된 실시예의 경우와 달리, 위치와 관계없는 두께(d)의 납땜 물질 또는 납땜 물질의 층을 가지면, 납땜 물질은 위치에 좌우되는 두께를 가질 수도 있다. 예를 들어, 이러한 구조는 층상에 납땜 물질의 와이어 또는 분말을 롤링시킴으로써 생성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은, 라미네이트-형 구조인 시이트 층으로 완전히 또는 부분적으로 형성된 벌집형상체에 이용될 수 있다. 그리고, 본 발명에 따른 방법으로, 기계적 부하를 견딜 수 있고, 고온 부식 내성을 가지며, 특히 자동차의 배기 가스 촉매 전환기에 적합한 벌집형상체를 저렴한 비용으로 제조할 수 있다.
Claims (19)
- 벌집형상체(1)를 제조하는 방법으로서,하나 이상의 크롬-함유 강층(4) 및 하나 이상의 실질적인 알루미늄-함유 층(5, 6)을 구비하는 적층 물질(10; 11; 12)의 하나 이상의 외부층 상에 고형 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)을 롤링하면서, 상기 적층 물질(10; 11; 12)을 초기에 롤링함으로써 금속 시이트 층(2, 3)의 일부분 이상을 형성하는 단계와,유체가 통과해서 유동할 수 있는 통로(7)들과 접촉 위치들을 형성하는 일부분 이상이 구조화된 금속 시이트 층(2, 3)을 쌓는 단계와 감는 단계 중 하나 이상을 실시하는 단계와, 그리고알루미늄이 강 안으로 확산되지만 상기 납땜 물질이 아직 용융되지 않는 온도 범위에서 열처리를 먼저 실행함으로써 열처리로 상기 금속 시이트 층(2, 3)을 실질적으로 균질화시켜서, 납땜 접합부를 생성시키고, 그리고 상기 적층 물질의 광범위한 균질화 후에만 납땜 온도까지 온도를 상승시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속 시이트 층(2, 3) 사이의 접촉 위치의 일부분 이상에 납땜 접합부를 생성시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속 시이트 층(2, 3)과 관형 케이싱(8) 사이의 접촉위치에 납땜 접합부를 생성시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 금속 시이트 층(2, 3) 사이의 상기 접촉 위치와 상기 금속 시이트 층(2, 3)과 관형 케이싱(8) 사이의 상기 접촉 위치 중 한 부분 이상에 상기 납땜 접합부를 생성시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 롤링하는 단계에서 상기 적층 물질(9a, 9b, 9c)의 합성면의 일부분에만 상기 납땜 물질을 위치시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 가장자리 영역에 스트립형의 상기 납땜 물질(9a, 9c)을 위치시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 적층 물질의 양 외부층(5와 6, 4와 6 각각) 모두에 상에 상기 납땜 물질을 롤링하는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 납땜 물질로서 니켈계 합금을 선택하는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 0.5 내지 8%의 붕소를 함유하는 납땜 물질을 선택하는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 3 내지 6%의 붕소를 함유하는 납땜 물질을 선택하는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서, 생성될 벌집형상체의 축방향 길이에 상응하는 상기 금속 시이트 층(2, 3)의 폭을 선택하는 단계와, 상기 벌집형상체의 단부를 후속해서 형성하는 적어도 하나의 가장자리 영역에서 2 내지 10mm의 스트립 폭을 가지는 상기 스트립형 납땜 물질(9a, 9c)을 위치시키는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 제 11항에 있어서, 상기 스트립 폭이 약 5mm가 되도록 선택하는 단계를 포함하는, 벌집형상체의 제조 방법.
- 함께 롤링되어 생성되고, 하나 이상의 크롬-함유 강층(4) 및 하나 이상의 알루미늄-함유 층(5, 6)을 갖는 적층 물질(10; 11; 12)을 포함하는 금속 시이트에 있어서,상기 적층 물질(10; 11; 12)의 하나 이상의 외부층(4, 5, 6) 상에 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)이 롤링되어 있는 것을 특징으로 하는 금속 시이트.
- 제 13항에 있어서, 상기 납땜 물질(9a, 9b, 9c)이 합성면의 일부에만 존재하는 것을 특징으로 하는 금속 시이트.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)이 상기 적층 물질(10; 11; 12)의 양 외부층(5와 6, 4와 6 각각) 모두에 롤링되어 있는 특징으로 하는 금속 시이트.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)이 니켈계 납땜 물질인 것을 특징으로 하는 금속 시이트.
- 제 16항에 있어서, 상기 납땜 물질(9; 9a, 9b, 9c)이 0.5 내지 8%의 붕소를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속 시이트.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 적층 물질(10; 11; 12)이, 납땜 물질을 롤링시킴으로써 생성되는 합성면의 적어도 하나의 가장자리 영역에 스트립형 납땜 물질(9a, 9c)을 가지며, 상기 스트립형 납땜 물질의 폭이 2 내지 10 mm임을 특징으로 하는 금속 시이트.
- 제 13항 또는 제 14항에 있어서, 상기 납땜 물질이 어느 위치에서도 10 μ미만의 두께(d)를 가지는 것을 특징으로 하는 금속 시이트.
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