KR100437558B1 - 층상시이트금속을사용하여납땜벌집형본체를제조하는방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체가 유동할 수 있는 통로를 형성하기 위한 구조를 적어도 부분적으로 가지고 있는 금속 시트(2, 3)가 층 방식으로 감기고 쌓여 있는 벌집형 본체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다. 시트 층(3)의 적어도 일부는 한 개 이상의 크롬-베어링 강으로된 층(4) 및 한 개 이상의 알루미늄-베어링 층(5, 6)을 갖춘 층상 금속(4, 5, 6)을 초기에 포함하고 있다. 알루미늄-베어링 층(5, 6)은 후행 열처리로 균질화되고 열처리는 진공 하에서 또는 환원 및 산화 분위기에서 초기에 달성된다. 본 발명에 따라서, 열 처리는 납땜 처리의 일부분이며, 시트 층 사이의 접촉 장소는 추가 땜납(10)에 의해 적어도 부분 영역에서 함께 납땜된다.

Description

층상 시이트 금속을 사용하여 납땜 벌집형 본체를 제조하는 방법

전술한 바와 같은 종류의 벌집형 본체는 예를 들어 WO 89/07488에 개시되어 있다. 벌집형 본체는 배출 가스 특히, 내연 기관에서 나오는 배출 가스를 환경 친화적인 화합물로 성분의 전환을 촉진하는 촉매용 캐리어로 사용된다. 벌집형 본체는 높은 기계적 부하 및 열 부하에 노출된다. 그러한 기계적 부하 및 열 부하 외에도, 금속 시이트는 부식을 촉진하는 분위기에 노출된다. 그러므로, 벌집형 본체를 제조하는데는 부식에 강한 금속 시이트를 사용하는 것이 바람직하다.

미국 특허 제 5,366,139호에는 주로 적층물로 이루어진 금속 시이트를 사용한 벌집형 본체가 개시되어 있다. 그러한 시이트는 크롬 함유 강(chromium-bearing steel)으로 구성된 적어도 한 개의 층 및 적어도 한 개의 알루미늄 함유 층을 갖고 있다. 그러한 종류의 층상 시이트는 균질화되도록 열처리된다. 시이트의 균질화는 강 내로 알루미늄이 확산하는 것이고, 결과적으로는 본질적으로 알루미늄을 갖는 단일 층의 시이트 강이 된다.

미국 특허 제 5,366,139호에는 진공 하에서 또는 환원 및 산화 분위기에서 열 처리를 최초에 실행하는 방법이 개시되어 있다. 산화 분위기에서의 시이트의 처리는 특히 후에 인가되는 와시코트(washcoat)를 위한 접합 층으로 사용되는 산화막 또는 필름을 시이트 상에 형성한다. 그러한 시이트의 제조 비용은 균질화 효과를 위해 열 처리를 하는 시이트와 마찬가지로 비교적 고가이다.

본 발명은 유체가 유동할 수 있는 통로를 형성하기 위한 구조를 적어도 부분적으로 갖춘 금속 시이트가 층 방식으로 쌓이거나 감겨 있는 벌집형 본체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 종래의 벌집형 본체의 개략 정면도이고,

도 2는 종래의 금속 시이트층 또는 적층 구조를 도시하는 도면이고,

도 3은 균질화 작업 동안의 적층 구조의 금속 시이트층과 균질 강을 포함하고 있는 금속 시이트층 사이의 접촉 장소를 도시하는 도면이고,

도 4는 열 처리 후의 도 3에 도시된 접촉 장소를 도시하는 도면이고, 그리고

도 5는 개략적인 온도-시간 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 벌집형 본체 2 : 평탄 시이트

3 : 주름 시이트 4 : 내부 층

5, 6 : 알루미늄 층 7 : 통로

8 : 관형 케이스 9 : 접촉 장소

10 : 땜납 삽입물 11 : 확산 영역

12 : 영역 13 : 초승달 형상부

본 발명의 목적은 제조 비용이 저렴하지만 부식에 강하고 기계적 부하를 견딜 수 있는 벌집형 본체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적은 첨부된 특허 청구범위의 제 1 항의 특징을 갖는 벌집형 본체의 제조 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 다른 특징은 종속항에 나타나 있다.

벌집형 본체를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법에서는, 일부 납땜 처리에 따라 달성되는 층상 또는 적층 구조로 이루어진 시이트에 대한 열 처리를 제안하며, 시이트 층간의 접촉 장소는 적어도 부분적으로 함께 납땜된다. 본 발명에 따른 방법은 벌집형 본체의 제조 비용의 감소를 위해, 층상 재료의 균질화를 위한 선행 열 처리를 없애고 납땜 처리에 필요한 열을 시이트 층에 공급함으로써 그러한 균질화를 달성한다. 따라서, 적층 재료를 포함하고 있는 시이트 층의 균질화는 벌집형 본체의 제조시 단일 열 처리 작업으로 달성된다. 더욱이, 열 처리 단계는 와시코트를 위한 접합 층으로 사용되는 산화막 또는 필름을 시이트 상에 형성시키고, 다른 한편으로는 납땜 처리를 달성하기 위해 제공된다.

열 처리는 진공 하에서 또는 환원 분위기에서 최초에 달성되는 것이 바람직하며, 최대 온도가 달성된 후에 냉각 단계 동안 낮은 산소 부분 압력, 특히 1 토르 이하의 산소 부분 압력을 갖는 분위기가 사용된다. 그러한 종류의 작업 처리는 금속 시이트층 상에 와시코트를 위한 접합 프라이머(bonding primer)에 특히 적합한 알루미늄 산화층을 생성하는데 유익하다.

크롬-함유 강으로 이루어진 적어도 한 개의 층과 적어도 한 개의 알루미늄-함유 층을 갖춘 층상 또는 적층 재료를 사용함으로, 땜납 재료는 1100 내지 1150℃ 사이의 최대 납땜 온도를 갖는 니켈계 땜납일 수 있다. 땜납 재료는 0.5 내지 8 % 사이의 붕소, 특히 3 내지 6 % 사이의 붕소를 함유하는 것이 바람직하다. 땜납 재료 내의 붕소는 확산 가속체로서 사용되므로, 이것은 동일한 납땜 연결부와 비교해서 납땜에 필요한 시간을 감소시킨다. 납땜 처리를 위한 시간의 감소로 인하여 납땜 노의 높은 작업 처리율이 달성된다. 또한, 붕소는 땜납 일부분 상의 향상된 습윤 작용을 위해 고질의 납땜 연결부를 제공한다.

특히, 납땜 재료가 용융되지 않는 온도 범위 내에서 열 처리가 이루어지는 것이 바람직하다. 층상 또는 적층 시이트의 광범위 균질화 후에, 온도는 땜납 재료의 용융 온도까지 상승한다. 그러한 작업 처리는 층상 또는 적층 시이트가 균질화되고 내구성 납땜 연결부가 생성되는 것을 보장하는 이점이 있다.

본 발명에 따른 방법의 다른 특징은 그러한 방법에 따라 제조된 벌집형 본체와 관련하여 기술된다.

도 1은 벌집형 본체(1)를 도시하고 있다. 벌집형 본체(1)는 층 방식으로 쌍이고 감기어 있으며 고온 부식에 강한 금속 시이트층을 포함하고 있다. 벌집형 본체(1)는 평탄 시이트(2) 및 주름 시이트(3)로 이루어진 엇갈린 층으로 만들어져 있다. 평탄 시이트(2)는 적어도 크롬과 알루미늄을 함유하고 있는 균질 강을 포함하고 있다. 주름 시이트(3)는 층상 또는 적층 구조로 이루어져 있다. 층상 시이트(3)는 크롬-함유 강으로 되어 있는 내부 층(4)을 포함하고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 기본적으로 알루미늄으로 구성된 각각의 층(5, 6)이 내부 층(4)의양 측면에 배치되어 있다. 층상 또는 적층 구조인 도 2에 도시되어 있는 금속 시이트층은 열 처리 전의 상태이다. 층 방식으로 감기고 쌓여 있는 금속 시이트로 제조된 벌집형 본체(1)는 유체가 유동할 수 있는 통로(7)를 형성하기 위한 구조를 갖고 있다. 시이트 층은 관형 케이스(8)내에 배열되어 있다. 바람직하게 관형 케이스(8)는 기본적으로 알루미늄으로 구성된 층을 적어도 내부의 일부 지역에 가지고 있다. 그러나, 관형 케이스는 시이트에 단독으로 연결되거나 또는 통상적인 납땜 처리에 의해 추가될 수 있다.

도 3은 평탄 시이트(2)와 주름 시이트(3) 사이의 접촉 장소(9)를 도시하고 있다. 주름 시이트(3)는 층상 또는 적층 구조로 이루어져 있다. 땜납 삽입물(solder inlay, 10)은 접촉 장소(9) 둘레의 평탄 시이트(2)와 주름 시이트(3) 사이에 배치되어 있다. 도 3은 시이트(3)의 적층 구조물이 균질화되는 열 처리의 일부 동안의 단편을 도시하고 있다. 열 처리 단계 동안, 층(5, 6)에 함유되어 있는 알루미늄은 내부 층(4)으로 확산된다. 알루미늄의 확산 방향은 화살표로 표시되어 있다. 거의 균질화된 영역(11)은 주름 시이트(3)의 하부 굽힘부 내에 이미 형성되어 있다. 균질화 온도는 땜납 삽입물(10)의 용융 온도보다 낮다.

균질화 작업이 끝난 후에 벌집형 본체의 온도는 땜납 삽입물(10)을 액체 상태로 만드는 납땜 온도로 상승한다. 용융된 땜납은 접촉 장소(9)의 양쪽 측면의 주름 시이트(3)와 평탄 시이트(2) 사이에서 초승달 형상부(13)를 형성한다.

열 처리 단계 동안, 층(6)을 형성하고 있는 알루미늄의 일부는 납땜이 없는 장소에서 평탄 시이트(2) 내로 확산될 수 있다. 알루미늄-강 합금은 강보다 낮은용융점을 가지므로, 주름 시이트(3)와 평탄 시이트(2)의 내부 층(4)은 일시적으로 액체화되고 접촉 장소(9)의 주변 영역 내에 밀착 연결부가 생성되며, 그러한 연결부는 다른 장소에서 납땜 작용에 의해 생성되는 연결부에 추가된다. 평탄 시이트(2)의 알루미늄-함유 영역은 도면부호 12로 표시되어 있다. 농도 구배에 의하여, 알루미늄은 도 4에 도시되어 있는 화살표와 같이 평탄 시이트(2) 내로 이동하므로, 영역(12) 내의 알루미늄 성분이 고갈되고 영역(12)의 용융점이 상승하여 연결 장소는 경화된다.

도 5는 온도-시간 그래프이다. 벌집형 본체는 예를 들어 진공 납땜 로 내에서 균질화 온도(T_H)로 가열된다. 벌집형 본체는 적층 구조의 시이트 층의 완전한 균질화가 이루어질 때까지 시간(t_H)동안 균질화 온도로 유지된다. 균질화 온도(T_H)는 납땜 온도(T_L)보다 낮다. 적층 구조의 시이트 층의 균질화가 이루어진 후에, 노내의 온도는 납땜 온도(T_L)까지 상승한다. 납땜 온도는 약 1150℃일 수 있다. 벌집형 본체가 시종 완전하게 납땜되어 있는 것을 보장하기 위하여, 시간(t_H)동안 노는 납땜 온도로 유지된다. 납땜 작업 후에는 냉각 작업이 뒤따르며, 그러한 경우에는 바람직하게는 매우 작은 양의 산소가 노 내의 분위기 내로 유입되고 노 내의 산소 부분 압력은 1 토르 이하이다. 그 결과, 벌집형 본체의 냉각 단계 동안, 와시코트를 위한 접합 프라이머로 사용될 수 있는 알루미늄 산화 필름 또는 코팅이 시이트(2, 3)상에 형성된다.

도 5 내에 도시되어 있는 시간에 대한 온도의 변화는 예로서 주어져 있다. 만일 벌집형 본체와 노가 적절한 형상으로 이루어져 있다면, 노가 주어진 시간 동안 소정의 균질화 온도(T_H)로 유지될 필요 없이 납땜 온도에 도달하는 시간까지 완료되는 것도 또한 가능하다.

본 발명에 따른 방법은 벌집형 본체에 사용될 수 있고, 그러한 벌집형 본체는 적층 형상으로된 시이트를 전체 또는 부분적으로 포함하고 있으며, 기계적 부하를 견디고 고온 부식에 강하며 자동차의 배출 가스 촉매 변환기에 특히 적합한 저가의 본체이다.

Claims (5)

1. 배출 가스 시스템용 촉매 캐리어 벌집형 본체를 제조하기 위한 방법으로서,

   먼저, 유체가 유동할 수 있는 통로를 형성하기 위해서, 크롬 함유 강 층, 및 알루미늄 함유 층을 가지는 층상 재료를 포함하는 구조화된 금속 시이트층을 성형하는 단계와,

   계속해서, 진공 및 환원 분위기중 하나 하에서 상기 크롬 함유 강 층과 알루미늄 함유 층을 먼저 균질화한 후에, 또는 동시에 상기 분위기내에서 상기 금속 시이트층을 납땜 처리하고 상기 금속 시이트 층을 산화 분위기에서 처리하는 단계, 및

   유체 유동을 유도하기 위한 통로를 형성하도록 상기 구조화된 금속 시이트 층을 적층하거나 감는 단계를 포함하며,

   상기 납땜 처리는 상기 구조화된 금속 시이트 층 사이의 접촉 장소를, 0.5 내지 8 중량 퍼센트의 붕소를 포함하는 니켈계 땜납 재료로 적어도 부분적으로 납땜하는 단계를 포함하는,

   배출 가스 시스템용 촉매 캐리어 벌집형 본체의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 납땜 처리를 3 내지 6 중량 퍼센트 사이의 붕소를 포함하는 니켈계 납땜 재료로 실시하는 단계를 포함하는,

   배출 가스 시스템용 촉매 캐리어 벌집형 본체의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 납땜 처리 후, 상기 금속 시이트층을 1 토르 이하의 매우 낮은 산소 부분 압력을 가진 분위기내에서 냉각하는 단계를 포함하는,

   배출 가스 시스템용 촉매 캐리어 벌집형 본체의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   최대 납땜 온도를 1100 내지 1150℃ 사이로 설정하는 단계를 포함하는,

   배출 가스 시스템용 촉매 캐리어 벌집형 본체의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   초기에는 알루미늄이 상기 강으로 확산하지만 상기 납땜 재료가 아직 용융하지 않는 온도 범위 내에서, 상기 열처리를 수행하고, 그후에는 상기 온도를 금속 시이트층의 균질화 후의 납땜 온도까지 상승시켜 상기 열처리를 수행하는 단계를 포함하는,

   배출 가스 시스템용 촉매 캐리어 벌집형 본체의 제조 방법.