WO2015053242A1 - ガス流通部材 - Google Patents

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WO2015053242A1
WO2015053242A1 PCT/JP2014/076748 JP2014076748W WO2015053242A1 WO 2015053242 A1 WO2015053242 A1 WO 2015053242A1 JP 2014076748 W JP2014076748 W JP 2014076748W WO 2015053242 A1 WO2015053242 A1 WO 2015053242A1
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gas
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inorganic material
roughness
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史幸 陸田
祐生 藤田
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イビデン株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a gas distribution member.
  • turbochargers equipped with a turbocharger may be used as a method to compensate for engine power shortages associated with downsizing.
  • castings are used for turbo engine housing parts (see Patent Document 1).
  • the surface of the casting (hereinafter also referred to as a casting surface in the present specification) is generally a surface having a high surface roughness.
  • an exhaust gas purification device in which an exhaust gas treating body is housed in a casing is provided in the path of the exhaust pipe.
  • a typical shape of the exhaust gas treating body is a columnar shape, and in this case, a casing for housing the exhaust gas treating body has a cylindrical shape.
  • the typical shape of the exhaust pipe is also a cylindrical shape.
  • the inner diameter of the casing is larger than the inner diameter of the exhaust pipe. Therefore, as an exhaust system part for connecting the casing and the exhaust pipe, a mortar in which one end is the inner diameter of the casing and the other end is the inner diameter of the exhaust pipe. Shaped metal parts are used. Since the mortar-shaped metal part is produced by drawing, undulation as a trace accompanying drawing is generated on the surface.
  • the casting surface of a casting as a turbo engine housing part has a high surface roughness, and when the gas flows inside the housing part, the casting surface becomes a flow resistance that hinders the gas flow, and the engine output is reduced. It may cause a decrease.
  • there is a method of polishing the casting surface to make it a smooth surface In order to solve this problem, there is a problem of labor and cost required for polishing, and there has been a demand for a method for more easily preventing a decrease in engine output. .
  • the present invention has been made to solve both of these problems. Even if the surface of a turbo engine housing part or exhaust system part has a high surface roughness or swell, the engine It aims at providing the gas distribution member which can prevent the fall of the output of this, and the fall of exhaust gas purification performance.
  • Patent Documents 2 and 3 are exhaust pipes through which exhaust gas flows, and a heat dissipation layer made of a crystalline inorganic material and an amorphous inorganic material is formed on the surface of a cylindrical base material made of metal.
  • An exhaust pipe is disclosed, and a technique for forming a layer made of a crystalline inorganic material and an amorphous inorganic material on the surface of a metal substrate is known.
  • Patent Document 4 discloses a structure used in a heating furnace or the like.
  • an inorganic material surface layer having a thickness of 2 to 50 ⁇ m is disclosed.
  • the present inventors have applied the techniques described in Patent Documents 2 to 4 to surfaces having high surface roughness and undulations such as the surfaces of turbo engine housing parts and exhaust system parts.
  • the gas flow member of the present invention comprises a base material made of a metal having a gas flow surface, A gas flow member that is coated on the gas flow surface of the substrate and includes a surface coating layer containing an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material,
  • the crystalline inorganic material comprises at least one selected from the group consisting of calcia, magnesia, ceria, alumina, and zirconia,
  • the gas flow surface of the substrate is a surface having a ten-point average roughness RzJIS in the roughness curve of 10 to 50 ⁇ m and a maximum height waviness Wz in the undulation curve of 15 to 100 ⁇ m.
  • the coated gas flow surface obtained by coating the gas flow surface of the substrate with the surface coating layer is a smooth surface having a ten-point average roughness RzJIS of 5 ⁇ m or less in the roughness curve, and the maximum in the undulation curve. It is a flat surface having a height undulation Wz of 10 ⁇ m or less.
  • the gas flow member of the present invention is a member through which gas flows, and the surface of the base material that constitutes the gas flow member is referred to as the gas flow surface of the base material.
  • a coated gas flow surface is formed in which the gas flow surface of the substrate is coated with the surface coating layer.
  • the surface coating layer is formed so as to fill the roughness of the surface of the gas flow surface of the substrate and make the coating gas flow surface smooth.
  • the smooth surface means a surface having a 10-point average roughness RzJIS (specified in JIS B0601: 2001) of 5 ⁇ m or less in the roughness curve.
  • the surface coating layer is formed so as to fill the undulation of the gas flow surface of the base material and make the coating gas flow surface flat. For this reason, the gas flow is prevented from being hindered due to the undulation of the gas flow surface of the base material, and the output of the engine is prevented from being lowered. Further, the gas flow is prevented from being disturbed due to the undulation of the gas flow surface of the base material, and the exhaust gas purification performance is prevented from being lowered.
  • the flat surface means a surface having a maximum height waviness Wz (specified in JIS B0601: 2001) in a waviness curve of 10 ⁇ m or less.
  • the gas flow surface of the substrate is a surface having a ten-point average roughness RzJIS in the roughness curve of 10 to 50 ⁇ m and a maximum height waviness Wz in the undulation curve of 15 to 100 ⁇ m.
  • the 10-point average roughness RzJIS in the roughness curve of the gas flow surface of the substrate is 10 to 50 ⁇ m
  • the gas flow surface having such roughness is a surface having a high surface roughness, and the gas flow is Since it is easy to be hindered, filling the roughness with a surface coating layer fills the gas smoothly, and the effect of preventing a decrease in engine output is well exhibited.
  • the gas flow is prevented from being disturbed due to the surface having a high surface roughness, and the exhaust gas purification performance is further prevented from being deteriorated.
  • the maximum height waviness Wz in the waviness curve of the gas flow surface of the substrate is 15 to 100 ⁇ m
  • the gas flow surface having such waviness is a surface where the metal surface becomes a flow resistance that hinders gas flow due to the waviness. It can be said that there is. Covering such surface undulations with a surface coating layer fills the gas flow smoothly and exhibits the effect of preventing a decrease in engine output. Further, the gas flow is prevented from being disturbed due to the undulation of the gas flow surface of the base material, and the exhaust gas purification performance is further prevented from being deteriorated.
  • the average thickness of the surface coating layer exceeds 50 ⁇ m. If the surface coating layer is thin, it is difficult to obtain a coating gas flow surface as a smooth and flat surface. However, by providing the surface coating layer so that the average thickness exceeds 50 ⁇ m, the coating gas flow surface is smooth and Obtained as a flat surface.
  • the surface coating layer includes an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material, and includes at least one selected from the group consisting of calcia, magnesia, ceria, alumina, and zirconia as the crystalline inorganic material.
  • This kind of crystalline inorganic material does not react with the elements contained in the base material to form a complex oxide, and it is difficult to generate a void at a level that hinders layer formation inside the surface coating layer. It is suitable for obtaining a surface coating layer having an average thickness exceeding 50 ⁇ m.
  • voids at a level that prevents layer formation may be formed in the surface coating layer in the process, and a thick surface coating with an average thickness exceeding 50 ⁇ m It becomes difficult to form a layer.
  • the gas flow surface of the substrate is a cast surface.
  • the roughness of the surface of the casting surface can be filled with the surface coating layer, and the reduction in engine output and the reduction in exhaust gas purification performance can be effectively prevented.
  • the gas flow surface of the substrate is a drawing surface.
  • the swell of the drawn surface can be filled with the surface coating layer, and the reduction in engine output and the reduction in exhaust gas purification performance can be effectively prevented.
  • the crystalline inorganic material preferably contains at least one of ⁇ -alumina and yttria-stabilized zirconia.
  • the heat resistance can be improved, and the surface coating layer can be mechanically strengthened, and at the same time, the insulating properties of the gas flow member can be improved. Also contribute.
  • the amorphous inorganic material is preferably made of a low melting point glass having a softening point of 300 to 1000 ° C.
  • a coating layer is formed on the gas flow surface of the base material by means of coating or the like. After forming, the surface coating layer can be formed relatively easily by heating.
  • the softening point of the low-melting glass is less than 300 ° C., the temperature of the softening point is too low. Therefore, during the heat treatment, the layer that becomes the surface coating layer easily flows due to melting or the like.
  • the softening point of the low-melting glass exceeds 1000 ° C.
  • the surface coating layer containing an amorphous inorganic material cannot follow the change in thermal expansion due to the temperature of the base material, which may cause cracks in the surface coating layer, causing cracks.
  • the low melting point glass is preferably a glass containing at least one of barium glass, boron glass, strontium glass, alumina silicate glass, soda zinc glass, and soda barium glass.
  • the low-melting glass made of the above material is used as the amorphous inorganic material, it is based on a surface coating layer having low thermal conductivity and heat resistance, durability, and insulation. It can be formed on the gas flow surface of the material.
  • the gas flow member of the present invention is preferably an exhaust system part for a turbo housing.
  • the covering gas flow surface is a smooth surface, so that the engine output is prevented from being lowered, and the object of mounting the turbo engine is preferably achieved.
  • the gas flow member of the present invention is preferably an exhaust system component that serves as a gas inflow portion or a gas outflow portion of the exhaust gas purification device.
  • the coating gas flow surface is flat, so that the gas flow is prevented from being disturbed and the temperature of the exhaust gas is lowered. Therefore, the exhaust gas purification performance is prevented from being lowered.
  • FIG. 1A is a top view schematically illustrating an example of a turbine housing
  • FIG. 1B is a top view schematically illustrating an example of a turbine housing in which a surface coating layer is formed on a gas flow surface. is there.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 2A is a perspective view schematically showing an example of the exhaust manifold
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the exhaust manifold of FIG. 2A taken along line BB.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view schematically showing an example of an exhaust manifold in which a surface coating layer is formed on the gas flow surface.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the exhaust gas purifying apparatus.
  • FIG. 4A is a partially cut perspective view schematically showing an example of a base material that becomes a gas inflow portion or a gas outflow portion of the exhaust gas purifying apparatus, and FIG. It is an enlarged view of the area
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a gas flow member having a surface coating layer formed on the gas flow surface, and FIG. 4 (d) is a region indicated by D in FIG. 4 (c).
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a base material that becomes a gas inflow portion or a gas outflow portion of the exhaust gas purifying apparatus
  • FIG. It is an enlarged view of the area
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a gas flow member having a surface coating layer formed on the gas flow surface
  • the gas flow member of the present invention comprises a base material made of a metal having a gas flow surface, A gas flow member that is coated on the gas flow surface of the substrate and includes a surface coating layer containing an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material,
  • the crystalline inorganic material comprises at least one selected from the group consisting of calcia, magnesia, ceria, alumina, and zirconia,
  • the gas flow surface of the substrate is a surface having a ten-point average roughness RzJIS in the roughness curve of 10 to 50 ⁇ m and a maximum height waviness Wz in the undulation curve of 15 to 100 ⁇ m.
  • the coated gas flow surface obtained by coating the gas flow surface of the substrate with the surface coating layer is a smooth surface having a ten-point average roughness RzJIS of 5 ⁇ m or less in the roughness curve, and the maximum in the undulation curve. It is a flat surface having a height undulation Wz of 10 ⁇ m or less.
  • the gas distribution member of the present invention can be used as a part for a turbo engine housing or an exhaust system part that serves as a gas inflow portion or a gas outflow portion of an exhaust gas purification device.
  • the gas distribution member of the present invention used as a turbine housing will be described as an example of a turbo engine housing component.
  • FIG. 1A is a top view schematically illustrating an example of a turbine housing
  • FIG. 1B is a top view schematically illustrating an example of a turbine housing in which a surface coating layer is formed on a gas flow surface. is there.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
  • FIG. 1A shows a turbine housing 20, which is a base material (base material 20) made of metal having a gas flow surface.
  • a cast having high heat resistance is preferably used, and examples thereof include austenitic heat-resistant cast steel, austenitic heat-resistant cast iron, ferritic heat-resistant cast steel, and ferritic heat-resistant cast iron.
  • a turbine impeller is accommodated in the turbine housing 20, and exhaust gas discharged from the engine circulates in the turbine housing 20.
  • the exhaust gas circulates in a region between two circles drawn by dotted lines, so the surface of the base material constituting the region is the gas flow surface 21.
  • the gas flow surface is a casting surface.
  • the cast surface is generally a surface having a high surface roughness.
  • the ten-point average roughness RzJIS of the surface is 10 to 50 ⁇ m, preferably 10 to 30 ⁇ m, and more preferably 12 to 19 ⁇ m.
  • the waviness of the casting surface is such that the maximum height waviness Wz in the waviness curve is 15 to 100 ⁇ m, preferably 15 to 50 ⁇ m, and more preferably 19 to 38 ⁇ m.
  • the desirable lower limit of the thickness of the substrate is 0.2 mm, the more desirable lower limit is 0.4 mm, the desirable upper limit is 10 mm, and the more desirable upper limit is 4 mm. If the thickness of the base material is less than 0.2 mm, the strength of the gas flow member is insufficient. On the other hand, if the thickness of the base material exceeds 10 mm, the weight of the gas flow member increases, and for example, it becomes difficult to mount on a vehicle such as an automobile, making it difficult to be practically used.
  • the gas flow surface 21 of the base material 20 is covered with a surface coating layer 30 as shown in FIGS. 1B and 1C, and the roughness of the gas flow surface 21 is filled with the surface coating layer 30.
  • covering the gas distribution surface 21 of a base material with the surface coating layer 30 is a smooth surface whose 10-point average roughness RzJIS is 5 micrometers or less.
  • the ten-point average roughness RzJIS of the coating gas flow surface 40 is preferably 4 to 5 ⁇ m.
  • the coating gas flow surface 40 is a flat surface having a maximum height waviness Wz of 10 ⁇ m or less.
  • the maximum height waviness Wz of the coating gas flow surface 40 is preferably 7 to 10 ⁇ m.
  • the roughness measurement and waviness measurement of a coating gas distribution surface can be performed by the same apparatus and conditions as the roughness measurement and waviness measurement of the casting surface.
  • the surface coating layer is a layer containing an amorphous inorganic material, and the amorphous inorganic material is preferably a low-melting glass having a softening point of 300 to 1000 ° C.
  • the kind of the low-melting glass is not particularly limited, but may be glass containing at least one of barium glass, boron glass, strontium glass, alumina silicate glass, soda zinc glass, and soda barium glass. preferable. These glasses may be used alone as described above, or two or more kinds of glasses may be mixed. Further, the surface coating layer may contain pores.
  • the softening point of the low-melting glass as described above is in the range of 300 to 1000 ° C.
  • the low-melting glass is melted and applied (coated) to the surface of the base material (metal material), and then heated and fired.
  • the surface coating layer can be easily formed on the gas flow surface of the base material made of metal.
  • the surface coating layer excellent in adhesiveness with a base material can be formed.
  • the softening point of the low-melting glass is less than 300 ° C., the temperature of the softening point is too low, so that during the heat treatment, the surface coating layer easily flows due to melting or the like, and a layer with a uniform thickness is formed.
  • the softening point of the low melting point glass exceeds 1000 ° C., on the contrary, it is necessary to set the temperature of the heat treatment to be extremely high. May occur.
  • the softening point can be measured using, for example, a glass automatic softening point / strain point measuring device (SSPM-31) manufactured by Opt Corp., based on the method defined in JIS R 3103-1: 2001. it can.
  • the surface coating layer further contains a crystalline inorganic material, and the crystalline inorganic material is at least one selected from the group consisting of calcia, magnesia, ceria, alumina, and zirconia.
  • the crystalline inorganic material containing zirconia include yttria stabilized zirconia, CaO stabilized zirconia, MgO stabilized zirconia, zircon, and CeO stabilized zirconia.
  • ⁇ -alumina and yttria-stabilized zirconia which are excellent in heat resistance and corrosion resistance, are preferable.
  • the average particle size of the crystalline inorganic material particles is preferably 0.1 to 50 ⁇ m, and more preferably 5 to 50 ⁇ m.
  • the weight ratio of the crystalline inorganic material to the total amount of the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material contained in the surface coating layer is preferably 10 to 70% by weight, and preferably 15 to 65% by weight. Is more desirable.
  • the average thickness of the surface coating layer is thicker than 50 ⁇ m. Therefore, the coating gas flow surface which fills the roughness and waviness of the gas flow surface of the substrate and becomes a smooth and flat surface can be obtained.
  • the average thickness of the surface coating layer is preferably 100 ⁇ m or more, and more preferably 200 ⁇ m or more.
  • a desirable upper limit of the average thickness of the surface coating layer is 1000 ⁇ m, and a more desirable upper limit is 750 ⁇ m.
  • the average thickness of the surface coating layer can be measured with a film thickness meter. When measuring using a dual scope MP40 manufactured by Fischer Instruments Co., Ltd. as a film thickness meter, the film thickness is measured using 10 arbitrary points, and then the film thickness is measured for 10 points.
  • the average value can be taken as the average thickness of the surface coating layer.
  • film thickness measurement is performed on 10 points, it is desirable to take any 10 points so that there is no bias in the measurement region within the measurement region. For example, a method of performing measurement at regular intervals of 1 mm can be mentioned.
  • the gas flow member of the present invention is manufactured by applying a coating composition for forming a surface coating layer to a gas flow surface of a base material made of a metal having a gas flow surface to form the surface coating layer.
  • a coating composition for forming a surface coating layer examples include the above-described amorphous inorganic material powder and crystalline inorganic material powder.
  • a dispersion medium, an organic binder, and the like may be blended.
  • the dispersion medium examples include water and organic solvents such as methanol, ethanol, and acetone.
  • the blending ratio of the amorphous inorganic material powder and the dispersion medium contained in the coating composition is not particularly limited.
  • the dispersion medium is 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the amorphous inorganic material powder. It is desirable that the amount be ⁇ 150 parts by weight. It is because it becomes a viscosity suitable for apply
  • the organic binder include polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, you may use a dispersion medium and an organic binder together.
  • Step of preparing a base material made of metal In order to remove impurities on the gas flow surface of the base material, starting from a base material made of metal having a gas flow surface (hereinafter also referred to as a base material) Perform a cleaning process.
  • the cleaning process is not particularly limited, and a conventionally known cleaning process can be used. Specifically, for example, a method of performing ultrasonic cleaning in an alcohol solvent can be used.
  • a crystalline inorganic material, an amorphous inorganic material, or the like is mixed to prepare a coating composition.
  • a crystalline inorganic material powder and an amorphous inorganic material powder are prepared to have a predetermined particle size, shape, etc., and each powder is dry-mixed at a predetermined blending ratio.
  • a mixed powder is prepared, water is further added, and wet mixing is performed with a ball mill to prepare a coating composition.
  • the mixing ratio of the mixed powder and water is not particularly limited, but is preferably about 100 parts by weight of water with respect to 100 parts by weight of the mixed powder. It is because it becomes a viscosity suitable for apply
  • the coating composition may contain a dispersion medium such as an organic solvent and an organic binder as described above.
  • a coating composition is applied to the gas flow surface of the substrate.
  • a method of applying the coating composition for example, a method such as spray coating, electrostatic coating, ink jet, transfer using a stamp or roller, brush coating, or electrodeposition coating can be used.
  • the base material coated with the coating composition is baked. Specifically, the substrate coated with the coating composition is dried and then heated and fired to form a surface coating layer.
  • the firing temperature is preferably set to be equal to or higher than the softening point of the amorphous inorganic material, and is preferably 700 ° C. to 1100 ° C. depending on the kind of the blended amorphous inorganic material.
  • the gas flow member 10 of the present invention shown in FIG. 1 used as a turbine housing which is an example of the gas flow member of the present invention, can be manufactured.
  • gas distribution member of the present invention used as an exhaust manifold will be described as another example of a turbo engine housing component.
  • FIG. 2A is a perspective view schematically showing an example of the exhaust manifold
  • FIG. 2B is a cross-sectional view of the exhaust manifold of FIG. 2A taken along line BB.
  • FIG. 2C is a cross-sectional view schematically showing an example of an exhaust manifold in which a surface coating layer is formed on the gas flow surface.
  • 2 (a) and 2 (b) show an exhaust manifold 120, and the exhaust manifold 120 is a base material (base material 120) made of a metal pipe.
  • base material 120 made of a metal pipe.
  • the exhaust gas circulates in the metal pipe, so the inner peripheral surface of the metal pipe is the gas flow surface 121.
  • the gas flow surface is a casting surface.
  • the desirable form of the exhaust manifold as the base material made of metal is the same as each form described in the case where the base material made of metal is a turbine housing, and the desirable form of surface roughness and swell of the gas flow surface of the base material. Is the same.
  • the gas flow surface 121 of the substrate 120 is covered with a surface coating layer 130 as shown in FIG. 2C, and the roughness of the gas flow surface 121 is filled with the surface coating layer 130.
  • the gas flow surface 121 of the base material 120 is covered with the surface coating layer 130 to form the gas flow member 110 of the present invention.
  • the covering gas distribution surface 140 formed by covering the gas distribution surface 121 of the substrate 120 with the surface coating layer 130 is a smooth surface having a ten-point average roughness RzJIS of 5 ⁇ m or less.
  • the coating gas flow surface 140 is a flat surface having a maximum height waviness Wz of 10 ⁇ m or less.
  • Desirable forms of the surface coating layer 130 are the same as those described in the case where the base material made of metal is a turbine housing. Moreover, the average thickness of the surface coating layer 130 exceeds 50 ⁇ m, and the desirable range of the thickness of the surface coating layer is the same as the range described in the case where the metal base material is the turbine housing.
  • the method for manufacturing the gas flow member is the same as when the gas flow member is a turbine housing.
  • a method for applying the coating composition it is desirable to use a method suitable for applying the coating composition to the inner peripheral surface of the metal tube.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the exhaust gas purifying apparatus.
  • the exhaust gas treatment body 420 is accommodated in a cylindrical casing 430.
  • a holding sealing material 410 that is an inorganic fiber mat is wound around the exhaust gas treatment body 420.
  • the direction in which the exhaust gas flows is indicated by an arrow G.
  • the exhaust gas is purified by the action of the catalyst supported on 426.
  • a gas flow member 210 is provided at a gas inflow portion where the exhaust gas flows into the exhaust gas purification device 400, and a gas flow member 310 is also provided at a gas outflow portion where the exhaust gas flows out.
  • the gas flow member 210 is disposed at the gas inflow side end 431 of the casing 430 by a joining means such as welding.
  • the gas flow member 210 is a cylindrical member whose shape gradually decreases as it moves away from the gas inflow side end 431 of the casing 430.
  • the gas flow member 310 is disposed at a gas outflow side end 432 of the casing 430 by a joining means such as welding.
  • the gas flow member 310 is a cylindrical member whose diameter gradually decreases with increasing distance from the gas outflow side end 432 of the casing 430.
  • the gas flow member of the present invention can be used as an exhaust system component that becomes the gas flow member 210 and / or the gas flow member 310 in the exhaust gas purification apparatus shown in FIG.
  • FIG. 4A is a partially cut perspective view schematically showing an example of a base material that becomes a gas inflow portion or a gas outflow portion of the exhaust gas purifying apparatus, and FIG. It is an enlarged view of the area
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a gas flow member having a surface coating layer formed on the gas flow surface, and
  • FIG. 4 (d) is a region indicated by D in FIG. 4 (c).
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a base material that becomes a gas inflow portion or a gas outflow portion of the exhaust gas purifying apparatus
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a gas flow member having a surface coating layer formed on the gas flow surface
  • FIG. 4 (d) is a region indicated by D in FIG. 4 (c).
  • FIG. 4 (c) is a partially cut perspective view schematically showing an example of a base
  • FIG. 4A shows a base material 220 serving as a gas inflow portion of the exhaust gas purification apparatus, and the base material 220 has a gas flow surface 221.
  • Examples of the material of the base material 220 include metals such as stainless steel, steel, iron, and copper, or nickel alloys such as Inconel, Hastelloy, and Invar.
  • the base material 220 is produced from the shape by drawing.
  • the surface is a drawing surface, and undulation as a trace accompanying drawing is generated on the drawing surface.
  • FIG. 4A and FIG. 4B show a state where undulation is generated on the gas flow surface 221.
  • the maximum height waviness Wz in the waviness curve of the drawn surface is, for example, 15 to 100 ⁇ m, preferably 15 to 50 ⁇ m, and more preferably 19 to 38 ⁇ m.
  • the surface roughness of the drawn surface is such that the 10-point average roughness RzJIS of the surface is 10 to 50 ⁇ m, preferably 10 to 30 ⁇ m, and more preferably 12 to 19 ⁇ m.
  • the desirable range of the thickness of the base material 220 is the same as that of the base material used as the turbine housing described above.
  • the gas flow surface 221 of the base material 220 is covered with a surface coating layer 230 as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d). Then, the undulation of the gas flow surface 221 is filled with the surface coating layer 230. In this way, the gas flow surface 221 of the base material 220 is covered with the surface coating layer 230 to form the gas flow member 210 of the present invention.
  • the coating gas distribution surface 240 formed by covering the gas distribution surface 221 of the base material 220 with the surface coating layer 230 is a flat surface having a maximum height waviness Wz of 10 ⁇ m or less.
  • the coating gas flow surface 240 is a smooth surface with a 10-point average roughness of 5 ⁇ m or less.
  • the roughness measurement and waviness measurement of the coated gas flow surface can be performed by the same apparatus and conditions as the roughness measurement and waviness measurement of the drawn surface.
  • the surface coating layer 230 is a layer containing an amorphous inorganic material and a crystalline inorganic material. Since the preferable forms of the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material are the same as the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material in the surface coating layer exemplified in the gas flow member used as the above-described turbine housing, the details thereof are detailed. Description is omitted. Moreover, the average thickness of the surface coating layer 230 is formed to be thicker than 50 ⁇ m, and the average thickness of the surface coating layer can be measured by the film thickness meter and the measuring method described above.
  • the manufacturing method of the gas flow member when the gas flow member of the present invention is an exhaust system component that becomes the gas inflow portion or the gas outflow portion of the exhaust gas purifying apparatus is the same as the case where the gas flow member is a turbine housing.
  • a method for applying the coating composition it is desirable to use a method suitable for applying the coating composition to the inner peripheral surface of the metal tube.
  • a gas flow member having a surface coating layer is prepared, and the end of the casing It is desirable to use a method of joining the parts by welding or the like.
  • a coated gas flow surface in which the gas flow surface of the substrate is coated with the surface coating layer is formed.
  • the surface coating layer is formed so as to fill the roughness of the surface of the gas flow surface of the substrate and make the coating gas flow surface smooth.
  • the surface coating layer is formed so as to fill the undulation of the gas flow surface of the base material and make the coating gas flow surface flat. For this reason, the gas flow is prevented from being hindered due to the undulation of the gas flow surface of the base material, and the output of the engine is prevented from being lowered. Further, the gas flow is prevented from being disturbed due to the undulation of the gas flow surface of the base material, and the exhaust gas purification performance is prevented from being lowered.
  • the covering gas distribution surface is a smooth surface, so that the engine output is prevented from being lowered, and the purpose of mounting the turbo engine is suitable. To be achieved.
  • the coating gas flow surface is a flat surface, so that the gas flow is prevented from being disturbed, Since the temperature of the exhaust gas is unlikely to decrease, the exhaust gas purification performance is prevented from decreasing.
  • K4006A-100M (Bi 2 O 3 -B 2 O 3 glass, softening point 770 ° C.) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd. was prepared. Further, YSZ (yttria stabilized zirconia) was blended as the crystalline inorganic material particles. The weight ratio of the crystalline inorganic material to the total amount of the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material was 35% by weight.
  • methylcellulose product name: METOLOSE-65SH
  • METOLOSE-65SH methylcellulose manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.
  • water was further blended so that the concentration with respect to the entire coating composition was 60% by weight, and the coating composition was prepared by wet mixing with a ball mill.
  • the average particle size of YSZ after preparation was 25 ⁇ m.
  • the coating surface of the base material is applied by spray coating using the prepared coating composition, dried in a dryer at 70 ° C. for 20 minutes, and then in air at 850 ° C. A surface coating layer was formed by heating and baking for 90 minutes.
  • Example 2 In Example 1, ⁇ -alumina was used instead of YSZ as the particles of the crystalline inorganic material, and the weight ratio of the crystalline inorganic material to the total amount of the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material was 15% by weight. did. The average particle diameter of ⁇ -alumina after preparation of the coating composition was 10 ⁇ m. Otherwise, a gas flow member was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of film thickness measurement, surface roughness measurement, and waviness measurement, and overall judgment.
  • Example 1 In the preparation of the coating composition, YSZ was used as the crystalline inorganic material particles in Example 1, and the weight ratio of the crystalline inorganic material to the total amount of the amorphous inorganic material and the crystalline inorganic material was 60% by weight. It was. The average particle diameter of YSZ after preparation of the coating composition was 10 ⁇ m. Otherwise, a gas flow member was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of film thickness measurement, surface roughness measurement, and waviness measurement, and overall judgment.
  • Table 1 shows the surface roughness and waviness of the surface corresponding to the gas flow surface of the substrate used in Example 1 as Comparative Example 1.
  • Table 1 shows the surface roughness and waviness of the surface corresponding to the gas flow surface of the substrate used in Example 3 as Comparative Example 2. Since the surface roughness and waviness of these base materials are large, and it is considered that the output of the engine and the exhaust gas purification performance are deteriorated, the comprehensive judgment is shown as x.

Abstract

　ターボエンジンのハウジング用部品や排気系部品の表面が面粗度の高い面やうねりを有する面であったとしてもエンジンの出力の低下や排ガス浄化性能の低下を防止し得るガス流通部材を提供すること。　ガス流通面を有する金属からなる基材と、上記基材の上記ガス流通面に被覆され、非晶性無機材及び結晶性無機材を含む表面被覆層とを備えたガス流通部材であって、上記結晶性無機材は、カルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ジルコニアからなる群から選択された少なくとも１種からなり、上記基材の上記ガス流通面は、その粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、かつ、そのうねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍである面であり、上記基材の上記ガス流通面の粗さ及びうねりが上記表面被覆層によって埋められており、上記表面被覆層の平均厚さは５０μｍを超えており、上記基材の上記ガス流通面が上記表面被覆層で被覆されてなる被覆ガス流通面は、粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが５μｍ以下である平滑面であり、かつ、うねり曲線における最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面であることを特徴とするガス流通部材。

Description

ガス流通部材
　本発明は、ガス流通部材に関する。
　自動車の燃費向上のためエンジンのダウンサイジングが進められているが、ダウンサイジングに伴うエンジンのパワー不足を補うための方法としてターボチャージャー（過給器）を搭載したターボエンジンが採用されることがある。
　ターボエンジンのハウジング用部品には、鋳物が用いられることが知られている（特許文献１参照）。鋳物の表面（以下、本明細書では鋳肌面ともいう）は、一般的には面粗度が高い表面である。
　また、ターボエンジンに限らず、自動車のエンジンから排出された排ガス中に含まれる有害物質を処理するため、排気管の経路には、排ガス処理体がケーシングに収納されてなる排ガス浄化装置が設けられる。
　排ガス処理体の典型的な形状は円柱形状であり、この場合排ガス処理体を収納するケーシングは円筒形状となる。また、排気管の典型的な形状も円筒形状である。
　通常、ケーシングの内径は排気管の内径よりも大きいため、ケーシングと排気管を接続するための排気系部品として、一方の端部がケーシングの内径、他方の端部が排気管の内径となるすり鉢状の金属部品が用いられる。
　上記すり鉢状の金属部品は、絞り加工によって作製されるため、その表面には絞り加工に伴う痕跡としてのうねりが生じている。
特開２００５－２０１０９３号公報 特開２００９－１３３２１３号公報 特開２００９－１３３２１４号公報 特開２００８－６９３８３号公報
　ターボエンジンのハウジング用部品としての鋳物の鋳肌面は面粗度が高く、ハウジング用部品内部を気体が流通する際に鋳肌面が気体の流通を妨げる流通抵抗となって、エンジンの出力の低下の原因となることがあった。
　この問題を解消するために鋳肌面を研磨して平滑面とする方法があるが、研磨に要する手間及びコストが問題となり、より簡便にエンジンの出力の低下を防止する手法が求められていた。
　また、排ガス浄化装置に用いられるすり鉢状の金属部品のように、その表面にうねりを有する部品が排気系に用いられた場合には、うねりを有する金属表面によりガス流れが乱れ、金属部品と排ガスの間の熱伝達係数が高くなる。
　排ガス浄化装置において排ガスの熱が金属表面から放熱されて排ガスの温度が低下すると、排ガス浄化装置に備えられた排ガス処理体の温度が低下し、排ガス処理体に担持された触媒の触媒活性が低下して排ガス浄化性能が低下することがあるという問題があった。
　そのため、金属表面のうねりに起因する排ガス浄化性能の低下を防止する手法も求められていた。
　本発明は、このような問題を共に解決するためになされたものであり、ターボエンジンのハウジング用部品や排気系部品の表面が面粗度の高い面やうねりを有する面であったとしてもエンジンの出力の低下や排ガス浄化性能の低下を防止し得るガス流通部材を提供することを目的とする。
　特許文献２、３には、その内部に排ガスが流れる排気管であって、金属からなる筒状の基材の表面に、結晶性無機材及び非晶質無機材からなる放熱層が形成された排気管が開示されており、金属基材の表面に結晶性無機材及び非晶質無機材からなる層を形成する技術が知られている。
　また、同様に、金属基材の表面に結晶性無機材及び非晶質無機材からなる無機材料表面層を形成する技術として、特許文献４には、加熱炉等に使用される構造体であって、無機材料表面層の厚さを２～５０μｍとしたものが開示されている。
　本発明者らは、ターボエンジンのハウジング用部品や排気系部品の表面のような、面粗度の高い面やうねりを有する面に対して、特許文献２～４に記載されたような技術を用いて結晶性無機材及び非晶質無機材からなる表面被覆層を形成して、粗さ及びうねりを表面被覆層によって埋めることによって平滑面かつ平坦面を得ることを試みた。
　粗さ及びうねりを埋めるためには、厚さの厚い表面被覆層を形成する必要があったが、粗さ又はうねりを有する面に対して厚さの厚い表面被覆層を形成することは難しく、特許文献２～４に開示された技術をそのまま適用しても、面粗度の高い面やうねりを有する面に対してその粗さ及びうねりを埋める表面被覆層を形成することができなかった。
　本発明者らは、上記検討事項を踏まえさらに鋭意検討した結果、本発明に想到した。
　すなわち、本発明のガス流通部材は、ガス流通面を有する金属からなる基材と、
　上記基材の上記ガス流通面に被覆され、非晶性無機材及び結晶性無機材を含む表面被覆層とを備えたガス流通部材であって、
　上記結晶性無機材は、カルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ジルコニアからなる群から選択された少なくとも１種からなり、
　上記基材の上記ガス流通面は、その粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、かつ、そのうねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍである面であり、
　上記基材の上記ガス流通面の粗さ及びうねりが上記表面被覆層によって埋められており、
　上記表面被覆層の平均厚さは５０μｍを超えており、
　上記基材の上記ガス流通面が上記表面被覆層で被覆されてなる被覆ガス流通面は、粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが５μｍ以下である平滑面であり、かつ、うねり曲線における最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面であることを特徴とする。
　本発明のガス流通部材は、部材内部をガスが流通する部材であり、ガス流通部材を構成する基材の、ガスが流通する面を基材のガス流通面と呼ぶ。
　本発明のガス流通部材では、基材のガス流通面が表面被覆層で被覆された被覆ガス流通面が形成されている。
　表面被覆層は基材のガス流通面の表面の粗さを埋めて被覆ガス流通面を平滑面とするように形成されている。そのため、面粗度の高い表面に起因して気体の流通が妨げられることが防止され、エンジンの出力の低下が防止される。また、面粗度の高い表面に起因してガス流れが乱れることも防止され、排ガス浄化性能の低下も防止される。
　本明細書において、平滑面とは粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１で規定）が５μｍ以下の表面を意味する。
　さらに、表面被覆層は基材のガス流通面のうねりを埋めて被覆ガス流通面を平坦面とするように形成されている。そのため、基材のガス流通面のうねりに起因して気体の流通が妨げられることが防止され、エンジンの出力の低下が防止される。また、基材のガス流通面のうねりに起因してガス流れが乱れることも防止され、排ガス浄化性能の低下も防止される。
　本明細書において、平坦面とはうねり曲線における最大高さうねりＷｚ（ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１で規定）が１０μｍ以下の表面を意味する。
　基材の上記ガス流通面は、その粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、かつ、そのうねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍである面である。
　基材のガス流通面の粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであると、このような粗さを有するガス流通面は、面粗度の高い面であり、気体の流通が妨げられやすいので、粗さを表面被覆層で被覆して埋めることにより気体の流通がスムーズになり、エンジンの出力の低下が防止されるという効果が良く発揮される。また、面粗度の高い表面に起因してガス流れが乱れることも防止され、排ガス浄化性能の低下もより防止される。
　基材のガス流通面のうねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍであると、このようなうねりを有するガス流通面は、うねりにより金属表面が気体の流通を妨げる流通抵抗となる面であるといえる。このような表面のうねりを表面被覆層で被覆して埋めることにより気体の流通がスムーズになり、エンジンの出力の低下が防止されるという効果が良く発揮される。また、基材のガス流通面のうねりに起因してガス流れが乱れることも防止され、排ガス浄化性能の低下もより防止される。
　表面被覆層の平均厚さは５０μｍを超えている。表面被覆層の厚さが薄いと被覆ガス流通面を平滑面かつ平坦面として得ることが難しいが、平均厚さが５０μｍを超えるように表面被覆層を設けることで被覆ガス流通面が平滑面かつ平坦面として得られる。
　表面被覆層は非晶性無機材及び結晶性無機材を含んでおり、結晶性無機材としてカルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ジルコニアからなる群から選択された少なくとも１種を含む。
　このような種類の結晶性無機材は、基材に含まれる元素と反応して複合酸化物を形成することがなく、表面被覆層の内部に層形成を妨げる水準のボイドを発生させにくいため、平均厚さが５０μｍを超えるような表面被覆層を得ることに適している。
　なお、表面被覆層内に複合酸化物が形成されるとその過程で表面被覆層内に層形成を妨げる水準のボイドが形成されることがあり、平均厚さが５０μｍを超えるような厚い表面被覆層を形成することが難しくなる。
　本発明のガス流通部材においては、上記基材の上記ガス流通面が鋳肌面であることが望ましい。
　本発明のガス流通部材では、鋳肌面の表面の粗さを表面被覆層で埋めて、エンジンの出力の低下及び排ガス浄化性能の低下を効果的に防止することができる。
　本発明のガス流通部材においては、上記基材の上記ガス流通面が絞り加工面であることが望ましい。
　本発明のガス流通部材では、絞り加工面の表面のうねりを表面被覆層で埋めて、エンジンの出力の低下及び排ガス浄化性能の低下を効果的に防止することができる。
　本発明のガス流通部材において、上記結晶性無機材は、α－アルミナ、及び、イットリア安定化ジルコニアのうち少なくとも１種を含むことが望ましい。
　結晶性無機材として、上記化合物を含んでいると、耐熱性を向上させることができ、かつ、表面被覆層を機械的に強化する役割を果たすと同時に、上記ガス流通部材の絶縁性の向上にも寄与する。
　本発明のガス流通部材において、上記非晶性無機材は、軟化点が３００～１０００℃の低融点ガラスからなることが望ましい。
　本発明のガス流通部材で、上記非晶性無機材が、軟化点が３００～１０００℃の低融点ガラスから構成されていると、塗布等の手段を用いて基材のガス流通面に塗布層を形成した後、加熱することにより、比較的容易に表面被覆層を形成することができる。
　上記低融点ガラスの軟化点が３００℃未満であると、軟化点の温度が低すぎるため、加熱処理の際に、表面被覆層となる層が溶融等により流れ易く、適切な厚さの層を形成することが難しくなり、一方、低融点ガラスの軟化点が１０００℃を超えると、逆に、加熱処理の温度を極めて高く設定する必要があるため、加熱により基材の機械的特性が劣化するおそれが生じる。また、基材の温度による熱膨張変化に非晶性無機材を含む表面被覆層が追従できず、表面被覆層にクラックを生じさせて欠落が発生するおそれがある。
　本発明のガス流通部材では、上記低融点ガラスは、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、及び、ソーダバリウムガラスのうち少なくとも１種を含むガラスであることが望ましい。
　本発明のガス流通部材で、上記非晶性無機材として、上記材料からなる低融点ガラスを用いると、熱伝導率が低く、かつ、耐熱性、耐久性、絶縁性を有する表面被覆層を基材のガス流通面に形成することができる。
　本発明のガス流通部材は、ターボハウジング用の排気系部品であることが望ましい。
　ターボハウジング用の排気系部品が本発明のガス流通部材からなると、被覆ガス流通面が平滑面であるためエンジンの出力の低下が防止されて、ターボエンジンを搭載した目的が好適に達成される。
　本発明のガス流通部材は、排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品であることが望ましい。
　排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品が本発明のガス流通部材からなると、被覆ガス流通面が平坦面であるためガス流れが乱れることが防止され、排ガスの温度が低下しにくくなるので、排ガス浄化性能の低下が防止される。
図１（ａ）は、タービンハウジングの一例を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、ガス流通面に表面被覆層を形成したタービンハウジングの一例を模式的に示す上面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ－Ａ線断面図である。 図２（ａ）は、エキゾーストマニホールドの一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のエキゾーストマニホールドをＢ－Ｂ線で切断した断面図である。図２（ｃ）は、ガス流通面に表面被覆層を形成したエキゾーストマニホールドの一例を模式的に示す断面図である。 図３は、排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。 図４（ａ）は、排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる基材の一例を模式的に示す一部切断斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）にＣで示す領域の拡大図である。図４（ｃ）はガス流通面に表面被覆層を形成したガス流通部材の一例を模式的に示す一部切断斜視図であり、図４（ｄ）は図４（ｃ）にＤで示す領域の拡大図である。
　以下、本発明について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
　以下、本発明のガス流通部材について説明する。
　本発明のガス流通部材は、ガス流通面を有する金属からなる基材と、
　上記基材の上記ガス流通面に被覆され、非晶性無機材及び結晶性無機材を含む表面被覆層とを備えたガス流通部材であって、
　上記結晶性無機材は、カルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ジルコニアからなる群から選択された少なくとも１種からなり、
　上記基材の上記ガス流通面は、その粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、かつ、そのうねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍである面であり、
　上記基材の上記ガス流通面の粗さ及びうねりが上記表面被覆層によって埋められており、
　上記表面被覆層の平均厚さは５０μｍを超えており、
　上記基材の上記ガス流通面が上記表面被覆層で被覆されてなる被覆ガス流通面は、粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが５μｍ以下である平滑面であり、かつ、うねり曲線における最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面であることを特徴とする。
　本発明のガス流通部材は、ターボエンジンのハウジング用部品や排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品として用いることができる。
　最初に、ターボエンジンのハウジング用部品の例として、タービンハウジングとして用いられる本発明のガス流通部材について説明する。
　図１（ａ）は、タービンハウジングの一例を模式的に示す上面図であり、図１（ｂ）は、ガス流通面に表面被覆層を形成したタービンハウジングの一例を模式的に示す上面図である。図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＡ－Ａ線断面図である。
　図１（ａ）にはタービンハウジング２０を示しており、タービンハウジング２０はガス流通面を有する金属からなる基材（基材２０）である。
　基材２０の材質としては、耐熱性の高い鋳物が好適に用いられ、オーステナイト系耐熱鋳鋼、オーステナイト系耐熱鋳鉄、フェライト系耐熱鋳鋼、フェライト系耐熱鋳鉄等が挙げられる。ターボエンジンにおいては、タービンハウジング２０内にタービンインペラが収容され、エンジンから排出された排ガスがタービンハウジング２０内に流通する。図１（ａ）に示すタービンハウジング２０において、排ガスは点線で描いた２つの円の間の領域に流通するので、その領域を構成する基材の表面がガス流通面２１である。
　上述したように、基材の材質として鋳物を用いた場合、ガス流通面は鋳肌面となる。鋳肌面は一般的には面粗度が高い表面であり、例えば、その表面の十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、１０～３０μｍが望ましく、１２～１９μｍがより望ましい。
　鋳肌面のうねりは、うねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍであり、１５～５０μｍが望ましく、１９～３８μｍがより望ましい。
　鋳肌面の十点平均粗さＲｚＪＩＳ及び最大高さうねりＷｚは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１で規定され、測定装置として株式会社キーエンス製ワンショット３Ｄ測定マクロスコープＶＲ－３０００を用いて、２５℃の環境下において、カットオフ値λｓ＝設定なし、λｃ＝０．８ｍｍ、計測距離＝４ｍｍで測定することができる。
　基材の厚さの望ましい下限は０．２ｍｍ、より望ましい下限は０．４ｍｍであり、望ましい上限は１０ｍｍ、より望ましい上限は４ｍｍである。
　基材の厚さが０．２ｍｍ未満であると、ガス流通部材の強度が不足する。また、基材の厚さが１０ｍｍを超えると、ガス流通部材の重量が大きくなり、例えば、自動車等の車輌に搭載することが難しくなり、実用に適しにくくなる。
　基材２０のガス流通面２１は、図１（ｂ）及び図１（ｃ）に示すように表面被覆層３０によって被覆され、ガス流通面２１の粗さが表面被覆層３０によって埋められる。
　このように基材２０のガス流通面２１が表面被覆層３０によって被覆され、本発明のガス流通部材１０となる。
　そして、基材のガス流通面２１が表面被覆層３０で被覆されてなる被覆ガス流通面４０は、十点平均粗さＲｚＪＩＳが５μｍ以下である平滑面となっている。被覆ガス流通面４０の十点平均粗さＲｚＪＩＳは４～５μｍであることが望ましい。
　また、被覆ガス流通面４０は、最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面となっている。被覆ガス流通面４０の最大高さうねりＷｚは７～１０μｍであることが望ましい。
　なお、被覆ガス流通面の粗さ測定及びうねり測定は鋳肌面の粗さ測定及びうねり測定と同様の装置及び条件により行うことができる。
　表面被覆層は、非晶性無機材を含む層であり、非晶性無機材としては、軟化点が３００～１０００℃である低融点ガラスであることが好ましい。
　上記低融点ガラスの種類は特に限定されるものではないが、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、及び、ソーダバリウムガラスのうち少なくとも１種を含むガラスであることが好ましい。
　これらのガラスは、上述のように、単独で用いてもよいし、２種類以上のガラスが混合されていてもよい。
　また、表面被覆層のなかには気孔を含んでいてもよい。
　上記のような低融点ガラスの軟化点が３００～１０００℃の範囲にあると、低融点ガラスを融解させて基材（金属材料）の表面に塗布（コート）した後、加熱、焼成処理を施すことにより、金属からなる基材のガス流通面上に表面被覆層を容易に形成することができる。しかも、基材との密着性に優れた表面被覆層を形成することができる。
　上記低融点ガラスの軟化点が３００℃未満であると、軟化点の温度が低すぎるため、加熱処理の際に、表面被覆層となる層が溶融等により流れ易く、均一な厚さの層を形成することが難しくなり、一方、上記低融点ガラスの軟化点が１０００℃を超えると、逆に、加熱処理の温度を極めて高く設定する必要があるため、加熱により基材の機械的特性が劣化するおそれが生じる。
　なお、軟化点は、ＪＩＳ　Ｒ　３１０３－１：２００１に規定される方法に基づき、例えば、有限会社オプト企業製の硝子自動軟化点・歪点測定装置（ＳＳＰＭ－３１）を用いて測定することができる。
　表面被覆層には、さらに結晶性無機材が含まれており、結晶性無機材はカルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ジルコニアからなる群から選択された少なくとも１種からなる。
　ジルコニアを含む結晶性無機材の具体例としては、例えば、イットリア安定化ジルコニア、ＣａＯ安定化ジルコニア、ＭｇＯ安定化ジルコニア、ジルコン、ＣｅＯ安定化ジルコニア等が挙げられる。
　これらの結晶性無機材の中では、耐熱性及び耐腐食性に優れる、α－アルミナ、イットリア安定化ジルコニアが好ましい。
　結晶性無機材の粒子の平均粒子径は０．１～５０μｍであることが望ましく、５～５０μｍであることがより望ましい。
　また、表面被覆層に含まれる非晶性無機材と結晶性無機材の合計量に対する結晶性無機材の重量割合は、１０～７０重量％であることが望ましく、１５～６５重量％であることがより望ましい。
　表面被覆層の平均厚さは５０μｍを超えて厚く形成されている。そのため、基材のガス流通面の粗さ及びうねりを埋めて平滑面かつ平坦面となる被覆ガス流通面が得られる。
　表面被覆層の平均厚さは１００μｍ以上であることが望ましく、２００μｍ以上であることがより望ましい。また、表面被覆層の平均厚さの望ましい上限値は１０００μｍであり、より望ましい上限値は７５０μｍである。
　表面被覆層の平均厚さは、膜厚計により測定することができる。膜厚計として株式会社フィッシャー・インストルメンツ製、デュアルスコープＭＰ４０を用いて測定する場合、膜厚補正を任意の３０点を用いて行ったのち、膜厚測定を１０点に対して行い、その測定値の平均をとって表面被覆層の平均厚さとすることができる。
　膜厚測定を１０点に対して行う場合、測定領域内で測定部位の偏りがないように任意の１０点を取ることが望ましい。例えば、測定を１ｍｍ等間隔おきに行う等の方法が挙げられる。
　本発明のガス流通部材は、ガス流通面を有する金属からなる基材のガス流通面に、表面被覆層を形成するための塗料組成物を塗布して表面被覆層を形成することによって製造することができる。
　表面被覆層を形成するための塗料組成物の材料としては、上述した非晶性無機材の粉末及び結晶性無機材の粉末が挙げられる。そのほかに分散媒、有機結合材等が配合されていてもよい。
　上記分散媒としては、例えば、水や、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶媒等が挙げられる。塗料組成物に含まれる非晶性無機材の粉末と分散媒との配合比は、特に限定されるものでないが、例えば、非晶性無機材の粉末１００重量部に対して、分散媒が５０～１５０重量部であることが望ましい。基材に塗布するのに適した粘度となるからである。
　上記有機結合材としては、例えば、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、分散媒と有機結合材とを併用してもよい。
　以下、上記した塗料組成物の調製とそれを用いたガス流通部材の製造方法について説明する。
　（１）金属からなる基材を準備する工程
　ガス流通面を有する金属からなる基材（以下、基材ともいう）を出発材料とし、まず、基材のガス流通面の不純物を除去するために洗浄処理を行う。
　上記洗浄処理としては特に限定されず、従来公知の洗浄処理を用いることができ、具体的には、例えば、アルコール溶媒中で超音波洗浄を行う方法等を用いることができる。
　（２）表面被覆層を形成する工程
　結晶性無機材、非晶性無機材等を混合し、塗料組成物を調製する。
　具体的には、例えば、結晶性無機材の粉末と、非晶性無機材の粉末とをそれぞれ所定の粒度、形状等になるように調製し、各粉末を所定の配合比率で乾式混合して混合粉末を調製し、さらに水を加えて、ボールミルで湿式混合することにより塗料組成物を調製する。
　ここで、混合粉末と水との配合比は、特に限定されるものでないが、混合粉末１００重量部に対して、水１００重量部程度が望ましい。基材に塗布するのに適した粘度となるからである。また、必要に応じて、塗料組成物には、上記したように、有機溶剤等の分散媒及び有機結合材等を配合してもよい。
　（３）次に、基材のガス流通面に塗料組成物を塗布する。
　上記塗料組成物を塗布する方法としては、例えば、スプレーコート、静電塗装、インクジェット、スタンプやローラ等を用いた転写、ハケ塗り、又は、電着塗装等の方法を用いることができる。
　（４）続いて、塗料組成物を塗布した基材に焼成処理を施す。
　具体的には、上記塗料組成物を塗布した基材を乾燥後、加熱焼成することにより表面被覆層を形成する。
　上記焼成温度は、非晶性無機材の軟化点以上とすることが望ましく、配合した非晶性無機材の種類にもよるが７００℃～１１００℃が望ましい。焼成温度を非晶性無機材の軟化点以上の温度とすることにより基材と非晶性無機材とを強固に密着させることができ、基材と強固に密着した表面被覆層を形成することができるからである。
　上記手順により、本発明のガス流通部材の一例である、タービンハウジングとして用いられる、図１に示した本発明のガス流通部材１０を製造することができる。
　次に、ターボエンジンのハウジング用部品の別の例として、エキゾーストマニホールドとして用いられる本発明のガス流通部材について説明する。
　図２（ａ）は、エキゾーストマニホールドの一例を模式的に示す斜視図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のエキゾーストマニホールドをＢ－Ｂ線で切断した断面図である。
　図２（ｃ）は、ガス流通面に表面被覆層を形成したエキゾーストマニホールドの一例を模式的に示す断面図である。
　図２（ａ）及び図２（ｂ）にはエキゾーストマニホールド１２０を示しており、エキゾーストマニホールド１２０は金属管からなる基材（基材１２０）である。
　ターボエンジンにおいては、エンジンの各燃焼室から排出された排ガスがエキゾーストマニホールド１２０内に流通する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すエキゾーストマニホールド１２０において、排ガスは金属管内を流通するので、金属管の内周面がガス流通面１２１である。
　エキゾーストマニホールドの材質としては、上述したタービンハウジングと同様の耐熱性の高い鋳物であることが望ましく、その場合、ガス流通面は鋳肌面となる。
　金属からなる基材としてのエキゾーストマニホールドの望ましい形態は、金属からなる基材がタービンハウジングである場合に説明した各形態と同様であり、基材のガス流通面の面粗度及びうねりの望ましい形態も同様である。
　基材１２０のガス流通面１２１は、図２（ｃ）に示すように表面被覆層１３０によって被覆され、ガス流通面１２１の粗さが表面被覆層１３０によって埋められる。
　このように基材１２０のガス流通面１２１が表面被覆層１３０によって被覆され、本発明のガス流通部材１１０となる。
　そして、基材１２０のガス流通面１２１が表面被覆層１３０で被覆されてなる被覆ガス流通面１４０は、十点平均粗さＲｚＪＩＳが５μｍ以下である平滑面となっている。また、被覆ガス流通面１４０は、最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面となっている。
　表面被覆層１３０の望ましい形態は、金属からなる基材がタービンハウジングである場合に説明した各形態と同様である。
　また、表面被覆層１３０の平均厚さは５０μｍを超えており、表面被覆層の厚さの望ましい範囲も、金属からなる基材がタービンハウジングである場合に説明した範囲と同様である。
　本発明のガス流通部材がエキゾーストマニホールドである場合の、ガス流通部材の製造方法は、ガス流通部材がタービンハウジングである場合と同様である。
　塗料組成物を塗布する方法として、金属管の内周面に塗料組成物を塗布するのに適した方法を用いることが望ましい。
　続いて、本発明のガス流通部材を排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品として用いる例について説明する。
　図３は、排ガス浄化装置の一例を模式的に示す断面図である。
　図３に示す排ガス浄化装置４００では、排ガス処理体４２０が筒状のケーシング４３０に収容されている。排ガス処理体４２０の周囲には無機繊維製のマットである保持シール材４１０が巻きつけられている。
　図３では排ガスの流れる向きを矢印Ｇで示しており、排ガス処理体４２０の排ガス流入側端面４２０ａ及び排ガス流出側端面４２０ｂがともに開口した貫通孔４２５に排ガスが流入し、貫通孔４２５を隔てる隔壁４２６に担持させた触媒の作用により排ガスが浄化される。
　排ガス浄化装置４００に排ガスが流入する部位であるガス流入部にはガス流通部材２１０が設けられ、排ガスが流出する部位であるガス流出部にもガス流通部材３１０が設けられている。
　ガス流通部材２１０はケーシング４３０のガス流入側端部４３１に溶接等の接合手段により配設されている。ガス流通部材２１０は、その径がケーシング４３０のガス流入側端部４３１から離れるにしたがって次第に小さくなる形状の筒状部材である。
　ガス流通部材３１０はケーシング４３０のガス流出側端部４３２に溶接等の接合手段により配設されている。ガス流通部材３１０の形状もガス流通部材２１０と同様に、その径がケーシング４３０のガス流出側端部４３２から離れるにしたがって次第に小さくなる形状の筒状部材である。
　本発明のガス流通部材は、図３に示す排ガス浄化装置において、ガス流通部材２１０及び／又はガス流通部材３１０となる排気系部品として用いることができる。
　図４（ａ）は、排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる基材の一例を模式的に示す一部切断斜視図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）にＣで示す領域の拡大図である。
　図４（ｃ）はガス流通面に表面被覆層を形成したガス流通部材の一例を模式的に示す一部切断斜視図であり、図４（ｄ）は図４（ｃ）にＤで示す領域の拡大図である。
　以下、排ガス浄化装置のガス流入部となるガス流通部材２１０について説明するが、排ガス浄化装置のガス流出部となるガス流通部材３１０についても同様の構成とすることができる。
　図４（ａ）には排ガス浄化装置のガス流入部となる基材２２０を示しており、基材２２０はガス流通面２２１を有する。
　基材２２０の材質としては、ステンレス、鋼、鉄、銅等の金属、又は、インコネル、ハステロイ、インバー等のニッケル合金等が挙げられる。
　基材２２０はその形状から、絞り加工によって作製されることが望ましい。基材２２０が絞り加工によって作製された場合、その表面は絞り加工面であり、絞り加工面には絞り加工に伴う痕跡としてのうねりが生じている。
　図４（ａ）及び図４（ｂ）にはガス流通面２２１にうねりが生じている様子を示している。
　絞り加工面のうねり曲線における最大高さうねりＷｚは、例えば１５～１００μｍであり、１５～５０μｍが望ましく、１９～３８μｍがより望ましい。
　絞り加工面の面粗度は、その表面の十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、１０～３０μｍが望ましく、１２～１９μｍがより望ましい。
　絞り加工面の十点平均粗さＲｚＪＩＳ及び最大高さうねりＷｚは、ＪＩＳ　Ｂ０６０１：２００１で規定され、測定装置として株式会社キーエンス製ワンショット３Ｄ測定マクロスコープＶＲ－３０００を用いて、２５℃の環境下において、カットオフ値λｓ＝設定なし、λｃ＝０．８ｍｍ、計測距離＝４ｍｍで測定することができる。
　基材２２０の厚さの望ましい範囲は、上述したタービンハウジングとして用いられる基材の場合と同様である。
　基材２２０のガス流通面２２１は、図４（ｃ）及び図４（ｄ）に示すように表面被覆層２３０によって被覆される。そして、ガス流通面２２１のうねりが表面被覆層２３０によって埋められる。
　このように基材２２０のガス流通面２２１が表面被覆層２３０によって被覆され、本発明のガス流通部材２１０となる。
　そして、基材２２０のガス流通面２２１が表面被覆層２３０で被覆されてなる被覆ガス流通面２４０は、最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面となっている。また、被覆ガス流通面２４０は、十点平均粗さが５μｍ以下である平滑面となっている。
　なお、被覆ガス流通面の粗さ測定及びうねり測定は絞り加工面の粗さ測定及びうねり測定と同様の装置及び条件により行うことができる。
　表面被覆層２３０は、非晶性無機材及び結晶性無機材を含む層である。非晶性無機材及び結晶性無機材の好ましい形態は、上述したタービンハウジングとして用いられるガス流通部材において例示した表面被覆層における非晶性無機材及び結晶性無機材と同様であるのでその詳細な説明は省略する。
　また、表面被覆層２３０の平均厚さは５０μｍを超えて厚く形成されており、表面被覆層の平均厚さは、上述した膜厚計及び測定方法により測定することができる。
　本発明のガス流通部材が排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品である場合の、ガス流通部材の製造方法は、ガス流通部材がタービンハウジングである場合と同様である。
　塗料組成物を塗布する方法として、金属管の内周面に塗料組成物を塗布するのに適した方法を用いることが望ましい。
　排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品としてのガス流通部材を用いて排ガス浄化装置を製造する場合、表面被覆層を形成したガス流通部材を準備し、これにケーシングの端部を溶接等により接合する方法を用いることが望ましい。
　以下に、本発明のガス流通部材の作用効果について列挙する。
　（１）本発明のガス流通部材では、基材のガス流通面が表面被覆層で被覆された被覆ガス流通面が形成されている。
　表面被覆層は基材のガス流通面の表面の粗さを埋めて被覆ガス流通面を平滑面とするように形成されている。そのため、面粗度の高い表面に起因して気体の流通が妨げられることが防止され、エンジンの出力の低下が防止される。
　また、面粗度の高い表面に起因してガス流れが乱れることも防止され、排ガス浄化性能の低下も防止される。
　（２）本発明のガス流通部材では、表面被覆層は基材のガス流通面のうねりを埋めて被覆ガス流通面を平坦面とするように形成されている。そのため、基材のガス流通面のうねりに起因して気体の流通が妨げられることが防止され、エンジンの出力の低下が防止される。また、基材のガス流通面のうねりに起因してガス流れが乱れることも防止され、排ガス浄化性能の低下も防止される。
　（３）本発明のガス流通部材が、ターボハウジング用の排気系部品であると、被覆ガス流通面が平滑面であるためエンジンの出力の低下が防止されて、ターボエンジンを搭載した目的が好適に達成される。
　（４）本発明のガス流通部材が、排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品であると、被覆ガス流通面が平坦面であるためガス流れが乱れることが防止され、排ガスの温度が低下しにくくなるので、排ガス浄化性能の低下が防止される。
　以下、本発明のガス流通部材をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明は、これらの実施例のみに限定されるものではない。
（実施例１）
　（１）基材の準備
　金属からなる基材として、ガス流通面に相当する面が鋳肌面である鋳物（オーステナイト系耐熱鋳鋼）を準備した。
　この鋳肌面の十点平均粗さＲｚＪＩＳ及び最大高さうねりＷｚを、測定装置として株式会社キーエンス製ワンショット３Ｄ測定マクロスコープＶＲ－３０００を用いて、カットオフ値λｓ＝設定なし、λｃ＝０．８ｍｍで測定したところ、ＲｚＪＩＳ＝１９μｍ、Ｗｚ＝１９μｍであった。
　（２）塗料組成物の調製
　非晶性無機材の粉末として、旭硝子株式会社製Ｋ４００６Ａ－１００Ｍ（Ｂｉ２Ｏ３－Ｂ２Ｏ３系ガラス、軟化点７７０℃）を準備した。
　また、結晶性無機材の粒子として、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を配合した。
　非晶性無機材と結晶性無機材の合計量に対する結晶性無機材の重量割合は、３５重量％であった。
　さらに、有機結合材として、信越化学工業株式会社製のメチルセルロース（製品名：ＭＥＴＯＬＯＳＥ－６５ＳＨ）を準備し、塗料組成物全体に対する濃度が０．０５重量％となるように配合した。
　塗料組成物の調製にあたっては、さらに水を塗料組成物全体に対する濃度が６０重量％となるように配合し、ボールミルで湿式混合することにより塗料組成物を調製した。
　調製後のＹＳＺの平均粒子径は２５μｍであった。
　（３）ガス流通部材の製造
　基材の鋳肌面に、調製した塗料組成物を用いてスプレーコート法により塗布を行い、乾燥機内において７０℃で２０分乾燥した後、空気中、８５０℃で９０分間、加熱焼成処理することにより、表面被覆層を形成した。
　（４）得られたガス流通部材の評価
　（ｉ）膜厚測定
　表面被覆層の平均厚さは、５００μｍであった。
　表面被覆層の平均厚さの測定は、膜厚計として株式会社フィッシャー・インストルメンツ製、デュアルスコープＭＰ４０を用いて、膜厚補正を任意の３０点を用いて行ったのち、膜厚測定を１０点に対して行い、その測定値の平均をとることによって行った。
　（ｉｉ）面粗度測定及びうねり測定
表面被覆層の表面（被覆ガス流通面）の面粗度及びうねりとして、十点平均粗さＲｚＪＩＳ及び最大高さうねりＷｚを、測定装置として株式会社キーエンス製ワンショット３Ｄ測定マクロスコープＶＲ－３０００を用いて、カットオフ値λｓ＝設定なし、λｃ＝０．８ｍｍで測定したところ、ＲｚＪＩＳ＝４μｍ、Ｗｚ＝７μｍであった。
　表１には、これらの結果をまとめて示した。実施例１で製造したガス流通部材では面粗度及びうねりが低くなっているため、エンジンの出力の低下や排ガス浄化性能の低下を防止し得るものと考えられるので、総合判定を○として示した。
（実施例２)
　実施例１において、結晶性無機材の粒子として、ＹＳＺに代えてα－アルミナを用い、非晶性無機材と結晶性無機材の合計量に対する結晶性無機材の重量割合を、１５重量％とした。
　塗料組成物調製後のα－アルミナの平均粒子径は１０μｍであった。
　そのほかは実施例１と同様にしてガス流通部材を製造した。
　表１に、膜厚測定、面粗度測定及びうねり測定の結果並びに総合判定を示した。
（実施例３)
　金属からなる基材として、ガス流通面に相当する面が絞り加工面である基材（ステンレス製）を準備した。
　この絞り加工面の十点平均粗さＲｚＪＩＳ及び最大高さうねりＷｚを、測定装置として株式会社キーエンス製ワンショット３Ｄ測定マクロスコープＶＲ－３０００を用いて、カットオフ値λｓ＝設定なし、λｃ＝０．８ｍｍで測定したところ、ＲｚＪＩＳ＝１２μｍ、Ｗｚ＝３８μｍであった。
　塗料組成物の調製は、実施例１において、結晶性無機材の粒子として、ＹＳＺを用い、非晶性無機材と結晶性無機材の合計量に対する結晶性無機材の重量割合を、６０重量％とした。
　塗料組成物調製後のＹＳＺの平均粒子径は１０μｍであった。
　そのほかは実施例１と同様にしてガス流通部材を製造した。
　表１に、膜厚測定、面粗度測定及びうねり測定の結果並びに総合判定を示した。
（比較例１、２)
　比較例１として実施例１で用いた基材のガス流通面に相当する面の面粗度及びうねりを表１に示した。
　比較例２として実施例３で用いた基材のガス流通面に相当する面の面粗度及びうねりを表１に示した。
　これらの基材の面粗度及びうねりは大きく、エンジンの出力の低下や排ガス浄化性能の低下が生じるものと考えられるので、総合判定を×として示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　１０、１１０、２１０　ガス流通部材
　２０、１２０、２２０　基材
　２１、１２１、２２１　ガス流通面
　３０、１３０、２３０　表面被覆層
　４０、１４０、２４０　被覆ガス流通面

Claims (8)

  1. 　ガス流通面を有する金属からなる基材と、
    　前記基材の前記ガス流通面に被覆され、非晶性無機材及び結晶性無機材を含む表面被覆層とを備えたガス流通部材であって、
    　前記結晶性無機材は、カルシア、マグネシア、セリア、アルミナ、及び、ジルコニアからなる群から選択された少なくとも１種からなり、
    　前記基材の前記ガス流通面は、その粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが１０～５０μｍであり、かつ、そのうねり曲線における最大高さうねりＷｚが１５～１００μｍである面であり、
    　前記基材の前記ガス流通面の粗さ及びうねりが前記表面被覆層によって埋められており、
    　前記表面被覆層の平均厚さは５０μｍを超えており、
    　前記基材の前記ガス流通面が前記表面被覆層で被覆されてなる被覆ガス流通面は、粗さ曲線における十点平均粗さＲｚＪＩＳが５μｍ以下である平滑面であり、かつ、うねり曲線における最大高さうねりＷｚが１０μｍ以下である平坦面であることを特徴とするガス流通部材。
  2. 　前記基材の前記ガス流通面が鋳肌面である請求項１に記載のガス流通部材。
  3. 　前記基材の前記ガス流通面が絞り加工面である請求項１に記載のガス流通部材。
  4. 　前記結晶性無機材は、α－アルミナ、及び、イットリア安定化ジルコニアのうち少なくとも１種を含む請求項１～３のいずれかに記載のガス流通部材。
  5. 　前記非晶性無機材は、軟化点が３００～１０００℃の低融点ガラスからなる請求項１～４のいずれかに記載のガス流通部材。
  6. 　前記低融点ガラスは、バリウムガラス、ボロンガラス、ストロンチウムガラス、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ亜鉛ガラス、及び、ソーダバリウムガラスのうち少なくとも１種を含むガラスである請求項５に記載のガス流通部材。
  7. 　ターボハウジング用の排気系部品である請求項１～６のいずれかに記載のガス流通部材。
  8. 　排ガス浄化装置のガス流入部又はガス流出部となる排気系部品である請求項１～６のいずれかに記載のガス流通部材。
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