用于双轮车或柴油发动机的催化剂基体 本发明涉及一种由堆叠的或卷绕的板层制成的蜂窝体,它特别是作为催化剂基体应用于废气净化设备中。这种蜂窝体通常由光滑和波纹板的交替层或由形成不同纹理构造的板的交替层通过卷绕或堆叠制成。例如在WO 94/13939中叙述了这种蜂窝体。
因为在内燃机的排气装置中通常笼罩着高温和腐蚀性的环境,迄今作为这种蜂窝体的材料主要采用耐高温腐蚀的合金,也就是高铬和铝含量的钢合金。
尽管众所周知,铝含量越来越高的不锈钢加工越来越困难,因此在轧制过程中材料必须反复加热(再退火),但在金属蜂窝体中铝含量呈现出越来越高的发展趋势。这例如由US 4,602,001就可以看出,其中试图通过这样的方法来补偿高铝含量钢的难加工性,即铝在以后通过附加的铝层和扩散才添加进去。
还可由DE 44 10 744得知向高铝合金发展的趋势,即使在那里电气性能是主要的。
同时也可以看到板层越来越薄地发展趋势,因为催化剂基体小的质量对冷起动性能起有利影响,并且薄的壁造成的压力损失较小。但是板层越薄,存在的决定板层长期耐腐蚀性的铝与表面积之比越不利。这可以解释为什么在板越来越薄的情况下铝含量却越来越高,虽然由此而产生的轧制过程要困难得多。
例如由DE 44 18 630也可以看出蜂窝体中板越来越薄的趋势。
但是在这段时间内发现,对于金属蜂窝体存在特殊的应用场合,在这种场合中以上考虑不成立。这特别是对于两轮车辆排气装置的应用场合,在这种场合中出现如此大的机械载荷,使得必须采用较厚的板。此外还有对于金属蜂窝体在柴油发动机的废气净化装置中的应用,在柴油机中比在汽油机的排气系统中温度低得多。因此对于这两种应用场合对于蜂窝体的其他应用场合的普遍考虑不一定切合实际。
本发明的目的是,提供正好适合于这些应用场合的,可以特别价格低廉地制造的蜂窝体。
这个目的对于两轮车辆的废气净化装置通过按权利要求1或2的蜂窝体,对于柴油机汽车的废气净化装置通过按权利要求5的蜂窝体来实现。优良的结构在各个从属权利要求中给定。
在制造高铝含量金属板方面的最新发展基于多级的方法,其中首先较小铝含量的钢板轧制到一定厚度,接着在方法的第二阶段提高铝含量并达到最终的厚度。铝含量的提高可以通过压入铝箔或通过热镀铝(Feueraluminieren)或通过浸铝(Aluminiumtauch)法达到。在这些制造过程中开发了轧制法,它可以比较经济地轧制铝含量不超过4.5%的钢材,特别是不需要经常的中间加热(退火)。
现在本发明利用这样的知识,这些材料尽管铝含量低于4.5%,甚至低于4%,如果它以板厚大于0.06mm,尤其是0.08mm用在蜂窝体中的话,仍然有足够好的高温耐腐蚀性。在这样厚的板层时当铝含量为3或4%时铝的总含量与表面积之比甚至比板厚例如为0.03mm和铝含量为6%的板层时更好。因为铝在高温度迅速扩散到钢内,在较小的铝含量时在中板层中也有足够的铝到达表面,以便在那里通过形成新的氧化铝来补偿在保护性氧化层中可能受到的损伤。
对于厚度超过0.06mm的板层得到一个近似公式,按照该公式铝含量(重量百分比)乘0.02mm除板层厚度应该在6至12%之间,特别是8至10%之间。用这种方式铝的总含量与表面积之比在这种板中始终比在0.02mm厚和6%铝含量的板中更合适。
在两轮车辆的废气净化装置中高的机械负荷和某些应用场合使得要求,在那里采用0.08至0.12mm厚的板。因此在这种应用场合适于采用铝含量为1至4.5%的板。通常这种钢板具有15至25%的铬含量和一定成分的稀土金属,其中对于在不锈钢中的这些或其他一些成分在所述情况下已知的条件也一样适用。
当然用厚板层不能完全任意地制造精细的构造,因此按本发明的蜂窝体通常具有200至600cpsi(每平方英寸单元数)。
本发明的一个特别经济的优点在于,用于双轮车辆的催化剂基体的材料可以由另一种生产过程附带生产出来。这允许,即使在需要的材料数量较少时,这种材料可以非常经济地提供。对于比较小批量的双轮车辆的废气净化装置不可能用类似的方法经济地进行分开地制造一定的熔液和轧制专门的薄膜。但是因为反正铝含量1至4.5%的不锈钢对于上述多级生产过程需要以后提高铝含量,因此存在这样的可能性,这种材料的一部分直接用来制造蜂窝体,尤其是因为它以一个合适的厚度在提高铝含量之前制成中间产品。
类似的考虑同样也适用于柴油机汽车的废气净化装置。在这种装置中温度比在汽油机的废气净化装置中低得多,使得由于这个原因可以允许较少的铝含量和与此相关的较低的高温耐腐蚀性。虽然这里由于机械方面的原因板不需要像在双轮车辆时这么厚,但是也不需要这么高的铝总含量与表面积之比。因此如上所述由一种生产过程附带生产出的铝含量在1至4.5%之间的薄膜可以进一步轧薄,直至一例如为0.03至0.06mm的适当厚度,然后尽管铝含量较少仍可毫无问题地用在柴油机汽车的废气净化装置中。这也由于避免了单独的制造过程而产生经济性非常好的优点。
为了表示本发明在附图中画出了一种典型的金属催化剂基体。
在一套管5中有一由光滑的2和波纹的3板层制成的蜂窝体1,其板具有0.08至0.12mm的厚度d。板层2、3成形为可由废气流过的通道4,通道的尺寸最好选择得使蜂窝体具有200至600cpsi。板层由高级合金钢组成,它含有15至25尤其是18至22%重量百分比的铬,常用份量的一定的稀土金属,如同为了提高耐腐蚀性所公知的那样,还有1至4.5%,特别是2至4%的铝。
本发明允许成本特别低廉地制造高质量的与外界条件相匹配的用于双轮车辆或柴油机汽车的废气净化装置的催化剂基体。
附图标记表1 蜂窝体 2光滑板层3 波纹板层 4通道5 套管 6板层厚度