专利名称：一种形状稳定的铁－铬－铝薄膜的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种形状稳定的铁-铬-铝薄膜的应用。
根据现有技术，铁-铬-铝合金用来制备薄膜，薄膜加工成模件，然后模件例如用作为汽车尾气催化剂的载体件或用作为电热板的加热元件。
从US-A4,414,023获知一种钢，其含有(质量％)8.0-25.0％的铬，3.0-8.0％的铝，0.002-0.06％的稀土金属，最多4.0％的硅，0.06-1.0％的锰，0.035-0.07％的钛，0.035-0.07％的锆以及还包括不可避免的杂质。
从EP-A0387670可获知一种合金，其含有(质量％)20-25％的铬，5-8％的铝，最多0.01％的磷，最多0.01％的镁，最多0.5％的锰，最多0.005％的硫，余量为铁以及还包括不可避免的杂质，最多0.03％的钇，0.004％的氮，0.02-0.04％的碳，0.035-0.07％的钛和0.035-0.07％的锆。
上述两篇公开文献都是从传统制备方法出发的，即以传统方法进行合金的浇铸，接着进行热和冷变形。因为这些方法有高的失败率，所以在近几年研究了代替的方法，在此，含有反应活性元素的铬钢用铝或用铝合金敷层。然后这种复合材料被轧制成最终厚度，接着进行扩散退火，在将退火参数调节适宜的情况下制成均匀的材料。
一种这样的方法例如从US-A-5,366,139中已可获知，该专利中描述了一种用于废气催化剂的金属薄膜和它的制备方法。铁氧体不锈钢通过轧制金属包层法两面都用铝覆层，不经过热处理而轧制成最终厚度，接着进行热处理，以达到生成高抗氧化性的均匀的材料。
US-A4,046,304提出了一种类似的方法。通过火渗铝法代替轧制金属包层法而使得制备成本更有利，这种方法的另一个优点是，覆层可由铝-硅-合金构成，在此硅常常对扩散退火是有利的并且可提高材料的比电阻，这对于某些应用，例如预催化剂是所期望的。
在国际专利申请WO99/18251中例如描述了一种这样的方法。在此铁-铬-载体带材通过铝-硅-合金的火渗铝法而制备，在表面所敷的金属薄膜层的总铝含量至少为7％，在表层内部下降到不低于3％。
虽然二个方法相对于传统的制备方法有制备成本上的优点，然而它们也显示出了不足之处，即其最终产品在扩散退火时在长度和/或宽度上收缩了直至1％，这对于制备加热元件和催化剂载体都产生不利的影响。
如DE-A19530850所描述的，在这二种应用中，薄膜都被加工成元件，并且其终端是固定的。在接着的扩散退火中过度的收缩有可能导致固定点的缺陷。
这种收缩影响结果可如下述的方法避免，在此所用的方法不同于US-A5,366,139所描述的方法，也不同于WO99/18251所提出的方法，而是将带材在冷轧至最终厚度的过程中进行中间退火，这样就先进行了部分的或完全的扩散过程，从而降低了在复合结构中的应力。在此的缺点是这个完全不令人欢迎的热处理的高成本以及在表面有生成氧化层的风险，氧化层虽然对最终产品是所期望的，但是其妨碍了冷轧并且要弄脏轧辊。
从EP-B0640390获知一种用来制备薄膜基材的方法，该方法包含下列步骤将第一种材料层包裹在两个第二种材料层之间，第一种材料由含铬的铁合金和铝和铝合金构成；第二种材料选自含铬的铁合金和铝和铝合金，但是与第一种材料是不同的。这三层通过减小复合结构的厚度而在冶金学上互相结合在一起。为了使得上述各层的不同成分的扩散成为可能，从而将制成的均匀的混晶合金用作为薄膜基材，这种材料在所期望的最终厚度下在900℃-1200℃就地退火足够时间。
所以本发明的任务是提出一种方法，用这种方法可低成本的得到如在国际专利申请WO99/18251中描述的已证明是合适的合金，这种材料在应用作为敏感元件的扩散退火过程中其长度和/或宽度不收缩。此外还得考虑发展，即对环境保护的要求提高了，从而要求用于这种元件的合金进一步发展。此外对合金的进一步要求还有减小薄膜厚度，并且只有通过将铝含量提高到大于6质量％才能确保抗氧化性能。
这个任务通过一种形状稳定的铁-铬-铝薄膜应用作为催化剂，特别是废气催化剂的载体材料而得到解决，薄膜所用的载体带材的成分含量为(质量％)16-25％的铬，2-6％的铝，0.1-3％的硅，最多0.5％的锰，0.01-0.3％的锆和/或0.01-0.1％的稀土金属和/或钇，铪、钛，最多0.01％的镁，最多0.1％的钙，余量为铁和常见的在炼制过程中带进的杂质，另外还有由铝或铝合金构成的一面或双面覆层，在此，为了在轧制过程或后面的制备步骤之后的均匀退火处理过程中长度和/或宽度收缩小于0.5％，总覆层相对于载体带材的质量的份额为0.5-5质量％。
这个任务也可以通过一种形状稳定的铁-铬-铝薄膜应用作为电阻材料或加热元件而得到解决，所用的载体带材的成分含量为(质量％)16-25％的铬，2-6％的铝，0.1-3％的硅，最多0.5％的锰，0.01-0.3％的锆和/或0.01-0.1的稀土金属和/或钇、铪、钛，最多0.01％的镁，最多0.1％的钙，余量为铁和常见的炼制过程中带进的杂质，另外还有由铝或铝合金构成的一面或双面覆层，在此，为了在轧制过程或后面的制备步骤之后的均匀退火处理过程中长度和/或宽度收缩小于0.5％，总覆层相对于载体带材的份额为0.5-5质量％。
本发明对象的其他有利实施方案可以从从属权利要求中获知。
通过将载体带材的铝含量限制为最大为6％并不影响以传统的方法制备载体带材。所以0.5-2.5mm厚的带材可或者成本上有利地通过块铸，或者有利地通过连铸，以及接着的热轧-和冷轧制备，该带材的成分含量为(质量％)16-25％的铬，2-6％的铝，0.1-3％的硅，最多0.5％的锰，0.01-0.3％的锆或0.01-0.1％的稀土金属和/或钇，铪、钛，最多0.01％的镁，最多0.1％的钙，余量基本上为铁和炼制过程中带进的杂质。
开始时所担心的制备失败率没有出现。由这种基材的铝含量提供的另一个优点是，甚至用较薄的覆层来保证护抗氧化性就足够了。这例如对火渗铝法或包覆金属法的工艺是重要的，在该工艺中，当还要求均匀一致的覆层厚度时，那么该覆层厚度受方法条件限制。然而假如基材已经含有铝，那么还可通过火渗铝法毫无困难地将最终产品中铝含量调节至7％以上。为了达到例如6％的总含量，载体带材必须还要用3％的铝覆层，因为铬-钢已经有3％的铝。在覆层以后，复合结构的材料被冷轧直至20μm的最终厚度，并且被加工成催化剂载体，电阻器或加热元件。然后或者对薄膜或者对最终产品进行均匀退火。含铝的载体材料和在其表面的覆层厚度令人惊奇的表现为，复合结构在扩散退火的过程中收缩率不到0.5％，所以是形状足够稳定的。
本发明的优点在下面的实施例中得到更清楚的解释实施例1 块铸火渗铝载体材料有下表所列的成分含量(质量％)
载体材料浇铸成块锭，热加工成扁锭，接着再加工成3.5mm厚的热带材。接着通过冷轧将带材进一步变形至0.6mm的厚度，并进行软化退火，然后通过火渗铝法包覆上一层0.03mm的覆层。包覆的带材不必进一步热处理而轧制成50μm厚的薄膜。在1100℃下在空气中均匀退火处理15分钟后，薄膜收缩了大约0.2％，这一收缩率不影响薄膜应用作为催化剂载体和加热元件。
在1100℃下存放后测试氧化性能。在400小时后，试样的质量变化了4.3％，这表明了有高的抗氧化性。
实施例2 块铸轧制金属包层载体材料有下表所列的成分含量(质量％)
载体材料浇铸成块锭，热加工成扁锭，接着再加工成3.5mm厚的热带材。接着通过冷轧将带材进一步变形至1.0mm的厚度，并进行软化退火，然后通过轧制金属包层法在带材二面包上一层0.06mm的覆层。包上了覆层的带材不必进一步热处理而轧制成50μm厚的薄膜。在1100℃下在空气中均匀退火处理15分钟后，薄膜收缩了大约0.4％，这一收缩率不影响薄膜应用作为催化剂载体和加热元件。
在1100℃下存放后测试氧化性能。在400小时后，试样的质量变化了3.8％，这表明具有高的抗氧化性。
实施例3 连铸火渗铝载体材料有下表所列的成分含量(质量％)
载体材料以连铸方式浇铸，接着加工成3.0mm厚的热带材。接着通过冷轧将带材进一步变形至0.60mm的厚度，并进行软化退火，然后通过火渗铝法包覆上一层0.04mm的覆层。
包覆了的带材不必进一步热处理而轧制成50μm厚的薄膜。在1100℃下真空中均匀退火处理15分钟后，薄膜收缩了大约0.3％，这一收缩率不影响薄膜应用作为催化剂载体和加热元件。
在1100℃下存放后测试氧化性能。在400小时后，试样的质量变化了3.6％，这表明高的抗氧化性。
实施例4 连铸轧制金属包层载体材料有下表所列的成分含量(质量％)
载体材料以连铸方式浇铸，接着加工成3.0mm厚的热带材。接着通过冷轧将带材进一步变形至1.4mm的厚度，并进行软化退火，然后通过轧制金属包层法在带材二面包上一层0.05mm的总覆层。
覆层的带材不必进一步热处理而轧制成50um厚的薄膜。在1100℃下真空中均匀退火处理15分钟后，薄膜收缩了大约0.3％，这一收缩率不影响薄膜应用作为催化剂载体和加热元件。
在1100℃下存放后测试氧化性能。在400小时后，试样的质量变化了3.9％，这表明高的抗氧化性。
权利要求
1.一种形状稳定的铁-铬-铝-薄膜的应用，作为催化剂，特别是废气催化剂的载体材料，薄膜所用的载体带材的成分含量以质量％计为16-25％的铬，2-6％的铝，0.1-3％的硅，最多0.5％的锰，0.01-0.3％的锆和/或0.01-0.1％稀土金属和/或钇，铪、钛，最多0.01％的镁，最多0.1％的钙，余量为铁和常见的炼制过程中带进的杂质，另外还含有一面或双面由铝或铝合金构成的覆层，在此，为了在轧制过程或后面的制备步骤之后的均匀退火处理过程中长度和/或宽度收缩小于0.5％，总覆层相对于载体带材的质量份额为0.5-5％。
2.一种形状稳定的铁-铬-铝-薄膜的应用作为电阻材料或加热元件，薄膜所用的载体带材的成分含量以质量％计为16-25％的铬，2-6％的铝，0.1-3％的硅，最多0.5％的锰，0.01-0.3％的锆或0.01-0.1％的稀土金属和/或钇，铪，钛，最多0.01％的镁，最多0.1％的钙，余量为铁和常见的炼制过程中所带进的杂质，另外还含有一面或双面由铝或铝合金构成的覆层，在此，为了在轧制过程或后面的制备步骤之后的均匀退火处理过程中长度和/或宽度的收缩小于0.5％，总覆层相对于载体带材的质量份额为0.5-5％。
3.根据权利要求1或2的应用，其特征在于，覆层通过火渗铝法进行。
4.根据权利要求1或2的应用，其特征在于，覆层通过轧制金属包层法进行。
5.根据权利要求1-4之一的应用，其特征在于，硅含量小于0.5％，钛小于0.02％，锆小于0.1％，钇和铪的总量小于0.3％，稀土小于0.01％，镁和钙的总量＜0.03％，以质量％计。
6.根据权利要求1-4之一的应用，其特征在于，硅含量小于0.5％，钇小于0.01％，铪小于0.01％，稀土小于0.05％，镁和钙的总量小于0.03％，以质量％计。
7.根据权利要求1-6之一的应用，其特征在于，均匀退火是在600℃-1200℃下在空气中进行的。
8.根据权利要求1-6之一的应用，其特征在于，均匀退火是在600℃-1200℃下和压力小于10-1mbar的真空中进行的。
9.根据权利要求8的应用，其特征在于，均匀退火是在压力小于10-4mbar的真空中进行的。
10.根据权利要求1-6之一的应用，其特征在于，均匀退火是在600℃-1200℃下在氢气或露点温度小于-20℃的氢气/氮气混合气体中进行的。
11.根据权利要求10的应用，其特征在于，均匀退火是在氢气或露点温度小于-40℃的的氢气/氮气混合气体中进行的。
全文摘要
本发明涉及到一种形状稳定的铁－铬－铝－薄膜应用作为用于催化剂，特别是废气催化剂的载体材料或用作为电阻材料或加热元件，薄膜所用的载体带材的成分含量为(质量％)16－25％的铬，2－4％的铝，0.1－3％的硅，最多0.5％的锰，0.01－0.3％的锆和/或0.01－0.1％的稀土金属和/或钇、铪、钛，最多0.01％的镁，最多0.1％的钙，余量为铁和炼制过程中带进的杂质，另外还含有一面或双面由铝或铝合金构成的覆层，在此为了在轧制过程或后面的制备步骤之后的均匀退火处理过程中长度和/或宽度的收缩小于0.5％，总覆层相对于载体带材的质量份额为0.5－5质量％。
文档编号B32B15/01GK1434766SQ00818982
公开日2003年8月6日 申请日期2000年10月25日 优先权日2000年1月25日
发明者R·霍达, H·哈顿多夫, A·克尔伯－泰利普斯, H·艾斯潘哈恩 申请人:蒂森克鲁普德国联合金属制造有限公司