排气管球形接头的制作方法
【专利摘要】在排气管球形接头(X)中，球形环密封件(36)被配装并固定到管端部(42)。球形环密封件(36)抵靠抵接凸缘(43)而座置。由铁—铬基不锈钢形成并包含质量百分比为17.00％至19.00％的铬的径向张开部分(47)被固定到下游侧排气管(44)，并且凹状球形表面部(45)的内表面(48)与复合表面(40)滑动接触，其中，由加固件(5)构成的表面(38)和由固体润滑剂构成的表面(39)以混合形式呈现在球形环密封件(36)的外层(35)的外表面(37)中。
【专利说明】排气管球形接头
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及用于汽车排气管的排气管球形接头。
【背景技术】
[0002]关于汽车发动机的排气，在图17中示出了汽车发动机排气通道的一个实例，在发动机的各汽缸(未示出)中产生的废气在排放歧管转化器600中收集，并通过排气管601和排气管602送到辅助消声器603中。穿过该辅助消声器603的废气被进一步通过排气管604和排气管605送到消声器606中，并且通过该消声器606释放到大气中。
[0003]由于诸如发动机的摇摆和振动,诸如排气管601和排气管602以及排气管604和排气管605、辅助消声器603和消声器606等排放系统构件受到重复的应力作用。特别地，在使用高速旋转和高功率发动机的情况下，施加在排放系统构件上的应力非常大。由此，排放系统构件可能产生疲劳失效，发动机振动可能引起排放系统构件共振，因而在一些情况下破坏车厢的安静。为了克服这些问题，位于排气歧管转化器600和排气管601之间的连接部分607和位于排气管604和排气管605之间的连接部分608由诸如排气管球形接头或风箱型接头等吸振机构可移动地连接，由此，提供了这样的优势，即由于诸如汽车发动机的摇摆和振动等因素导致的排气系统构件重复受到的应力被吸收，因此，避免了排气系统构件的疲劳失效等，并克服了发动机引起排气系统构件共振和破坏汽车车厢内部安静的问题。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文件I JP-A-1979-76759
[0007]专利文件2 JP-A-1983-34230
[0008]专利文件3 JP-A-1994-123362
【发明内容】
[0009]作为上述吸振机构的一个实例，可以使用专利文献I中所述的排气管接头和用于该接头的密封件。专利文献I所述的球形管接头具有如下优势，与风箱型接头相比，其可以使得生产成本减少并获得更优的耐用性。然而，内装到该球形管接头的该密封件形成为使得由膨胀石墨制成的耐热材料和由金属丝网制成的加固件被压缩以由耐热材料充满加固件的金属丝网的网目，并且由此耐热材料和加固件以混合形式一体形成。同样地，除了由于诸如加固件与耐热材料的比例以及耐热材料与加固件的压缩程度的因素导致废气通过球面环形密封件本身而泄露的问题外，该密封件还有由于在局部凸出球面处存在与匹配件滑动接触的耐热材料而产生异常摩擦噪音的问题。例如，如果加固件相对耐热材料的比例很大，并且耐热材料的压缩程度很小，那么可能的是，由于耐热材料相对于无穷小的通道(缝隙)绕加固件的密封程度降低而发生初始泄露，并且由于诸如在高压下耐热材料被氧化磨损而使得废气可能在早期阶段泄露。另外，如果在局部凸出球面处耐热材料相对于加固件的暴露率很大，那么可能发生黏-滑效应，可能由于该黏-滑效应而产生异常摩擦噪音。[0010]可以使用专利文献2和专利文献3所描述的密封件来作为克服上述排气密封件缺点的密封件。各所述密封件被形成为使得由金属丝网制成的加固件与具有耐热性并以叠层方式设置在其上的固体润滑剂缠绕在一起，并且由金属丝网制成的变形且缠绕的加固件和填充并保持在该加固件的金属丝网的、细金属丝之间的网目中的固体润滑剂在通过压制形成该叠层组件而获得的预成型件的光滑表面上混合。
[0011]与专利文件I所述的密封件对比，由于由金属丝网制成的加固件和固体润滑剂以混合形式暴露在与匹配件滑动接触的滑动表面上，这些密封件在滑动期间于匹配件的表面上形成固体润滑剂薄膜的能力优异，并且在固体润滑剂薄膜过多地形成在匹配件上的情形下，由金属丝网制成的加固件能够起到将多余薄膜刮除的作用。因此，由于避免了在上述专利文件I的密封件中发生的与石墨薄膜的直接接触，所以这些密封件在尽可能避免产生异常摩擦噪音方面尤其在通过内装入球形管接头而使用的情形下都具有优异效果。
[0012]然而，即使对于内装具有上述有益效果的密封件的球形管接头，形成在匹配件表面上的固体润滑剂薄膜会以磨损灰尘的形式置于摩擦表面上，增加了密封件和匹配件之间摩擦。特别地，在高于300°C的高温区域中，该磨损灰尘以氧化物形式置于摩擦表面之间并将匹配件表面上的固体润滑剂刮除，由此可能导致磨损转移到由匹配件和在密封件中由金属丝网制的加固件构成的金属之间的表面。
[0013]一般地，使用用以形成密封件的、具有耐热性的不锈钢丝作为由金属丝网制成的加固件，并且匹配件也由具有耐热性的不锈钢形成；因此，在刚提到的金属之间的摩擦中，摩擦是在不锈钢之间的形式，即在称为“相似组分的金属”之间，这经常表现为具有产生异常摩擦噪音的缺点的形式。另外，在密封件和匹配件之间的摩擦中，密封件的表面变成不连续表面(不规则表面)，由金属丝制成的加固件暴露于该表面，并且与该不连续的表面形成摩擦的匹配件的表面的承压强度变高，可能导致匹配件表面中产生凹坑等损伤，并因此加速匹配件表面的磨损和与该表面摩擦的固体润滑剂的损失。
[0014]考虑上述方面，并进行艰苦的努力，本发明人发现，根据由特殊不锈钢形成的密封件和匹配件的组合，可以在即使不锈钢之间的摩擦中也能抑制异常摩擦噪音产生，并可以尽可能避免在匹配件的表面和暴露有由金属丝网制的加固件的密封件的不连续表面之间的摩擦所引起的诸如凹坑等损伤，由此，能尽可能避免匹配件的表面和与该匹配件表面形成摩擦的密封件的表面的磨损。
[0015]根据上述发现，设计了本发明，其目的是提供一种排气管球形接头，该排气管球形接头能够尽量避免产生异常摩擦噪音，避免损害匹配件的表面和密封件的磨损，并允许顺利实现排气管中的相对角位移。
[0016]克服这些问题的方法
[0017]根据本发明，提供一种排气管球形接头，其中，球形环密封件被配装并固定到连接至发动机侧的上游侧排气管的外周表面，该球形环密封件包括球形环基底件和外层，该球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面和在该局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧上的环形端面限定，该外层一体地形成在球形环基底件的局部凸出球形表面上，并且其中，包含膨胀石墨的耐热材料、固体润滑剂和由金属丝网制成的加固件被压缩使得固体润滑剂和耐热材料填充到加固件的金属丝网的网目中，而且固体润滑剂、耐热材料和加固件以混合形式一体形成，在球形环密封件的外层中的外表面以面向上游侧排气管的方式设置并与连接到消声器侧的下游侧排气管的张开部分的凹状球形表面部的内表面滑动接触，在该外表面中，由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式暴露，通过外层的外表面和凹状球形表面部的内表面之间的滑动接触允许在上游侧排气管和下游侧排气管之间发生相对的角位移，其中，暴露在球形环密封件的外层的外表面上的、由金属丝网制成的加固件由包含质量百分比至少在16.00%至18.00%之间的铬和质量百分比至少在12.00%至15.00%之间的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝形成，并且与外表面滑动接触的凹状球形表面由包含质量百分比至少在17.00%至19.00%之间的铬的铁一铬基不锈钢丝形成。
[0018]根据本发明的排气管球形接头，暴露在球形环密封件的外层的外表面上的、由金属丝网制成的加固件是由包含质量百分比至少在16.00%至18.00%之间的铬和质量百分比在至少在12.00%至15.00%之间的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝形成，并且与球形环密封件滑动接触的匹配件由包含质量百分比至少在17.00%至19.00%之间的铬的铁一铬基不锈钢丝形成，由此即使在不锈钢之间的滑动摩擦过程中也可以抑制异常摩擦噪音的产生，即使在匹配件和暴露于球形环密封件外层的外表面上、由金属丝网制成的加固件的不连续表面之间的滑动摩擦过程中，也能尽量避免对匹配件的表面产生诸如凹坑等损伤，并且顺利地允许排气管中产生相对的角位移。
[0019]通过采用用于匹配件和暴露于该球形环密封件外层的外表面上的、由金属丝网制成的加固件的不锈钢的特别组合而获得上述效果的原因尚未确定；然而，由于匹配件的磨损和损伤程度大体按照用于分别形成外层的加固件和匹配件中不锈钢所包含铬的相对含量的组合而进行波动，可以推测的是，所获得的效果可以归因于铬含量在大体相同区间内的铁一铬一镍基不锈钢丝和铁一铬基不锈钢丝之间的组合。
[0020]在根据本发明的排气管球形接头中，暴露在球形环密封件的外层的外表面上的、由金属丝网制成的加固件还包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为
0.030%以下的硫以及质量百分比为2.00%至3.00%的钥。在根据本发明的排气管球形接头中，优选地，下游侧排气管的张开部分的凹状球形表面部还包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为1.00%以下的锰、质量百分比为
0.040%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为0.40%至0.80%的钛和铌(钛和铌的总量)，并且优选地，还包含质量百分比为0.75%至1.50%的钥以及质量百分比为0.020%以下的氮。
[0021 ] 在根据本发明的排气管球形接头中，用于形成内装入该排气管球形接头的球形环密封件的球形环基底件包括由金属丝网制成的加固件和包含膨胀石墨并被压缩以填充到该加固件的金属丝网的网目中并与加固件以混合形式一体形成的耐热材料。
[0022]在球形环密封件中形成球形环基底件和外层的各耐热材料还可以进一步包含质量百分比为1.0%至16.0 %的磷酸盐，并且仍可以进一步包含质量百分比为0.05%至5.0%的磷酸。
[0023]通过使用除膨胀石墨外还包含磷酸盐或磷酸盐及磷酸的耐热材料，可以提高排气管球形接头的工作温度。
[0024]在根据本发明的排气管球形接头中，暴露于球形环密封件外层的外表面上的固体润滑剂可以包含质量百分比为23%至57%的聚四氟乙烯树脂或六方氮化硼、质量百分比为5%至15%的水合氧化铝以及质量百分比为33%至67%的聚四氟乙烯树脂。
[0025]暴露于球形环密封件外层的外表面上的固体润滑剂能够降低对匹配件的抗滑动摩擦性,并顺利地允许排气管的相对角位移。
[0026]本发明的有益效果
[0027]根据本发明，可以提供一种排气管球形接头，该排气管球形接头可以抑制异常摩擦噪音的产生，即使在匹配件和由暴露于球形环密封件外层的外表面上、由金属丝网制成的加固件的不连续表面之间的滑动摩擦过程中，也能尽量避免对匹配件的表面产生诸如凹坑及凹痕等损伤，并且顺利地允许排气管中产生相对的角位移。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示出了根据本发明的排气管球形接头的优选实施例，其中，(a)部分是示意性剖视图，(b)部分是示意性右侧正视图。
[0029]图2是图1所示球形环密封件的示意性剖视图；
[0030]图3是图1所示球形环密封件的局部放大示例图；
[0031]图4是说明在生产球形环密封件的过程中形成加固件的方法的立体图；
[0032]图5是在生产球形环密封件的过程中耐热材料的示意性立体图；
[0033]图6是加固件的金属丝网网目的示意性平面图；
[0034]图7是在生产球形环密封件的过程中叠置组件的示意性立体图；
[0035]图8是在生产球形环密封件的过程中管状基底构件的示意性平面图；
[0036]图9是图8所示管状基底构件的示意性竖向剖视图；
[0037]图10是在生产球形环密封件的过程中耐热材料的示意性立体图；
[0038]图11是在生产球形环密封件的过程中具有涂层的多层板的示意性剖视图；
[0039]图12是说明在生产球形环密封件的过程中制备外层形成构件的方法的示意图；
[0040]图13是说明在生产球形环密封件的过程中制备外层形成构件的方法的另一示意图；
[0041]图14是在生产球形环密封件的过程中通过图12所示制备方法获取的外层形成构件的示意性垂直剖视图；
[0042]图15是在生产球形环密封件的过程中圆筒形预成型件的示意性平面图；
[0043]图16是示出了在生产球形环密封件的过程中圆筒形预成型件插入模具的状态下的剖视图；
[0044]图17是发动机的排气系统的说明性示意图。
【具体实施方式】
[0045]下面，将基于附图中示出的优选实施例来对本发明和用于实施本发明的实施方式进行更详细说明。应注意的是，本发明不限于这些实施例。
[0046]将对内装入排气管球形接头的球形环密封件的组成材料以及生产该球形环密封件的方法进行说明。
[0047]<膨胀石墨板I及其生产方法>[0048]在搅动浓度为98%的浓硫酸时，将浓度为60%的过氧化氢水溶液作为氧化剂加入，然后将该混合溶液用作反应溶液。将该反应溶液冷却并保持在10°C的温度下,然后将颗粒尺寸为30到80目的天然片状石墨粉加入该反应溶液，以进行预定时间的反应。在该反应后，将酸化处理的石墨粉通过抽吸过滤进行分离，然后重复两次在水中搅拌该酸化处理的石墨粉并进行抽吸过滤的操作，由此，充分去除该酸化处理的石墨粉中的硫酸成分。然后，将已充分去除硫酸成分的、酸化处理的石墨粉置于干燥炉中干燥预定的时间，并将该材料用作酸化处理石墨粉。
[0049]将上述酸化处理石墨粉在960°C至1200°C的温度中加热(膨胀)处理I秒至10秒，以产生裂解气。石墨层之间的间隙通过其气体压力而膨胀形成膨胀石墨颗粒(膨胀率:240倍至300倍)。将这些膨胀石墨颗粒进给到已调节至所需辊隙的双辊设备，并辊压成形，由此，制成具有所需厚度的膨胀石墨板I。
[0050]<膨胀石墨板II及其生产方法>
[0051]当搅拌通过与上述酸化处理石墨粉类似的方法获取的酸化处理石墨粉时，例如用由甲醇稀释的、作为磷酸盐的、浓度为50%的磷酸二氢铝(Al(H2PO4)3)水溶液通过喷射的方式而与该酸化处理的石墨粉混合，并被均匀搅拌以制成湿性混合物。将该湿性混合物置于干燥炉中干燥一段预定的时间。然后，将该干燥的混合物在950°C至1200°C的温度中加热(膨胀)处理I秒至10秒，以产生裂解气。石墨层之间的间隙通过其气体压力而膨胀形成膨胀石墨颗粒(膨胀率:240倍至300倍)。在该膨胀处理过程中，磷酸二氢铝结构式中的水被去除。将这些膨胀石墨颗粒进给到已调节至所需辊隙的双辊设备，并辊压成形，由此，制成具有所需厚度的膨胀石墨板II。
[0052]<膨胀石墨板III及其生产方法>
[0053]在搅拌通过与上述酸化处理石墨粉类似的方法获取的酸化处理石墨粉的同时，例如用由甲醇稀释的、作为磷酸盐的、浓度为50 %的磷酸二氢铝水溶液和作为磷酸的、浓度为84%的正磷酸(H3PO4)水溶液通过喷射的方式而与该酸化处理石墨粉混合，并均匀搅拌以制成湿性混合物。将该湿性混合物置于干燥炉中干燥一段预定的时间。然后，将该干燥的混合物在950°C至1200°C的温度中加热(膨胀)处理I秒至10秒，以产生裂解气。石墨层之间的间隙通过其气体压力而膨胀形成膨胀石墨颗粒(膨胀率:240倍至300倍)。在该膨胀处理过程中，磷酸二氢铝结构式中的水被去除，并且正磷酸进行脱水反应以生成五氧化二磷。将这些膨胀石墨颗粒进给到已调节至所需辊隙的双辊设备，并辊压成形，由此，制成具有所需厚度的膨胀石墨板III。
[0054]在以此方式制成的膨胀石墨板II中，优选地，所包含的磷酸二氢铝的质量百分比为1.0%至16.0%。在膨胀石墨板III中，优选地，所包含的磷酸二氢铝和五氧化二磷的质量百分比分别为1.0 %至16.0%和0.05%至5.0%。由于包含磷酸盐或包含磷酸盐和五氧化二磷的膨胀石墨的耐热性提高了并且被赋予了抗氧化作用的能力，所以该膨胀石墨允许在例如600 °C或高于600 V的高温范围内进行使用。在此，除了可以使用上述的磷酸二氢铝作为磷酸盐外，还可以使用磷酸二氢锂(LiH2PO4)、磷酸氢二锂(Li2HPO4)、磷酸二氢钙([Ca(H2PO4)2])、磷酸氢钙(CaHPO4)、磷酸氢二铝([Al2(HPO4)3])等作为磷酸盐。除了可以使用上述正磷酸作为磷酸外，还可以使用偏磷酸(HPO3)、多磷酸等作为磷酸。
[0055]在上述膨胀石墨板1、II和III中，它们的密度为1.0Mg/m3至1.5Mg/m3，优选地为1.0Mg/m3至1.2Mg/m3,而它们的厚度合适地为0.3mm至0.6mm。
[0056]〈关于编织金属丝网>
[0057]合适地，在球形环密封件中用于球形环基底件的编织金属丝网通过使用一种或多种细金属丝编织而成，所述金属丝包括奥氏体或铁素体不锈钢丝、低碳钢丝(JISG3532)或镀锌低碳钢丝(JISG3547)等铁基金属丝，或铜一镍合金(铜镍合金)丝、铜一镍一锌合金(镍银合金)丝、黄铜丝或铍铜丝等铜基金属丝。
[0058]在球形环密封件中用于外层的编织金属丝网通过使用一种或多种铁一铬一镍基不锈钢丝编织而成，所述不锈钢丝包含质量百分比0.030%以下的碳、质量百分比
1.00%以下的硅、质量百分比2.00%以下的锰、质量百分比0.045%以下的磷、质量百分比
0.030%以下的硫、质量百分比在16.00%至18.00%之间的铬、质量百分比在12.00%至15.00%之间的镍以及质量百分比在2.00%至3.00%之间的钥。
[0059]直径在0.28mm至0.32mm之间的细金属丝和不锈钢丝都可以合适地用作球形环基底件和外层的编织金属丝网。图6所示的、由该直径的细金属丝和不锈钢丝形成的编织金属丝网的网目尺寸中优选地长度为3mm至6mm左右，宽度为2mm至5mm左右。
[0060]<关于固体润滑剂>
[0061]优选地，固体润滑剂包括质量百分比为23%至57%的聚四氟乙烯树脂(下文简称“PTFE”)或六方氮化硼(下文简称“h-BN”)、质量百分比为5%至15%的水合氧化铝以及质量百分比为33%至67%的PTFE。
[0062]在该生产过程中，使用形式为水性分散体的上述刚提到的固体润滑剂，其中，h-BN和PTFE分散地包含在氧化铝溶胶中，氧化铝溶胶中水合氧化铝颗粒分散地包含在作为分散介质的、含有酸的水中，并且该氧化铝溶胶的氢离子浓度(PH)显示为2至3，其中，水性分散体分散地包含作为固体成分的、质量百分比为30%至50%的润滑组分，该润滑组分包含质量百分比为23 %至57%的h-BN、质量百分比为33 %至67 %的PTFE以及质量百分比为5%至15%的水合氧化铝。优选地，用以形成水性分散体的h-BN粉末和PTFE粉末是尽可能细的粉末，并且合适地，使用平均颗粒尺寸小于10 μ m、更优选地小于0.5 μ m的细粉末作为这些粉末。
[0063]在水性分散体中，用作氧化铝溶胶的分散介质的水中所包含的酸作为稳定氧化铝溶胶的抗絮凝剂起作用。可以使用诸如盐酸、硝酸、硫酸和酰胺硫酸等无机酸，但是特别地，硝酸是优选的。
[0064]在水性分散体中用以形成氧化铝溶胶的水合氧化铝是一种由合成式Α1203.ηΗ20(在此合成式中，0〈n〈3)表示的化合物。在该化合物中，η通常是大于O (零)并小于3的数字，优选地为0.5至2，更优选地为0.7至1.5左右。作为水合氧化铝，可以使用诸如勃姆石(Al2O3.ηΗ20)和水铝石(Al2O3.H2O)等一水氧化铝(氢氧化铝)、如三水铝矿(Al2O3.3Η20)和三羟铝石(Al2O3.3Η20)等三水氧化铝、拟薄水铝石等。
[0065]接下来，参照附图，将说明由上述组成材料构成的球形环密封件的生产方法。
[0066](第一步)如图4所示，中空圆筒形编织网I是通过将上述直径为0.28mm至
0.32mm并由奥氏体或铁素体钢丝、低碳钢丝或镀锌低碳钢丝、或铜一镍合金丝、铜一镍一锌合金丝、黄铜丝或铍铜丝组成的细金属丝编织成圆筒形而形成的，并且该编织网I的网目尺寸为长3mm至6mm左右，宽2mm至5mm左右(见图6),将该中空圆筒形编织网I在轧棍2和3之间穿过，以进行压制，由此形成具有预定宽度D的带状金属丝网4。然后，通过将带状金属丝网4切割成预定长度而制备用于球形环基底件的加固件5。
[0067](第二步)如图5所示，制备用于球形环基底件的耐热材料6(由膨胀石墨板1、膨胀石墨板II和膨胀石墨板III中的一个构成)，耐热材料6的宽度d相对于加固件5的宽度为从1.1OXD至2.1 XD，其长度I相对于加固件5的长度为从1.30XL至2.7XL，密度为 1.0Mg/m3 至 1.5Mg/m3,优选地,密度为 1.0Mg/m3 至 1.2Mg/m3,厚度为 0.30mm 至 0.60mm。
[0068](第三步)按如下方式制备叠置组件12，其中，耐热材料6和加固件5中的一个叠置在另一个的顶部上:为确保耐热材料6的膨胀石墨全部暴露在下述球形环密封件36 (见图1和图2)的局部凸出球形表面31的大直径侧上的环状端面32上以及其小直径侧上的环状端面33上，如图7所示，耐热材料6被制成为沿宽度方向从加固件5的一个宽向端7伸出0.1 XD至0.3XD，该部分用作局部凸出球形表面31的大直径侧上的环状端面32。此夕卜，耐热材料6从端部7沿宽度方向的伸出量δ I大于其从加固件5的另一宽向端部8沿宽度方向的伸出量δ 2,另一宽度方向端部8用作局部凸出球形表面31的小直径侧上的环状端面33。另外，耐热材料6被制成为从加固件5的一纵向端部9沿纵向伸出1.3XL至
2.7XL，而加固件5的另一纵向端部10与耐热材料6的对应于该端部10的纵向端部11相配。
[0069](第四步)如图8所示，叠置组件12围绕中空圆筒形芯部(未示出)卷绕，其中耐热材料6置于其内侧，并使得耐热材料6多卷绕一圈，由此，形成管状基底构件13，其中，耐热材料6暴露在内周侧和外周侧上。就耐热材料6来说,预先制备相对于加固件5的长度L为1.3XL至2.7XL的长度I的一个耐热材料6，以使管状基底构件13内的耐热材料6的缠绕圈数大于加固件5的缠绕圈数。在管状基底构件13中，如图9所示，在其一个宽向端侧上的耐热材料6从加固件5的一个端部7沿宽度方向伸出δ 1，并且在其另一宽向端侧上的耐热材料6从加固件5的另一个端部8沿宽度方向伸出δ 2。
[0070](第五步)独立制备例如图10所示的、用于外层的耐热材料6，该耐热材料6与用于球形环基底件的耐热材料6相似，并且该耐热材料6的直径d也小于加固件5的宽度D，该耐热材料6的长度I为可以使其缠绕管状基底构件13 —圈。
[0071](第六步)制备这样的水性分散体，其中，h-BN和PTFE分散地包含在氧化铝溶胶中，氧化铝溶胶中的水合氧化铝颗粒分散地包含在作为分散介质的水中，该水含有作为抗絮凝剂的硝酸，并且氧化铝溶胶的氢离子浓度(PH)显示为2至3，其中，水性分散体分散地包含作为固体成分的、质量百分比为30%至50%的润滑组分，该润滑组分包含质量百分比为23 %至57 %的h-BN、质量百分比为33 %至67 %的PTFE以及质量百分比为5 %至15 %的水合氧化铝。
[0072]水性分散体分散地包含有作为固体成分的、质量百分比为30%至50%的润滑组分，该润滑组分包括质量百分比为23%至57%的h-BN、质量百分比为33%至67%的PTFE以及质量百分比为5%至15%的水合氧化铝，将这种水性分散体通过刷涂、辊涂、喷射等方式涂敷到耐热材料6的一个表面，并且使该水性分散体被干燥以制成多层板15 (见图11)，在该多层板15上，形成由润滑组分组成的固体润滑剂的涂层14。
[0073](第七步)如图12至图14所示，具有固体润滑剂涂层14的多层板15被连续地插入用于外层的加固件5的内部，加固件5由通过连续编织铁一铬一镍基不锈钢丝而获得的中空圆筒形编织金属丝网制成，这是通过编织机(未示出)进行编织而实现的，所述铁一铬一镍基不锈钢丝直径为0.28mm至0.32mm,并包含质量百分比至少为16.00%至18.00%以下的铬以及质量百分比为12.00%至15.00%以下的镍。将插入有多层板15的加固件5从其插入开始端开始进给到都具有光滑圆筒形外周表面的一对圆筒形轧辊16和17之间的缝隙Λ1(0.4至0.6臟左右)，以沿多层板15(见图13)的厚度方向挤压并形成一体。以此方式，制成扁平的外层形成构件20，其中，多层板15的耐热材料6和多层板15的固体润滑齐IJ的涂层14被填充到用于外层的加固件5的金属丝网的网目中，并且由用于外层的加固件5构成的表面18和由固体润滑剂构成的表面19以混合的形式在该表面上暴露。
[0074](第八步)如图15所示，以此方式获得的形成构件20的外层绕管状基底构件13的外周表面缠绕成使得涂层14置于外侧的状态，由此制成圆筒形预成型件21。
[0075](第九步)制备如图16所示的模具28，其中，模具28在其内表面上具有圆柱形壁表面22、从圆柱形壁表面22延续的局部凹状球形壁表面23、以及从局部凹状球形壁表面23延续的通孔24，并且其中，当台阶形芯部25适配地插入到通孔24内时，在模具28内形成中空圆筒形部分26和从中空圆筒形部分26延续的球形环中空部分27。然后，将圆筒形预成型件21配装到模具28的台阶状芯部25上。
[0076]设置在模具28中的中空圆筒形部分26和球形环中空部分27内的圆筒形预成型件21在98N/mm2至294N/mm2 (I吨/厘米2至3吨/厘米2)的压力下沿着芯部轴线方向被压缩成形。通过以上压缩成形，制成球形环密封件36，其包括:球形环基底件34，其具有位于中部并由圆柱形内表面30限定的通孔29、局部凸出球形表面31和在该局部凸出球形表面31的大直径侧和小直径侧上的环状端面32和33 ；以及一体化形成在该球形环基底件34的局部凸出球形表面31上的外层35,如图1和图2所不。
[0077]在所制成的球形环密封件36中，由于用于该球形环基底件的耐热材料6和用于该球形环基底件的加固件5被彼此压缩并彼此缠卷，所以球形环基底件34被建构成具有结构整体性。在外层35中，用于外层的耐热材料6、由润滑成分组成的固体润滑剂以及由金属丝网制成的用于外层的加固件5被压缩，使得该固体润滑剂和用于外层的耐热材料6填充到该用于外层的加固件5的金属丝网的网目中，并且该固体润滑剂、耐热材料6以及加固件5以混合形式一体化形成，由此外层35的外表面37形成为复合表面40,在此复合表面40中，由用于外层的加固件5构成的表面38和由固体润滑剂构成的表面39以混合形式呈现。
[0078]通过内装入图1所示的排气管球形接头X内，来使用以此方式制成的球形环密封件36。在如图1所示的排气管球形接头X内，留出管端部42，将凸缘43竖直设置在上游侧排气管41的外周表面上，并且上游侧排气管41连接到发动机侧。球形环密封件36在限定通孔29的圆柱形内表面30处配装到该管端部42上，并座置成使其大直径侧环形端面32抵接凸缘43。一体地具有凹状球形表面部分45和从该凹状球形表面部分45延续的凸缘部分46、并由铁一铬基不锈钢形成的张开部分47被固定到设置成与上游侧排气管41相对的下游侧排气管44，并连接到消声器侧。凹状球形表面部分45的内表面可滑动地接触球形环密封件36的外层35的外表面37中的复合表面40，在复合表面40中，由用于外层的加固件5构成的表面38和由固体润滑剂组成的表面39以混合的形式呈现。
[0079]在如图1所示的排气管球形接头X内，下游侧的排气管44借助于一对螺栓49和一对盘簧50被保持弹性地朝向上游侧排气管41推压，各螺栓49的一端固定到凸缘43，另一端通过插入到张开部分47的凸缘部分46内而布置，各盘簧50都布置在螺栓49的大头和凸缘部分46之间。另外，该排气管球形接头X被布置成使得上游侧排气管41和下游侧排气管44之间发生的相对环形的位移适于通过复合表面40和张开部分47的凹状球形表面部45的内表面48之间的滑动接触实现，一方面，在复合表面40中，由用于外层的加固件5构成的表面38和由固体润滑剂构成的表面39以混合形式呈现，并且该复合表面40用作球形环密封件36的外层35的滑动表面，另一方面，张开部分47的凹状球形表面部45的内表面48在下游侧排气管44的端部形成。
[0080]使用包含以下成分的铁一铬基不锈钢作为用于形成具有凹状球形表面部45的张开部分47的铁一铬基不锈钢，其包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为
1.00%以下的硅、质量百分比为1.00%以下的锰、质量百分比为0.040%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比在17.00%至19.00%之间的铬、质量百分比在
0.40%至0.80%之间的钛和铌，或者除上述成分组合外，另外包含质量百分比在0.75%至
1.50%之间的钥和质量百分比小于0.20%的氮的铁一铬基不锈钢。
[0081]实例
[0082]<实例中使用的球形环密封件(Al)和球形环密封件(A2) >
[0083]通过使用直径为0.28mm的一种奥氏体不锈钢丝作为细金属丝，制成网目尺寸为长4mm、宽5mm左右的中空圆筒形编织金属丝网，并且使该圆筒形编织金属丝网穿过一对棍子之间，由此制备成作为球形环基底件的加固件的带状金属丝网。使用密度为1.12Mg/m3、厚度为0.38mm的膨胀石墨板(膨胀石墨板I)作为用于球形环基底件的耐热材料。在将耐热材料首先卷绕一个圆周部之后，将用于球形环基底件的加固件叠置在耐热材料的内侧上，然后卷绕该叠置组件，由此制备管状基底构件，在该管状基底构件中，耐热材料位于最外周上。在此管状基底构件中，耐热材料的宽度方向上相对的两端部分别沿其宽向从用于球形环基底件的加固件伸出。
[0084]独立制备与上述膨胀石墨板I类似的、密度为1.12Mg/m3、厚度为0.38mm的膨胀石墨板作为用于外层的耐热材料，并制备一种氧化铝溶胶，在该氧化铝溶胶中，勃姆石(一水氧化铝:A1203.H2O)作为水合氧化铝分散包含在用作分散介质的水中，该水中包含用作抗絮凝剂的硝酸，该氧化铝溶胶的氢离子浓度(PH)呈现为2。水性分散体中h-BN和PTFE分散地包含在该氧化铝溶胶内，且该水性分散体分散地包含作为固体成分的、质量百分比为50 %的润滑成分，该润滑成分包含质量百分比为45.0 %的h-BN、质量百分比为50.0的PTFE以及质量百分比为5.0的勃姆石，将该水性分散体(质量百分比为22.5%的h-BN、质量百分比为25.0%的PTFE以及质量百分比为2.5%的勃姆石)辊涂到该耐热材料的一个表面上，并干燥以在该耐热材料的一表面上形成由润滑成分组成的固体润滑剂(质量百分比为45.0%的h-BN、质量百分比为50.0%的PTFE以及质量百分比为5.0%的勃姆石)的涂层，由此制成由耐热材料和涂敷该膨胀石墨板的一个表面的固体润滑剂涂层所组成的多层板。
[0085]通过使用(I)直径为0.28mm并且包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为16.00%的铬、质量百分比为12.00%的镍、质量百分比为2.00%的钥的铁一铬一镍基不锈钢丝和(2)直径相同并且包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为18.00%的铬、质量百分比为15.00%的镍、质量百分比为3.00%的钥的铁一铬一镍基不锈钢丝中的任一个，连续编织网目尺寸为长3.5_、宽为2.5mm左右的、用作外层加固件的中空圆筒形编织金属丝网，然后将多层板连续地插入该中空圆筒形编织金属丝网的内部。将内部插有多层板的该中空圆筒形金属丝网从该多层板的插入开始端开始进给到一对圆筒形辊子之间的辊隙内，使得在多层板的厚度方向上进行压制，由此将该中空圆筒形编织金属丝网变形成扁平编织金属丝网，并由此将多层板和该扁平编织金属丝网形成一体。由此，制成扁平的外层形成构件，其中，多层板的耐热材料和在该耐热材料的表面上形成的固体润滑剂的涂层被填充到用于外层的加固件的金属丝网的网目中，并且由用于该外层的加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合的形式在该表面上暴露。
[0086]将该外层形成构件在使其固体润滑剂被暴露的表面位于外侧上的状态下缠绕上述管状基底构件的外周表面，由此制成圆筒形预成型件。
[0087]将该圆筒形预成型件配装到图16所示模具的台阶形芯部上，并设置在该模具内的中空部分中。
[0088]使设置在该模具的中空圆筒形部内的圆筒形预成型件沿芯部轴线的方向在294N/mm2(3吨/cm2)的压力下被压缩成形。由此，制成球形环密封件，该球形环密封件包括:具有位于中部并由圆筒形内表面限定的通孔以及局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧上的环状端面的球形环基底件；和在球形环基底件的局部凸出球形表面上一体形成的外层。
[0089]在以此方式获得的球形环密封件(Al)和(A2)中的一个中，球形环基底件包括用于球形环基底件的、由压缩编织金属丝网制成的加固件和由膨胀石墨板I构成的耐热材料，该压缩编织金属丝网通过使用直径为0.28mm的奥氏体不锈钢编织而成且网目尺寸为长5_和宽4_左右，该耐热材料被压缩成填充该加固件的金属丝网的网目并与加固件以混合形式一体化形成。球形环密封件(Al)包括外层，其中，加固件、由润滑成分组成的固体润滑剂和包含膨胀石墨的耐热材料被压缩使得该固体润滑剂和耐热材料填充到该加固件的金属丝网的网目中，并使得其外表面形成为复合表面，在该复合表面中，由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式暴露，在外层中，该加固件由编织金属丝网制成，该编织金属丝网通过使用直径为0.28mm并包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为16.00%的铬、质量百分比为12.00%的镍、质量百分比为2.00%的钥的铁一铬一镍基不锈钢丝编织而成，并且其网目尺寸为长3.5mm、宽2.5mm左右。球形环密封件(A2)包括外层，其中，加固件、由润滑成分组成的固体润滑剂和包含膨胀石墨的耐热材料被压缩使得固体润滑剂和耐热材料填充到该加固件的金属丝网的网目中，并使得其外表面形成为复合表面，在该复合表面中，由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式暴露，其中，该加固件由编织金属丝网制成，该编织金属丝网通过使用包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为18.00%的铬、质量百分比为15.00%的镍、质量百分比为
3.00%的钥的铁一铬一镍基不锈钢丝编织而成，并且其网目尺寸为长3.5mm、宽2.5mm左右。[0090]<对比实例中使用的球形环密封件(BI)和球形环密封件(B2) >
[0091]管状基底构件以与上述实例相同的方式制成。在此管状基底构件中，耐热材料的宽向上相对的两端部分别沿其宽向从用于球形环基底件的加固件伸出。
[0092]以与上述实例相同的方式，制成多层板，在该多层板中，固体润滑剂(质量百分比45.0 %的h-BN、质量百分比为50.0 %的PTFE以及质量百分比为5.0 %的勃姆石)的涂层形成在该耐热材料的一表面上。
[0093]通过使用(I)直径为0.28mm并且包含质量百分比为0.080%以下的碳、质量百分比为1.50%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为24.00%的铬、质量百分比为19.00%的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝和(2)直径相同并且包含质量百分比为0.080%以下的碳、质量百分比为1.50%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为26.00%的铬、质量百分比为22.00%的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝中的任一个，连续编织网目尺寸为3.5mm、宽为2.5mm左右的、用作外层加固件的中空圆筒形编织金属丝网，然后将该多层板连续插入该中空圆筒形编织金属丝网的内部。将内部插有多层板的该中空圆筒形金属丝网从该多层板的插入开始端开始进给到一对圆筒形辊子之间的辊隙内，使得在多层板的厚度方向上进行压制，由此将该中空圆筒形编织金属丝网变形成扁平编织金属丝网，并由此将多层板和该扁平编织金属丝网形成一体。由此，制成扁平的外层形成构件，其中，多层板的耐热材料和在该耐热材料的表面上形成的固体润滑剂的涂层被填充到用于外层的加固件的金属丝网的网目中，并且由用于该外层的加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合的形式在该表面上暴露。
[0094]将该外层形成构件在其固体润滑剂被暴露的表面位于外侧上的状态下缠绕上述管状基底构件的外周表面，由此制成圆筒形预成型件。然后，以与实例相同的方法制造球形环密封件，其包括:由圆柱形内表面和局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧上的环状端面限定的球形环基底件；和在该球形环基底件的局部凸出球形表面上一体形成的外层。
[0095]在由此获得的球形环密封件(BI)和(B2)中的一个中，球形环基底件包括用于由压缩编织金属丝网制成的球形环基底件的加固件和由膨胀石墨板I构成的耐热材料，该压缩编织金属丝网通过使用直径为0.28mm的奥氏体不锈钢编织而成且网目尺寸为长5mm和宽4_左右，该耐热材料被压缩成填充该加固件的金属丝网的网目并与加固件以混合形式一体化形成。球形环密封件(BI)包括外层，其中，加固件、由润滑成分组成的固体润滑剂和包含膨胀石墨的耐热材料被压缩使得该固体润滑剂和耐热材料填充到该加固件的金属丝网的网目中，并使得其外表面形成为复合表面，在该复合表面中，由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式暴露，该加固件由编织金属丝网制成，该编织金属丝网通过使用直径为0.28mm并包含质量百分比为0.080%以下的碳、质量百分比为1.50%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为
0.030 %以下的硫、质量百分比为24.00 %的铬、质量百分比为19.00 %的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝编织而成，并且其网目尺寸为长3.5mm、宽2.5mm左右。
[0096]球形环密封件(B2)包括外层，其中，加固件、由润滑成分组成的固体润滑剂和包含膨胀石墨的耐热材料被压缩使得该固体润滑剂和耐热材料填充到该加固件的金属丝网的网目中，并使得其外表面形成为复合表面，在该复合表面中，由加固件构成的表面和由固体润滑剂构成的表面以混合形式曝露，该加固件由编织金属丝网制成，该编织金属丝网通过使用包含质量百分比为0.080%以下的碳、质量百分比为1.50%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫、质量百分比为26.00%的铬、质量百分比为22.00%的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝编织而成，并且其网目尺寸为长3.5mm、宽2.5mm左右。
[0097]
[0098]下面，将说明通过将上述球形环密封件(Al)和(A2)以及球形环密封件(BI)和(B2)中的一个内装入图1所示的排气管球形接头而对匹配件的表面粗糙度、气体泄漏量和是否产生异常摩擦噪音所做的试验结果。
[0099]〈表面粗糙度的试验条件〉
[0100]使用盘簧的挤压力(弹簧设定力):590N
[0101]激励幅值:±2°
[0102]激励频率:25Hz
[0103]温度(图1所示的凹状球形表面部45的外表面温度):300°C
[0104]激励时间:42小时
[0105]激励次数:3，740，000次
[0106]匹配件(图1所示的凹状球形表面部45的材料):
[0107]α:包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为1.00 %以下的锰、质量百分比为0.040 %以下的磷、质量百分比为0.030 %以下的硫、质量百分比为18.00%的铬以及质量百分比为0.40%的钛和铌的铁一铬基不锈钢
[0108]β:包含质量百分比为0.025%以下的碳、质量百分比为0.60%以下的硅、质量百分比为0.50%以下的锰、质量百分比为0.040%以下的磷、质量百分比为0.020%以下的硫、质量百分比为18.00%的铬、质量百分比为0.40%的钛和铌、质量百分比为0.75%的钥以及质量百分比为0.020%以下的氮的铁一铬基不锈钢
[0109]Y:包含质量百分比为0.020%以下的碳、质量百分比为0.80%以下的硅、质量百分比为0.50%以下的锰、质量百分比为0.040%以下的磷、质量百分比为0.010%以下的硫、质量百分比为14.00%的铬以及质量百分比为0.50%的铌的铁一铬基不锈钢
[0110]〈试验方法〉
[0111]固定图1所示排气管球形接头中的上游侧排气管，在上述试验条件下激励下游侧排气管，并测量试验后(在完成3，740，000次激励之后)的匹配件的表面的表面粗糙度(μ m) ο
[0112]<气体泄漏量的测量方法>
[0113]在完成上述表面粗糙度试验后，关闭图1所示排气管球形接头的一根排气管的开口，并允许干燥空气在0.049MPa(0.5kgf/cm2)的压力下从另一排气管侧流出。通过流量计测量从球形接头(在球形环密封件的外表面和张开部分的凹状球形表面部的内表面之间的滑动接触部分、在球形环密封件的圆筒形内表面和排气管的管端部之间的配装部分以及在环状端面和垂直设置在排气管上的凸缘之间的抵接部分)泄漏的气体泄漏量(升/分(1/min))
[0114]表I示出了上述试验的结果。[0115][表1]
[0116]
【权利要求】
1.一种排气管球形接头，其中，球形环密封件被配装并固定到连接至发动机侧的上游侧排气管的外周表面，所述球形环密封件包括球形环基底件和外层，所述球形环基底件由圆柱形内表面、局部凸出球形表面和在所述局部凸出球形表面的大直径侧和小直径侧上的环形端面限定，所述外层一体地形成在所述球形环基底件的所述局部凸出球形表面上，并且其中，包含膨胀石墨的耐热材料、固体润滑剂和由金属丝网制成的加固件被压缩，使得所述固体润滑剂和所述耐热材料填充到所述加固件的金属丝网的网目中，而且所述固体润滑剂、所述耐热材料和所述加固件以混合形式一体形成，在所述球形环密封件的所述外层中的外表面以面向所述上游侧排气管的方式设置并与连接到消声器侧的下游侧排气管的张开部分的凹状球形表面部的内表面滑动接触，在所述外表面中，由所述加固件构成的表面和由所述固体润滑剂构成的表面以混合形式暴露，通过所述外层的所述外表面和所述凹状球形表面部的所述内表面之间的滑动接触允许在所述上游侧排气管和所述下游侧排气管之间发生相对的角位移，其中， 暴露在所述球形环密封件的所述外层的所述外表面上的、由金属丝网制成的所述加固件由包含质量百分比至少在16.00%至18.00%之间的铬和质量百分比至少在12.00%至15.00%之间的镍的铁一铬一镍基不锈钢丝形成，并且与所述外表面滑动接触的所述凹状球形表面由包含质量百分比至少在17.00%至19.00%之间的铬的铁一铬基不锈钢丝形成。
2.如权利要求1所述的排气管球形接头，其特征在于，暴露在所述球形环密封件的所述外层的所述外表面上的、由金属丝网制成的所述加固件还包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为2.00%以下的锰、质量百分比为0.045%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫以及质量百分比为2.00%至3.00%的钥。
3.如权利要求1所述的排气管球形接头，其特征在于，所述下游侧排气管的所述张开部分的所述凹状球形表面部还包含质量百分比为0.030%以下的碳、质量百分比为1.00%以下的硅、质量百分比为1.00%以下的锰、质量百分比为0.040%以下的磷、质量百分比为0.030%以下的硫以及质量百分比为0.40%至0.80%的钛和铌。
4.如权利要求3所述的排气管球形接头，其特征在于，所述下游侧排气管的所述张开部分的所述凹状球形表面部还包含质量百分比为0.75%至1.50%的钥和质量百分比为0.020%以下的氮。
5.如权利要求1至4中任一项所述的排气管球形接头，其特征在于，暴露于所述球形环密封件的所述外层的所述外表面上的所述固体润滑剂包含质量百分比为23%至57%的六方氮化硼、质量百分比为5%至15%的水合氧化铝以及质量百分比为33%至67%的聚四氟乙烯树脂。
6.如权利要求1至5中任一项所述的排气管球形接头，所述球形环基底件包括由金属丝网制成的加固件和包含膨胀石墨并被压缩成与所述加固件以混合形式一体形成的耐热材料。
7.如权利要求6所述的排气管球形接头，其特征在于，所述球形环基底件和所述外层的各所述耐热材料都进一步包含质量百分比为1.0%至16.0%的磷酸盐。
8.如权利要求7所述的排气管球形接头，其特征在于，所述球形环基底件和所述外层的各所述耐 热材料都进一步包含质量百分比为0.05%至5.0%的磷酸。
【文档编号】F01N13/08GK104040227SQ201280066853
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年1月12日
【发明者】黑濑講平, 佐藤荣治, 浅野嘉文, 鲤渕良太 申请人:奥依列斯工业株式会社