CN104561988A - 结构体和表面被覆层形成用涂料 - Google Patents

结构体和表面被覆层形成用涂料 Download PDF

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Abstract

本发明提供结构体和表面被覆层形成用涂料，该结构体即使在表面存在凸部或边缘部的情况下，也可形成与平坦部的厚度差异不大的表面被覆层。本发明的结构体为具备基材与表面被覆层的结构体，该基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；该表面被覆层覆盖在上述基材的表面，含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；其特征在于，上述表面被覆层包含覆盖上述平坦部的第1被覆部以及覆盖上述凸部和/或边缘部的第2被覆部；上述第2被覆部的膜厚相对于上述第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0；上述结晶性无机材料颗粒相对于上述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％。

Description

结构体和表面被覆层形成用涂料
【技术领域】
本发明涉及结构体和表面被覆层形成用涂料。
【背景技术】
为了对由发动机中排出的尾气中所含有的有害物质进行处理，在排气管通路设置催化转换器。
为了提高利用催化转换器净化有害物质的净化效率，需要将尾气和进行尾气流通的排气管等的温度维持在适于催化剂活化的温度(下文中也称为催化剂活化温度)。
在现有的尾气净化***中，发动机起动时的催化转换器的温度低于催化剂活化温度，催化剂未能发挥功能，在发动机起动时，难以完全防止有害物质的排出。
因此，对于与发动机连接的排气管，要求在发动机起动后在短时间内升温至催化剂活化温度。
为了与这样的要求相适应，在专利文献1～3中提出了一种结构体，该结构体由基材和无机材料表面层构成，该基材由金属形成，该无机材料表面层由结晶性和非晶性无机材料形成；上述无机材料表面层的热传导率低于上述基材的热传导率；上述无机材料表面层的红外线放射率高于上述基材的红外线放射率。
【现有技术文献】
【专利文献】
专利文献1：日本特开2008-69383号公报
专利文献2：日本特开2009-133213号公报
专利文献3：日本特开2009-133214号公报
【发明内容】
【发明所要解决的课题】
在上述的排气管中，存在有在焊接时产生的被称为焊珠或焊接飞溅的凸部。另外，在排气管的一部分为套管的情况下，在内侧或外侧部分存在的排气管端部具有边缘部。
对于这样的具有凸部、边缘部的排气管，若要形成专利文献1～3中提出的表面被覆层，则在涂布涂料后，在加热至高温来形成熔融层时，由于粘度低，因而容易从凸部或边缘部流到其它部分，凸部或边缘部的表面被覆层的厚度变薄、或者根据情况会产生未涂布的部分。在形成这样的厚度较薄的表面被覆层时，该部分的热传导率等特性劣化，作为整体也具有热传导率等特性降低这样的问题。因此，要求形成平坦部的厚度与凸部等的厚度没有较大差异的表面被覆层。
本发明是为了解决这样的问题而进行的，其目的在于提供一种绝热性、绝缘性等优异的结构体以及能够用于该结构体的制造的表面被覆层形成用涂料，该结构体即使在基材表面存在焊珠或焊接飞溅之类的凸部的情况下或存在边缘部的情况下，在上述凸部和边缘部也可形成与平坦部的厚度差异不大的表面被覆层。
【解决课题的手段】
为了达成上述目的，本发明的结构体为具备基材与表面被覆层的结构体，该基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；该表面被覆层覆盖上述基材的表面，含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；其特征在于，
上述表面被覆层包含覆盖上述平坦部的第1被覆部以及覆盖上述凸部和/或边缘部的第2被覆部；上述第2被覆部的膜厚相对于上述第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0；上述结晶性无机材料颗粒相对于上述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％。
本说明书中，在下文中也将凸部和/或边缘部称为凸部等。此外，在下文中，在仅称为表面被覆层时，是指包括第1被覆部和第2被覆部这两者的表面被覆层。
本发明的结构体具备基材以及含有由非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒的表面被覆层，上述第2被覆部的膜厚相对于上述第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0，上述结晶性无机材料颗粒相对于上述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％，结晶性无机材料相对于非晶性无机材料的比例为适当值，因而在使用含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的涂料形成涂布层后，在进行加热时，发生了熔融的熔融层的粘度不会过分降低、保持在适当的范围，在发生了熔融的凸部，熔融层不易流向平坦部，能够制造出平坦部分的第1被覆部与凸部等的第2被覆部中的表面被覆层的厚度差异不大的结构体。其结果，结构体整体能够发挥出优异的绝热性、绝缘性等效果。
为了使本发明结构体整体发挥出优异的绝热性、绝缘性等效果，第2被覆部的膜厚相对于第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)优选为0.4以上且小于1.0。
第2被覆部的膜厚相对于第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)小于0.4时，在凸部和边缘部，表面被覆层的热传导率劣化，作为结构体整体也得不到充分的热传导率特性、绝热性恶化。另一方面，上述第2被覆部的膜厚相对于第1被覆部的膜厚的比为1.0以上时，在凸部和边缘部，第2被覆部的厚度过厚，妨碍流经上述表面被覆层上的尾气等的流动，在压力损失方面带来不良影响。并且，通过引起紊流，在尾气等气体与结构体之间的热传递系数增高，会对绝热性能带来不良影响。
在本发明中，凸部是指，在与基材表面垂直的截面中，在基材表面线与假想表面线不同的区间，由上述基材表面线与假想表面线围起的部位。
此外，上述凸部的膜厚是指，相对于形成凸部的基材表面线的各切点的切线分别引垂直线，对于该垂直线由各切点与结构体表面划定仅将第2被覆部横断的线段，任意提取10处线段，将该10处的线段的平均值作为凸部的膜厚。作为测定方法的一例，在使用株式会社Fischer Instruments制造的Dual Scope MP40的情况下，使用任意30点实施膜厚校正后，对10处进行膜厚测定，取该测定值的平均。在对10处进行膜厚测定的情况下，优选在测定区域内按照测定部位没有局部分布的方式取任意10处。例如可以举出每隔1mm的等间隔进行测定等方法。
此处，基材表面线是指，在与基材表面垂直的截面中，实际构成基材表面的线；假想表面线是指，在与基材表面垂直的截面中，将平坦部中的基材表面线拉伸得到的线。
若将其用图来表示，则在本发明中，凸部是指，在图1(b)所示的将结构体的凸部附近放大的放大截面图中、或者在图2(c)所示的将半部件的凸部附近放大的放大截面图中，在基材表面线11A、22A与假想表面线11B、22B不同的区间，由基材表面线11A、22A与假想表面线11B、22B围起的部位。
此外，在本发明中，边缘部是指，在与基材表面垂直的截面中，在除了上述凸部外的基材表面线与假想表面线不同的区间中，设基材表面线为边缘部表面线段，在基材表面线上，相对于作为边缘部表面线段的两端点的点的切线引垂直线，将由上述两垂直线和构成边缘部表面线段的基材表面线围起的部位作为边缘部。
若将其以图表示，则在本发明中，边缘部是指，在图1(c)所示的将结构体的边缘部附近放大的放大截面图中，在基材表面线11C与假想表面线11D不同的区间，设基材表面线11C为边缘部表面线段，在基材表面线11C上，相对于作为边缘部表面线段的两端点的点11P的切线引垂直线，将由两垂直线G和构成边缘部表面线段的基材表面线11C围起的部位作为边缘部。
边缘部的膜厚是指，在形成边缘部的基材表面线中，对于任意提取的10处切点的切线分别引垂直线，将该垂直线的由各切点与结构体表面限定的线段的长度平均，所得到的平均长度为该边缘部的膜厚。作为测定方法的一例，在使用株式会社FischerInstruments制造的Dual Scope MP40的情况下，使用任意30点实施膜厚校正后，对10处进行膜厚测定，取该测定值的平均。
在对10处进行膜厚测定的情况下，优选在测定区域内按照测定部位没有局部分布的方式取任意10处。例如可以举出每隔1mm的等间隔进行测定等方法。
在下文中，在提到熔融层时，是指如下形成的熔融层：将非晶性无机材料颗粒和结晶性无机材料颗粒混合制备涂料组合物，将该涂料组合物涂布在基材的表面，通过进行加热，形成熔融层。
结晶性无机材料颗粒相对于表面被覆层整体的重量比例(％)与构成表面被覆层的结晶性无机材料颗粒和非晶性无机材料相关，为使用下述(1)式计算出的值。
[结晶性无机材料颗粒的重量/(结晶性无机材料颗粒的重量+非晶性无机材料的重量)]×100···(1)
上述结晶性无机材料颗粒相对于表面被覆层整体的重量比例优选为20重量％～70重量％。
结晶性无机材料颗粒相对于表面被覆层整体的重量比例为20重量％～70重量％时，结晶性无机材料相对于非晶性无机材料的比例高，因而每单位体积中存在的发生了熔融的非晶性无机材料的量少、熔融时的流动阻力增大。因此，熔融层的粘度增加，在凸部等能够形成更厚的表面被覆层。结晶性无机材料颗粒相对于表面被覆层整体的重量比例超过70重量％时，涂料的流动阻力过大，难以成膜。
表面被覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径优选为0.1μm～50μm。
表面被覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm～50μm时，结晶性无机材料对于熔融的非晶性无机材料的接触面积处于适当的范围、熔融层的粘度也为适当的范围，因而在凸部等能够形成厚度与平坦部没有太大变化的表面被覆层。
在本发明中，结晶性无机材料颗粒的平均粒径是指如下测定得到的粒径：在制备用于形成表面被覆层的原料时，使用岛津制作所制造的激光衍射式粒径分布测定装置(SALD-300V)对添加到原料中的结晶性无机材料颗粒的平均粒径进行测定，将所测得的粒径作为该平均粒径。
表面被覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径更优选为0.1μm以上且小于10μm。
表面被覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm以上且小于10μm时，结晶性无机材料颗粒的表面积变得更大、熔融层的粘度进一步增加，因而在凸部等能够形成厚度与平坦部没有太大变化的表面被覆层。
本发明的结构体中，上述第1被覆部的膜厚优选为50μm～1000μm。
通过在第1被覆部形成上述膜厚的表面被覆层，作为整体能够形成绝热性足够高的表面被覆层，能够制成绝热性、绝缘性优异的结构体。
在本发明的结构体中，在上述表面被覆层上形成外覆层，在外覆层中可以含有结晶性无机材料、也可以不含有结晶性无机材料。在上述外覆层中含有结晶性无机材料的情况下，结晶性无机材料颗粒的平均粒径优选为0.1μm～50μm，上述外覆层中的结晶性无机材料颗粒的重量比例优选为0.1重量％～20重量％。
通过在上述表面被覆层上形成在加热熔融时的粘度低的外覆层，能够形成表面粗糙度小的更平坦的层、能够使流经外覆层上的尾气等气体顺畅地流通，因而尾气等气体与结构体之间的热传递系数降低，能够改善绝热性。
在本发明的结构体中，上述外覆层表面基于JIS B 0601(2001)以测长距离10mm进行测定的表面粗糙度RzJIS优选为0.05μm～10μm。
外覆层表面基于JIS B 0601(2001)以测长距离10mm进行测定的表面粗糙度RzJIS为0.05μm～10μm时，结构体的表面(外覆层的表面)更平坦，能够使流经外覆层上的尾气等气体更为顺畅地流通，因而尾气等气体与结构体之间的热传递系数降低，能够改善绝热性。
在本发明的结构体中，上述结晶性无机材料优选含有氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化铝以及过渡金属的氧化物中的至少一种。
在本发明的结构体中，作为结晶性无机材料含有上述化合物时，上述结晶性无机材料颗粒的耐热性优异、并且发挥出机械补强表面被覆层的作用，因而能够防止表面被覆层由于机械强度的劣化而产生裂纹等。特别是作为结晶性无机材料使用铝的氧化物的情况下，还有助于排气管绝缘性的提高。
另外，作为结晶性无机材料含有过渡金属的氧化物时，由于上述过渡金属的氧化物具有较高的红外线放射率，因而能够提高表面被覆层的放射率，与基材的密合性也优异。
在本发明的结构体中，上述结晶性无机材料更优选含有α-氧化铝以及氧化钇稳定化的氧化锆中的至少一种。
作为结晶性无机材料含有上述化合物时，能够提高耐热性，并且发挥出机械补强表面被覆层的作用，同时还有助于上述结构体的绝缘性的提高。
本发明的结构体中，上述非晶性无机材料优选由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃形成。
在本发明的结构体中，若上述非晶性无机材料由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃构成，则在使用涂布等手段在基材的表面形成涂布层后，通过进行加热，能够比较容易地形成表面被覆层。
上述低熔点玻璃的软化点小于300℃时，由于软化点的温度过低，因而在加热处理时，作为表面被覆层的层容易由于熔融等而发生流动，难以形成均匀厚度的层；另一方面，低熔点玻璃的软化点超过1000℃时，反而需要将加热处理的温度设定得极高，因而，通过加热，基材的机械特性可能会发生劣化。并且，含有非晶性无机材料的表面被覆层不会追随基材的温度所致的热膨胀变化，表面被覆层可能会产生裂纹、发生脱落。
在本发明的结构体中，上述低熔点玻璃优选为含有钡玻璃、硼玻璃、锶玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠锌玻璃以及钠钡玻璃中的至少一种的玻璃。
在本发明的结构体中，作为上述非晶性无机材料使用含有上述材料的低熔点玻璃时，能够在基材的表面形成热传导率低、并且具有耐热性、耐久性、绝缘性的表面被覆层。
在本发明的结构体中，上述凸部来自焊珠和焊接飞溅。
在本发明的结构体中，上述凸部多来自焊珠和焊接飞溅，即使在这些凸部的表面形成的第2被覆部也能够形成与在平坦部形成的第1被覆部的厚度没有太大变化的表面被覆层，结构体整体上能够发挥出上述本发明的效果，即能够发挥出优异的绝热性、绝缘性等效果。
本发明的表面被覆层形成用涂料为用于在基材上形成表面被覆层的表面被覆层形成用涂料，该基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；
其特征在于，表面被覆层形成用涂料包含非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；相对于上述非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料的重量比例为5重量％～70重量％。
本发明的表面被覆层形成用涂料含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒，相对于上述非晶性无机材料和上述结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料的重量比例为5重量％～70重量％，因而在使用该涂料形成涂膜并进行加热时，发生了熔融的熔融层的粘度呈适当的范围，能够形成平坦部与凸部等的厚度没有太大差异的表面被覆层，能够制成具有优异的绝热性、绝缘性等的结构体。
此处，相对于上述非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量的结晶性无机材料的重量比例为使用上述(1)式计算出的值。
相对于表面被覆层形成用涂料所含有的非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量，上述结晶性无机材料的重量比例优选为20重量％～70重量％。
相对于表面被覆层形成用涂料所含有的非晶性无机材料与结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料的重量比例为20重量％～70重量％时，熔融层中的结晶性无机材料的重量比例更大，每单位体积的非晶性无机材料的量更少，因而熔融层的粘度进一步增加，能够在凸部等形成更厚的表面被覆层。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，上述结晶性无机材料颗粒的平均粒径优选为0.1μm～50μm。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，上述结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm～50μm时，结晶性无机材料对于熔融的非晶性无机材料的接触面积为适当的范围，熔融层的粘度也为适当的范围，因而在凸部等能够形成与平坦部的情况下的厚度没有变化的表面被覆层。表面被覆层形成用涂料所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径更优选为0.1μm以上且小于10μm。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，上述结晶性无机材料优选含有氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化铝以及过渡金属的氧化物中的至少一种。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，在作为结晶性无机材料含有上述化合物时，上述结晶性无机材料颗粒的耐热性优异，并且发挥出机械补强表面被覆层的作用，因而能够防止表面被覆层由于机械强度的劣化而产生裂纹等。特别是在使用铝的氧化物的情况下，还有助于排气管绝缘性的提高。
另外，作为结晶性无机材料含有过渡金属的氧化物时，由于上述过渡金属的氧化物具有较高的红外线放射率，因而能够提高表面被覆层的放射率，与基材的密合性也优异。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，上述非晶性无机材料优选由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃形成。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，若上述非晶性无机材料由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃构成，则在使用涂布等手段在基材的表面形成涂布层后，通过进行加热，能够比较容易地形成表面被覆层。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，上述低熔点玻璃优选为含有钡玻璃、硼玻璃、锶玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠锌玻璃以及钠钡玻璃中的至少一种的玻璃。
在本发明的表面被覆层形成用涂料中，作为上述非晶性无机材料使用含有上述材料的低熔点玻璃时，能够在基材的表面形成热传导率低、并且具有耐热性、耐久性、绝缘性的表面被覆层。
【附图说明】
图1中，(a)为示意性示出本发明结构体的一例的截面图，(b)为将(a)所示结构体中的凸部附近放大的放大截面图，(c)为将(a)所示结构体中的边缘部附近放大的放大截面图。
图2中，(a)为示意性示出将构成排气***部件的基材的筒状体切断成一半的部件(下文中称为半部件)的截面图、(b)为示意性示出基材为筒状体的情况下的排气***部件的截面图、(c)为将(a)所示的半部件中的凸部附近放大的放大截面图。
图3为示意性示出与本发明的结构体相关的汽车用发动机以及与汽车用发动机连接的排气歧管的立体分解图。
图4中，(a)为图3所示的汽车用发动机和排气歧管的A-A线截面图，(b)为(a)所示的排气歧管的B-B线截面图。
【符号的说明】
10、20、30结构体(排气***部件)
11、21、31、120基材
11a平坦部
11b、21b、31b、131b凸部
11c边缘部
12、22、32、132表面被覆层
12a、32a第1被覆部
12b、22b、32b、132b第2被覆部
13非晶性无机材料的层
14结晶性无机材料颗粒
100汽车用发动机
110排气歧管
【具体实施方式】
下面对本发明进行具体说明。但是，本发明并不限于下述内容，可以在不变更本发明要点的范围内进行适宜变更来应用。
下面对本发明的结构体以及结构体的制造中所用的表面被覆层形成用涂料进行说明。
首先对本发明的结构体进行说明。
本发明的结构体为具备基材与表面被覆层的结构体，该基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；该表面被覆层覆盖在上述基材的表面，含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；所述结构体的特征在于，
上述表面被覆层包含覆盖上述平坦部的第1被覆部以及覆盖上述凸部和/或边缘部的第2被覆部；上述第2被覆部的膜厚相对于上述第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0；上述结晶性无机材料颗粒相对于上述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％。
图1(a)为示意性示出本发明结构体的一例的截面图，图1(b)为将图1(a)所示结构体中的凸部附近放大的放大截面图，图1(c)为将图1(a)所示结构体中的边缘部附近放的放大截面图。
图1(a)所示的结构体10具备基材11与在基材11的表面上形成的表面被覆层12，该基材由金属形成，在表面形成了平坦部11a以及凸部11b和边缘部11c。
在图1(a)所示的结构体10中，在基材11的表面形成的表面被覆层12包含非晶性无机材料层13、以及分散在非晶性无机材料层13内部的结晶性无机材料颗粒14，此外在非晶性无机材料层13中还可以含有气孔等。
表面被覆层12包含覆盖平坦部11a的第1被覆部12a、以及覆盖凸部11b和边缘部11c的第2被覆部12b，第2被覆部12b的膜厚相对于第1被覆部12a的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0，上述结晶性无机材料颗粒相对于上述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％。
本发明中所用的基材11是指作为形成表面被覆层12的对象的部件。基材11的形状可以为平板、半圆筒、圆筒状，此外，还可以是其截面外缘的形状为椭圆形、多边形等的任意的形状。
基材11为筒状体的情况下，基材径沿着长度方向可以并非为定值，并且与长度方向垂直的截面形状沿着长度方向也可以并非是恒定的。
在基材11形成凸部11b和边缘部11c。
对具体的凸部11b没有特别限定，但在焊接时产生的焊珠或焊接飞溅相当于该凸部11b。在基材11中，在表侧和内侧存在具有较大面积的主面，通常任一主面均可为形成表面被覆层12的对象，也可在2个主面形成表面被覆层。另外，根据情况，有时不仅在基材11的主面、而且在基材11的侧面也需要形成表面被覆层，此时，在边缘部11c也形成表面被覆层。关于边缘部，例如在将排气管的一部分制成套管、在内侧形成内管、在内管的侧面也形成表面被覆层的情况下，存在作为被覆对象的边缘部。
在图1(a)所示的结构体10中，基材11存在凸部11b和边缘部11c，但基材11中也可仅形成凸部11b或边缘部11c中的任意一者。
凸部11b的高度估计为0.01mm～15mm、凸部11b的宽度估计为0.01mm～20mm。在与基材11的主面垂直地进行切断时，截面的边缘部11c的角度通常为90°，但边缘部11c的角度并不限于90°，只要在70°～110°的范围即可。
作为构成结构体10的基材11的材质，例如可以举出：不锈钢、钢、铁、铜等金属；或者因科镍、哈斯特洛伊镍基耐蚀耐热合金、因瓦合金等镍合金等。对于由这些金属材料形成的基材，如后所述，通过使其与构成表面被覆层12的非晶性无机材料的层13的热膨胀系数接近，能够提高表面被覆层12与由金属形成的基材11的密合力。
为了使基材与表面被覆层的密合性良好，可以对基材的表面实施喷砂处理或化学药品等的粗化处理。
通过上述粗化处理形成的基材表面的表面粗糙度RzJIS优选为1.5μm～20μm。上述粗化面的表面粗糙度RzJIS为JIS B 0601(2001)所定义的十点平均粗糙度，测长距离为10mm。
结构体基材的粗化面的表面粗糙度RzJIS小于1.5μm时，由于基材的表面积减小，因而不容易充分得到基材与表面被覆层的密合性。另一方面，结构体基材的粗化面的表面粗糙度RzJIS超过20μm时，在基材的表面不容易形成表面被覆层。据考虑，这是由于，若结构体基材的粗化面的表面粗糙度RzJIS过大，则浆料(表面被覆层用的原料组合物)不会进入到在基材表面形成的凹凸的凹谷部分，在该部分形成了空隙。
需要说明的是，结构体基材的粗化面的表面粗糙度RzJIS可使用东京精密制造的Handy Surf E-35B并基于JIS B 0601(2001)以测长距离为10mm的条件进行测定。
本发明的结构体中，基材厚度的优选下限为0.2mm、更优选的下限为0.4mm，优选的上限为10mm、更优选的上限为4mm。
结构体基材的厚度小于0.2mm时，结构体的强度不足。此外，结构体基材的厚度超过10mm时，结构体的重量增大，难以搭载至例如汽车等车辆，不易进行实际应用。
结晶性无机材料颗粒14优选含有氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化铝以及过渡金属的氧化物中的至少一种。
作为上述过渡金属的氧化物，可以举出氧化锆、氧化钇、氧化铌、氧化钛、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化钴、氧化铬等。
此外，作为含有氧化锆的无机材料的具体例，例如可以举出氧化钇稳定化的氧化锆、CaO稳定化的氧化锆、MgO稳定化的氧化锆、锆石、CeO稳定化的氧化锆等。
它们之中，优选耐热性和耐腐蚀性优异的氧化铝、氧化钇稳定化的氧化锆。
本发明中，第2被覆部12b的膜厚相对于第1被覆部12a的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0，第2被覆部12b的膜厚相对于第1被覆部12a的膜厚的比小于0.4时，设于凸部等的第2被覆部12b的膜厚过薄、绝热性差，因而表面被覆层整体的绝热性能等差。
第2被覆部12b的膜厚相对于第1被覆部12a的膜厚的比为1.0以上时，凸部或边缘部的第2被覆部12b的膜厚过厚，妨碍流经结构体上的尾气等气体的流动，在压力损失方面带来不良影响。并且，通过引起紊流，在尾气等气体与结构体之间的热传递系数增高，会对绝热性能带来不良影响。
本发明的结构体10中，为了发挥出优异的绝热性、绝缘性等效果，第2被覆部12b的膜厚相对于第1被覆部12a的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)更优选为0.6以上且小于1.0。
结晶性无机材料颗粒14相对于表面被覆层12整体的比例优选为5重量％～70重量％、更优选为20重量％～70重量％。
结晶性无机材料颗粒14相对于表面被覆层12整体的比例处于5重量％～70重量％的范围时，在基材11的表面涂布原料并通过加热形成熔融层时，熔融层中的结晶性无机材料的重量比例处于适当的范围，因而发生了熔融的涂布层的粘度不会过低、保持在适当的范围，发生了熔融的凸部11b的涂布层不易流到平坦部11a，能够制造出平坦部11a的第1被覆部12a与凸部等的第2被覆部12b中的表面被覆层的厚度差异不大的结构体。
结晶性无机材料14的颗粒相对于表面被覆层12整体的比例小于5重量％时，结晶性无机材料的比例过低，因而每单位体积的非晶性无机材料的量增多，熔融层的粘度降低，使凸部等熔融层的厚度难以增厚，第2被覆部12b的厚度小于第1被覆部12a厚度的0.4倍。另一方面，结晶性无机材料14的颗粒相对于表面被覆层12整体的比例超过70重量％时，由于熔融层的粘度过高，因而在整个基材难以形成均匀厚度的表面被覆层，表面粗糙度过高。
结晶性无机材料颗粒14的平均粒径优选为0.1μm～50μm，结晶性无机材料颗粒14的平均粒径更优选为0.1μm以上且小于10μm。
结晶性无机材料颗粒14的平均粒径处于0.1μm～50μm的范围时，在基材11的表面涂布原料并通过加热形成熔融层时，由于熔融层中的结晶性无机材料的表面积处于适当的范围，因而发生了熔融的涂布层的粘度不会过低，保持在适当的范围，发生了熔融的凸部中的涂布层不容易流到平坦部11a，能够制造出在平坦部11a的第1被覆部12a与凸部等的第2被覆部12b中的表面被覆层的厚度没有较大差异的结构体。
表面被覆层12所含有的结晶性无机材料颗粒14的平均粒径小于0.1μm时，结晶性无机材料颗粒14的粒径过小，熔融层中的结晶性无机材料颗粒的表面积变大，含有结晶性无机材料颗粒14的熔融层的粘度过高，无法形成均匀厚度的表面被覆层12。另一方面，结晶性无机材料颗粒14的平均粒径大于50μm时，结晶性无机材料颗粒14的粒径过大，熔融层中的无机材料颗粒的表面积过小，含有结晶性无机材料颗粒14的熔融层的粘度降低，所形成的熔融层容易发生流动，所形成的第2被覆部12b的厚度变薄，第2被覆部12b的厚度小于第1被覆部12a厚度的0.4倍。
如此，在本发明中，由于表面被覆层12所含有的结晶性无机材料颗粒的比例(浓度)为5重量％～70重量％，因而在涂布用于形成表面被覆层12的涂料组合物并进行烧制时，发生了熔融的涂布层的粘度为适当的范围，凸部11b和边缘部11c的第2被覆部12b的厚度不容易变薄，其结果，第2被覆部12b的厚度为与第1被覆部12a的厚度没有较大差异的厚度。
第1被覆部12a的厚度优选为50μm～1000μm、更优选为100μm～750μm。另一方面，优选第2被覆部12b的厚度为第1被覆部12a的厚度的0.4倍以上且小于1.0倍。
第1被覆部12a的厚度小于50μm时，表面被覆层12整体的厚度过薄，绝热性能降低，从而无法充分增高基材的温度。另一方面，第1被覆部12a的厚度超过1000μm时，表面被覆层12整体过厚，在受到热冲击时，表面被覆层12的与基材11的接合面、与暴露于氛围气中的表面的温度差容易变大，表面被覆层12容易被破坏。
构成结构体的表面被覆层12的非晶性无机材料优选软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃。本发明中使用的非晶性无机材料在形成第1被覆部12a时、以及在形成第2被覆部12b时，均能够使用具有上述范围的软化点的低熔点玻璃。
对上述低熔点玻璃的种类没有特别限定，优选为含有钡玻璃、硼玻璃、锶玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠锌玻璃以及钠钡玻璃中的至少一种的玻璃。
这些玻璃可以如上所述进行单独使用，也可将两种以上的玻璃混合。
上述低熔点玻璃的软化点处于300℃～1000℃的范围时，在将低熔点玻璃熔解并涂布在基材(金属材料)的表面之后实施加热烧制处理，从而可在由金属形成的基材的表面上容易地形成与基材的密合性优异的表面被覆层12。
上述低熔点玻璃的软化点小于300℃时，软化点的温度过低，因而在加热处理时，作为表面被覆层的层容易由于熔融等而发生流动，厚度容易变薄；另一方面，上述低熔点玻璃的软化点超过1000℃时，反而需要将加热处理的温度设定得极高，因而通过加热，基材的机械特性可能会发生劣化。
需要说明的是，软化点可以基于JIS R 3103-1:2001中规定的方法使用例如有限会社OPT企业制造的玻璃自动软化点·应变点测定装置(SSPM-31)进行测定。
本发明的结构体10中，表面被覆层12在室温下的热传导率优选为0.05W/mK～10W/mK。
表面被覆层12在室温下的热传导率处于上述范围时，本发明的结构体10的绝热性优异，即使在高温下，热传导率也不易增高，因而能够防止尾气等的温度降低。
考虑到技术方面和经济方面这两者的平衡，不容易实现室温下的热传导率小于0.05W/mK的表面被覆层12。另一方面，表面被覆层12在室温下的热传导率超过10W/mK时，结构体的保温性不充分，例如在将上述结构体用于排气管中的情况下，催化转换器的温度达到催化剂活化温度为止的时间变长，这是不优选的。结构体的表面被覆层在室温下的热传导率可通过激光闪光法进行测定。
需要说明的是，本发明的结构体中，在使用半圆筒基材或圆筒状基材的情况下，在基材的表面，在图1(a)所示的结构体10中的包含平坦部11a以及凸部11b等的部分形成表面被覆层12(第1被覆部12a和第2被覆部12b)。如上所述，表面被覆层12也可以在基材11的两面形成。
在表面被覆层12在基材11的两面形成的情况下，也优选构成表面被覆层12的第1被覆部12a的厚度为50μm～1000μm。
在本发明中，可以在表面被覆层上形成外覆层。
作为构成上述外覆层的结晶性无机材料颗粒和非晶性无机材料，可以使用与构成表面被覆层的结晶性无机材料颗粒和非晶性无机材料同样种类、特性的材料。关于构成表面被覆层的结晶性无机材料颗粒和非晶性无机材料如上文所述，因而此处省略其说明。
在表面被覆层上形成外覆层的情况下，外覆层中的结晶性无机材料颗粒的平均粒径优选为0.1μm～50μm。
外覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径小于0.1μm时，结晶性无机材料颗粒的粒径过小，熔融层中的结晶性无机材料颗粒的表面积增大，涂料的粘度过高，无法良好地进行涂布，外覆层的表面粗糙度增大。另一方面，结晶性无机材料颗粒的平均粒径超过50μm时，结晶性无机材料颗粒的粒径过大，每单位体积的非晶性无机材料的容积增大，含有结晶性无机材料颗粒的熔融层的粘度过低，所形成的熔融层容易流动，容易产生未涂布部分。
在外覆层可以含有结晶性无机材料、也可以不含有结晶性无机材料。从提高外覆层的平滑性的方面考虑，优选在外覆层不含有结晶性无机材料。此外，从提高外覆层的耐热性的方面考虑，优选在外覆层含有结晶性无机材料，这种情况下，外覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的比例(结晶性无机材料相对于非晶性无机材料与结晶性无机材料的总量的重量比例)优选为0.1重量％～20重量％。
外覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的比例超过20重量％时，在制备涂料组合物时，结晶性无机材料的浓度增高，因而涂料的粘度增高，无法形成良好的涂膜，外覆层的表面粗糙度增大。
本发明中，由于如上所述对外覆层所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径进行了设定，因而能够形成表面粗糙度小的平坦层，能够使流经外覆层上的气体顺畅地流通，因而能够改善本发明结构体的绝热性。
外覆层的厚度优选为5μm～25μm，外覆层表面基于JIS B 0601(2001)在测长距离为10mm的条件下的表面粗糙度RzJIS优选为0.05μm～10μm。
从技术方面来说，难以形成外覆层的表面粗糙度RzJIS小于0.05μm的外覆层。另一方面，外覆层的表面粗糙度RzJIS超过10μm时，表面粗糙度过大，因而气体无法顺畅地流经外覆层上，难以通过外覆层的形成来改善绝热性。
接着对本发明的结构体的制造方法进行说明。
首先对本发明结构体的制造中使用的表面被覆层形成用涂料进行说明。
上述表面被覆层形成用涂料为用于在基材上形成表面被覆层的涂料，该基材由金属形成，在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部。
即，本发明的表面被覆层形成用涂料的特征在于，其含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒，相对于上述非晶性无机材料与上述结晶性无机材料颗粒的总量，结晶性无机材料颗粒的重量比例为5重量％～70重量％。
通过使用本发明的表面被覆层形成用涂料，能够制造具有上述特性的本发明的结构体，其用途并不限于上述结构体的制造，也可在用于形成涂膜的其它用途中使用。
关于本发明的表面被覆层形成用涂料中的作为涂布对象的基材的种类、材质、厚度、形状等特性、凸部、边缘部等，可以直接应用本发明的结构体中说明的事项。
表面被覆层形成用涂料含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒，此外还可混合分散介质、有机结合材料等。
表面被覆层形成用涂料中的结晶性无机材料为用于形成上述结构体的表面被覆层的原料，因而，可以使用与表面被覆层所含有的结晶性无机材料颗粒同样的物质。关于结晶性无机材料的种类等已在上述结构体中说明，因而此处省略其详细说明，但相对于上述非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料的重量比例为5重量％～70重量％。
相对于上述非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量的结晶性无机材料的重量比例由上述(1)式表示。
从而，相对于非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量的结晶性无机材料的重量比例小于5重量％时，结晶性无机材料的比例过低，因而每单位体积的非晶性无机材料的量增多，熔融层的粘度变低，难以使凸部等的熔融层的厚度增厚，第2被覆部12b的厚度小于第1被覆部12a厚度的0.4倍。另一方面，相对于非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量的结晶性无机材料的重量比例超过70重量％时，熔融层的粘度过高，因而难以在整个基材上形成均匀厚度的表面被覆层，表面粗糙度增高。
相对于表面被覆层用涂料所含有的非晶性无机材料与结晶性无机材料的总量，上述结晶性无机材料的重量比例优选为20重量％～70重量％。
上述结晶性无机材料颗粒的平均粒径优选为0.1μm～50μm。
表面被覆层形成用涂料所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径小于0.1μm时，结晶性无机材料颗粒的粒径过小，熔融层中的结晶性无机材料颗粒的表面积增大，含有结晶性无机材料颗粒的熔融层的粘度过高，不能形成均匀厚度的表面被覆层。另一方面，表面被覆层形成用涂料所含有的结晶性无机材料颗粒的平均粒径超过50μm时，结晶性无机材料颗粒的粒径过大，熔融层中的无机材料颗粒的表面积过小，含有结晶性无机材料颗粒的熔融层的粘度降低，所形成的熔融层容易流动，所形成的第2被覆部的厚度变薄，第2被覆部的厚度小于第1被覆部厚度的0.4倍。
表面被覆层形成用涂料中的结晶性无机材料在湿式粉碎后的最终平均粒径更优选为0.1μm以上且小于10μm。
关于表面被覆层形成用涂料中的结晶性无机材料颗粒的混合比例，由于该涂料中除了含有表面被覆层形成用涂料所含有的非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒以外还含有分散介质等，因而表面被覆层形成用涂料中的结晶性无机材料颗粒的混合比例以结晶性无机材料颗粒相对于表面被覆层形成用涂料整体重量的重量比例来表示。这种情况下，其指的是表面被覆层形成用涂料中的结晶性无机材料颗粒的浓度。
表面被覆层形成用涂料所含有的结晶性无机材料的浓度优选为0.05重量％～9重量％、更优选为0.30重量％～5重量％。
此外，在非晶性无机材料中，关于非晶性无机材料的种类、材质、其特性等，可以使用本发明的结构体中说明的种类、材质、其特性等，因而省略其说明；但在上述结构体中，非晶性无机材料在涂布、加热后发生熔融，变成非晶性层。另一方面，在制备原料的表面被覆层形成用涂料时，使用上述非晶性无机材料的粉末。在制备本发明的表面被覆层形成用涂料时，在调配各原料后进行湿式粉碎，但非晶性无机材料的粉末首先使用调节成适当粒径的粉末，在原料调配后通过湿式粉碎得到目的粒径的粉末。
如上所述，非晶性无机材料在涂布至基材表面并进行烧制后发生熔融，成为非晶性无机材料层，因而无需严格地控制非晶性无机材料的粒径，但非晶性无机材料颗粒需要均匀分散在表面被覆层形成用涂料中。
从这方面考虑，涂料组合物中的非晶性无机材料在湿式粉碎后的最终平均粒径优选为0.1μm～100μm、更优选为1μm～20μm。在为1μm～20μm的范围时，推测颗粒表面的带电所致的影响少，因而颗粒容易均匀分散。
作为上述分散介质，例如可以举出水或甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂等。对表面被覆层形成用涂料所含有的非晶性无机材料的粉末与分散介质的混合比没有特别限定，例如，相对于非晶性无机材料的粉末100重量份，优选分散介质为50重量份～150重量份。这是由于这样可使粘度为适于涂布至基材的粘度。
作为能够混合在上述表面被覆层形成用涂料中的有机结合材料，例如可以举出聚乙烯醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等。它们可以单独使用，也可以合用两种以上。
此外，也可将分散介质与有机结合材料合用。
接下来，对于在表面被覆层上形成外覆层的情况进行说明。
在表面被覆层上形成外覆层的情况下，可以暂且在基材表面涂布表面被覆层形成用涂料，通过加热、熔融形成表面被覆层，之后涂布外覆层形成用涂料，进行加热，形成外覆层；但优选在基板表面涂布表面被覆层形成用涂料，进行干燥形成涂膜后，涂布外覆层形成用涂料，进行干燥，形成外覆层用涂膜，进行加热、烧制，从而同时形成表面被覆层与外覆层。优选该方法的原因在于可通过1次加热、烧制同时形成表面被覆层和外覆层。
外覆层形成用涂料可以含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒、也可以仅含有非晶性无机材料颗粒。外覆层形成用涂料此外还可混合分散介质、有机结合材料等。
在外覆层形成用涂料中含有结晶性无机材料的情况下，该结晶性无机材料为用于形成上述结构体的外覆层的原料，因而，可以使用与构成上述结构体的外覆层中所含有的结晶性无机材料相同的物质。关于结晶性无机材料的种类等已在上述结构体中说明，因而此处省略其说明，但在外覆层形成用涂料含有结晶性无机材料颗粒的情况下，该结晶性无机材料颗粒的平均粒径优选为0.1μm～50μm，相对于外覆层形成用涂料所含有的非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料颗粒的混合比例优选为0.1重量％～20重量％。需要说明的是，相对于外覆层形成用涂料中的非晶性无机材料与上述结晶性无机材料总量，结晶性无机材料颗粒的混合比例利用与表面被覆层用涂料的情况相同的方法来确定。
相对于外覆层形成用涂料中所含有的非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量，若结晶性无机材料颗粒的混合比例超过20重量％，则在制备外覆层形成用涂料时，外覆层形成用涂料的粘度增高，无法形成良好的涂膜，外覆层的表面粗糙度增大。
此外，在非晶性无机材料中，关于非晶性无机材料的种类、材质、其特性等，可以使用与本发明的结构体中说明的种类、材质、其特性等，因而省略其说明，但在上述结构体中，非晶性无机材料在涂布、加热后发生熔融，成为非晶性层。另一方面，在制备原料的外覆层形成用涂料时，使用上述非晶性无机材料的粉末。在制备外覆层形成用涂料时，在调配各原料后进行湿式粉碎，但非晶性无机材料的粉末首先使用调节成适当粒径的粉末，在原料调配后通过湿式粉碎得到目的粒径的粉末。
如上所述，非晶性无机材料在涂布至基材表面并进行烧制后发生熔融，成为非晶性无机材料层，因而无需严格地控制非晶性无机材料的粒径，但非晶性无机材料颗粒需要均匀分散在外覆层形成用涂料中。
从这方面考虑，外覆层形成用涂料中的非晶性无机材料在湿式粉碎后的最终平均粒径优选为0.1μm～50μm、更优选为1μm～20μm。在为1μm～20μm的范围时，推测颗粒表面的带电所致的影响少，因而颗粒容易均匀分散。
作为外覆层形成用涂料所含有的分散介质和有机结合材料，可以举出与在表面被覆层形成用涂料中示例出的相同的物质。对外覆层形成用涂料所含有的非晶性无机材料粉末与分散介质的混合比没有特别限定，例如，相对于非晶性无机材料的粉末100重量份，分散介质优选为50重量份～150重量份。
接下来，对上述表面被覆层形成用涂料的制备和使用了该涂料的排气***部件的制造方法进行说明。
(1)准备由金属形成的基材的工序
采用由金属形成的基材(下文中也称为金属基材或金属材料)作为起始材料，首先进行用于除去金属基材表面的杂质的清洗处理。
作为上述清洗处理没有特别限定，可以使用现有公知的清洗处理，具体地说，例如，可以使用在醇溶剂中进行超声波清洗的方法等。
另外，在上述清洗处理后，根据需要，为了增大金属基材表面的比表面积、或对金属基材的表面的粗糙度进行调整，可以对金属基材的表面施以粗化处理。具体地说，可以施以例如喷砂处理、蚀刻处理、高温氧化处理等粗化处理。这些处理可以单独使用，也可以两种以上合用。
在该粗化处理后，可以进一步进行清洗处理。
(2)形成表面被覆层的工序
首先将结晶性无机材料、非晶性无机材料等混合，制备表面被覆层形成用涂料。
具体地说，例如，分别制备结晶性无机材料的粉末和非晶性无机材料的粉末以使其各自达到特定的粒度、形状等，将各粉末以特定的混合比例进行干式混合来制备混合粉末，进一步加入水，使用球磨机进行湿式混合，由此来制备表面被覆层形成用涂料。
此处，对混合粉末与水的混合比没有特别限定，相对于混合粉末100重量份，优选水为100重量份左右。这是由于该混合比能够达到适于在金属基材上进行涂布的粘度。此外，根据需要，在上述表面被覆层形成用涂料中，也可以如上所述混合有机溶剂等分散介质和有机结合材料等。
(3)接下来，在包括金属基材的平坦部以及凸部和/或边缘部的表面整体涂布表面被覆层形成用涂料。
作为涂布上述涂料组合物的方法，可以使用例如喷涂、静电涂布、喷墨、使用压模或辊等的转印、刷涂、或电沉积涂布等方法。
在使表面被覆层用涂膜干燥后，根据需要制备外覆层形成用涂料，在表面被覆层用涂膜上涂布外覆层形成用涂料、进行干燥，从而形成外覆层用涂膜。
(4)接着，对形成了表面被覆层用涂膜的金属基材实施烧制处理。
具体地说，将涂布了上述涂料组合物的金属基材干燥后，通过加热烧制形成表面被覆层。在形成了外覆层用涂膜的情况下，在表面被覆层上形成外覆层。
上述烧制温度优选为非晶性无机材料的软化点以上，根据进行混合的非晶性无机材料的种类，优选为700℃～1100℃。这是由于，通过使烧制温度为非晶性无机材料的软化点以上的温度，能够使金属基材与非晶性无机材料牢固地密合，能够形成与金属基材牢固地密合的第1被覆部和第2被覆部。
通过上述步骤，能够制造作为本发明结构体的一例的图1所示的结构体10。
图2(a)为示意性示出构成排气***部件的基材的半部件的截面图，图2(b)为示意性示出基材为筒状体的情况下的排气***部件的截面图，图2(c)为将图2(a)所示的半部件的凸部附近放大的放大截面图。
图2(b)所示的排气***部件30如排气管那样由筒状体形成，具备在一部分形成了凸部31b的基材31，在基材31的内侧形成了表面被覆层32(包括覆盖平坦部的第1被覆部32a和覆盖凸部的第2被覆部32b)。
该在基材31的内侧形成了表面被覆层32的排气管是绝热性能极为优异的排气管。因而，通过使用该排气管，在发动机起动后能够在短时间内升温至催化剂活化温度，在发动机起动后能够充分发挥出催化转换器的性能。
这样的基材为筒状体、在筒状体的内表面形成了表面被覆层的排气***部件的制造方法的示例如下所示。
在图2(b)所示的排气***部件(筒状体)30较长的情况下，虽然也不是不可能在其整个内部形成表面被覆层，但由于难以实现，因而通常使用将构成排气***部件的基材的筒状体切断成一半的排气***部件(半部件)20(参照图2(a))。
这种情况下，在基材21的表面形成表面被覆层22后，将2个排气***部件(半部件)20合体，来制作由在基材31的内表面形成了表面被覆层32(包括第1被覆部32a和第2被覆部32b)的筒状体形成的排气***部件30。
首先，作为金属基材，准备将筒状体切断成一半的第1半部件和第2半部件。接着，对于第1半部件和第2半部件，在第1半部件和第2半部件各自的小面积的内侧表面涂布涂料组合物。接着，对第1半部件和第2半部件实施烧制处理，从而在第1半部件和第2半部件的表面形成包含第2被覆部的表面被覆层，其后通过焊接等将第1半部件和第2半部件接合，制成筒状体。
通过上述步骤，能够制造金属基材为筒状体、在筒状体的内表面形成了表面被覆层的排气***部件。
下面列举本发明的结构体以及表面被覆层形成用涂料的作用效果。
(1)在本发明的结构体中，具备基材以及含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒的表面被覆层，上述第2被覆部的膜厚相对于上述第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0，上述结晶性无机材料颗粒相对于上述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％，结晶性无机材料相对于非晶性无机材料的比例较高，因而使用含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的涂料形成涂布层后，在进行加热时，发生了熔融的熔融层的粘度被保持在适当的范围，发生了熔融的凸部中的熔融层不容易流到平坦部，能够制造出在平坦部分的第1被覆部与凸部等的第2被覆部中的表面被覆层的厚度没有较大差异的结构体。其结果，本发明的结构体整体能够发挥出优异的绝热性、绝缘性等效果。
(2)在本发明的结构体中，作为上述结晶性无机材料含有氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化铝以及过渡金属的氧化物中的至少一种时，上述结晶性无机材料颗粒的耐热性优异，并且发挥出机械补强表面被覆层的作用，因而能够防止表面被覆层由于机械强度的劣化而产生裂纹等。特别是在使用铝的氧化物的情况下，还有助于排气管绝缘性的提高。并且，作为结晶性无机材料含有过渡金属的氧化物时，由于上述过渡金属的氧化物具有较高的红外线放射率，因而能够提高表面被覆层的放射率，与基材的密合性也优异。
(3)在本发明的结构体中，通过形成膜厚为20μm～1000μm的表面被覆层，能够形成作为整体的绝热性足够高的表面被覆层，能够制成绝热性、绝缘性优异的结构体。
(4)在本发明的结构体中，在上述表面被覆层上形成结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm～50μm的外覆层、上述外覆层中的结晶性无机材料颗粒相对于上述外覆层整体的重量比例为0.1重量％～20重量％时，可形成含有具有上述特性的结晶性无机材料颗粒的外覆层，可形成表面粗糙度小的平坦的层，可使流经外覆层上的气体顺畅地流通，因而尾气等气体与结构体之间的热传递系数降低，能够改善绝热性。
(5)在本发明的结构体中，在上述非晶性无机材料由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃形成时，在使用涂布等手段在基材的表面形成涂布层后，通过进行加热，能够比较容易地形成表面被覆层。
(6)在本发明的表面被覆层形成用涂料中，由于表面被覆层形成用涂料含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒，相对于上述非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量的结晶性无机材料的重量比例为5重量％～70重量％，因而在使用该涂料来形成表面被覆层并进行加热时，发生了熔融的涂料的粘度高，能够形成平坦部与凸部等的厚度没有太大差异的表面被覆层，能够制成具有优异的绝热性、绝缘性等的结构体。
(实施例)
下面示出对本发明的结构体以及表面被覆层形成用涂料进一步具体公开的实施例。需要说明的是，本发明并不仅限于这些实施例。
(实施例1)
(1)基材的准备
对于作为涂布对象的由金属形成的基材，将具有高5mm、宽10mm、长40mm的半圆柱状焊珠的长40mm×宽40mm×厚1.5mm的平板状不锈钢基材(SUS430制造)作为材料，在醇溶剂中进行超声波清洗，接着进行喷砂处理使基材的表面(两面)粗化。喷砂处理使用#100的Al2O3磨料进行10分钟。
使用表面粗糙度测定机((株)东京精密制Handy Surf E-35B)，在测长距离为10mm的条件下对金属基材的表面粗糙度进行测定，结果金属基材的表面粗糙度为RzJIS＝8.8μm。
通过上述处理制作平板状的基材。
(2)表面被覆层形成用涂料的制备
作为非晶性无机材料的粉末，准备旭硝子株式会社制造的K4006A-100M(Bi2O3-B2O3系玻璃、软化点770℃)。非晶性无机材料相对于表面被覆层形成用涂料整体的浓度为21重量％。上述浓度是指以百分数来表示相对于包含水等的表面被覆层形成用涂料整体的重量的非晶性无机材料的比例。此外，上述非晶性无机材料粉末的平均粒径为15μm。
此外，作为结晶性无机材料颗粒，混合氧化钇稳定化的氧化锆(YSZ)。相对于非晶性无机材料与上述结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料的重量比例为70重量％，平均粒径为0.1μm。
进而，作为有机结合材料，准备信越化学工业株式会社制造的甲基纤维素(产品名：METOLOSE-65SH)，按照相对于表面被覆层形成用涂料整体的浓度为0.05重量％的方式进行混合。
在制备表面被覆层形成中所用的表面被覆层形成用涂料时，进一步混合水使其相对于表面被覆层形成用涂料整体的浓度为7重量％，利用球磨机进行湿式混合，从而制备第1涂料组合物。
(3)外覆层形成用涂料的制备
利用与上述表面被覆层形成用涂料的制备方法相同的方法制备外覆层形成用涂料。
作为非晶性无机材料的粉末，使用与第1涂料组合物的情况同样的旭硝子株式会社制造的K4006A-100M，使非晶性无机材料相对于表面被覆层形成用涂料整体的浓度为38重量％。未混合结晶性无机材料。
涂布对象、表面被覆层形成用涂料的特性(结晶性无机材料的种类、结晶性无机材料的平均粒径、结晶性无机材料的重量比例、非晶性无机材料的浓度)、外覆层形成用涂料的特性(结晶性无机材料的种类、结晶性无机材料的平均粒径、结晶性无机材料的重量比例、非晶性无机材料的浓度)列于表1。
此处，结晶性无机材料颗粒的平均粒径为如下测得的值：在制备用于形成表面被覆层的原料时，使用岛津制作所制造的激光衍射式粒径分布测定装置(SALD-300V)对添加到原料中的结晶性无机材料颗粒的平均粒径进行测定，所得到的值为该平均粒径。
(4)结构体的制造
使用所制备的表面被覆层形成用涂料通过喷涂法在上述基材的单侧表面和侧面进行涂布，在干燥机内于70℃干燥20分钟。其后在空气中于850℃加热烧制处理90分钟，从而形成表面被覆层。
(5)所得到的结构体的评价
对于所得到的结构体，按以下所述的方法进行表面被覆层厚度的测定(第1被覆部的膜厚、第2被覆部的膜厚)、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)的计算、表面被覆层的特性评价(在平坦部的成膜性评价、在凸部的成膜性评价、表面被覆层或外覆层表面的表面粗糙度测定、以及综合判断)。
(膜厚的测定)
使用株式会社Fischer·Instruments制造的Dual Scope MP40对于所得到的结构体的第1被覆部和第2被覆部的膜厚进行测定。
计算出将上述测定中得到的第2被覆部的膜厚除以第1被覆部的膜厚所得到的值，将其作为膜厚比。
(在平坦部和凸部的成膜性的评价)
关于基材表面形成的表面被覆层，使用扫描型电子显微镜(Hitachi制造，FE-SEMS-4800)，聚焦于基材与表面被覆层的界面，拍摄10张SEM照片，在这些SEM照片中，将在基材与表面被覆层之间形成了空隙、观察到发生了剥离的情况记为“×”，将基材与表面被覆层之间完全未形成空隙的情况记为“○”。
(表面被覆层表面的表面粗糙度的测定)
使用表面粗糙度测定机((株)东京精密制Handy Surf E-35B)，对第1被覆部表面的表面粗糙度进行测定，基于JIS B0601(2001)的规定，在测长距离为10mm的条件下计算出粗糙度曲线中的十点平均粗糙度RzJIS。
(综合判断)
基于上述在平坦部的成膜性、在凸部的成膜性和膜厚比的评价结果，将全部为○的情况记为合格，在上述的特性中即使具有一个×也记为不合格。此处，对膜厚比的评价进行说明，作为表示结构体的绝热程度的评价值，有热阻：R(m2K/W)＝膜厚：t(m)/热传导率：λ(W/m·K)。热阻R高时，绝热程度高，如式中所示，热阻为与膜厚t成比例的值。因而，绝热程度也可以使用膜厚t作为热阻R的代替来进行评价。此外，还从气体流动的方面出发来考虑在评价热阻R时是否可使用膜厚t进行代替，在气体流经具有凸部或边缘部的结构体表面时，凸部或边缘部的气体流动紊乱，从而在每单位面积和每单位时间内，结构体的凸部或边缘部所接受的来自气体的热量大于平坦部所接受的来自气体的热量。从而，可容易地想到，在凸部或边缘部形成的膜厚越厚，则结构体整体的绝热程度越高。在作为本发明所应用的用途之一的排气管中，若膜厚比为0.4以上，则绝热性能是充分的，因而在膜厚比的评价中，在其为0.4以上的情况下，评价为○。
(实施例2～10)
如表1所示变更作为涂布对象的基材的种类、表面被覆层形成用涂料中所用的结晶性无机材料的种类与平均粒径、重量比例、非晶性无机材料的浓度，除此以外，利用与实施例1大致相同的方法形成表面被覆层。涂布对象、表面被覆层形成用涂料的特性(结晶性无机材料的种类、结晶性无机材料的平均粒径、结晶性无机材料的重量比例、非晶性无机材料的浓度)、外覆层形成用涂料的特性(结晶性无机材料的种类、结晶性无机材料的平均粒径、结晶性无机材料的重量比例、非晶性无机材料的浓度)列于表1。
(比较例1～5)
如表1所示变更作为涂布对象的基材的种类、表面被覆层形成用涂料中所用的结晶性无机材料的种类与平均粒径、重量比例、非晶性无机材料的浓度，除此以外，利用与实施例1大致相同的方法形成表面被覆层。涂布对象、表面被覆层形成用涂料的特性(结晶性无机材料的种类、结晶性无机材料的平均粒径、结晶性无机材料的重量比例、非晶性无机材料的浓度)、外覆层形成用涂料的特性(结晶性无机材料的种类、结晶性无机材料的平均粒径、结晶性无机材料的重量比例、非晶性无机材料的浓度)列于表1。
在实施例1中，第1被覆部的膜厚为50μm、第2被覆部的膜厚为49.5μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.99、外覆层的厚度为25μm、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、外覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为0.1μm、综合判断为○。
在实施例2中，第1被覆部的膜厚为200μm、第2被覆部的膜厚为190μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.95、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为5μm、综合判断为○。
在实施例3中，第1被覆部的膜厚为1000μm、第2被覆部的膜厚为450μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.45、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为1μm、综合判断为○。
在实施例4中，第1被覆部的膜厚为200μm、第2被覆部的膜厚为190μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.95、外覆层的厚度为20μm、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、外覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为1.5μm、综合判断为○。
在实施例5中，第1被覆部的膜厚为200μm、第2被覆部的膜厚为160μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.8、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为5μm、综合判断为○。
在实施例6中，第1被覆部的膜厚为150μm、第2被覆部的膜厚为135μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.9、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为7μm、综合判断为○。
在实施例7中，第1被覆部的膜厚为150μm、第2被覆部的膜厚为105μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.7、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为2μm、综合判断为○。
在实施例8中，第1被覆部的膜厚为200μm、第2被覆部的膜厚为160μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.8、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为10μm、综合判断为○。
在实施例9中，第1被覆部的膜厚为500μm、第2被覆部的膜厚为350μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.7、外覆层的厚度为5μm、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、外覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为0.2μm、综合判断为○。
在实施例10中，第1被覆部的膜厚为500μm、第2被覆部的膜厚为200μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.4、在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为3μm、综合判断为○。
在比较例1中，由于使用了平均粒径为0.05μm的过于细小的结晶性无机材料颗粒，因而无法制备可进行涂布的涂料，无法形成涂膜。
在比较例2中，第1被覆部的膜厚为500μm、第2被覆部的膜厚为175μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.35，绝热性能不充分；尽管在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为3μm，但综合判断为×。
在比较例3中，第1被覆部的膜厚为500μm、第2被覆部的膜厚为160μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.32，绝热性能不充分；尽管在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、表面被覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为2.5μm，但综合判断为×。
在比较例4中，第1被覆部的膜厚为500μm、第2被覆部的膜厚为150μm、膜厚比(第2被覆部的厚度/第1被覆部的厚度)为0.3，绝热性能不充分；尽管在平坦部的成膜性评价为○、在凸部的成膜性评价为○、外覆层表面的表面粗糙度(RzJIS)为0.1μm，但综合判断为×。
在比较例5中，结晶性无机材料的重量比例过高、为75重量％，因而无法制备可进行涂布的涂料，无法形成涂膜。
下面参照附图对本发明结构体的具体例进行说明。
本发明的结构体可以在排气管部件中进行使用，该排气管部件作为构成与汽车用发动机等内燃机连接的排气***的部件使用。此处说明的排气***部件的构成中，除了基材为筒状体以外，其它与上述结构体相同。
具体地说，本发明的结构体例如可以适宜地作为排气歧管等来使用。
下面以与汽车用发动机等内燃机连接的排气歧管为例，对本发明的结构体进行说明。
图3为示意性示出与本发明的结构体相关的汽车用发动机以及与汽车用发动机连接的排气歧管的立体分解图。
另外，图4(a)为图3所示的汽车用发动机和排气歧管的A-A线截面图，图4(b)为图4(a)所示的排气歧管的B-B线截面图。
如图3和图4(a)所示，排气歧管110(图1所示的结构体)与汽车用发动机100连接。
汽车用发动机100的汽缸体101的顶部安装有汽缸头102。并且，在汽缸头102的一个侧面安装了排气歧管110。
排气歧管110具有手套状的形状，其具备与各汽缸数相对应的分支管111a、111b、111c和111d，以及将分支管111a、111b、111c和111d结合的集合部112。
具备催化剂载体的催化转换器与该排气歧管110连接。排气歧管110具有将来自各汽缸的尾气集合起来、进而将尾气送至催化转换器等中的功能。
并且，由汽车用发动机100排出的尾气G(图4(a)中，尾气以G表示、尾气的流动方向以箭头表示)在排气歧管110内流通，流入到催化转换器内，利用催化剂载体所担载的催化剂而得以净化，由出口排出。
如图4(b)所示，排气歧管110(本发明的结构体)具备由金属形成的基材、以及在基材的表面上形成的表面被覆层132。
图4(b)所示的排气歧管110(本发明的结构体)中，基材为筒状体，表面被覆层132形成在基材的内表面上。
在本发明的结构体(排气歧管)中，作为表面被覆层的构成，可以采用与上述结构体中的表面被覆层同样的构成。
在图4(b)所示的排气歧管110中，作为表面被覆层132，示出了与图1所示的结构体10中的表面被覆层12具有同样构成的示例，在凸部131b形成了第2被覆部132b，但结晶性无机材料颗粒分散在非晶性无机材料中(这一点未图示)。
在本发明的结构体(排气歧管)中，优选表面被覆层在基材的全部内表面上形成。因为这种情况下，与尾气接触的表面被覆层的面积最大，耐热性特别优异。但是，表面被覆层也可以仅形成于基材内表面上的一部分。
另外，在本发明的结构体中，表面被覆层可以在基材的内表面上及外表面上形成，也可以仅在基材的外表面上形成。
至此，作为本发明的结构体，以在排气***部件中使用的排气歧管为例进行了说明，但是本发明的结构体的使用范围并不限于排气歧管，也可以作为排气管、构成催化转换器的管、或涡轮外壳等适宜地进行使用。
构成上述排气歧管的分支管数与发动机的汽缸数相同即可，没有特别限定。需要说明的是，作为发动机的汽缸，例如可以举出单汽缸、2汽缸、4汽缸、6汽缸、8汽缸等。
在制造本发明的结构体的情况下，除了基材的形状不同以外，其它与使用图1进行说明的本发明的结构体是同样的，可利用与上述结构体相同的方法来制造排气***部件。
需要说明的是，在本发明的结构体中，在基材的内表面形成表面被覆层的情况下，如上所述，优选使用包含第1半部件和第2半部件的基材。
对于此处说明的本发明的结构体，也能够得到与使用图1说明的结构体和表面被覆层形成用涂料的效果(1)～(6)相同的效果。
本发明的结构体中，表面被覆层不必一定在基材的全部表面上形成。
例如，在将本发明的结构体作为排气管使用的情况下，可以在作为基材的筒状体的内表面形成表面被覆层，在筒状体的内表面形成表面被覆层的情况下，不必在作为基材的筒状体的内表面的全部表面形成，只要至少在尾气直接接触的部分形成表面被覆层即可。
本发明的结构体以下述内容为必须构成要素：其为具备基材与表面被覆层的结构体，该基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；该表面被覆层覆盖在上述基材的表面，含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；其中，上述表面被覆层包含覆盖上述平坦部的第1被覆部以及覆盖上述凸部和/或边缘部的第2被覆部；上述第2被覆部的膜厚相对于上述第1被覆部的膜厚的比(第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚)为0.4以上且小于1.0。
可以通过在该必须构成要素中适当组合上述各种构成(例如，表面被覆层的构成、基材的形状、排气歧管等)来得到所期望的效果。

Claims (17)

1.一种结构体，其为具备基材与表面被覆层的结构体，
该基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；
该表面被覆层覆盖在所述基材的表面，含有非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；
该结构体的特征在于，
所述表面被覆层包含覆盖所述平坦部的第1被覆部以及覆盖所述凸部和/或边缘部的第2被覆部；
所述第2被覆部的膜厚相对于所述第1被覆部的膜厚的比、也即第2被覆部的膜厚/第1被覆部的膜厚为0.4以上且小于1.0；
所述结晶性无机材料颗粒相对于所述表面被覆层整体的重量比例为5重量％～70重量％。
2.如权利要求1所述的结构体，其中，所述结晶性无机材料颗粒相对于所述表面被覆层整体的重量比例为20重量％～70重量％。
3.如权利要求1或2所述的结构体，其中，所述结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm～50μm。
4.如权利要求3所述的结构体，其中，所述结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm以上且小于10μm。
5.如权利要求1～4的任一项所述的结构体，其中，所述第1被覆部的膜厚为50μm～1000μm。
6.如权利要求1～5的任一项所述的结构体，其中，
在所述表面被覆层上形成了外覆层；
在所述外覆层中不含有结晶性无机材料、或者含有0.1重量％～20重量％的结晶性无机材料；
在所述外覆层中含有结晶性无机材料的情况下，所述外覆层中的结晶性无机材料的平均粒径为0.1μm～50μm。
7.如权利要求6所述的结构体，其中，所述外覆层表面基于JIS B 0601(2001)的表面粗糙度RzJIS为0.05μm～10μm。
8.如权利要求1～7的任一项所述的结构体，其中，
所述结晶性无机材料含有氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化铝以及过渡金属的氧化物中的至少一种。
9.如权利要求1～7的任一项所述的结构体，其中，所述结晶性无机材料含有α-氧化铝以及氧化钇稳定化的氧化锆中的至少一种。
10.如权利要求1～9的任一项所述的结构体，其中，所述非晶性无机材料由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃形成。
11.如权利要求10所述的结构体，其中，所述低熔点玻璃为含有钡玻璃、硼玻璃、锶玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠锌玻璃以及钠钡玻璃中的至少一种的玻璃。
12.如权利要求1～11的任一项所述的结构体，其中，所述凸部来自焊珠和/或焊接飞溅。
13.一种表面被覆层形成用涂料，其为用于在基材上形成表面被覆层的表面被覆层形成用涂料，所述基材由金属形成，为在表面形成了平坦部与凸部和/或边缘部的基材；
表面被覆层形成用涂料的特征在于，
表面被覆层形成用涂料包含非晶性无机材料和结晶性无机材料的颗粒；
相对于所述非晶性无机材料与所述结晶性无机材料的总量，结晶性无机材料的重量比例为5重量％～70重量％。
14.如权利要求13所述的表面被覆层形成用涂料，其中，所述结晶性无机材料颗粒的平均粒径为0.1μm～50μm。
15.如权利要求13或14所述的表面被覆层形成用涂料，其中，所述结晶性无机材料颗粒为氧化钙、氧化镁、氧化铈、氧化铝以及过渡金属的氧化物中的至少一种的颗粒。
16.如权利要求13～15的任一项所述的表面被覆层形成用涂料，其中，所述非晶性无机材料由软化点为300℃～1000℃的低熔点玻璃形成。
17.如权利要求16所述的表面被覆层形成用涂料，其中，所述低熔点玻璃为含有钡玻璃、硼玻璃、锶玻璃、铝硅酸盐玻璃、钠锌玻璃以及钠钡玻璃中的至少一种的玻璃。
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