JPH01176454A

JPH01176454A - 金属ハニカム構造体及びその製造法

Info

Publication number: JPH01176454A
Application number: JP62336187A
Authority: JP
Inventors: Eikichi Kawai; 河合　栄吉
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1989-07-12

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、排気浄化用触媒等の担体として用いられる。

耐酸化性及び耐食性に優れた金属ハニカム構造体及びそ
の製造方法に関する。

［従来技術〕排気浄化用触媒の担体としては、従来アルミナ。

コーディエライト等のセラミックス系のものが多用され
ている。また、担体の構造としては、多くの表面積を得
るためにハニカム構造体が多用されてきている。

しかし、近年においては、このハニカム構造体を金属に
より作製することが提案されている。何故なら、金属は
上記セラミックスに比して熱伝導率が高いため、担体及
び触媒層の温度が早く上昇するためである。そのため、
特に排気浄化用として上記ハニカム構造体を用いる場合
には、内燃機関の運転初期においても、このハニカム構
造体が排気ガスの温度と殆ど同温度に上昇していき、運
転初期より排気浄化を行わせることができる。

このように、金属担体は優れた機能を有するが。

一方排気ガス中で使用されるために高温における耐酸化
性、耐食性が要求される。

しかして、かかる金属製のハニカム構造体としては、従
来アルミニウム（Ａ／２）を含有するＦｅ（鉄）−１５
Ｃｒ　（クロム）−５Ａ／！飼で作製したものが提案さ
れている。このものは、Ａｆｆｉを含有しているので、
内燃機関の排気ガスなど酸素を含む高温ガスに対する耐
酸化性、耐食性に優れている。なお、上記ハニカム構造
体は、第１図、第２図に例示するごとく、平板と波板と
を交互に積層、固着してなり１両板の間に排気ガス等を
流入するものである。

〔解決すべき問題点〕

しかしながら、従来のハニカム構造体は上記のごとく平
板と波板とを接合するに当たってロウ材を用いているた
め５Ｍ食性に劣っている。即ち。

従来は上記の接合に当たって、ロウシート或いはロウ粉
末を平板と波板との間に介在させ、真空中或いは非酸性
雰囲気中で加熱し２両者を接合していた。しかし、かか
るロウ付けによる接合は、ハニカム構造体を使用中に、
該ロウ付は部分が腐食し易い。例えば、１０００”Ｃ，
２０時間で腐食を生ずる。これは、上記排気ガスが酸素
を含む高温ガスであるためと考えられる。しかして、上
記ロウ付は部分の腐食は上記平板と波板との接合が剥離
する原因となり、ハニカム構造体自体の使用を不可能に
する。

本発明はかかる問題点に鑑み、ロウ付けを用いることな
く、平板と波板とを接合すること、及び耐酸化性、耐食
性に優れたハニカム構造体を製造することにつき鋭意研
究を重ねた結果なされたもので、使用中における耐酸化
性、耐食性にも優れた金属ハニカム構造体及びその製造
方法を提供しようとするものである。

〔問題点の解決手段〕

本発明にかかるハニカム構造体は、金属の平板と波板と
を交互に積層してなると共に、該平板と波板との接触部
分は相互−に拡散接合してなり、かつ該平板及び波板は
少な（ともその表面がこれを構成する金属とアルミニウ
ムとの合金層を有していることを特徴とする金属ハニカ
ム構造体にある（第４発明）。

本発明において、ハニカム構造体の骨格を構成する金属
板は、平板及び波板ともに高温における耐酸化性、耐熱
性に優れた金属を用いる。また。

該金属はＡｌ含有量が０．　１％（重量）未満であるこ
とが好ましい、何故なら、Ａｌ含有両が増えるにつれて
遷移温度が高くなり、冷間加工性が悪くなるからである
。かかる金属としてはフェライト系又はオーステナイト
系のステンレス鋼がある。

また、平板及び波板の厚みは、その加工性、ハニカム構
造体の軽量化及び多数のセル形成上から。

０．０３〜１．０ｍｍとすることが好ましい。

また、ハニカム構造体における平板及び波板上の合金層
は、平板及び波板の金属とＡｌとの合金層である。しか
して、該合金の厚みは１０〜１００μｍとすることが好
ましい。１０μｍ未満では。

ハニカム構造体が充分な耐酸化性、耐食性を有せず、１
００μｍを越えてもそれに見合う効果を得難い、また、
これらの合金層は少なくとも表面に形成されていれば良
い、それ故、平板及び波板はその全体が上記のごとく合
金属を形成していても良い。また、平板と波板とはその
接触部分が互いに拡散接合によって強固に接合されてい
る。

上記に関して９図により説明すれば、波板２と平板３と
は第４図に示すごとく、符号２１で示す部分（画板の前
記接触部分）において互いに拡散接合している。そして
２画板ともその表面部分にはＡ２との合金層４１が形成
されている。そして。

この合金層４１は、少なくとも表面に存在すれば良いが
、第５図に示すごとく、各機２．３の全体が上記と同様
の合金を形成していても良い。これらＡ２との合金は、
前記のごとく耐酸化性、耐食性に優れているので、金属
ハニカム構造体として優れた性能を発揮する。かかる合
金層は後述する製造方法によって形成できる。

また３本発明にかかるハニカム構造体は、後述する第１
図に示すごとく、平板と波板とを交互に積み重ねて積層
体としたもの、或いは第２図に示すごと（長い平板と長
い波板とを重ね合わせながらロール状に巻いて積層体と
したものなどがある。

次に、上記ハニカム構造体を製造する方法としては、金
属の平板と波板とを交互に積層して積層体を作り、該積
層体をその平板と波板との接触部分を接触させた状態に
保持して溶融アルミニウム浴中に浸漬することにより、
上記平板と波板との接触部分を拡散接合により接合する
と共に上記積層体の平板及び波板の少なくともその表面
にこれを構成する金属とアルミニウムとの合金層を形成
することを特徴とする金属ハニカム構造体の製造方法が
ある（第２発明）。

末法においては、平板と波板とを積層して形成した積層
体は、その全体をＡ２浴中に浸漬する。

このＡ２浴は、′ｈ＠アルミニウムの他、１０％以下の
シリコン、銅等を含むアルミニウム材を溶融したもので
あっても良い。このＡ１浴の温度は、上記平板と波板と
の接触部分を拡散接合させるため。

６７０〜７５０℃とすることが好ましい。６７０℃未満
では、温度が低く拡散接合及び合金層形成が不十分で、
また７　５０　”Ｃを越えると接合時間は短（なるもの
の２合金反応が厳しくなり板に孔があくおそれがある。

また、Ａｌ浴中への浸漬時間は１０秒〜１０分とするこ
とが好ましい、これは。

上記拡散接合と、ハニカム構造体の各平板及び波板の表
面にＡ２合金層を形成するためである。１０秒未満では
これらが不充分となり、１０分を越えてもそれに見合う
効果を得難い。

また、他の製造方法としては、金属の平板と波板とを交
互に積層して積層体を作り、該積層体をその平板と波板
との接触部分を接触させた状態に保持して溶融アルミニ
ウム浴中に浸漬し、上記平板と波板の表面にアルミニウ
ムを被覆し、アルミニウム浴から取り出した後この積層
体を非酸化雰囲気中において加熱することにより、上記
平板と波板との接触部分を拡散接合により接合すると共
に上記積層体の平板及び波板の少なくともその表面にこ
れを構成する金属とアルミニウムとの合金層を形成する
ことを特徴とする金属ハニカム構造体の製造方法がある
（第３発明）。

本方法は、前記第２発明にかかる製造方法において、積
層体をアルミニウム浴中に浸漬した後。

これを取り出し、非酸化雰囲気中で加熱するものである
。しかして、上記浸漬工程は、平板及び波板上に３両者
の接触部分を除いて、Ａｌを被覆するものである。そし
て、アルミニウム浴より取り出した後の加熱によって１
両板の表面部にＡＩｌとの合金層をより厚（形成するの
である。

この加熱は、真空中或いは窒素、水素、不活性ガス等の
非酸化雰囲気中で行う。加熱温度は、６００〜１０００
℃とすることが好ましい。６００℃未満では合金化に長
時間を要し、１０００″Ｃを越えると平板、波板の変形
、溶損などの不都合がある。また、その加熱時間は１〜
３０分とすることが好ましい。

また、アルミニウム浴の温度は前記の方法と同様である
。またアルミニウム浴中への浸漬時間は。

平板及び波板表面にＡｌ２を付着させるための１０秒〜
５分とすることが好ましい。

また、上記の方法において９両板、金属の厚み。

合金層及びその厚み等は前記ハニカム構造体について説
明したものと同様である。なお、上記平板及び波板は、
積層するに先立ってその表面を脱脂処理しておくことが
好ましい。また、ハニカム構造体の断面通路は六角形、
四角形、三角形など任意である。

〔作用及び効果〕

本発明の金属ハニカム構造体は、平板と波板との接触部
は拡散接合され、平板と波板の表面にＡ２との合金層が
形成されているので、内燃機関の排気ガス等酸素を含む
高温ガスに対する耐酸化性及び耐食性に優れている。ま
た、上記拡散接合による接合のために画板が直接接合し
９画板間にロウ材等の接着層を介在していないので、耐
食性。

機械的強度に優れている。

また、前記第２発明に関する製造方法によれば。

上記のごとき優れた性能を有する金属ハニカム構造体を
製造することができる。また９本方法においては、耐酸
化性９耐食性を発揮するＡ２を、ハニカム積層体を構成
した後に、平板及び波板の表面に合金層として形成する
ので、平板、波板はＡ２を含有している必要がない。こ
のように、平板。

波板としてＡ２を含有しない材料を用いることができる
ので、熱間加工、冷間加工を問わず９画板を問題なく作
製することかで７きる。

即ち、平板、波板は前記のごと（厚みが０．０３〜１■
という薄板である。この薄板はロール圧延等により作製
するが、この板材が多量のＡｎを含有していると（例え
ば、前記従来のＦｅ−１５Ｃｒ−５ＡＩ！１ｍ）、冷間
加工が悪（、縦割れ等を生じてしまう、一方、従来技術
の説明の項で説明したごとく、金属ハニカム構造体は高
温での耐酸化性、耐食性が要求され、そのためにはＡ２
含有が必要不可欠である。本発明はこのように金属ハニ
カム構造体に要求されるＡｆ金合金、ハニカム積層体構
成後に形成するものであるから、平板。

波板の加工が容易な材料（例えば前記ステンレス鋼）を
用いることができ、平板、波板の加工が容易である。

また、前記第３発明に関する製造方法によれば。

前記のごとき優れた性能を有する金属ハニカム構造体を
製造することができ、また、上記第２発明と同様の効果
を得ることができる。また１本方法によれば平板と波板
との拡散接合、Ａ１合金層の成長をアルミニウム浴の外
で行うことができ、製造容易である。

〔実施例〕

１　　　　　　　　　　第１実施例平板及び波板の金属材として、フェライト系ステンレス
鋼５ＵＳ４３０を用い１画板を重ねて積層体となし、こ
れらをＡＩ！、浴中に浸漬して、第１図に示すごとき本
発明にかかる金属ハニカム構造体１を製造した。

即ち、素材として、冷間圧延により成形したＳＵＳ　４
３０．厚みＯ’、１ｍ、幅−１００ａｍの薄板を準備し
た。そして該薄板をコルゲートロールにより１０謡ピツ
チのコルゲート状に成形し、波板とした０次いで、上記
の薄板である平板と上記波板とに脱脂処理を施した後２
箱体内に平板と波板とを交互に積層して積層体を製造し
た。そして、これら積層体において平板と波板との接触
部分が互いに接触するように全体を拘束し１次いで該積
層体を６９０″Ｃに加熱溶融したＡ２浴内に３分間浸漬
し、アルミナイジング処理を施した。この処理によりハ
ニカム積層体の平板及び波板の表面には厚み２０μｍの
Ａ１合金層が形成されていた。

上記により製造したハニカム構造体１は、第１図及び第
４図に示すごとく９箱体１０の中に波板２と平板３とを
上下方向に交互に積層してなり。

両板２，３．の接触部分２１は上記Ａ２俗の高温によっ
て拡散接合されてなるものである。また。

画板２．３の表面には、上記のごと＜１合金層４１が形
成されている。

次に、上記金属ハニカム構造体についてその耐酸化性を
評価した。この評価においては、大気中。

１１００″Ｃで所定時間、加熱した後、その酸化増量を
測定した。

また、比較例として、従来材のＦｅ−１５Ｃｒ−５Ａ！
合金、５ＵＳ４３０のみ、５ＵＳ３１６のみのものにつ
いても同様に測定した。その結果を、第３図に横軸に加
熱時間（時）、縦軸に酸化増！（■／ｃｄ）をとって示
した。同図より明らかなように、従来例である１７％の
Ｃｒを含有する５ＵＳ４３０　（直線Ｌ）、また、８％
のＮｉ、１８％のＣｒ、２．５％のＭｏを含有する５Ｕ
Ｓ３１６（直線Ｍ）は、１００時間程度で酸化し、使用
に耐えられない。これに対して９本発明にかかる金属ハ
ニカム構造体（直線Ａ）は３００時間経過後も殆ど酸化
されていない。また、同図より知られるごと（１本発明
の金属ハニカム構造体は従来材のＦｅ−１５Ｃｒ−５Ａ
ｆ！材（直線Ｋ）と同等以上の優れた耐酸化性、耐食性
を有することが分かる。

また、従来材であるＦｅ−１５Ｃｒ−５Ａｊ！鋼と比べ
て１本発明に使用したステンレス鋼（Ａｆｆｉｏ、０１
％含有）は多量のＡ２を含有しないことにより、加工性
が大幅に向上し、加工歩留が１０％も向上した。

第２実施例平板及び波板の金属材としてオーステナイト系ステンレ
ス鋼５ＵＳ３０４を用い、長尺の平板とコルゲート状に
した長尺とを巻き重ね、得られた積層体をＡＩｌ浴中に
浸漬して、第２図に示すごとき１本発明にかかる金属ハ
ニカム構造体１を製造した。

即ち、厚み０．０５ｍｍ、幅１００Ｍの上記金属の薄板
を準備し、これを第１実施例と同様にして８ｍピッチの
波板とした０次いで、該波板と上記薄板（平板）とを重
ねて巻き（第２図参照）、得られた積層体を６６０℃の
Ａｌ浴中に５分間浸漬し、アルミナイジング処理をした
。なお９重ね巻きに先立って上記画板の表面を脱脂処理
した。上記処理により１両板の表面には厚み約２０μｍ
のＡ２合金が形成されていた。

上記により得られたハニカム構造体１は、第２図に示す
ごとく、平板３５と波板２５とを巻いたもので１画板３
５，２．５の接触部２６は拡散接合により接合され７画
板の表面には前記のごとくＡ２合金層４２が形成されて
いる。

次に上記ハニカム構造体１について、第１実施例と同様
の耐酸化性評価試験を行った。その結果を、前記第３図
に示した。同図より知られるごとく１本例にかかるハニ
カム構造体（直線Ｂ）は。

優れた耐酸化性、耐食性を示すことが分かる。

また９本例においても板材（ｌｅｏ、０１％）が多量の
Ａ２を含んでいないので第１実施例と同様に、前記従来
鋼に比して加工歩留りが１０％も向上した。

第３実施例第１実施例と同様の金属材を用い、同様に積層体を作製
し、Ａ２浴に浸漬後取り出し、その後非酸化雰囲気中で
加熱した。

上記において、ＡＥ浴への浸漬は３分行った。

これにより、平板と波板の表面に１両者の接触部分は除
いて、厚さ約１５μｍのＡＥを被覆した。

上記の非酸化雰囲気としてはＮ８ガスを用い、８００℃
で１０分間加熱した。これにより、第１実施例と同様に
平板及び波板は互いに拡散接合すると共にその表面にＡ
ｊ！との合金層が形成された。

得られた金属ハニカム構造体につき、第１実施例と同様
に耐酸化性評価試験を行った。その結果を前記第３図に
示した。同図より知られるごと（。

本例にかかるハニカム構造体（直線Ｃ）は優れた耐酸化
性、耐食性を示すことが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は、第１．第３実施例及び第２実施例
にかかる金属ハニカム構造体の斜視図。第３図は上記各実施例における耐酸化性評価を示す図、
第４図及び第５図は本発明における平板及び波板の接合
及びＡ１合金層を説明するための図である。１１０．金属ハニカム構造体。２．２５．、、波板。２１．２６．、、接触部分。３．３５．、、平板。４１．４２．、、Ａｌｌ！合金層。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属の平板と波板とを交互に積層してなると共に
、該平板と波板との接触部分は相互に拡散接合してなり
、かつ該平板及び波板は少なくともその表面がこれを構
成する金属とアルミニウムとの合金層を有していること
を特徴とする金属ハニカム構造体。
（２）金属は、フェライト系ステンレス鋼又はオーステ
ナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の金属ハニカム構造体。
（３）平板及び波板は、厚みが０．０３〜１．０ｍｍで
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金
属ハニカム構造体。
（４）合金層は、厚みが１０〜１００μｍであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の金属ハニカム
構造体。
（５）金属の平板と波板とを交互に積層して積層体を作
り、該積層体をその平板と波板との接触部分を接触させ
た状態に保持して溶融アルミニウム浴中に浸漬すること
により、上記平板と波板との接触部分を拡散接合により
接合すると共に上記積層体の平板及び波板の少なくとも
その表面にこれを構成する金属とアルミニウムとの合金
層を形成することを特徴とする金属ハニカム構造体の製
造方法。
（６）金属は、フェライト系ステンレス鋼又はオーステ
ナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする特許請求
の範囲第５項に記載の金属ハニカム構造体の製造方法。
（７）平板及び波板は、厚みが０．０３〜１．０ｍｍで
あることを特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の金
属ハニカム構造体の製造方法。
（８）アルミニウム浴は、６７０〜７５０℃であること
を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の金属ハニカ
ム構造体の製造方法。
（９）溶融アルミニウム浴への積層体の浸漬時間は１０
秒ないし１０分であることを特徴とする特許請求の範囲
第５項に記載の金属ハニカム構造体の製造方法。
（１０）金属の平板と波板とを交互に積層して積層体を
作り、該積層体をその平板と波板との接触部分を接触さ
せた状態に保持して溶融アルミニウム浴中に浸漬し、上
記平板と波板の表面にアルミニウムを被覆し、アルミニ
ウム浴から取り出した後この積層体を非酸化雰囲気中に
おいて加熱することにより、上記平板と波板との接触部
分を拡散接合により接合すると共に上記積層体の平板及
び波板の少なくともその表面にこれを構成する金属とア
ルミニウムとの合金層を形成することを特徴とする金属
ハニカム構造体の製造方法。
（１１）金属は、フェライト系ステンレス鋼又はオース
テナイト系ステンレス鋼であることを特徴とする特許請
求の範囲第１０項に記載の金属ハニカム構造体の製造方
法。
（１２）平板及び波板は、厚みが０．０３〜１．０ｍｍ
であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載
の金属ハニカム構造体の製造方法。
（１３）アルミニウム浴は、６７０〜７５０℃であるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の金属ハ
ニカム構造体の製造方法。
（１４）溶融アルミニウム浴への積層体の浸漬時間は１
０秒ないし５分であることを特徴とする特許請求の範囲
第１０項に記載の金属ハニカム構造体の製造方法。
（１５）非酸化雰囲気は、真空中又は窒素ガス、水素ガ
ス、不活性ガスのいずれか１種以上により構成すること
を特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の金属ハニ
カム構造体の製造方法。
（１６）非酸化雰囲気中での加熱は、６００ないし１０
００℃であることを特徴とする特許請求の範囲第１０項
に記載の金属ハニカム構造体の製造方法。