JPH02207995A - 金属触媒担体の接合用ろう材及び金属触媒担体の製造方法 - Google Patents

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〕 本発明は主として自動車の排気ガスなどの浄化装置に使
用される触媒の金属担体の接合用ろう材、及びこれを使
用する金属触媒担体の製造方法に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、自動車の排気ガス規制が法制化され、乗用車は排
気ガス浄化装置を搭載するのが通例となった。自動車排
気ガス浄化装置としてはいくつかの方式があったが、触
媒コンバータによってＨＣとＣＤを酸化し、同時にＮＬ
を還元する型が現在主流になっている。触媒コンバータ
の構造はコージライトを主成分とするセラミックスをハ
ニカム状に焼成したものを担体とし、この担体にｐｔ等
の貴金属触媒を担持させたγ−Ｍ２０３粉を付着させる
ことにより浄化殿能を付与せしめたものが現在多用され
ている。しかし、このセラミックス・ハニカムには、機
成的衝撃に弱い、排気抵抗が大きい等の欠点がある。

最近、これに対処するために、１０％以下のＭを含有す
るフェライト系ステンレス鋼を数十ミクロンの厚さの箔
に圧延し、この平板に、更にこれを波状板に成形したも
のを重ね合せ、これを積層するか、又はロール状に巻く
などしてハニカム状に成形し、ろう付は等で接合した後
、高温酸化によって、該ステンレス鋼表面にＭ、０．皮
膜を生じせしめたものに７　　Ｍ２Ｑ３をコーティング
して担体とするものが、特公昭５４−１５０３５号公報
や、特公昭５８−２３１３８号公報に開示されている。

この金属担体の接合には、一般に真空ろう付は法がとら
れており、使用ろう材もＮ１基のＢＮｉ−５（１９Ｃｒ
　−１０Ｓｉ　−Ｎｉ残部）が−前約である。すでに述
べたように、この金属担体の特徴は、高Ｍ含有フェライ
ト系ステンレス鋼の表面に７−ｐｉ２０３の担持母体と
なるべきＡｔ　２　Ｑ　３皮膜を形成せしめ、しかも、
そのＮ２０．皮膜が排気ガスと言う烈悪な高温腐食環境
を遮断するバリヤーとしても働くところにある。しかし
、この金属担体の接合にＮｉ基ろう材を使用すると、ろ
う材中のＮｉは使用中の高温下で容易に拡散し、数十ミ
クロンの厚さの基材中のＭと反応してＮ１−Ｍ合金を形
成し、高温酸化に耐えるＮ２０．皮膜を形成するに必要
な固溶Ｍを消費してしまうという大きな問題が発生する
。また、実際の使用に際しては担体内の温度分布や急激
な温度変化：こ基づく大きな熱応力が発生するが、この
際、ろう付は部や接合部以外の不要ろう部でのＮｉ　−
Ｍ合金形成に基づく箔の劣化は金属担体破壊の一大要素
をなしており、深刻な問題となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明はこれらのろう材の欠点に鑑み、排気ガス中で長
時間にわたって充分な耐酸化性と靭性を維持しつる金属
触媒担体の接合用ろう材ならびにこれを使用する金属触
媒担体の製造方法を提供することを目的とするものであ
る。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、重量％において、１５〜４０％Ｃｒ。

１０〜２５％Ｓｉ、　１〜１０％Ｍ、Ｑ、１〜５％Ｐ１
０、００５〜０．３％Ｓを含み、残部が実質的にＦｅよ
りなり、実質的にＮ１を含まないことを特徴とする金属
触媒担体の接合用ろう材である。本発明のろう材は、上
記化学組成のものをガスアトマイズ法で扮末状としたも
のが好ましい。本発明はまた、重量％において１５〜４
０％叶、１０〜２５％５ｉ１１〜１０％Ａｅ、Ｑ、ｌ〜
５％Ｐを含み残部が実質的にＦｅよりなり、実質的にＮ
ｉを含まないことを特徴とする金属触媒担体の接合用ろ
う材成分を提供するものである。このろう材成分をガス
アトマイズ法で粉末化して得られる粉末に、界面活性剤
（たとえばラウリル硫酸エステルナトリウム）等のＳを
含む有殿物や硫酸す）　ＩＪウム等のＳを含む無機物を
、Ｓとして０．００５〜０．３％となるように混合して
なるろう材も本発明のろう材である。このように本発明
のろう材においてＳは、他の成分と同時に混合して溶製
してもよいし、Ｓを添加しない成分を溶製して得られた
合金粉末にＳを含む化合物を添加混合してもよい。

本発明はさらに、上記ろう材を用いた金属触媒虫体の製
造方法、及び、上記ろう材成分に、上記Ｓを含む化合物
を、Ｓとして０．００５〜０．３％となるように混合し
てろう材として使用することを特徴とする金属触媒担体
の製造方法を提供するものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

〔作　用〕

本発明の金属担体の接合用ろう材は、接合された金属担
体が高温排気ガス中において長期にわたり優れた耐酸化
性と靭性を維持する上で最も重要な基材中のＭを消費す
るＮ＋を含有しないことを最大の特徴とする。すなわち
、板の厚さが数十ミクロンの箔にあっては高温使用中に
Ａｌ　２　Ｑ　３の表面皮膜の成長により洛中のＭ濃度
が低下する。一方Ｍ２Ｏ３の皮膜は下地金属の酸化を抑
制する効果も強く、その膜厚が使用雰囲気組成と温度で
定まる所定の厚さに達すると下地金属の酸化速度は極め
て小さくなり、Ｍ２Ｏ３皮膜の成長もその時点でほぼ停
止する。Ｎ２０．皮膜の成長に伴ない、下地金属中のＭ
濃度も低下し続けるが、充分な保護性を発揮する膜厚に
達する前に下地金属中のＨｆｉ度が２％以下になると、
Ａｌ２Ｏ，皮膜はＣｒやＦｅの酸化物を含むようになり
、皮膜の保護性が低下して酸化速度が増し、遂には箔全
体が酸化されることになり、触媒の担持母体としての機
能を失う。これに鑑み通常は箔材に５％以上のＭを含有
させている。

しかし前述のごとく、金属担体の接合には通常ＢＮｉ−
５（１９ｃｒ−１０Ｓｉ−Ｎｉ残部）のろう粉体を用い
た真空ろう付は法が採られており、ろう中のＮｉが洛中
に拡散してＮｉ−Ａｌ！合金を形成し、Ａｌ２Ｏ３皮膜
形成に必要な固溶Ｍを消費すると同時にＮ１−Ｍ合金相
の析出により箔が脆化するという問題が生じた。このた
め、洛中のＭ含有量を過剰に多くしておくことや、使用
ろう量を制限する等の検討もなされたが、箔の製造性の
低下や構造体としての信頼性の低下等の新たな問題を生
じた。本発明者はろうの濡れ性をも含め種々検討の末に
ろう中にＮｉを含ませないことにより上記目的が達成さ
れることを見出し本発明を完成したものである。

本発明のろう材において、Ｃｒの含有量は耐酸化性の面
から１５％以上であることが必要であるが、４０％を超
えると高濃度のＭと相まって異相の析出を助長するので
１５〜４０％が適当である。

Ｓｉは融点を下げる重要な元素であり、その含有量は１
０〜２５％の範囲であるが、２０％程度の添加が最も好
ましい。この範囲より増えても、減っても融点の低下効
果は小さくなる。

Ｍはろう付は時の溶融ろうの表面張力を低下させるため
と耐酸化性を考慮して添加する。表面張力の低下の面か
ら１％以上の添加が必要であり、逆に１０％を超えると
、ろう付は雰囲気中の残存酸化成分との反応でＮ２０．
を形成し、ろうの濡れを極端に悪くするので、Ｍの含有
量の範囲は１〜１０％が適当である。

Ｐは融点の低下を目的に添加するもので、添加効果を確
認できる点では０．１％の添加は必要であり、添加量が
多いほど融点の低下は大きいが、耐酸化性の劣化を伴う
。このことを考慮しＰの含有量の範囲を０．１〜５％と
した。

Ｓは溶融ろうの表面張力を低下させるために添加するも
ので、添加効果を確認できるためには０、００５％の添
加が必要であり、以降添加量が増すにつれて１易の表面
張力は低下するが、添加量が多くなると、ろう付は部表
面にスラグを残す傾向を強める。このことからＳの含有
量の範囲は０、００５〜０．３％が適当である。ここで
、Ｓは溶融時に添加しなくても、粉末化した後にＳを含
む有機物や無機物をろう粉末に混合することで溶融時に
Ｓの富化を図ることができる。

なお、本発明のろう材には溶製上の不可避元素として通
常０，１％以下のＣ，０，１％以下のＢ、　２％以下の
ζＪｎおよび２％以下のＮｉを含む。また材料の耐酸化
性を増すため：こ、必要に応じて各々２％以下のＴ１、
Ｎｂ、　Ｚｒ、　Ｈｆおよび０．５％以下のＲＥ　Ｖを
添加しうる。

本発明のろう材は通常の溶製法で溶製した後に粉末化す
ることにより製造される。粉末化方法としてはガスアト
マイズ法が最も好ましい。粉末化方法としては他に水ア
トマイズ法や粉砕法もあるが、ともに粉末化の過程で酸
化される程度が太きく、結果的に酸素の含有量が多くな
り、ろう付は時の濡れ性を阻害する。

これらのろう粉体は次のようにして使用される。

すなわち、厚さ数十ミクロンの箔からなる平板と、これ
を波状板に加工したものとを重ね合せてロール状に巻い
て成形したハニカム体の端部をバインダーに浸漬した後
、波状板と平板の接触部以外の余分なバインダーを除去
し、その残存バインダーにろう粉体をふりかけ法で付着
せしめ、真空ろう付は法で波状板と平板の接合を行なう
。以下に実施例により本発明を具体的に説明する。

〔実施例−１〕 第１表に化学組成を示するう材をアルゴンでシールした
５　ｋｇ高周波溶解炉で溶製した後、アルゴンガスを用
いたガスアトマイズ法で粉体とした。

このものをふるいにかけて４０〜１０５μｍの粒径の粉
を選び出し、試料とした。ろう材の基本的特性は濡れ性
であるので、先ず濡れ性の比較を行なった。採取した粉
体を内径５　ｍｍの圧縮機に入れて、３０００　ｋｇの
加圧のもとて直径５ｎｏｎ、厚さ１ｆｆ１ｍのパンケー
キを作った。このものを厚さｌ　ｍｍの２０Ｃｒ−５Ｍ
−０，１５Ｎｂ−０，０４Ｃｅ−０，０１５（Ｃ＋　Ｎ
　）の組成のステンレス鋼板の上にセットし、１２３０
℃Ｘ３０分の真空加熱（１０−’Ｔｏｒｒのオーダー）
を施し、室温でのステンレス鋼板表面と溶融凝固したろ
う材との接触角を測定した。なお、接触角の測定は中央
断面で行なった。測定結果を第１表に合せて示した。第
１表の内Ｎα５とＮα６は本発明のろう材成分、Ｎα７
〜Ｎα１３は本発明のろう材であり、他は比較例である
。濡れ性の評価としては、接触角が小さいほど良いと判
断され、出来れば２０°以下が望ましい。この点から判
断するに本発明のろう材及びろう材成分は比較例に比し
、明らかに優れた濡れ性を示すと言える。特にＮｉが母
材のＭと反応してＮ１−Ｍ合金をつくり、耐酸化性を劣
化させるから、Ｎｉの添加量を減少させて、この問題に
対処しようとする試みは全く失敗に終ることがみてとれ
る。中途半端にＮｉを添加することは濡れ性の点からは
逆効果と判断でき、このことがＮｉを含めない本発明の
主旨である。

〔実施例−２〕 ２０Ｃｒ−５ＡＩ−ｏ、　１５Ｎｂ−０，０４Ｃｅ−０
，０１５（Ｃ十Ｎ）のステンレス鋼を用いて、板幅５０
　ｍｍで５０μｍ厚さの圧延箔をつくり、このものを高
さ１．２５　ｍｍ、ピッチ２．５闘の台形状の波状板に
加工し、平板と重ね合せて外径３０φのロール状に巻き
、外端をスポットで固定した。このものを１％ＰＶＡの
水溶液（バインダー）中に浸漬し、余分のバインダーを
圧搾空気で除去した後に第１表Ｎα７のろう粉（４０〜
１０５μｍφ）をふりかけて、バインダーに付着せしめ
、１２３０℃ｘ３０分の真空ろう付け（１０−’Ｔｏｒ
ｒのオーダー）を行なった。このものを切断し接合状態
を観察し、従来のＢＮｉ−５ろう粉を用いたものと比較
したが、全く遜色なかった。また、１１００℃×２００
時間の大気酸化によっても全く異常は認められなかった
。

〔実施例−３〕 第１表のＮＯ，６のろう粉（４０〜１０５μｍφ）に重
量％で２％の界面活性剤（ラウリル硫酸エステル・ナト
リウム）を添加し、１５０℃で２時間乾燥した。このも
のを儒鉢で粉砕して、元の状態にもどし、実施例−２と
同様な方法で担体を製作した。このものを実施例−２と
同様な評価を行ない、Ｎα７のろう材と同等な特性を持
つことを確認した。

第１表　　ろう材の化学組成と濡れ性 ｂａｊ！：残部 〔発明の効果〕 本発明のろう材は、ステンレス鋼板表面に対する濡れ性
に優れており、またＮｉを含まないため、Ｎ１−Ｍ合金
を形成することがなく、高温酸化に耐えるＭ、０．皮膜
の形成に必要な固溶Ｍを消費しないため、これを用いて
ろう付けしたＭ含有金属担体の耐酸化性、靭性の劣化を
防止することができる。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％において、１５〜４０％Ｃｒ、１０〜２５
   ％Ｓｉ、１〜１０％Ａｌ、０．１〜５％Ｐ、０．００５
   〜０．３％Ｓを含み、残部が実質的にＦｅよりなり、実
   質的にＮｉを含まないことを特徴とする金属触媒担体の
   接合用ろう材。
2. （２）請求項（１）記載のろう材を使用してろう付けす
   ることを特徴とする金属触媒担体の製造方法。
3. （３）重量％において、１５〜４０％Ｃｒ、１０〜２５
   ％Ｓｉ、１〜１０％Ａｌ、０．１〜５％Ｐを含み、残部
   が実質的にＦｅよりなり、実質的にＮｉを含まないこと
   を特徴とする金属触媒担体の接合用ろう材成分。
4. （４）請求項（３）記載のろう材成分に、Ｓを含む化合
   物を、Ｓとして０．００５〜０．３％となるように混合
   してなるろう材を使用してろう付けすることを特徴とす
   る金属触媒担体の製造方法。