JPH03296437A - 金属触媒担体用基体の製造方法 - 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〕 本発明は排気ガスの浄化を行う触媒コンバータなどで用
いられる金属触媒担体用の基体の製造方法に関する。詳
しくは、気体ないし液体を触媒に接触させ、これら流体
中の成分と触媒との接触反応を行わせるために用いる触
媒担体用基体の製造方法に関する。

上記触媒担体の具体的な一例は、自動車などの排気ガス
を浄化するために用いる触媒コンノ（−タである。

〔従来技術とその問題点〕

従来、触媒コンバータにはハニカム状のセラミックスの
基体にＰｔ−Ｒｈ等の金属触媒を含浸させた多孔質γ−
Ａｆｌ、０．のコーティングを施したものが用いられて
きた。しかしながら、このセラミックスハニカムは熱衝
撃や機械振動に弱く、また通気抵抗が大きいなどの欠点
を有している。このため。

最近ではセラミックスハニカムに代えて金属製基体が用
いられている。一般に、金属製基体は板厚５０μｍ程度
の金属箔からなる平板や波板を重ねてロール状に巻くか
、あるいはそれらを積層させてつくったハニカム体を形
成し、これを外筒に装着することにより製造されている
。

触媒コンバータは高温の排気ガスにさらされ、加熱冷却
の繰り返しや機械振動などを受けるためしこ、金属製基
体には耐酸化性やγ−Ａｌ、Ｏ，コーティング層との密
着性、さらにハニカム体を構成する平板と波板との強固
な接合強度が必要とされる。

近年、耐酸化性の観点から金属製基体に高Ａｌ含有ステ
ンレス鋼箔を用いる方法が開示されている。

しかし、高Ａｌ含有ステンレス鋼は圧延性が悪くコスト
高となり、また加熱処理により鋼中のＡｌを利用してＡ
ｌ２０３皮膜を生成させるが、この皮膜の生成が不十分
になり易く、良好なγ−ＡΩ２０．コーティング層の密
着性は得にくかった。

高Ａｊ２含有ステンレス鋼箔を用いる上記従来方法の問
題を克服するため、鉄、ステンレス鋼、耐熱合金などの
表面にあらかじめＡρ被被覆施しておき、酸化性雰囲気
中で熱処理を行うなどしてＡｌ２０．皮膜の生成や合金
化処理を行い、耐酸化性やγ−Ａｌ、　０３　コーティ
ング層の密着性を向上させる技術が特公昭５７−３４１
８号、特公昭６１−３３６２１号などに開示されている
。しかしながら、触媒コンバータは上述したように過酷
な環境下で使用されることがらＡρ被覆ステンレス鋼箔
製ハニカム体の接合強度が非常に重要である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これらのＡｌ被覆ステンレス箔の接合方法として、ｉ蒸
着フェライト系ステンレス鋼箔をろう付けあるいは溶接
により接合し、次いでアルミナウィスカーを成長させる
熱処理を施す特開昭６３−５４９４６号の技術が開示さ
れている。また、特公昭５７−５５８８６号には金属箔
製のハニカム体と金属外筒とをプレスばめした後に、溶
接あるいはろう付けにより接合する技術が開示されてい
る。また、特公昭５７−５５８８６号には金属箔製のハ
ニカム体と金属製外筒とをプレスばめした後、溶接ある
いはろう付により接合する技術が開示されている。しか
しながら、高融点で耐酸化性を有するＮｉろうを用いた
としてもろう付は部の耐酸化性はＡΩ被覆金属箔のそれ
より劣る。また、溶接により接合した場合、溶接時にＡ
ｌ被覆層が溶けて飛散するため溶接部の耐酸化性が低下
する問題がある。

鉄基合金箔にＡｌ箔あるいはアルミろう箔を還元剤を介
してロール圧着したラミネート材からなる基体を真空中
もしくは還元性雰囲気中で拡散処理し一体化した後に大
気雰囲気下で酸化しアルミナを表面に形成する特開昭６
２−２２７４４７号の技術や、Ａｌ被覆ステンレス鋼箔
からなる基体を真空中または還元性雰囲気中で熱処理し
て接合する特開昭６３−４４９４２号の技術が開示され
ている。しかしながら、これらの方法は真空中あるいは
還元性雰囲気中での熱処理を必要とし、この処理だけで
は表面に安定なＡｌ２２０．皮膜が生成しないので、ろ
う付は後にγ−ＡＩ２２０．コーティング層の密着性を
向上させるＡＲ２０３皮膜形成処理を施さなくてはなら
ないという問題がある。

そのため、　Ａｌ被覆ステンレス鋼箔を触媒コンバータ
に用いるためには、真空中や還元雰囲気中での加熱処理
や溶接を必要としないＩ被覆ステンレス鋼箔の長所を活
かした接合技術の開発が大きな課題となっていた。

〔発明の構成〕

本発明はＡｌまたはＡｌ合金を被覆したステンレス鋼箔
製のハニカム体に外筒をプレスばめした後、大気中で８
００〜１１００℃の温度で１分間〜１００時間加熱する
ことによりハニカム体の接合部分を接着することを特徴
とする触媒担体用基体の製造方法を提供する。

本発明においては、ＡｌまたはＡ２合金被覆を有するフ
ェライト系ステンレス鋼が好適に用いられる。

フェライト系ステンレス鋼としては、耐熱性良好なもの
が好適である。この望ましい成分の一例を以下に示す。

Ｃ：０．２ｗｔ％以下、Ｍｎ　：　２．０Ｉｌｔ％以下
、Ｓｉ　：　５．（ｈｔ％以下、 Ｃｒ　：　１０−３０ｗｔ％、Ａｌ　：　Ｏ〜６．Ｏｗ
ｔ％、■、希土類元素は合計で二〇〜０　、２ｗｔ％。

Ｔｉ、　Ｎｂ、　Ｖ、　Ｚｒは合計テ：　０〜１．０ｗ
ｔ％、肋、Ｌ　Ｃｏは合計で：Ｏ−２．０ｉｉｔ％。

残部Ｆｅおよび不可避的不純物。

上記希土類元素として、Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｓｃ等が含ま
れる。また、Ａｌは加熱処理時に被覆層から鋼中に拡散
固溶するが、６．０ｗｔ％以下のＡｌをあらかじめ鋼中
に含有していればさらに耐酸化性の優れたハニカム体が
得られる。

以上のように、本発明では通常のフェライト系ステンレ
ス鋼を用いることができる。

ＡΩ系被覆としては、純ＡΩのほか、ＡｌにＳｉ、　Ｋ
ｎ、Ｍｇ、　Ｆｅ−Ｃｒ、　Ｎｉ、希土類元素等を少量
含むＡｌ合金が可能であり、その被覆法としては溶融め
っき、電気めっき、蒸着めっき、クラッド等の通常の方
法でよい。また、触媒コンバータとして用いられる基体
は１通常、板厚約５０μｍのフォイル状鋼板によって形
成されるが、　Ａｌ系被覆はあらかじめ上記板厚に圧延
したフォイル状のステンレス鋼に施してもよく、また、
板厚０．１〜０．５ｍ＋ｍの薄板ステンレス鋼にＡΩ系
被覆を施した後、上記板厚のフォイルに圧延してもよい
。

上記Ａｌ系被覆層はα−ＡＩ２２０．ウィスカーを形成
するためのものである。従って、被覆膜厚は特開平１−
１５１４４号に開示しているように加熱処理時にフォイ
ル表面に均一に上記ウィカーが形成される０、０３μｍ
以上あればよく、加熱処理を容易に行うには０．５〜８
．０μｍが最適である。

こうして得られたＡｌ１あるいはＡ２合金を被覆したス
テンレス鋼箔製のハニカム体に成形する。上記ハニカム
体に外筒をプレスばめしてハニカム体を構成する平板鋼
箔と波板鋼箔の接触部を密着させた状態で大気中で８０
０〜１１００℃の温度で加熱処理するとハニカム体表面
の被覆層中のＡｆｆが鋼中に拡散固溶し、耐酸化性を向
上すると同時に化学的に安定な針状のＡｌ酸化物（Ａｇ
２Ｏ，ウィスカー）が表面に生成する。そして、ハニカ
ム体を構成する平板鋼箔と波板鋼箔の接触部でこのウィ
スカーが絡み合うことによって、平板箔と波板鋼箔が固
定される。

このウィスカーを生成させるためには、大気中で８００
〜１１００℃、１分間〜１００時間加熱すればよい。

加熱温度が８００℃未満ではウィスカーが十分に成長せ
ず、１１００℃を越えると、ウィスカーではなく。

ブロック状のＡｌ酸化物が成長する。ウィスカーを十分
に成長させるためには、上記温度範囲で１分間以上の加
熱時間が必要である。

また、触媒担体の製造上１００時間以内の加熱が好まし
い。ここで、加熱雰囲気としては、化学的に安定なウィ
スカーが表面に生成するならば大気中以外の酸化性雰囲
気でもこの方法は適用できる。

また、製造工程が煩雑になるが、ハニカム体を圧着した
状態でウィスカーが生成する条件をで加熱処理を施して
ハニカム体を接合した後、外筒に装着することも可能で
ある。

最後に、上記基体の内表面に金属触媒を担持するための
γ−Ａｌ２０．コーティング（ウォッシュコート層）を
コーティングする。該γ−Ａｌ２０３コーティング層の
組成およびその被覆方法は既知の方法を用いることがで
きる。−例として、主として、γ−Ａ［２０粉末を懸濁
した水溶液が用いられ、該溶液に基体が浸漬され、乾燥
、焼結によりγ−１ｔ２０．コーティング層が形成され
る。上述したウィスカーの°アンカー効果により、該γ
−ＡＩ２２０．コーティング層の密着性も向上する。

本発明は、従来の真空中や還元性雰囲気中での加熱処理
やろう付けあるいは溶接等の工法に代えて、外筒のプレ
スばめと大気中加熱処理を組み合わせた簡便な製造工程
で、ハニカム体を接合でき、同時にハニカム体に優九た
耐酸化性やγ−Ａｌ２０３コーティング層との良好な密
着性を付与することができる。これにより、触媒コンバ
ータの低コスト化と高性能化に寄与し、その産業上の利
益はきわめて大きい。

〔発明の具体的開示〕

図面を参照して本発明を具体的に説明する。

第１図（ａ）は、ハニカム体２とこのハニカム体２を包
囲する外筒１とからなる本発明による基体の断面図であ
る。この構成では、外筒１の内面３が、プレスばめでハ
ニカム体２の全外面４に接触している。このプレスばめ
は、外筒１を最初の直径りから直径ｄ□へ縮少すること
により為される。

第１図（ｂ）は基体の正面図であり、ハニカム体２を包
囲する外筒１が円形断面を有することを示し、第１図（
Ｃ）は、第１図（ｂ）の基体正面のハニカム体２の部分
の拡大図であり、ハニカム体２を構成する平板鋼箔５と
波板鋼箔６を重ねて巻いた構造になっておりプレスばめ
により各接触部の密着を確実にしたハニカム体２の一部
を示す。

第２図（ａ）は、外筒１の端部を最初の直径りのままと
し、中央部を直径ｄ１へ波状に縮少してプレスばめした
基体の断面図であり、第２図（ｂ）は中央部を最初の直
径りのままとして、端部を直径ｄ１へ縮少してプレスば
めした基体の断面図である。

第３図は、中空の円柱状ハニカム体２に外筒１をプレス
ばめした（ａ）後に楕円形断面とした基体（ｂ）の正面
図である。

第１１！Ｉ（ａ）〜第３図（ｂ）に示したハニカム体の
形状および形成法は公知である（例えば、特公昭５７−
５５８８６）、また、プレスはめした外筒の形状はハニ
カム体を圧着し、平板と波板を密着させるものであれば
よく１種々の形状のものが適用可能である。

実施例Ｉ Ａｌ被覆ステンレス鋼箔として板厚５０μｍの１ｌｌｌ
Ｃｒ−０，２Ｔｉの母材成分のフェライト系ステンレス
鋼フォイルの両面に被覆膜厚５μ履蒸着ＡΩめっきした
Ａ−１の材料および同じく板厚０．４ｉｎ＋の１８ｃｒ
−０，２Ｔｉの母材組成のフェライト系ステンレス鋼板
母材に溶融ＡｌめっきによりＡト１０％Ｓｉ合金を溶融
めっき後圧延して板厚５０μｍ、被覆膜厚７μ脂にした
Ａ−２の材料を用いた。

本発明例としてＡ−１およびＡ−２の材料で第１図（ｃ
）に示した構造のハニカム体（外径７０φｍｍ、長さ８
０ｍｍ）を形成し、耐熱鋼製の内径７０φｌ、長さ１０
０ｍｍの外筒に装着後プレスばめして第１図のような円
柱状の基体とし、該基体を大気中で１０００℃、１時間
の加熱処理で接合した。

比較例１としてＡ−１の材料を用い１本発明例と同様に
してハニカム体を形成し、これを外筒に装着した後、Ｎ
ｉろう材（ＢＮｉ−５）を用いて真空中（１×１０−’
Ｔｏｒｒ）で１１８０℃に加熱して接合した。その後、
大気中１０００℃、１時間の加熱処理を行ってＡｌ、Ｏ
１皮膜を生成させた。比較例２としてＡ−１の材料を用
い、本発明例と同様にしてハニカム体を形成し、スポッ
ト溶接でハニカム体を接合した後、本発明例と同様にし
て外筒とプレスばめした。その後、大気中１０００℃、
１時間の加熱処理を行って八Ω２０゜皮膜を生成させた
。比較例３としてＡ−２の材料を用い１本発明例と同様
にしてハニカム体を形成し、これを外筒に装着した後、
プレスばめを行わない状態で真空中（ｌ　Ｘ　１０−’
Ｔｏｒｒ）で１０００℃、１時間の加熱処理を行って接
合した。比較例４として、Ａ−２の材料を用い、本発明
例と同様にハニカム体を形成し、これを外筒に装着した
ままの状態で、大気中で１０００℃、１時間の加熱処理
を行って接合した。

第１表 このようにして製造した基体に第１表に示す条件でγ−
Ａｌ２０．コーティングを施し、その後塩化金酸および
三塩化ロジウムの水溶液に浸漬し、引き上げ２５０℃で
１時間乾燥して担体１リットル当り約１ｇのＰｔ、　Ｒ
ｈを担持し、排気ガス浄化用触媒を得た。該触媒を２０
００ｃｃのエンジンのマニホールド直後に接続し、排気
ガス温度約１０００℃の条件下で５０時間の耐久試験を
行い、接合強度（ハニカム体の変形の有無）、耐酸化性
、γ−Ａｌ２０３コーティング層の密着性を比較した。

また、γ−Ａｌ２０．コーティング層の密着性は次式で
表される剥離率で評価した。

第２表にこれらの結果をまとめて示す。なお、γ−ＡΩ
２０．コーティング層の密着性の評価基準は次のとおり
である。

○：剥離率５％未満 Δ：剥離率５％〜１５％ Ｘ：剥離率１５％以上 第２表 第２表の結果から明らかなように、本発明例はいずれも
良好な特性を示すのに対し、比較例１あるいは２のＮｆ
ろう付けあるいは溶接により接合する場合は、Ｎｉろう
付は部あるいは溶接部での異常酸化が認められ、γ−Ａ
ｌ２０．コーティング層の密着性は評価不能である。ま
た、プレスばめせず真空中で加熱しＡΩ被覆層の融合焼
き付きにより接合した比較例３の場合は、γ−Ａｌ２０
．コーティング層の密着性に問題がある。比較例４の外
筒をプレスばめせす、ハニカム体を外筒に装着したまま
の状態で大気中加熱処理した場合は、十分接合強度が得
られずハニカム体の中心部が飛び出した。またγ−Ａｌ
２０３コーティング属の密着性は評価不能である。

実施例２ Ａｌ被覆ステンレス鋼フォイルとして板厚５０μｌの２
５Ｃｒ−３ＡＩ２−０．０２Ｌａの母材成分のフェライ
ト系ステンレス鋼フォイルの両面に被覆膜厚０．５μｍ
のＡｌ−２０％Ｍｎ合金を電気めっきしたＡ−３の材料
を用いた。

Ａ−３の材料を用い、第３回に示したように外筒をプレ
スばめして楕円柱状の基体（長径１２５■、短径８０ｍ
ｍ、長さ１００ｍｍ）とした。該基体を大気中でそれぞ
れ８００℃Ｘ　３０ｍ１ｎ、８００℃Ｘ　３０ｈｒ、　
９５０℃Ｘ３ｈｒ、１１００℃Ｘ　Ｌａｔｉｎおよび１
１００℃Ｘ　Ｉｈｒ加熱処理して接合したものを本発明
例とし、大気中で夫々７００℃×３０ｈｒ、１２００″
ＣＸＩｈｒ加熱処理したものを比較例５および比較例６
とする。これらの加熱処理後のウィスカー形態は次の基
準にて評価した。

○：ニライス力生成 △：ニライスカー成不均− Ｘ：ウィスカー生成せず このようにして製造した基体に実施例１と同様の方法で
γ−Ａβ２０３コーティングを施した後、耐久試験を行
い、接合強度（ハニカム体の変形の有無）、耐酸化性、
γ−Ａｌ２０．コーティング層の密着性を比較した。第
３表にこれらの結果をまとめて示す。

木表から明らかなように、本発明例はいずれも良好な結
果を示しているのに対し、比較例５はウィスカーの生成
が不均一なためγ−ＡＩ２２０．コーティング層の密着
性にやや劣る。比較例６ではウィスカーではなく、ブロ
ック状のＡｌ酸化物が生成するために、プレスばめして
もハニカム体の十分な接合強度が得られず、変形しハニ
カム体の中心部が飛び呂した。そして、γ−Ａｌ２０．
コーティング層の密着性は評価できなかった。

従って、プレスばめした基体を大気中で８００〜１１０
０℃で１分間以上加熱することによりハニカム体の接合
部を接着できる。

〔発明の効果〕

本発明は、外筒のプレスばめと大気中加熱処理を組合わ
せた簡便な製造工程で、ハニカム体を接合でき、同時に
ハニカム体に優れた耐酸化性やγ−１２０．コーティン
グ層との良好な密着性を付与することができる。これに
より、触媒コンバータの低コスト化と高性能化に寄与し
、その産業上の利益はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は全面プレスばめした基体の半分を切り欠
いた側面図。第１図（ｂ）は円柱状基体の正面図。第１
図（Ｃ）は基体正面のハニカム体部分の拡大図。 第２図（ａ）および第２図（ｂ）は、部分的にプレスば
めした基体の半分を切り欠いた側面図。 第３図（ａ）は、プレスばめした基本の正面図。 第３図（ｂ）は、第３図（ａ）に示した状態から変形し
て断面を楕円形としたプレスばめされた基体の正面図。 １：外筒、２：ハニカム体、３：外筒の内面、４：ハニ
カム体の外面、５：平板鋼フォイル、６：波板鋼フォイ
ル。 図（０） 図（ａ） 図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＡｌまたはＡｌ合金を被覆したステンレス鋼箔製のハニ
   カム体に外筒をプレスばめした後、大気中で８００〜１
   １００℃の温度で１分間〜１００時間加熱することによ
   りハニカム体の接合部分を接着することを特徴とする触
   媒担体用基体の製造方法。