JPH0352646A - 金属触媒担体の製造法 - Google Patents

金属触媒担体の製造法

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JPH0352646A
JPH0352646A JP1185250A JP18525089A JPH0352646A JP H0352646 A JPH0352646 A JP H0352646A JP 1185250 A JP1185250 A JP 1185250A JP 18525089 A JP18525089 A JP 18525089A JP H0352646 A JPH0352646 A JP H0352646A
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Toshiyuki Yashiro
八代 利之
Akihiko Kasahara
笠原 昭彦
Takashi Tanaka
隆 田中
Yutaka Morimoto
裕 森本
Hikari Aoyanagi
光 青柳
Shinji Shibata
新次 柴田
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Nippon Kinzoku Co Ltd
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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
用される金属触媒担体の製造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NO
.を還元する型が現在主流にテヨっている。触媒コンバ
ータの構造はコージライトを主或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P
t等の貴金属触媒を担持させたγ−A n 203粉を
付着させることにより浄化機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、機械的衝撃に弱い、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Alを含有
するフエ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
くなどしてハニヵム状に成形し、ろう付け等で接合した
後、高温酸化によって、該ステンレス鋼表面にA I!
 203皮膜を生じせしめたものにγ一A 1 203
をコーティングして担体とするものが、特公昭54−1
5035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iナ法がと
られており、使用ろう材もN1基のBL−5(19Cr
−10Si−Ni残部)が一般的である。すでに述べた
ように、この金属担体の特徴は、高Aj2含有フエライ
ト系ステンレス鋼の表面にr −A I! 203の担
持母体となるべきA I! 203皮膜を形戊せしめ、
しかも、そのA Il203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ャ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N1基ろう材を
使用すると、ろう材中のN!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Afと反応して
Nt  Aj!合金を形或し、高温酸化に耐えるA R
 203皮膜を形或するのに必要な固溶Aj2を消費し
てしまうという大きな問題が発生するっこのためろう材
の使用量をできる限り少なくしなければならない。一方
、実際の使用に際しては担体内の温度分布や急激な温度
変化に基づく大きな熱応力が発生するので、ろう材の使
用量を少なくしすぎると、ろう付け部の接合強度が不十
分になる。
〔発明が解決しようとする課題〕
したがって本発明の目的は、必要最小限のろう材使用量
で十分な接合強度と耐熱性を有する金属触媒担体を製造
する方法を提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は好ましくはlO%以下のlを含有するフエライ
ト系ステンレス鋼からなる、一般的には厚さ数十ミクロ
ンの平板状箔に、更にこれを波状板に成形したものを重
ね合せ、粉末状ろうの付着を目的とするパイグーを介し
てこれらを積層するか、又はロール状に巻くなどしてハ
ニカム状に成形するか、ハニカム状に成形した後に端部
よりバインダーを供給し、次に付着バインダーに粉末状
ろう材を供給してろう材粉体を付着せしめ、真空ろう付
け法により接合を行う金属触媒担体の製造法において、
ろう材として、重量%において、1 8. 0 〜2 
0. 0%のCr, 9.7 5 〜10.5%のSi
,0.15%以下のC1残部N+からなる合金(BNi
−5に相当する)を、ガスアトマイズ法で粉末状とした
ものを使用すること、バインダーにろう材粉体を付着せ
しめた後に100℃以上600℃以下の温度で大気中加
熱処理を施し、その後:こ真空ろう付けを行なうことを
特徴とする金属触媒担体の製造法である。本発明の好ま
しい実施態様においては真空度はlO″″4Torr以
上であり、ろう付け温度は1180℃以上1230℃以
下である。ろう付け時間は特に制限はないが、ろう付け
温度到達後、2時間以内で十分である。
本発明の他の実施態様においては、,竹やH2および両
者の混合ガスのような不活性ガスの連続供給により真空
炉内の圧力の0. 1 mmHgから100 +ton
Hgの間の圧力に制御しtがら真空ろう付けが行われる
また本発明においては、ろう溶融後の冷却過程において
、B:4i − 5相当材の固相線温度から液相線温度
である1080℃から1135℃の間の温度域iこたと
えば、5〜120分間保持し、初晶の晶出を促した後に
再び冷却過程をたどらせることが好ましいっ 以下に本発明を詳細に説明する。
前述したごとく、本発明は、市販のBNi 5ろう粉を
用い、必要最小限のろう材使用量で最大の接合強度を有
する金属触媒担体を得るための、ろう付け条件を提供す
るものである。
本発明では、金萬触媒担体の基材として耐酸化性の面か
ら含Aj2フエライト系ステンレス鋼を使用し、ろう材
として耐酸化性に優れたBNi−5合金を使用する。
金属触媒担体の場合は平板と波状板の接点近傍をろう付
けするわ{ナであり、この接点近傍に種々の方法でバイ
ンダーを塗布し、このバインダーにろう粉末を付着させ
る方法が採られるのが一般的である。バインダーに{ま
水系、油系、有機系と種々あるが、このバインダーの炭
素或分かろう溶融時に合金化され溶融ろうの濡れ性を阻
害する。具体的には表面張力を大きくする。
第1図はその一例として、BNi  5ろう粉にPVA
(バインダー)を所定量添加して真空中l200℃で加
熱、溶融させた時のろう中の炭素濃度とろうの表面張力
の関係を示すものであり、炭s!1度が上昇するにつれ
て表面張力が急激に増大して行く様子がよく分かる。す
なわち、表面張力を低下させるためには、バインダーを
大気中で加熱処理することにより、バインダーの炭素分
を燃焼、飛散させる必要があることを示すものである。
適正な大気加熱温度は水系バインダーでは低く、油系や
有機系のバインダーでは高いが、100℃以下ではその
効果は少なく、600℃以上になると基材の酸化やろう
粉の酸化が顕著になるので好ましくない。第2図はバイ
ンダーとして0.1%P V A水溶液を用5)、3N
i−5粉末に混合後に所定量を厚さ50μmの20Cr
−5 八fを主戊分とするステンレス鋼板に乗せ、大気
中、150℃×30分焼成後、真空ろう付けした場合の
凝固接触角かS判断した、濡れ性におよぼす真空度と加
熱温度の関係を示すものである。
第2図から良好なろう付けをするためには、真空度とし
ては1 0−4Torr以上の高真空が必要であり、加
熱温度としては1180℃以上の温度が必要であること
がわかる。加熱温度の上限は溶融ろうと基材の侵食の程
度を考慮して判断すべきであり、基材が50μmの箔の
場合には、1230℃が上限となる。
箒3図はその実際例を示すものである。重量%において
2 0Cr − 5 kl−0. 1 5Nb−0. 
0 4Ce70.0 1 5 (C+N)の化学組或か
らなるステンレス鋼を50μm厚さに圧延し、幅130
印に切断した平板と、この平板を波状に加工した波状板
とを各々アセトン脱脂後重ね合せて、外径6 9. 5
 mmの円筒に巻き上げ外端をスポット溶接して固定し
た。次いで0.1%PVA水溶液を含む板状スポンジ上
にこの円筒をたてに置き、毛管現象を利用してバインダ
ーを平板と波状板の接点に供給した。
この操作を円筒の両端面についておこなった後にBNi
−5のろう粉をふりかけ、所定量をバインダーに付着せ
しめた。次いで外筒となるSUS430の厚さ1.5m
m,内径70mm、外径73mmのパイプの縦方向2カ
ット品の各々の内面に、前記バインダーを介して4gの
BNI  :)を内面全体に塗布し、前記円筒ハニカム
を2分割外筒でかしめた。
次にこれを大気中、150℃×30分焼戊して、1 0
−4Torrのオーダーで真空ろう付けした。次に外筒
2分割位置をTIG溶接(タングステン不活性ガス溶接
)して担体を完或した。この担体の接合強度を次の方法
で評備した。
すなわち、完戊した担体の下端部に外筒と同寸法の高さ
5QmmのパイプをTIG溶接し、担体の上端面には外
径40mm,高さ5Qmmの丸棒ブロックを置いて、全
体を800℃に大気中にて加熱し、この状態で担体の両
端面間に圧縮荷重を付加して、圧壊荷重を測定し、接合
強度とした。第3図はこの圧壊荷重におよぼす、使用ろ
う量とろう付}ナ条件(温度及び時間)ならびにBNi
−5ろう材の製法の影響(ガスアトマイズ法または水ア
トマイズ法)を示すものである。限界の圧壊荷重を10
00kgとするとろう付{ナ温度は1180℃以上でよ
り高温側の方が使用ろう量も少なくて、より高い接合強
度が得られることが分る。また、BNi − 5ろう粉
末の製法の影響も顕著であり、ガスアトマイズ法による
方がより有利であることもわかる。
本発明者は、ろうの濡れ、特に拡張濡れには溶融ろうの
表面張力の他にもう1つの重大な因子があることを発見
した。それは初晶の晶出先端の前進により濡れ界面が拡
張するということである。
したがって、本発明の好ましい実施態様によれば初晶の
晶出を十分うながして後に冷却が行われる。
BN+−5組戊の場合はろう付けの冷却過程において、
面相線温度と液相線温度である1080℃から1135
℃の温度域にたとえば5分〜120分間程度保持し、初
晶の晶出を促した後に、通常の冷却が行われる。
ろう付けの最高加熱温度が1200℃の場合、通常の冷
却を行ったもの(e)と、冷却過程で1120℃X30
分の保持を付加したもの(f)とでは、接合強度に大き
な差が生じており、後者の方が格段に優れていることが
わかる。
一方、高真空下で高温加熱する場合には基材の合金或分
の一部、例えば蒸気圧の高いCrやl等の元素が蒸発飛
散する場合があり、基材表皮の化学組戊が変化すること
がある。このような現象を回避するためには真空炉チャ
ンバー内を高真空レベルに排気しながら、雰囲気ガスを
導入して、チャンバー内圧力を高めればよい。含Alフ
エライト系ステンレス!!(20Cr−5^f−0.1
5Nb−0. 0 4Ce−0. 0 1 5  (C
−i−N) )を基材としてBN[  5のろうの濡れ
性におよぼす炉内圧力の影響を調査したところ、表1に
示すような結果が得られた。
表1の実験は50μm厚の含Alフエライト系ステンレ
ス板(2 0Cr − 5AI!−0. 1 5Nb−
0. 0 4Ce−0. 0 1 5  (C千N) 
)上に、1%PVA水溶液を重量比で2%混合した、ガ
スアトマイズ法で製作したBNi − 5粉末を所定量
置き、150℃×30分の焼戊の後、種々の雰囲気と圧
力のもとで1180℃に30分加熱し、冷却後の凝固接
触を目視で判断したものである。雰囲気ガスとしては、
水素と不活性ガスであるアルゴンガスおよび両者の混合
ガスを使用した。真空炉内圧力がl00mn+Hg以上
になると急激にろうの濡れ性が劣化する。
また、下限はろうの濡れ性ではなく含有或分の内、最も
飽和蒸気圧が高い元素の蒸発程度から決められるべきで
あり、1l80℃におけるlの蒸気圧?. 8 X I
 Q−’aunHgの約10倍の圧力、すなわち0. 
1 mmHgが好ましい下限値である。
表 エ 雰囲気圧力と濡れ性 (3)6つ付け 1180℃×3υ分 〔発明の効果〕 本発明によれば、ろう材の使用量を少なくし、しかも十
分な接合強度と耐熱性を有する金属触媒担体を製造する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、BNi − 5の、1200℃における表面
張力と炭素濃度の関係を示すグラフである。 第2図は、含1フェライト系ステンレス鋼とBNi −
 5の濡れ性に及ぼす、真空度とろう付け温度の影響を
示すグラフである。 第3図は、金属触媒担体の熱間圧壊荷重iこ及ぼす、ろ
う付け条件(温度及び時間)とろう材塗布量及びろう材
の製法の影響を示すグラフである。 第1図 溶融凝固後の炭素濃度 (%) 第2図 真空度 (TOrr) 第3図 BN+−5ろう使用量 (9)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)含Alフェライト系ステンレス鋼平板状箔に、更
    にこれを波状板に成形したものを重ね合せ、バインダー
    を介してハニカム状に成形するか、ハニカム状に成形し
    た後に端部よりバインダーを供給し、次に付着バインダ
    ーに粉末状ろう材を供給してろう材粉体を付着せしめ、
    真空ろう付け法により接合を行う金属触媒担体の製造法
    において、ろう材として、重量%において、18.0〜
    20.0%のCr、9.75〜10.5%のSi、0.
    15%以下のC、残部Niからなる合金を、ガスアトマ
    イズ法で粉末状としたものを使用すること、バインダー
    にろう材粉体を付着せしめた後に100℃以上600℃
    以下の温度で大気中加熱処理を施し、その後に真空ろう
    付けを行なうことを特徴とする金属触媒担体の製造法。
  2. (2)真空度が10^−^4Torr以上であり、ろう
    付け温度が1180℃以上1230℃以下であることを
    特徴とする請求項(1)記載の金属触媒担体の製造法。
  3. (3)真空ろう付けを、不活性ガスを供給しながら0.
    1mmHg〜100mmHgの圧力下で行うことを特徴
    とする請求項(1)記載の金属触媒担体の製造法。
  4. (4)ろう溶融後の冷却過程において、1080℃〜1
    135℃の間の温度域に保持し、初晶の晶出を促すこと
    を特徴とする請求項(1)または(2)または(3)記
    載の金属触媒担体の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0999218A (ja) * 1995-10-04 1997-04-15 Nippon Steel Corp 強固な接合強度を有する拡散接合された触媒用メタル担体およびその製造方法
JP2003525749A (ja) * 2000-03-08 2003-09-02 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンス テクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング ろう材を含む金属箔複合体
JP2007296526A (ja) * 1994-09-14 2007-11-15 Emitec Ges Fuer Emissionstechnologie Mbh 金属構造物を製造するための方法
CN114571024A (zh) * 2022-03-29 2022-06-03 北京科技大学 一种减少gh3536蜂窝与gh4738环件组合件溶蚀的真空钎焊工艺

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