JPH026851A - 触媒担体およびその製造方法 - 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、自動車および工場等から排出される燃焼排ガ
スを浄化するための浄化触媒用の金属製触媒担体および
その製造方法に関するものである。

（従来の技術） 従来、金属製触媒担体として、アルミニウム含有フェラ
イト系ステンレス鋼を箔とし、箔を熱処理することによ
りその表面にアルミナウィスカーを形成させて担体とし
て使用する技術が、特開昭５６−９６．７２６号公報に
開示されている。この技術では、高温に耐えるステンレ
ス鋼を使用するとともに、その表面にアルミナウィスカ
ーが存在するため、ウォッシュコートとしてＴ−ＡＩ！
２０３等の触媒を担持させたときアルミナウィスカーが
くさびの役目をして、ｒ　−Ａ　１２０ｓ等からなるウ
ォッシュコート層と金属製触媒担体との間で強固な結合
を達成することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら特開昭５６−９６．７２６号公報で開示さ
れた触媒担体では、担体の基体をなすアルミニウム含有
フェライト系ステンレスの箔とアルミナウィスカーとの
間の結合が、化学的な結合ではなく物理的な結合のみに
より達成されているため、ステンレス箔とアルミナウィ
スカーとの間の結合力の安定性に問題があった。

また、基体としてのフェライト系ステンレス鋼はアルミ
ニウムを含有しているため、その塑性加工性が著しく低
下して、箔にするために非常に手間のかかる問題もあっ
た。

本発明の目的は上述した課題を解消して、触媒担体を構
成する金属基材とアルミナ薄層との間の強固な結合を達
成できるとともに、塑性加工性の低下もない触媒担体お
よびその製造方法を提供しようとするもである。

（課題を解決するための手段） 本発明の触媒担体は、少な（ともＴｉ０．２〜０．８重
潰％（以下、ｗｔ％と記す）およびＣＯ９旧〜０，５Ｗ
（％を含有するステンレス鋼またはニッケル基合金から
なる基体の表面にＡ　ｌ−０−Ｔｉ−Ｃ結合で強固に接
着したアルミナ薄層をアルミ鉄合金層又はアルミニッケ
ル合金層を介して、少なくとも一方向に通気性を有する
多孔体に形成したことを特徴とするものである。

また、本発明の触媒担体の製造方法は、少なくともＴｉ
を０．２〜０．８ｗｔ％およびＣを０．０１〜０．５ｗ
ｔ％を含有するステンレス鋼またはニッケル基合金から
金属条を作製し、金属条の表面にアルミニウムメッキを
施し、メッキ後の金属条を圧延した後、圧延した金属条
を一方向に通気性を有するコルゲート状の多孔体とし、
その後多孔体に対し６００〜１０００℃で１０分間以上
の熱処理を実施して金属条よりなる多孔体の表面にＡ　
ｊ２−０−Ｔｉ−Ｃ結合で強固に被着されたアルミナ薄
層を形成することを特徴とするものである。

（作　用） 上述した構成において、基体となるステンレス鋼または
ニッケル基合金中に所定遣のＴＩおよびＣを含有させて
いるため、熱処理することによりその表面に設けたアル
ミニウムメッキが酸化されるコトによりアルミ鉄合金あ
るいはアルミニッケル合金層を介して形成されるアルミ
ナ薄層が、金属中のＴｉおよびＣと反応し界面に強固な
Ａｌ−０−Ｔｉ−Ｃ結合を形成でき、金属基材とアルミ
ナ薄層との間に化学的な結合による強固な接合を達成で
きる。

また、基体中にアルミナウィスカーを生成させるための
Ａｌを添加しなくても基材上に形成したアルミニウムメ
ッキ層を熱処理することによりアルミナウィスカーと同
等以上の性能を有する化学的に結合されたアルミナ薄層
を生成しているため、塑性加工性が低下することもない
。

さらに、本発明のようにアルミニウムメッキを実施する
場合は、アルミナ等をコーティングする場合に比べて、
メッキ面を粗面にする等の前処理の必要がないため、工
程を簡単にすることができる。なお、アルミニウムメッ
キ層を熱処理しているため、アルミニウムメッキ層とス
テンレス鋼またはＮｉ基合金からなる基体との間にアル
ミニウムの基体中への拡散によりアルミ鉄合金層あるい
はアルミニッケル合金層が発生するが、この厚さは４０
μｍ以下で接着性に影響を与えることはない。

Ｔ１およびＣの添加量を限定する理由は以下の通りであ
る。まず、下限については、後述する実施例から明らか
なようにＴｉの含有率が０．２ｗｔ％未満またはＣの含
有率が０．Ｑ１ｗｔ％１ｗｔ％未満場合は、アルミナ層
のはく離がみられたためである。これは、ＴｉとＣの添
加量が少ないため十分なＡｌ−〇−Ｔ　ｉＣ結合ができ
ないためと考えられる。また、Ｃの含有率が０．５ｗｔ
％を超えると、基材金属とアルミナ層の界面にカーボン
の析出が起きて脆くはく離し易くなる。さらに、Ｔｉの
含有率が０．８ｗｔ％を超えると、熱処理の繰り返しに
よりＴｉ−Ｃ結合層の厚さが増加し、その結合の硬さの
ために厚くなるとはく離し易くなる。以上の理由からＴ
１を０．２〜０．８ｗｔ％、Ｃを０．０１〜０．５　ｗ
ｔ％と限定した。

なお、Ｃｒの含有量については、Ｃを０．１２ｗｔ％に
限定した場合、焼鈍状態における強度がｌＱｗｔ％未満
では所望する引張強度が得られず、一方２５ｗｔ％を超
えても著しい強度の改善が得られないので、Ｃｒの含有
量は１０〜２５ｗｔ％の範囲が好ましい。

熱処理条件としては、６００℃未満の温度では合金化に
非常に長い時間を必要としまた十分な密着力が得られな
いので実用的でない。一方、１０００℃を超えると急激
なアルミ鉄合金層あるいはアルミニッケル合金層への合
金化のために合金層のはく離が起きてしまう。また、熱
処理時間は１０分未満であると合金化が十分でなく、Ａ
　ｌ−０−Ｔｉ−Ｃ結合が十分生成せず強度の向上が認
められない。従って、熱処理条件は６００〜１０００℃
の範囲で１０分間以上と限定した。

さらに、アルミニウムメッキ層の厚さは、後述する実施
例かられかるように、１０μｍを超えると、熱膨張差の
影響を受けてはく離しやすくなる。

方、１μｍ未満のアルミニウムメッキ層は作製すること
が非常に難しい。そのため、アルミニウムメッキ層の厚
さは１〜１０μｍの範囲であると好ましい。

以下、本発明の各構成要件の好ましい態様について、さ
らに詳細に説明する。

（１）基体について （ａ）　　基体形状の好ましい態様としては、以下の第
１表に示すものが考えられる。

第　　１　　表 （ｂ）　　ステンレス鋼の組成範囲（単位はすべてｗｔ
％とする） 以下の第２表に示す必須成分および添加元素からなる組
成である必要がある。

第２表 第３表 そのうち、好ましいステンレス鋼として、以下の第３表
に示す組成のものがあげられる。

（Ｃ）　　Ｎｉ基合金の組成範囲（単位はすべてｗｔ％
とする） 以下の第４表に示す主成分および添加元素からなる組成
である必要がある。

第４表 第 表 そのうち、好ましいＮｉ基合金として、以下の第５表に
示す組成の合金があげられる。

（２）多孔体の形状について 以下の第６表に示すように、各基材に対して好ましい多
孔体の形状が存在する。

第６表 （３）　　アルミニウムメッキ層について主成分が３Ｑ
ｗｔ％以上の金属アルミニウムからなり、後述する実施
例から明らかなようにその厚さは１〜１０μｍであると
好ましい。

アルミニウムメッキ層は、溶融アルミメッキ法等の従来
公知の方法により形成することができる。

（４）＾ｆ−０−Ｔｉ−Ｃ結合層について６００〜１０
００℃で１０分間以上の熱処理後、基体金属とアルミナ
薄層の界面に０．５μｍ以下の人！−ＤＴｉ−Ｃの結合
層が存在する。これは基体金属中のＴｉ原子が加熱によ
り表面層に拡散しＴｉＣを形成し、金属基体中のＣとア
ルミナ薄層中の０原子をＴｉ原子が介在することで結び
付けＡｊ！−０−Ｔｉ　−Ｃ結合層を形成し強固な化合
結合をするためである。

（実施例） 上述したように、本発明のへｌ−０−Ｔｉ−Ｃ結合を達
成するには、少なくともＴｉ０．２〜０．３ｗｔ％およ
びＣＯ８旧〜０．５ｗｔ％を含有するステンレス鋼また
はニッケル基合金からなる所定組成の基材の表面にアル
ミニウムメッキを施した後６００〜１０００℃で１０分
間以上の所定の熱処理を実施すれば得られるが、実際に
製品に応用する場合は以下に示す方法が好適である。

第１図は本発明の触媒担体の製造方法の一例を示すフロ
ーチャートである。第１図に示すフローチャートでは、
金属条からコルゲート状のハニカム担体を作製する例を
示している。まず、前述の所定組成の金属条を作製する
。条を作製する方法は圧延等の従来から公知の方法を使
用できる。次に、得られた金属条の表面に所定厚さのア
ルミニラムメッキを施した後、圧延して金属箔とする。

得られた金属箔をコルゲート状の箔とするとともに、コ
ルゲート状の箔と平面状の金属箔とを交互に重ねて巻き
回しハニカム状基材を作製する。得られたハニカム状基
材に対して所定の熱処理を実施して、アルミニウムメッ
キ層をアルミナ薄層とするとともに基体金属とアルミナ
薄層の界面にＡｌ０−Ｔｉ−Ｃ結合層を形成させ、同時
に形成されるアルミ鉄合金層あるいはアルミニッケル合
金層をも含有し、少なくとも一方向に通気性を有するハ
ニカム状の触媒担体を得ている。

以下、基体とアルミナ薄層との間の結合について、実際
の例について説明する。

実施例 まず、基体となる金属条を作製するため、真空溶解炉中
にて以下の第７表および第８表に示す所定組成に調合し
たステンレス鋼またはＮｉ基合金を溶解して約３ｋｇの
インゴットを作った。得られた所定組成のインゴットに
対して熱間圧延加工後冷間圧延加工と焼鈍を繰り返すこ
とより約ｌ　ｍｍの厚さの金属条とした。得られた金属
条を１００　Ｘ　５００ｍｍに切断し試験用基材とした
。

次にアルミニウムメッキを以下の手順で実施した。まず
、メッキ用アルミニウムとして、溶融アルミニウムメッ
キを行うためにＳｉを３ｗｔ％含有したアルミニウムを
準備した。次に、基材金属の前処理として、１０％硝酸
、２％フッ酸の混合酸溶液中にて基材を約１０分間処理
後水洗した。前処理した基材金属を準備したアルミニウ
ム融液中に浸漬後、ガスワイプにより付着量の調整を行
った。溶融メッキを行った基材を圧延することによりさ
らにメッキ厚を調整し、試験用基材として１００ｍｍ角
に切断した。メッキの厚さはいずれも５μｍになるよう
調整した。

その後、アルミニウムメッキ層を形成した金属基材に対
して熱処理を実施した。熱処理はメッキされた金属基材
を８００℃の電気炉中で３０分間加熱することにより実
施した。

特性を評価するため、得られた試験体に対して、９００
℃の電気炉中に自動で出し入れする装置を使用して加熱
冷却による熱衝撃試験を行った。試験サイクルは９００
℃１５分間と室温４５分間との間の５００サイクルとし
、試験体の表面状態を肉眼にて観察した。基材がステン
レス鋼である結果を第７表およびＮ１基合金である結果
を第８表に示す。

第　７　表の１ 第 表の２ 第 表の１ 第 表の３ 第 表の２ 表の３ 第９表の結果から、アルミニウムメッキ層の厚さは１０
μｍ以下であると好ましいことがわかる。

基材としてステンレス鋼の結果を示す第７表およびＮ１
基合金の結果を示す第８表より、本発明のＴＩおよびＣ
の組成範囲を満たす例では熱衝撃試験によりまったく異
常がなかったのに対し、ＴｉまたはＣの組成範囲が本発
明の組成範囲を満たさない例では一部はく離が生じるこ
とがわかる。

また、上述した実施例のうち本発明の組成範囲を満たす
ステンレス鋼およびＮｉ基合金の基材に対して、アルミ
ニウムメッキ層の厚さを変化させて同様に熱衝撃試験を
実施した。結果を第９表に示す。

さらに、上述した実施例のうち本発明の組成範囲を満た
すステンレス鋼及びニッケル基合金基材に対して、５０
０〜１１００℃の温度にて種々の時間熱処理後、顕微鏡
にて断面観察を行い熱処理条件について調べた。なお、
このときアルミニウムメッキ層の厚さはすべて５μｍと
した。結果を第１０表に示す。

第１０表 第１０表の結果から、熱処理条件は６００〜１０００℃
で１０分以上である必要があることがわかる。

また上述の実施例中の組成Ｔｉ：０．５８０．　　Ｃ：
０．０４２゜Ｃｒ：１９．０．　Ｓ　：０，０３．　Ｍ
ｏ：１．００．　Ｎｉ＋１１．０．　Ｆｅ：残部よりな
るステンレス鋼基材に５μｍのアルミメッキを行い、９
００℃、　１０分間熱処理したものをオージェ分析する
と第２図のようになり、表面酸化物層と合金層の界面近
くでＴｉ、　　Ｃの濃度が高＜　１０−Ｔ　ｉ−Ｃ結合
が出来ていることを示している。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明の触媒担体およ
びその製造方法によれば、金属基体中に所定量のＴｉお
よびＣを含有させているため、金属基体とアルミナ薄層
間に化学的で強固なＡ、１２−Ｏ−ＴｉＣ結合層を形成
でき、基体とアルミナ薄層間の強固な接合を達成できる
。また、基体中にアルミナウィスカーを生成させるため
のＡｌを添加せず、アルミニウムメッキ層を熱処理する
ことによりアルミナ薄層を生成しているため、塑性加工
性も低下することもなく、簡単な工程で所定の少なくと
も一方向に通気性を有する触媒担体を得ることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の触媒担体の製造方法の一例を示すフロ
ーチャート、 第２図は本発明の触媒担体のオージェ分析の結果を示す
説明図である。 第１ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくともＴｉ０．２〜０．８ｗｔ％およびＣ０．
   ０１〜０．５ｗｔ％を含有するステンレス鋼またはニッ
   ケル基合金からなる基体の表面にＡｌ−Ｏ−Ｔｉ−Ｃ結
   合で強固に接着したアルミナ薄層をアルミ鉄合金層又は
   アルミニッケル合金層を介して、少なくとも一方向に通
   気性を有する多孔体に形成したことを特徴とする触媒担
   体。 ２、少なくともＴｉ０．２〜０．８ｗｔ％およびＣ０．
   ０１〜０．５ｗｔ％を含有するステンレス鋼またはニッ
   ケル基合金から金属条を作製し、金属条の表面にアルミ
   ニウムメッキを施し、メッキ後の金属条を圧延した後、
   圧延した金属条を一方向に通気性を有するコルゲート状
   の多孔体とし、その後多孔体に対し６００〜１０００℃
   で１０分間以上の熱処理を実施して金属条よりなる多孔
   体の表面にＡｌ−Ｏ−Ｔｉ−Ｃ結合で強固に被着された
   アルミナ薄層を形成することを特徴とする触媒担体の製
   造方法。