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JPH08281125A - Plate-like alumina carrier with high heat resistance, its manufacture, and catalyst body produced by carrying catalyst thereon - Google Patents

Plate-like alumina carrier with high heat resistance, its manufacture, and catalyst body produced by carrying catalyst thereon

Info

Publication number
JPH08281125A
JPH08281125A JP10799495A JP10799495A JPH08281125A JP H08281125 A JPH08281125 A JP H08281125A JP 10799495 A JP10799495 A JP 10799495A JP 10799495 A JP10799495 A JP 10799495A JP H08281125 A JPH08281125 A JP H08281125A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plate
heat resistance
aluminum
alumina
carrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP10799495A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kameyama
秀雄 亀山
Yuri Kusakari
ゆり 草刈
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP10799495A priority Critical patent/JPH08281125A/en
Publication of JPH08281125A publication Critical patent/JPH08281125A/en
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Abstract

PURPOSE: To produce a plate-like alumina carrier with high strength and heat resistance and having an anodized coating on at least one side, and a catalyst body with high strength and heat resistance produced by carrying a catalyst on the carrier and to provide its manufacturing method. CONSTITUTION: A plate-like alumina carrier is the one having an alumina layer on at least one side of a stainless plate and the carrier has a diffused layer in which aluminum component and iron component exist in an interface between the stainless plate and the alumina layer. The contents of the aluminum component and iron component in the diffused layer are made to change gradually and, at the same time, if necessary, numberless cracks are formed in the surface of the alumina layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプレート状アルミナ担体
に関し、特に、ステンレス鋼を母体とした耐熱性に優れ
たプレート状アルミナ担体、その製造方法及びそれに触
媒を担持させてなる触媒体に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plate-shaped alumina carrier, and more particularly to a plate-shaped alumina carrier which is made of stainless steel and has excellent heat resistance, a method for producing the same, and a catalyst body having a catalyst supported thereon.

【0002】[0002]

【従来の技術】アルミニウム板を陽極酸化し、得られた
多孔質陽極酸化被膜を熱水処理してそのBET表面積を
増大させ、該表面に触媒を担持させてなる触媒はが公知
である(特開平2−144154)。このような面状触
媒体は熱伝導体に優れるため、熱交換能を有する反応室
の壁材等に使用するのに好適であるが、その母材がアル
ミニウムであるため、強度が低い上、融点が低いので耐
熱性に劣り、通常、200℃までが使用限度とされてい
た。更に、アルミニウムが外部表面に露出している場合
には、その部分から腐食が進行するという問題も生じ
る。
2. Description of the Related Art A catalyst is known in which an aluminum plate is anodized, the resulting porous anodized film is subjected to hot water treatment to increase its BET surface area, and a catalyst is supported on the surface (special feature: Kaihei 2-144154). Since such a planar catalyst body is excellent in a heat conductor, it is suitable for use as a wall material of a reaction chamber having a heat exchange ability, but since its base material is aluminum, it has low strength and Since it has a low melting point, it is poor in heat resistance, and the upper limit of its use is usually 200 ° C. Further, when aluminum is exposed on the outer surface, there is a problem that corrosion progresses from that portion.

【0003】そこで、強度及び耐熱性を改善するため
に、クラッド工法でアルミニウムをステンレスに圧延し
て直接結合させ、得られた基板を陽極酸化したものを使
用することが試みられた。しかしながら、この場合には
陽極酸化時に、ステンレスとアルミニウムが剥離する場
合が極めて多く、陽極酸化成功率が低い上、陽極酸化が
一応成功した場合でも、基板の強度は増すものの、アル
ミナとステンレスの熱膨張率の差から、高温にさらされ
るとアルミナ皮膜がステンレス板から剥離するので、耐
熱性が十分でないと言う欠点があった。
Therefore, in order to improve strength and heat resistance, it was attempted to use aluminum obtained by rolling aluminum into stainless steel by a cladding method and directly bonding the aluminum and anodizing the obtained substrate. However, in this case, during the anodization, stainless steel and aluminum are often peeled off, the success rate of anodization is low, and even if the anodization succeeds, the strength of the substrate increases, but the heat of alumina and stainless steel increases. Due to the difference in expansion coefficient, the alumina coating peels off from the stainless steel plate when exposed to high temperatures, which is a drawback that the heat resistance is not sufficient.

【0004】そこで、上記の欠点を改善するために、ス
テンレス板にアルミニウムを溶射した基板を使用するこ
とも試みられているが、この場合には、製造に際して大
型の装置が必要である上、均一な厚みで表面の細孔が揃
った多孔質のアルミナ皮質を形成させることが出来ない
ので触媒担持量が少なくなるのみならず、耐熱性もまだ
十分ではないという欠点があった。
Therefore, in order to improve the above-mentioned drawbacks, it has been attempted to use a substrate obtained by spraying aluminum on a stainless steel plate, but in this case, a large-sized apparatus is required for the production and the substrate is uniform. Since it was not possible to form a porous alumina cortex having uniform surface pores with a uniform thickness, not only the amount of supported catalyst decreased but also the heat resistance was not sufficient.

【0005】[0005]

【発明が解決しょうとする課題】本発明者らは、アルミ
ニウムとステンレス板との接合を強化するために鋭意検
討した結果、アルミニウムをステンレス板に圧延した
後、荷重をかけて前焼成を行った場合には陽極酸化の成
功率が著しく改善されること、陽極酸化後更に後焼成し
たアルミナ層とステンレスからなる担体には、アルミナ
−ステンレス板の界面にアルミニウム原子と鉄原子が拡
散した拡散層が生ずること、該拡散層中のアルミニウム
原子及び鉄原子の含有量がなだらかに変化した担体では
アルミナーステンレス界面の強度が著しく増加している
ということ、及び、陽極酸化と後焼成の間に水和処理を
行うことにより、更に耐熱性を向上させることができる
ことを見い出し本発明に到達した。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The inventors of the present invention have made extensive studies as a result of strengthening the bonding between aluminum and a stainless steel plate. As a result, aluminum was rolled into a stainless steel plate, and a pre-baking was performed by applying a load. In that case, the success rate of anodic oxidation is remarkably improved, and a carrier made of stainless steel and an alumina layer further post-baked after anodic oxidation has a diffusion layer in which aluminum atoms and iron atoms are diffused at the interface of the alumina-stainless steel plate. That the carrier at which the content of aluminum atoms and iron atoms in the diffusion layer changed gently, the strength of the alumina-stainless steel interface was remarkably increased, and the hydration between the anodic oxidation and the post calcination. It was found that the heat resistance can be further improved by carrying out the treatment, and the present invention has been reached.

【0006】従って、本発明の第一の目的は、少なくと
も一方の面に陽極酸化皮膜を有する、強度及び耐熱性に
優れたプレート状アルミナ担体を提供することにある。
本発明の第二の目的は、少なくとも一方の面に陽極酸化
皮膜を有する、強度及び耐熱性に優れたプレート状アル
ミナ担体の製造方法を提供することにある。本発明の第
三の目的は、陽極酸化皮膜上に触媒を担持させてなる、
強度及び耐熱性に優れた触媒体を提供することにある。
Therefore, a first object of the present invention is to provide a plate-shaped alumina carrier having an anodized film on at least one surface and having excellent strength and heat resistance.
A second object of the present invention is to provide a method for producing a plate-shaped alumina carrier having an anodized film on at least one surface and having excellent strength and heat resistance. A third object of the present invention is to support a catalyst on the anodized film,
It is to provide a catalyst body having excellent strength and heat resistance.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の上記の諸目的
は、ステンレス板の少なくとも一方の面にアルミナ層を
有するプレート状アルミナ担体であって、前記ステンレ
ス板とアルミナの界面にアルミニウム成分及び鉄成分が
存在する拡散層を有すると共に、該拡散層中のアルミニ
ウム及び鉄の含有量がなだらかに変化していることを特
徴とする耐熱性に優れたプレート状アルミナ担体、その
製造方法、及び、前記担体に触媒を担持させてなる触媒
体によって達成された。
The above objects of the present invention are a plate-like alumina carrier having an alumina layer on at least one surface of a stainless steel plate, wherein an aluminum component and an iron are provided at the interface between the stainless steel plate and alumina. With a diffusion layer in which the components are present, the plate-shaped alumina carrier excellent in heat resistance, characterized in that the contents of aluminum and iron in the diffusion layer are gently changed, a method for producing the same, and This is achieved by a catalyst body in which a catalyst is supported on a carrier.

【0008】本発明で使用するステンレス板は、特に限
定されるものではなく、公知のステンレスの中から適宜
選択することができるが、後述する拡散層の形成容易性
の観点から、フェライト系ステンレス又はオーステナイ
ト系ステンレスを用いることが好ましい。又、その板の
厚さ及び形状等は特に限定されるものではなく、必要と
される強度、使用する触媒及び用途に応じて適宜決定す
れば良い。
The stainless steel plate used in the present invention is not particularly limited and may be appropriately selected from known stainless steels. From the viewpoint of easy formation of a diffusion layer described below, ferrite stainless steel or It is preferable to use austenitic stainless steel. The thickness and shape of the plate are not particularly limited and may be appropriately determined depending on the required strength, the catalyst used and the application.

【0009】本発明においては、先ず、ステンレス板上
にアルミニウム板又は箔を積層する。このような積層
は、ステンレス板上に溶融したアルミニウムを溶射する
ことによって行うこともできるが、厚みの均一性の観
点、及び、製造容易性の観点から、圧延法(クラッド
法)を用いてステンレス板の表面にアルミニウム板又は
箔を張り合わせることが好ましい。
In the present invention, first, an aluminum plate or foil is laminated on a stainless plate. Such lamination can be performed by spraying molten aluminum onto a stainless steel plate, but from the viewpoint of thickness uniformity and the ease of manufacturing, a stainless steel sheet is produced by using a rolling method (cladding method). It is preferable to adhere an aluminum plate or foil to the surface of the plate.

【0010】このような接合は、いわゆる直接接合とい
われるものであり、ステンレス層とアルミニウム層は単
に物理的に結合しているに過ぎず、各層の原子が互いに
拡散して化学結合をしているというものではない。本発
明に使用するアルミニウム板又は箔は、特にアルミニウ
ム金属のみに限定されるものではなく、公知のアルミニ
ウム合金の中から、後述する陽極酸化が可能なものを適
宜選択することもできる。
Such joining is so-called direct joining, in which the stainless layer and the aluminum layer are merely physically bonded, and the atoms of each layer diffuse into each other to form a chemical bond. Not that. The aluminum plate or foil used in the present invention is not limited to aluminum metal in particular, and a known aluminum alloy that can be anodized as described later can be appropriately selected.

【0011】本発明において、ステンレス板に積層させ
るアルミニウム板又はアルミニウム箔(以下アルミニウ
ム層となる)の厚さは、後述する陽極酸化を良好に行わ
せる観点から、10μm〜300μmであることが好ま
しく、特に30μm〜200μmであることが好まし
く、40μm〜150μmの範囲が最も好ましい。本発
明のアルミナ担体には、ステンレス板と多孔質アルミナ
層との剥離を防止して耐熱性を高める観点から、アルミ
ニウムのみの層を消失させ、ステンレス層とアルミナ層
との界面に、鉄原子及びアルミニウム原子が互いに拡散
した拡散層を形成させる。
In the present invention, the thickness of the aluminum plate or aluminum foil (hereinafter referred to as the aluminum layer) to be laminated on the stainless plate is preferably 10 μm to 300 μm from the viewpoint of favorably performing anodization described later, In particular, the range of 30 μm to 200 μm is preferable, and the range of 40 μm to 150 μm is most preferable. In the alumina carrier of the present invention, from the viewpoint of preventing the peeling of the stainless steel plate and the porous alumina layer and increasing the heat resistance, the layer of only aluminum is eliminated, and an iron atom and an iron atom are formed at the interface between the stainless steel layer and the alumina layer. A diffusion layer in which aluminum atoms diffuse into each other is formed.

【0012】この場合、鉄原子及びアルミニウム原子の
拡散濃度は、ステンレス層とアルミナ層の間でなだらか
に変化していることが必要であり、拡散濃度の変化が階
段状となると十分な耐熱性が得られない。以下、本発明
の耐熱性に優れたプレート状アルミナ担体の製造方法に
ついて詳述する。
In this case, the diffusion concentration of iron atoms and aluminum atoms needs to change gently between the stainless layer and the alumina layer, and if the diffusion concentration changes stepwise, sufficient heat resistance is obtained. I can't get it. Hereinafter, the method for producing a plate-shaped alumina carrier having excellent heat resistance according to the present invention will be described in detail.

【0013】本発明においては、鉄原子とアルミニウム
原子が相互になだらかに拡散した拡散層を形成させるた
めに陽極酸化前に前焼成してクラッド板のステンレス層
とアルミニウムの界面に拡散層を形成させる。この前焼
成においては、ステンレス層とアルミニウム層の界面に
0.5g/cm2 以上の荷重をかけることが好ましい。
本発明においては、後述する陽極酸化によってアルミニ
ウム層を全てアルミナ層に変えると共に、この拡散層に
更に酸素原子を拡散させることによって、より確実にス
テンレス板とアルミナ層の結合を強化する。
In the present invention, in order to form a diffusion layer in which iron atoms and aluminum atoms are gently diffused into each other, pre-baking is performed before anodization to form a diffusion layer at the interface between the stainless layer and the aluminum of the clad plate. . In this pre-baking, it is preferable to apply a load of 0.5 g / cm 2 or more to the interface between the stainless layer and the aluminum layer.
In the present invention, the aluminum layer is entirely converted to an alumina layer by anodic oxidation described later, and oxygen atoms are further diffused in this diffusion layer to more reliably strengthen the bond between the stainless plate and the alumina layer.

【0014】前焼成は、400℃〜600℃で行うこと
が好ましく、特に、450℃〜550℃で行うことが好
ましい。400℃未満では良好な拡散層を設けることが
できない。前焼成時間は前焼成温度によっても異なる
が、1時間〜10時間行えば良く、特に、5〜9時間行
うことが好ましい。1時間未満では、剥離防止に寄与し
得る拡散層を設けることは困難であり、10時間以上焼
成することは不経済であるのみならず製造効率の観点か
らも好ましくない。尚、前焼成は空気中で行っても、不
活性ガス中で行っても良い。
Pre-baking is preferably carried out at 400 ° C. to 600 ° C., particularly 450 ° C. to 550 ° C. If it is less than 400 ° C, a good diffusion layer cannot be provided. The pre-baking time varies depending on the pre-baking temperature, but may be 1 hour to 10 hours, and particularly preferably 5 to 9 hours. If it is less than 1 hour, it is difficult to provide a diffusion layer that can contribute to prevention of peeling, and firing for 10 hours or more is not only economically disadvantageous but also not preferable from the viewpoint of production efficiency. The pre-baking may be performed in air or in an inert gas.

【0015】アルミニウム表面の陽極酸化は、公知の陽
極酸化技術を用いて容易に行うことができる。本発明に
おける陽極酸化に際しては、処理液として、例えばクロ
ム酸、硫酸等の酸化性の強い酸を使用することが好まし
い。これによって、アルミニウム層をすべてアルミナ層
に変えると共に拡散層内部にまで陽極酸化を進行させ、
拡散層内部にまで酸素原子を拡散させることが容易とな
る。尚、処理液の酸濃度は適宜決定すれば良く、例えば
クロム酸を用いた場合には2〜4重量%とすることが好
ましい。
The anodic oxidation of the aluminum surface can be easily performed using a known anodic oxidation technique. At the time of anodic oxidation in the present invention, it is preferable to use a strongly oxidizing acid such as chromic acid or sulfuric acid as the treatment liquid. As a result, all the aluminum layers are changed to alumina layers and anodic oxidation is advanced to the inside of the diffusion layer.
It becomes easy to diffuse oxygen atoms into the diffusion layer. The acid concentration of the treatment liquid may be appropriately determined. For example, when chromic acid is used, it is preferably 2 to 4% by weight.

【0016】陽極酸化の条件は、アルミナ層のBET表
面積が大きくなるように適宜設定すれば良いが、本発明
においては、陽極酸化の処理液温度を、0〜50℃、特
に常温〜40℃とすることが好ましい。0℃未満ではB
ET表面積があまり大きくならず、50℃を越えると溶
解が激しく、経済的に酸化膜を形成させることが困難と
なる。
The anodizing conditions may be appropriately set so that the BET surface area of the alumina layer is large. In the present invention, the temperature of the anodizing treatment solution is 0 to 50 ° C., particularly room temperature to 40 ° C. Preferably. B below 0 ° C
The ET surface area does not become so large, and if it exceeds 50 ° C., the dissolution is severe and it becomes difficult to economically form an oxide film.

【0017】又、この陽極酸化の処理時間は処理条件に
よっても異なるが、例えば2.5重量%のクロム酸水溶
液を処理液とし、処理浴温度を38℃、電流密度を1
9.0A/m2 とした場合には2時間以上、特に4時間
以上とすることが好ましい。本発明では、陽極酸化後、
350℃で1時間以上、好ましいくは、450℃〜55
0℃で更に後焼成を行うことにより、陽極酸化皮膜をγ
−アルミナ層とし、触媒担体表面として好ましいものと
すると共に、前記拡散層中のアルミニウム原子及び鉄原
子中の濃度変化を、よりなだらかなものとする。
Although the treatment time of this anodic oxidation varies depending on the treatment conditions, for example, a 2.5 wt% chromic acid aqueous solution is used as the treatment liquid, the treatment bath temperature is 38 ° C. and the current density is 1
When it is 9.0 A / m 2 , it is preferably 2 hours or longer, particularly 4 hours or longer. In the present invention, after anodization,
1 hour or more at 350 ° C, preferably 450 ° C to 55
By further post-baking at 0 ° C, the anodic oxide film is γ
-Alumina layer, which is preferable as the surface of the catalyst carrier, and the change in the concentration of aluminum atoms and iron atoms in the diffusion layer is made gentler.

【0018】本発明においては、陽極酸化皮膜表面のB
ET表面積を増大させるために、後焼成前に、5℃〜1
00℃、好ましくは40℃以上の蒸留水又はイオン交換
水若しくは水蒸気によって水和処理することが好まし
い。特に触媒体用の担体とすることを目的とする場合に
は、処理時間を短縮化する上から50℃以上の温度で行
うことが好ましく、又、pHは7でなくても良い。上記
の水和処理は、陽極酸化後のプレート状担体を熱水中に
浸漬すること又は水蒸気処理することによって容易に行
うことができる。これらの水和処理と後焼成によって、
陽極酸化皮膜表面のBET面積は、金属基体の見かけの
表面積の3,000倍以上となる。
In the present invention, B on the surface of the anodic oxide film is
In order to increase the ET surface area, before post-baking, 5 ° C-1
It is preferable to carry out a hydration treatment with distilled water, ion-exchanged water, or steam at 00 ° C, preferably 40 ° C or higher. In particular, when it is intended to be used as a carrier for a catalyst body, it is preferably carried out at a temperature of 50 ° C. or higher in order to shorten the treatment time, and the pH does not have to be 7. The above hydration treatment can be easily carried out by immersing the plate-shaped carrier after anodization in hot water or by steaming. By these hydration treatment and post-baking,
The BET area on the surface of the anodized film is 3,000 times or more the apparent surface area of the metal substrate.

【0019】この場合の水和処理の処理時間は処理水の
温度によっても異なるが、陽極酸化表面皮膜に持たせる
所望の細孔径分布によって数分〜数時間の範囲で適宜調
整すれば良く、1時間以上とすることが好ましい。これ
によって細孔径のピークは略20Åとなり、BET表面
積は最大となる。上記の水和処理を経て後焼成した場合
には、アルミナ層表面にひび割れ構造が現れる(図3参
照)。このひび割れ構造はアルミナ皮膜の応力歪みを緩
和するものと推定され、これによって、本発明のプレー
ト状担体の耐熱性が更に改善される。
The treatment time of the hydration treatment in this case varies depending on the temperature of the treated water, but may be appropriately adjusted within the range of several minutes to several hours depending on the desired pore size distribution of the anodized surface coating. It is preferable that the time is longer than that. As a result, the peak of the pore size becomes approximately 20Å and the BET surface area becomes maximum. When post-baking is performed after the above hydration treatment, a crack structure appears on the surface of the alumina layer (see FIG. 3). It is presumed that this crack structure alleviates the stress strain of the alumina coating, and this further improves the heat resistance of the plate-shaped carrier of the present invention.

【0020】上記の如く、調製した基板の表面に、公知
の含浸法又は電着法によって超微粒子触媒を担持させる
ことにより、高活性のプレート状触媒体を得ることがで
きる。特に、前記水和処理において、微粒子触媒を含有
する70〜90℃、好ましくは80〜85℃の熱水を使
用した場合には、水和処理と同時に触媒を基体表面に担
持させることができるので、プレート状触媒体製造の工
程を簡略化できるのみならず、触媒活性の点でも特に優
れたプレート状触媒体を得ることができる。
As described above, a highly active plate-shaped catalyst body can be obtained by supporting an ultrafine particle catalyst on the surface of the prepared substrate by a known impregnation method or electrodeposition method. Particularly, in the hydration treatment, when hot water containing a fine particle catalyst at 70 to 90 ° C., preferably 80 to 85 ° C. is used, the catalyst can be supported on the surface of the substrate simultaneously with the hydration treatment. In addition to simplifying the process for producing a plate-shaped catalyst body, it is possible to obtain a plate-shaped catalyst body that is particularly excellent in terms of catalytic activity.

【0021】従って、微粒子触媒を含有する熱水で処理
した後、乾燥し、次いで450〜550℃で焼成するこ
とが特に好ましい。この場合、熱水中に含有される超微
粒子触媒の量は特に限定されるものではないが、0.2
5g/リットル〜1.0g/リットルの範囲であること
が好ましい。濃度が高すぎると不経済となり、低すぎる
と必要とする処理時間が長くなる。
Therefore, it is particularly preferable to treat with hot water containing a fine particle catalyst, dry it, and then bake it at 450 to 550 ° C. In this case, the amount of the ultrafine particle catalyst contained in the hot water is not particularly limited, but 0.2
It is preferably in the range of 5 g / liter to 1.0 g / liter. If the concentration is too high, it becomes uneconomical, and if it is too low, the required treatment time becomes long.

【0022】使用する超微粒子触媒としては、例えば白
金族金属、白金族金属の合金、金、金合金、クロム、マ
ンガン、鉄、亜鉛、銅、ニッケル、ニッケル合金、コバ
ルト及びコバルト合金、ルテニウム等、又は、これらの
触媒物質を組み合わせたものを挙げることができる。
尚、超微粒子触媒の粒径は約1nm〜100nmであ
り、好ましくは約1nm〜50nmの範囲である。
Examples of the ultrafine particle catalyst used include platinum group metals, platinum group metal alloys, gold, gold alloys, chromium, manganese, iron, zinc, copper, nickel, nickel alloys, cobalt and cobalt alloys, ruthenium, etc. Alternatively, a combination of these catalyst substances can be mentioned.
The particle size of the ultrafine particle catalyst is about 1 nm to 100 nm, preferably about 1 nm to 50 nm.

【0023】上記の如くして得たプレート状触媒体を、
管状、ハニカム状等に加工した後、適宜反応塔に充填
し、或いは、これらの触媒体を用いて反応室を形成せし
めることができる。更に、装飾用等、従来の他の用途に
使用することもできることは当然である。本発明のプレ
ート状担体が耐熱性を有する理由は、ステンレス層とア
ルミナ層との間の拡散層でステンレス層とアルミナ層が
化学的に結合しているためであると推定される。
The plate-shaped catalyst body obtained as described above is
After being processed into a tubular shape, a honeycomb shape, or the like, the reaction tower can be appropriately filled, or a reaction chamber can be formed by using these catalyst bodies. Further, it can be naturally used for other conventional applications such as decoration. The reason why the plate-shaped carrier of the present invention has heat resistance is presumed to be that the stainless steel layer and the alumina layer are chemically bonded in the diffusion layer between the stainless steel layer and the alumina layer.

【0024】[0024]

【発明の効果】本発明のプレート状アルミナ担体は、ス
テンレス層を母体とするので強度が高い上、ステンレス
層とアルミナ層が化学的に結合しているので耐熱性に優
れている。本発明の製造方法によれば、大型の装置を必
要とせず、厚みが均一で表面の細孔がそろった多孔質の
アルミナ皮膜を有する、耐熱性に優れた触媒体用のプレ
ート状担体を容易に製造することができる。又、本発明
の触媒体は高温での使用にも十分耐えられるので、従来
以上にその使用範囲を拡大することができる上、寿命も
長く成るので経済的でもある。
EFFECT OF THE INVENTION The plate-shaped alumina carrier of the present invention has high strength because it has a stainless steel layer as a base material, and has excellent heat resistance because the stainless steel layer and the alumina layer are chemically bonded. According to the production method of the present invention, a plate-like carrier for a catalyst body having excellent heat resistance, which has a porous alumina film having a uniform thickness and uniform pores on the surface, does not require a large-sized device, and can be easily prepared. Can be manufactured. Further, since the catalyst body of the present invention can sufficiently withstand use at high temperatures, its range of use can be expanded more than ever, and the life is extended, which is economical.

【0025】[0025]

【実施例】以下、本発明を実施例によって更に詳述する
が、本発明はこれによって限定されるものではない。
尚、下記における「%」は、特に記載のない限り、「重
量%」を表す。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the invention is limited thereto.
In addition, "%" in the following represents "wt%" unless otherwise specified.

【0026】実施例1.アルミニウム・ステンレスクラッド基材の調整 SUS430にAlを添加した(18%Cr、4%A
l)厚さ290μmのステンレスを母材とし、その両面
に厚さ40〜50μmのアルミニウムを張り合わせ、圧
延機を使用してアルミニウム・ステンレスクラッド基材
を得た。荷重下で前焼成 得られたクラッド基材を、3.5cm×12.5cmに
切りだし、ゴールドファーネス炉を用いて、常温から6
℃/分で500℃まで昇温させ、500℃で3時間、
0.83g/cm2 の荷重下に、または、荷重をかけな
いで、空気中で焼成した。
Example 1. Preparation of aluminum / stainless steel clad substrate Al was added to SUS430 (18% Cr, 4% A
l) Stainless steel having a thickness of 290 μm was used as a base material, and aluminum having a thickness of 40 to 50 μm was laminated on both surfaces thereof, and a rolling mill was used to obtain an aluminum-stainless clad base material. Precladding under load The clad substrate obtained is cut into 3.5 cm × 12.5 cm, and the temperature is increased from room temperature to 6 by using a gold furnace.
At 500 ° C / min to 500 ° C, and at 500 ° C for 3 hours,
Firing was performed in air under a load of 0.83 g / cm 2 or without a load.

【0027】陽極酸化 陽極酸化を行う際にクラッド基材の切断面から電流漏れ
しないようにマスキングを行った。更に、マスキングの
密着性をよくするため、基板断面をビニールテープで覆
った基板を、20%の水酸化ナトリウム溶液で3分間、
30%硝酸水溶液に1分間浸して表面処理を行った。次
いで、2分間陽極酸化を行って表面を粗面化した後、イ
オン交換水で洗浄し、乾燥させ、再度陽極酸化以外の部
分にマスキング剤を塗り、約半日、室温で乾燥させた。
[0027] was masked to prevent current leakage from the cut surface of the clad base material when performing the anodic oxidation anodization. Further, in order to improve the adhesion of the masking, the substrate whose cross section is covered with vinyl tape is treated with a 20% sodium hydroxide solution for 3 minutes.
Surface treatment was performed by immersing in a 30% nitric acid aqueous solution for 1 minute. Then, after anodizing for 2 minutes to roughen the surface, the surface was washed with ion-exchanged water and dried, and a portion other than the anodizing was again coated with a masking agent and dried at room temperature for about half a day.

【0028】上記の如く前処理した基板を、2.5%の
クロム酸水溶液を用いて、液温30℃、電流密度15.
0A/m2 で12時間陽極酸化を行った。荷重をかけず
に前焼成した場合の陽極酸化の成功率は約33%であ
り、荷重をかけた場合の成功率は約91%であった。
尚、前焼成を行わない場合には、陽極酸化後の全ての試
料は、ステンレス層とアルミナ層の界面で部分的な剥離
が見られた。
The substrate pretreated as described above was treated with a 2.5% chromic acid aqueous solution at a liquid temperature of 30 ° C. and a current density of 15.
Anodization was performed at 0 A / m 2 for 12 hours. The success rate of anodization in the case of pre-firing without applying a load was about 33%, and the success rate of applying a load was about 91%.
In addition, in the case where the pre-baking was not performed, in all the samples after the anodization, partial peeling was observed at the interface between the stainless layer and the alumina layer.

【0029】水和処理 陽極酸化後の基材を、80℃のイオン交換水中に1時間
浸漬した。全体の液量は液表比(見かけ表面あたりの液
量)が7.2で一定となるように行った。後焼成 得られた熱水処理後の基板を水洗いし乾燥後、常温から
6℃/分で昇温させて500℃とし、500℃で3時間
焼成し、本発明のプレート状担体を得た。
Hydration Treatment The anodized substrate was immersed in ion-exchanged water at 80 ° C. for 1 hour. The total liquid volume was set so that the liquid surface ratio (liquid volume per apparent surface) was constant at 7.2. Post-baking The obtained substrate after hot-water treatment was washed with water, dried, and then heated from room temperature at 6 ° C / min to 500 ° C and baked at 500 ° C for 3 hours to obtain a plate-shaped carrier of the present invention.

【0030】耐熱性評価試験 得られたプレート状担体を、図1に示したような石英の
チューブ中に設けた軽石製の試料台に載せ、両端をガラ
スウールで封鎖し、電気炉に挿入して下記4つのパター
ンで耐熱性評価試験を行ったところ、いずれの場合にも
剥離は全く見られなかった。
Heat resistance evaluation test The obtained plate-shaped carrier was placed on a pumice sample stand provided in a quartz tube as shown in FIG. 1, both ends were sealed with glass wool, and inserted into an electric furnace. Then, a heat resistance evaluation test was performed with the following four patterns, and no peeling was observed in any case.

【0031】(1)常温から6℃/分で昇温させて50
0℃とし、同温度で3時間保った後、−6℃/分で下温
させて25℃とする5サイクルを繰り返した。 (2)常温から6℃/分で昇温させて600℃とし、同
温度で3時間保った後、−6℃/分で下温させて25℃
とする5サイクルを繰り返した。 (3)常温から9℃/分で昇温させて650℃とし、同
温度で1時間保った後、−9℃/分で下温させて25℃
とする5サイクルを繰り返した。 (4)常温から9℃/分で昇温させて700℃とし、同
温度で1時間保った後、−9℃/分で下温させて25℃
とする5サイクルを繰り返した。
(1) The temperature is raised from room temperature to 6 ° C./min to 50
The temperature was set to 0 ° C., the temperature was kept at the same temperature for 3 hours, and then the temperature was lowered at −6 ° C./min to 25 ° C., and 5 cycles were repeated. (2) The temperature is raised from room temperature at 6 ° C / min to 600 ° C, kept at the same temperature for 3 hours, and then lowered at -6 ° C / min to 25 ° C.
5 cycles were repeated. (3) The temperature is raised from room temperature at 9 ° C / min to 650 ° C, the temperature is kept for 1 hour, and then the temperature is lowered at -9 ° C / min to 25 ° C.
5 cycles were repeated. (4) The temperature was raised from room temperature at 9 ° C / min to 700 ° C, kept at the same temperature for 1 hour, and then lowered at -9 ° C / min to 25 ° C.
5 cycles were repeated.

【0032】尚、担体試料の断面をエックス線マイクロ
アナライザー(EPMA)を用いて分析した結果は図2
に示した通りである。図2から、アルミニウム原子、鉄
原子及び酸素原子からなる拡散層が形成されているこ
と、及び、アルミニウム原子と鉄原子の濃度がなだらか
に変化していることが確認された。また、試料の表面を
走査型電子顕微鏡(SEM)により観察したところ、ア
ルミナ層の表面に無数のひび割れが観測された(図
3)。
The results of analyzing the cross section of the carrier sample using an X-ray microanalyzer (EPMA) are shown in FIG.
As shown in. From FIG. 2, it was confirmed that a diffusion layer composed of aluminum atoms, iron atoms and oxygen atoms was formed, and that the concentrations of aluminum atoms and iron atoms were changed gently. Further, when the surface of the sample was observed by a scanning electron microscope (SEM), numerous cracks were observed on the surface of the alumina layer (FIG. 3).

【0033】実施例2.水和処理を行わない他は、実施
例1と全く同様にして触媒体用基板を調製し、全く同様
にして4種類の耐熱性試験を行ったところ試験(4)に
耐えることはできなかったが、試験(1)及び(2)で
は60%が耐久性を示し、試験(3)については約30
%が耐久性を示した。尚、この場合のアルミナ表面に
は、実施例1の場合に観測されたひび割れは存在しない
ことが確認された。このことから水和処理をした場合に
生ずるヒビ割れは、アルミナ表面の応力緩和に寄与して
いるものと推定される。
Example 2. A catalyst substrate was prepared in exactly the same manner as in Example 1 except that no hydration treatment was carried out, and four heat resistance tests were conducted in exactly the same manner, but the test (4) could not be withstood. However, in the tests (1) and (2), 60% shows durability, and in the test (3), it is about 30%.
% Showed durability. It was confirmed that the alumina surface in this case did not have the cracks observed in Example 1. From this, it is considered that the cracks that occur when hydration treatment contributes to the stress relaxation of the alumina surface.

【0034】比較例1.前焼成を行わず、後焼成の温度
を500℃とした他は、実施例1全く同様にしてプレー
ト状担体の作製を試みたところ、陽極酸化後のクラッド
板は、全ての場合について部分的剥離が認められ、50
0℃の後焼成では、剥離がひどく触媒用担体として使用
することはできなかった。そこで、後焼成温度を350
℃として担体試料を作製し、得られた試料について断面
のEPMA分析をした結果は図4に示した通りである。
この試料について、更に、前記(1)の耐熱性試験を行
ったところ、一回目で完全に剥離した。この結果から、
拡散層中のアルミニウム原子及び鉄原子の濃度分布の変
化がなだらかではなく、階段状である場合には、十分な
耐熱性を得ることのできないことが実証された。
Comparative Example 1. An attempt was made to make a plate-shaped carrier in exactly the same manner as in Example 1 except that the pre-baking was not carried out and the post-baking temperature was 500 ° C., but the clad plate after anodization was partially exfoliated in all cases. Is recognized, 50
The post-baking at 0 ° C. resulted in severe peeling and could not be used as a catalyst carrier. Therefore, the post-baking temperature is set to 350.
The carrier sample was prepared at 0 ° C., and the result of the cross-sectional EPMA analysis of the obtained sample is as shown in FIG.
When this sample was further subjected to the heat resistance test of (1) above, it completely peeled off at the first time. from this result,
It was proved that sufficient heat resistance could not be obtained when the concentration distribution of aluminum atoms and iron atoms in the diffusion layer was not gentle and was stepwise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】耐熱性試験に使用した容器の断面斜視図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional perspective view of a container used for a heat resistance test.

【図2】本発明の触媒体用プレート状アルミナ担体断面
のEPMA解析図である。
FIG. 2 is an EPMA analysis diagram of a cross section of a plate-shaped alumina carrier for a catalyst body of the present invention.

【図3】水和処理工程を含む工程によって作製された、
本発明の触媒体用プレート状アルミナ担体のアルミナ層
表面のSEM写真である。
FIG. 3 is made by a process including a hydration treatment process,
It is a SEM photograph of the surface of the alumina layer of the plate-shaped alumina carrier for catalyst bodies of the present invention.

【図4】比較例1の触媒体用プレート状アルミナ担体断
面のEPMA解析図である。
FIG. 4 is an EPMA analysis diagram of a cross section of a plate-shaped alumina carrier for a catalyst body of Comparative Example 1.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 石英製チューブ 2 軽石製の試料置き 3 試料(触媒体用基板) 4 封鎖用ガラスウール 5 内部温度測定用熱電対 1 Quartz tube 2 Pumice sample holder 3 Sample (catalyst substrate) 4 Blocking glass wool 5 Thermocouple for internal temperature measurement

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ステンレス板の少なくとも一方の面にア
ルミナ層を有するプレート状アルミナ担体であって、前
記ステンレス板とアルミナ層の界面にアルミニウム成分
及び鉄成分が存在する拡散層を有すると共に、該拡散層
中のアルミニウム及び鉄の含有量がなだらかに変化して
いることを特徴とする耐熱性に優れたプレート状アルミ
ナ担体。
1. A plate-shaped alumina carrier having an alumina layer on at least one surface of a stainless steel plate, the aluminum carrier having a diffusion layer containing an aluminum component and an iron component at the interface between the stainless steel plate and the alumina layer, and the diffusion. A plate-like alumina carrier having excellent heat resistance, characterized in that the contents of aluminum and iron in the layer are gently changed.
【請求項2】 アルミナ表面に無数のひび割れが存在す
る請求項1に記載された耐熱性に優れたプレート状アル
ミナ担体。
2. The plate-shaped alumina carrier excellent in heat resistance according to claim 1, wherein numerous cracks are present on the surface of the alumina.
【請求項3】 ステンレス板の少なくとも片面にアルミ
ニウムを圧延して張合わせたクラッド材を400℃〜6
00℃で1〜10時間前焼成した後前記アルミニウムの
表面を陽極酸化し、次いで洗浄・乾燥した後450℃〜
550℃で更に後焼成することを特徴とする、請求項1
に記載された耐熱性に優れたプレート状アルミナ担体の
製造方法。
3. A clad material obtained by rolling aluminum on at least one surface of a stainless steel plate and laminating the aluminum at 400 ° C. to 6 ° C.
After pre-baking at 00 ° C. for 1 to 10 hours, the surface of the aluminum is anodized, then washed and dried, and then 450 ° C.
The post-baking is further performed at 550 ° C. 3.
A method for producing a plate-shaped alumina carrier having excellent heat resistance as described in 1.
【請求項4】 前焼成時に、クラッド表面に0.5g/
cm2 以上の荷重をかける、請求項3に記載された耐熱
性に優れたプレート状アルミナ担体の製造方法。
4. The pre-baking 0.5 g /
The method for producing a plate-shaped alumina carrier excellent in heat resistance according to claim 3, wherein a load of cm 2 or more is applied.
【請求項5】 陽極酸化後であって後焼成前に、水蒸
気、又は、40℃以上の蒸留水及び/又はイオン交換水
中で水和処理する、請求項3又は4に記載された耐熱性
に優れたプレート状アルミナ担体の製造方法。
5. The heat resistance according to claim 3, wherein hydration treatment is performed in water vapor or distilled water and / or ion exchange water at 40 ° C. or higher after anodization and before post-firing. An excellent method for producing a plate-shaped alumina carrier.
【請求項6】 請求項1又は2に記載された耐熱性に優
れたプレート状アルミナ担体のアルミナ表面に触媒が担
持されてなる触媒体。
6. A catalyst body in which a catalyst is supported on the surface of alumina of the plate-shaped alumina carrier having excellent heat resistance according to claim 1 or 2.
JP10799495A 1995-04-07 1995-04-07 Plate-like alumina carrier with high heat resistance, its manufacture, and catalyst body produced by carrying catalyst thereon Pending JPH08281125A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6230110B1 (en) 1998-02-02 2001-05-08 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Wheel velocity detecting apparatus
JP2010082513A (en) * 2008-09-30 2010-04-15 Hitachi Ltd Anodization substrate and catalyst using the same

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