JPH01184206A

JPH01184206A - 板状多孔質焼結体の製造方法

Info

Publication number: JPH01184206A
Application number: JP779388A
Authority: JP
Inventors: Yuji Horii; 堀井　雄二; Akiyoshi Yamane; 山根　朗義
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1988-01-18
Filing date: 1988-01-18
Publication date: 1989-07-21

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、板状多孔質焼結体の製造方法に関し、特には
、燃料電池用電極または化学機器用フィルタなどの高温
での耐蝕性が求められる用途に使用される板状多孔質焼
結体の製造方法に関する。

（従来の技術とその問題点）Ｆｅ−５Ａｌ−５Ｃｒ、　Ｆｅ−５Ａｌ合金などの少な
くともＡｌをを含有するＦｅ基合金は、酸化性雰囲気下
での加熱処理により、合金表面中の月が酸化されまたは
合金中のＡｌが表面に析出して酸化され、その表面に酸
化アルミニウム（Δ１２０３）の薄い被膜層を形成して
、高温での耐蝕性に優れた性質を有することが知られて
いる。

そこで、近年、このような性質を利用して、これらの合
金粉末を焼結して多孔質焼結体とし、高温での耐蝕性が
要求される化学機器のフィルタまたは燃料電池用電極な
どの用途への実用化に向けての開発が行われつつあるが
、これらの合金粉末を製造するに際し、酸化性雰囲気下
で造られた合金粉末は元より、還元性雰囲気下で造られ
てもその後の焼結時の雰囲気を含めこれらの雰囲気中に
極く低分圧の酸素含有成分（０□、■２０等）が含まれ
ている場合は、これら合金に含有されているＡｌが容易
に酸化されてその一部が合金粉末表面に酸化アルミニウ
ムの薄い被膜を形成し、焼結性を極めて困難にさせると
いう問題がある。

また一方、Ａｌを含有しないＦｅまたはＰｅ基合金粉末
の場合は、還元性雰囲気下で焼結することにより多孔質
焼結体を得ることはできるが、この焼結体は、前記酸化
アルミニウムの被膜を有する合金粉末の焼結体に比較し
て、化学機器などに使用した場合、耐蝕性に劣ることと
、このため多孔質体としての気孔径、多孔度あるいは比
表面積が使用中に変化するという問題点を内包している
。

（発明の目的）そこで、本発明の目的としては、焼結性が改善され、且
つ、化学機器などに使用して耐蝕性の良い板状多孔質焼
結体の製造方法を提供するもので、特に、燃料電池用電
極または化学機器用フィルタなどの高温での耐蝕性に優
れ、且つ、多孔質体としての耐用性高い板状多孔質焼結
体の製造方法を提供するものである。

（目的を達成するための手段）上記目的を達成するため、本発明の板状多孔質焼結体の
製造方法においては、実質的にＡｌを含有しないＦｅま
たはＦｅ基合金粉末を板状に成形すると共に、非酸化性
雰囲気下で加熱処理して板状多孔質焼結基体となし、こ
の板状多孔質焼結基体の表面にＡｌ被被膜形成した後、
再び非酸化性雰囲気下で加熱処理して、Ａｌを多孔質焼
結基体の基質内に拡散合金化するものである。

また、上記製造方法によって得られた板状多孔質焼結体
に対して、合金化していないＡｌを除去するため、アル
カリ水溶液に浸漬するものである。

（作　　用）本発明において、実質的にＡｌを含有しないＦｅまたは
Ｆｅ基合金粉末とは、粉末製造までに不可避的に含まれ
るＡｌ量を超えて含有しないＰｅまたはＦｅ基合金粉末
を意味するもので、このような粉末を用いるのは、この
粉末を金型充填法（乾式法）、ロール成形法（湿式法）
などの型成形方法により板状に成形すると共に、水素、
窒素、アルゴンなどの気流中あるいは真空中などの非酸
化性雰囲気下で加熱処理して板状多孔質焼結基体を得る
に際し、万一非酸化性雰囲気中に極く低分圧の酸素含有
成分（０□、１１□０等）が含まれていたとしても、粉
末の焼結性を損なうことなく結合強度の高い板状多孔質
焼結基体が得られるからである。

前記実質的にＡｌを含有しないｒｅまたはＦｅ基合金粉
末は、電解法、カルボニル法あるいはアトマイズ法など
の粉末製造方法により、種々の粒子特性を有するものが
製造される。

前記加熱処理条件は、粉末粒度や、製品としての板状多
孔質焼結体に求められる多孔度および強度などにより異
なるが、加熱温度は８００〜１２００°Ｃの範囲内およ
び加熱時間は５〜６０分の範囲内の条件で処理すること
が好ましい。

そしてさらに、本発明においては、前記板状多孔質焼結
基体の表面にＡｌ被膜を形成した後、再び一４＝非酸化性雰囲気下で加熱処理して、Ａｌを多孔質焼結基
体の基質内に拡散合金化した板状多孔質焼結体を得るも
のであるが、このようにして得られた多孔質焼結体は、
この後、酸化性雰囲気下で高温（４００°Ｃ以上、望ま
しくは４００°Ｃ〜１２００”Ｃ）で加熱処理するか、
あるいは、燃料電池用電極のような酸化性雰囲気中で高
温（４００°Ｃ以上）状態で使用すｉかなどによって、
粉末の結合部以外の表面に酸化アルミニウムの被膜を形
成させることにより、耐蝕性が優れたものとなる。

そして、耐蝕性に優れた多孔質焼結体とするには、拡散
合金化されたＡｌ含有量は１〜１０−ｔ％が望ましく、
１ｗｔ％未満では、耐蝕性が十分に得られず、また、１
０ｗｔ％超では、酸化アルミニウムの被膜が生成し過ぎ
て燃料電池用電極として用いる場合には導電性が悪化す
る。

また、多孔質焼結体を板状に特定したのは、Ａｌ被膜の
形成が多孔質焼結基体の外表面部に限られ、多孔内部会
てに行き届かず、従って、多孔質焼結基体の基質内金て
のＡｌの合金化は、＾ｌ被膜形成後の非酸化性雰囲気下
での加熱処理によって、Ａｌが多孔質焼結基体の外表面
部から内部に次第に拡散して行われるものと推論され、
このため、多孔質焼結基体の肉厚が薄いものに限られる
ため板状とした。その肉厚は、実験によれば２ｍｍ以下
が望ましい。

尚、前記＾ｌ被膜の形成は、多孔質焼結体中に合金化さ
せて含有させるＡｌ量などを考慮して、メツキ法、イオ
ンブレーティング法などの被膜形成処理方法あるいは＾
ｌ溶湯への浸漬処理方法などにより行われる。

また、拡散合金化のための加熱処理は、水素、窒素、ア
ルゴンなどの気流中あるいは真空中などの非酸化性雰囲
気下で、Ａｌの熔融温度以上の温度で数時間以内保持し
て行われ、具体的には、８００〜１１００°Ｃの範囲内
で３０分〜３時間の範囲内で処理することが好ましい。

次に、上記製造方法によって得られた板状多孔質焼結体
をアルカリ水溶液に浸漬するのは、Ａｌ被膜の形成を特
にメツキ法や浸漬法で行う場合、Ａｌ被膜が厚くなるの
で、拡散合金化のための加熱処理をしても、Ａｌが多孔
質焼結体の表面に合金化せずに残留する場合があり、こ
の残留した八１が多孔質焼結体の孔を塞ぎ、多孔度を損
なうこと、あるいは、多孔質焼結体の用途によっては、
使用中にＡｌが反応を起こすことなどの弊害が予想され
るためで、この残留したＡｌを除去するためである。

（実　施　例）平均粒度約１２μｍのＦｅ−１８Ｃｒ−８Ｎｉ合金粉末
に３ｉｙｔ％のバインダ（カルボキシメチルセルロース
）および６０ｗｔ％の水を添加した後、２時間ボールミ
ルにて混合して得られたスラリーを、ドクターブレード
（間隙：　１．５ｍｍ）を用いて板状に成形した。

室内に放置して乾燥させた後、電気炉を用いて、Ｈ２気
流中で１１００°Ｃで、１５分間保持することにより、
多孔度０．６８、平均細孔径６μｍ、厚み０．５　ｍｍ
の多孔質焼結基体を得た。

次ニ、この多孔質焼結基体にＡｌのイオンブレーティン
グを実施し、表面にＡｌを重量比で２．５ｗｔ％被覆さ
せた。続いて、１（２気流中で１０００’Ｃに加熱した
後３時間放置し、Ａｌを多孔質焼結基体の基質内に拡散
合金化させる処理を実施して多孔質焼結体を得た。そし
て本例では、さらに、得られた多孔質焼結体を８０°Ｃ
に加熱した２０ｗｔ％のＮａＯＨ水溶液に浸漬し、８時
間放置することにより過剰のＡｌを溶出除去し、最終的
には１．８ｗｔ％のＡｌを合金化した多孔質焼結体を得
た。

上記最終的に得られた多孔質焼結体と、比較のため前被
覆後の多孔質焼結基体とを破断して、その破断面のＡｌ
の分布状態をエネルギ分散形Ｘ線検出器で調べた結果、
前者はＡｌがほぼ均等に分布しているのに対し、後者は
Ａｌが断面内には殆ど存在していなかった。また、両者
の抗折強度は、前者が１４Ｋｇ／ｃｍ２であるのに対し
、後者は１２Ｋｇ／ｃｍ２であって、前者の方が抗折強
度が高かった。また更に、両者の耐蝕性を比較するため
に、ＬｉｚＣＯｓとに２Ｃ０３とを６２　：　３Ｂ　（
モル比）の割合に混合し１００’Ｃに加熱した溶液中に
、両者を８日間浸漬した後取り出し、次いで、上記炭酸
塩を酢酸溶液により除去した後水洗乾燥し、両者の腐食
減量を求めた。そして、この腐食減量から両者の腐食率
を計算により求めた結果、前者が０．０２ｍｍ／年であ
るのに対し、後者は０．１５ｍ＋ｖ／年であって、前者
の方が腐食率が小さく耐蝕性に優れていた。

また、細孔が八１に塞がれる現象は、上記Ａｌ被覆後の
多孔質焼結基体においては当然観られたが、八１を拡散
合金化した後の多孔質焼結基体と最終的に得られた多孔
質焼結体とにおいては無く、気孔特性の良い多孔質焼結
体が得られた。

（発明の効果）以上述べた通り、本発明によれば、粉末間を基金属で強
固に結合し得、がっ、拡散合金化処理によって更に強度
が向上すると共に、多孔度が保持されることから、強度
が高く、気孔特性の良い多孔質焼結体が得られる一方、
この得られた多孔質焼結体を、この後、酸化性雰囲気下
で高温で加熱処理するか、あるいは、燃料電池用電極の
ような酸化性雰囲気中で高温状態で使用すれば、粉末の
結合部以外の表面に酸化アルミニウムの被膜が形成され
、これにより、上記強度、気孔特性に加えて、耐蝕性に
優れた多孔質焼結体となる。

特許出願人　株式会社神戸製鋼所代理人　弁理士　金　丸　章　− ＝１１−

Claims

【特許請求の範囲】

（１）実質的にＡｌを含有しないＦｅまたはＦｅ基合金
粉末を板状に成形すると共に、非酸化性雰囲気下で加熱
処理して板状多孔質焼結基体となし、この板状多孔質焼
結基体の表面にＡｌ被膜を形成した後、再び非酸化性雰
囲気下で加熱処理して、Ａｌを多孔質焼結基体の基質内
に拡散合金化することを特徴とする板状多孔質焼結体の
製造方法。
（２）実質的にＡｌを含有しないＦｅまたはＦｅ基合金
粉末を板状に成形すると共に、非酸化性雰囲気下で加熱
処理して板状多孔質焼結基体となし、この板状多孔質焼
結基体の表面にＡｌ被膜を形成した後、再び非酸化性雰
囲気下で加熱処理して、Ａｌを多孔質焼結基体の基質内
に拡散合金化し、次いで、アルカリ水溶液に浸漬して合
金化していないＡｌを除去することを特徴とする板状多
孔質焼結体の製造方法。