JPH0226540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は触媒を担持するアルミナ塗布層を保持
するのに適した耐熱性Al−含有フエライト合金
箔及びその形成方法に関する。さらに詳細には、
本発明はアルミナコーテイングがその上に結着さ
れ得、しかもコーテイングされた箔が単体型接触
コンバータの形成に適するFe−Cr−Al−Ｙ系な
どの金属箔及びその製造法に関する。

有毒排気を減少させるため自動車排ガスを処理
するための単一体構造の接触コンバータは公知に
属する。かかる単体型コンバータは典型的にはハ
ネ−カム様横断面パターン内に正方形の軸方向通
路を多数有する押出し成形されたセラミツク円筒
形構造体よりなる。それらの通路表面は例えば
Pt／Pd／Rh混合物のごとき貴金属触媒を担持し
ており、その触媒が該通路に流通せしめられた排
ガスと相互に作用するようになつている。類似の
コンバータ構造体に触媒含浸されたセラミツクコ
ーテイングを有する冷間圧延された金属箔から形
成されたものがある。この箔はコルゲートされそ
して巻かれて１つの円筒形構造体になされる。こ
の円筒構造体内においてコルゲートにより生じた
波形部分がガス案内通路を形成する。最初に述べ
た単体構造体に比較して、この巻形箔構造体は次
のような特徴がある。すなわち、実質的に壁厚が
薄くなつているので単位体積当りの触媒担持表面
積が増大され、これによつてコンバータの効率が
向上される。

上記したコンバータ用の箔は高温耐食性のAl
−含有フエライト合金からなるのが適当である。
好ましい合金組成はクロム（Cr）15乃至25重量
％、アルミニウム（Al）３乃至６重量％、イツ
トリウム（Ｙ）0.3乃至1.0重量％、そして残分が
鉄（Fe）であるものである。この合金（説明の
便宜上以下Fe−Cr−Al−Ｙとも言う）は冷間圧
延された箔として市場で容易に入手しうる。一般
的にはこの箔は空気中1000℃において１乃至24時
間加熱することによつて予備処理される。この予
備処理によつて緊密に接着した酸化物の薄い表面
層が形成され、この酸化物被膜が高温使用時にそ
の被膜の下にある合金がさらに酸化を受けるのを
防止し、合金箔を保護する。この保護層は主とし
てα−アルミナより構成されているがしかし少量
の酸化イツトリウムを含んでおり、これが合金基
質に対する酸化物層の接着性を向上させる役目を
する。走査電子顕微鏡で観察すると、この保護層
の表面はほとんど平坦であるか或いはごくわずか
なこぶ（nodules）を含んでいるにすぎない。

かかる保護酸化物層は触媒を担持するために満
足すべきものではない。なぜならば、酸化された
箔にはアルミナの水性分散物が塗布され、そして
焼成されて後に触媒も含浸される高面積域のγ−
アルミナコーテイングが形成されねばならないか
らである。付与されたアルミナコーテイングは多
数の適当な触媒金属居留地を提供すると共に、或
る種の排ガス成分が触媒性能に及ぼす悪影響を抵
減する。

巻形箔コンバータを排ガス処理のための自動車
排気系に組入れた場合、上記の触媒担持塗布層が
割れる傾向がある。すなわち、いわゆるスポーリ
ング（spalling）の問題が生じる。このスポーリ
ングの問題は基本的には保護酸化物層に対する付
与されたアルミナコーテイングの接着性が不良で
あることに関連している。接着性の不良は一部に
はその保護層表面が平滑であつて付与されたコー
テイングも十分に把持ないしは係止し得ないこと
に原因が求められる。このため、コンバータが自
動車に使用されている時に通常受ける機械的振動
および周期的作動温度条件にそのコンバータがさ
らされた時に該コーテイングが破砕されてしま
う。環境温度と排ガス温度との間で起る周期的温
度変化は合金とアルミナコーテイングとの間に熱
膨張の差があるからして特に有害な作用をこの問
題について及ぼす。すなわち、総体的な結果とし
てコーテイングがスポーリングを起しそしてコン
バータの性能が害なわれてしまう。

したがつて、本発明の１つの目的はAl−含有
フエライトステンレス鋼合金の箔であつて、しか
もその箔は保護酸化物表面層およびその上に付与
された触媒担持アルミナコーテイングによつて被
覆されているがごとき箔から形成された改良され
た単体型自動車用接触コンバータを提供すること
ができる。上記コーテイングは改良された耐スポ
ーリング性を示す。その場合、該酸化物の保護層
は密な間隔で突出するひげ状結晶によつて形成さ
れる。この多数のひげ状結晶〔以下ウイスカー
（whisker）と呼ぶ〕は実質的に合金面をカバー
しそして付与されたコーテイングとしつかりと結
合する。

本発明のいま１つの目的はその箔表面が密な間
隔で突出する結晶性ウイスカーからなる腐食保護
酸化物で実質的に覆われている、好ましくは金属
剥離法によつて形成されたFe−Cr−Al−Ｙ合金
またはＹを含まない類似の合金から構成された箔
を提供することである。そのウイスカーでカバー
された表面は向上された接着性をもつて該表面上
に付与されるセラミツクまたは他のコーテイング
と結合する。本発明の特に有利な１つの用途にお
いては、このウイスカーでカバーされた箔には触
媒含浸されたアルミナコーテイングが付与されて
単体型接触コンバータの製造のために適当な抗破
砕性の被覆された箔が製造される。

本発明のさらにいま１つの目的はAlとCrを含
有するFeベース合金から形成され、且つ向上さ
れた接着性をもつてコーテイングがその上になさ
れうる金属箔の製造法を提供することである。そ
の製造法は荷酷に冷間加工された箔を酸素含有雰
囲気中で加熱しその表面に突出するウイスカーに
より実質的になる酸化物層を形成するよう該箔を
酸化する工程を含む。

すなわち本発明は、金属剥離によつて高度に不
規則且つ荷酷に冷間加工された面を有する箔を形
成し該剥離された箔を酸素含有ガス雰囲気中で該
冷間加工された面にアルミナウイスカーを形成さ
せるのに十分な温度且つ十分な時間だけ加熱する
方法で形成される、３マイクロメートルのオーダ
ーの高さを有するアルミナウイスカーによつてカ
バーされていてBET表面積分析による表面が幾
何学的面積の12倍である表面を有しているアルミ
ニウム含有フエライトステンレス合金から形成さ
れた金属箔に関するものである。さらに本発明
は、アルミニウム含有フエライトステンレス鋼合
金の金属箔の形成法において該形成法が金属剥離
によつて高度に不規則且つ荷酷に冷間加工された
面を有する箔を形成し該剥離された箔を酸素含有
ガス雰囲気中で該冷間加工された面に密な間隔で
酸化物ウイスカーを形成させるのに十分な温度且
つ十分な時間だけ加熱することより成り該合金が
該方法によつて表面に密集形成された酸化物ウイ
スカーを有することを特徴とするアルミニウム含
有フエライトステンレス鋼合金の金属箔の形成法
に関するものである。

本発明のより特定的な目的の１つは向上された
接着性をもつてコーテイングを受容する金属箔の
製造法を提供することである。その製造法はCr、
Alそして好ましくはさらにＹを含有するのが好
適であるFeベース合金の箔を金属剥離法によつ
て形成し、そして剥離された箔を酸素の存在下で
特定の温度範囲の温度に加熱して高いアスペクト
の酸化物ウイスカーよりなる堅固に接着する保護
酸化物層を成長せしめるべく処理する工程を包含
する。そのウイスカーは箔表面を実質的に覆いそ
して次に付与されるコーテイングの結合性を向上
させる。本発明の１つの適用態様においては、ウ
イスカーでカバーされたFe−Cr−Al−Ｙ箔がア
ルミナをベースとしたコーテイングで被覆されそ
して向上されたスポーリング抵抗性を有する単体
型接触コンバータの製造に使用される。

本発明による金属箔はアルミニウムを含むフエ
ライトステンレス鋼合金によりなり、そして密集
したアルミナウイスカーによつて実質的にカバー
された表面を有する。

本発明の１つの好ましい実施態様においては、
本発明による金属箔は金属剥離法によつてFe−
Cr−Al−Ｙ合金箔を製造し、そしてその剥離さ
れた箔を酸化処理にかけて箔表面に密な間隔で突
出する酸化物ウイスカーからなる堅固に接着した
保護酸化物層を形成することによつて製造され
る。好ましい合金は実質的に15乃至25重量パーセ
ントのCr、３乃至６重量パーセントのAl、0.3乃
至１重量パーセントのＹそして残分のFeより構
成される。全体としてほぼ円筒形の合金ビレツト
を回転させる一方、軸方向に配向された切削具を
その円筒周面に当てがいながら該ビレツトから連
続的に薄い金属ストリツプを剥離する。剥離され
る時に、そのストリツプは制御された張力を受け
ながらビレツトから離れる方向に引張られ、しか
して不規則なそして苛酷に冷間加工された面を持
つ箔が形成される。剥離された箔はこのあと遊離
酸素含有ガス、好ましくは空気中において加熱さ
れ該箔表面上に酸化物ウイスカーが成長する。
870℃から930℃までの範囲の温度において８時間
またはそれ以上酸化処理するとその箔の表面は好
ましい高いアスペクトすなわち、高さ：幅の比の
大きい酸化物ウイスカーからなる保護層で実質的
にカバーされる。剥離されそして処理された本発
明のFe−Cr−Al−Ｙ箔上に生じる山脈状のウイ
スカー位相を持つ酸化物層は後から付与されるコ
ーテイングと向上された接着性をもつて結合する
ことができる。本発明によるウイスカーでカバー
された箔の好ましい用途は向上されたスポーリン
グ抵抗性を持つ単体型自動車用接触コンバータ製
造における用途である。この箔は波形取付け加工
を施され、そして適当な円筒形構造体の形体に巻
かれる。アルミナベースのコーテイングがそのウ
イスカーでカバーされた面に付与され、そして貴
金属触媒で含浸される。かくして得られたコーテ
イングされた箔構造体は排ガス処理のための自動
車排気系へ適宜組込まれる。

酸化物ウイスカーが剥離された金属箔上で成長
させられるということが本発明の好ましい実施態
様による金属箔の重要な特徴である。特定の理論
に限定されるべきことではないが、切削工具によ
る金属の激しい塑性変形が多数の転位型
（dislocation−type）の金属構造欠陥を生じさ
せ、しかも箔表面においてかかる欠陥の高い密度
をもたらすものと考えられる。かかる金属面の欠
陥すなわち構造のずれが最初にその箔上に形成さ
れる酸化物層の構造欠陥を生起せしめる。適当な
条件の下では、このような酸化物の欠陥により最
初の酸化物層を貫通する拡散路が容易に形成さ
れ、それら拡散路に沿つて合金に由来するアルミ
ニウムイオンが急速にその表面まで移動する。こ
の結果として表面における、欠陥が集中している
（defect−localized）酸化アルミニウムの蓄積
（build−up）により上記のごときウイスカーが形
成される。表面欠陥の密度は高いからして、剥離
された箔は、それが適当に処理された時に、酸化
物ウイスカーで実質的に覆われた状態となる。こ
れと対照的に、従来の冷間圧延されたFe−Cr−
Al−Ｙは表面欠陥が比較的少なく、したがつて
空気中で加熱された時にはるかに平滑な酸化物層
の地形（トポグラフイー）を与える。本発明によ
る好ましいウイスカー成長酸化処理にかけた場合
でも、従来の冷間圧延箔ではウイスカー形成がな
されたとしてもそれは偶発的なウイスカー形成の
程度にとどまるにすぎない。

処理後、剥離された箔の両面が高いアスペクト
酸化物ウイスカーでカバーされた状態となるのが
好ましい。しかしながら、２つの相対する面側に
おけるウイスカーの地形すなわちトポグラフイー
には顕微鏡的に差異が観察される。この差異は金
属剥離工程に関連するものと考えられる。金属剥
離の間、切削工具に隣接する金属は張力変形され
る。これに対し、その切削工具から遠い方の自由
面は圧縮力によつて形成される。金属加工におけ
るこの差異が表面欠陥の性状に差異をもたらし、
したがつてウイスカー成長に差異が生じる。緊張
面に比較して圧縮面側で実質により大きいウイス
カーが成長することが見出された。

緊張面側の特徴はより小さい個々の羽根状突起
が単位面積当りより多く存在することである。そ
して両面は高いアスペクトのウイスカーによつて
実質的にカバーされている。両面における顕微鏡
的観察上の差異にもかかわらず、両面上に成長さ
れたウイスカーは付与されたコーテイングと十分
満足しうるよう結合することができ、そして平滑
な酸化物トポグラフイーを有するものに比較して
接着性を向上させることができる。

ウイスカーの成長はさらにはまた箔が処理され
る時の処理温度ならびに処理時間と相関関係があ
る。イツトリウムを含有する好ましい合金の場合
では、高いアスペクトのウイスカーが空気中で
870乃至930℃に加熱することによつて形成され
る。最低８乃至12時間の処理が箔表面をカバーせ
しめるのに十分であり、時間を長くすれば一般に
より大きいウイスカーが形成される。コーテイン
グ接着性を向上させるためには高いアスペクトの
ウイスカーが望ましいが、適当なウイスカートポ
グラフイーは950℃から850℃ていどあるいはそれ
以上の温度において、温度により変るが最低30分
間あるいはそれ以上の時間酸化を行なうことによ
つて得られる。

950℃以上の酸化温度においてはウイスカー成
長は全く起らず、生じる酸化物層は平滑となる。
この温度の限界はイツトリウムの存在に帰因す
る。イツトリウムを含有していない類似の合金の
場合では950℃以上の温度においてもウイスカー
成長が可能である。

ウイスカーを最初から裸の金属面から成長させ
る必要はない。金属面がウイスカー成長を生起さ
せうる温度よりも低い温度で最初に軽く酸化され
ていても、ウイスカーは適当に成長させることが
できる。すなわち、剥離された箔を処理前に空気
中で焼なまししたりすることができる。

本発明の特に好ましい実施態様においては剥離
され、ウイスカーでカバーされた好ましいFe−
Cr−Al−Ｙ箔はアルミナ層でコーテイングされ、
そして次に貴金属触媒は該アルミナ層が含浸され
る。得られた箔は適当に巻いて自動車用単体型接
触コンバータの形状に成形される。保護酸化物層
の上記したウイスカーによる粗面構造によりコー
テイングの接着性は改良されそして典型的な平滑
面またはこぶつき面を有する酸化物層の場合に生
じるスポーリングの問題が克服される。さらにま
た、ウイスカーによる粗面形状の故に十分な触媒
所在地を持つより厚いコーテイングを付与するこ
とが可能となる。ウイスカーの利点に加えて、本
発明はさらに箔を形成するのに金属剥離法を用い
ることによる経済性ならびにその他種々の利点を
もたらすものである。

以下、添付図面を参照しながら本発明をさらに
詳細に説明する。

本発明の好ましい実施例においては、自動車排
ガス処理のための単体型接触コンバータを構成す
るために本発明のウイスカーでカバーされた剥離
Fe−Cr−Al−Ｙ箔が使用される。好ましい合金
はCr15重量パーセント、Al4重量パーセント、
Y0.5重量パーセント、残分Feの組成をもつ。こ
の合金は商品名“フエクラロイ（Fecralloy）”と
して市場で公知である。この合金はフエライトマ
トリツクスによつて、かつYFl₉金属間化合物か
らなる分散相によつて特徴づけられる。剥離のた
めのバルク合金は長さ約7.6cmの中空円筒形ビレ
ツトとして形成される。このビレツトの長さが箔
の幅を決定しそしてその長さは巻形箔構造体の所
望の長さに少なくとも等しいことが好ましい。

まず第１図を参照すると、全体を１０で指示し
た機械はほぼ円筒形中空ビレツト１２からFe−
Cr−Al−Ｙ合金箔１４を剥離するための装置で
ある。ビレツトはモータ回転されるスピンドル１
６に固定して装着されている。剥離の間ビレツト
１２は軸線１５のまわりを矢印１７で示したよう
に時計方向にスピンドル１６によつて回転させら
れる。スピンドルの回転はビレツト外周面１８に
おいて１分間約110メートルの均一な切削がなさ
れるような定速度を保持するよう制御される。切
削速度を一定に保持するため、外周面１８から金
属が剥離されるのに伴なつて生じるビレツト直径
の減少を補償するために必要なだけ回転速度は高
められる。スピンドル１６はぶれたりあるいは波
打つたりしたストリツプを与える不規則運動を防
止するため安定且つ正確な位置に取りつけられ
る。ビレツトが大きい場合には、ビレツト１２と
スピンドル１６を冷却して正確な許容寸法精度を
維持しそしてより精密に剥離動作を制御するのが
好ましい。冷却は典型的には適当な流体をビレツ
ト外周面１８に流すか或いはスプレーすることに
より行なわれる。

工具ホルダー２４にはナイフエツジ２２を有す
る硬質タングステンカーバイド切削工具２０が、
そのナイフエツジ２２がビレツト外周面１８に平
行になるよう正確に且つしつかりと取りつけられ
ている。ホルダー２４は適当な制御された駆動手
段（図示なし）によつて水平方向に移動されうる
ようになつており、切削工具２０を全体としてス
ピンドル１６の方に向つて前進させることができ
る。金属剥離の間、ホルダー２４は切削工具２０
を前進させ、そしてナイフエツジ２２をビレツト
周面１８に押しつける。ホルダー２４の、従つて
ナイフエツジ２２の前進速度はビレツト１２の１
回転につき0.0030cm（0.0012インチ）に維持され
る。ビレツトの回転速度はその周速を一定に保持
するため変るから、時間に関するホルダー２４の
線形前進速度も同様に変えられ、これによりナイ
フエツジ２２の前進速度は適切に制御される。剥
離された箔１４は所定の角度でビレツト外周面１
８から離れる方向に引張られ、そしてガイドロー
ル２６に向けて移動される。

剥離装置１０はさらにモータ駆動される巻上げ
マンドレル２８を包含し、剥離された箔１４は取
扱いが容易になるようにコイル２９の形に巻き取
られる。マンドレル２８によつて剥離箔１４に加
えられる引張力は該剥離箔において約4220Kg／cm²
（約60000psi）である。箔の厚みはストリツプ引
張力と切削工具前進速度とによつて定まるが、約
0.0051cm（0.002インチ）である。この引張力は
また約61メートル／分（200フイート／分）のス
トリツプ速度に相当する。箔１４がマンドレル２
８に巻取られるにつれて、マンドレルの回転速度
は一定の線速度で供給されてくる箔１４をスムー
ズに巻き上げるため制御された態様で変化され
る。

本発明の実施に当つて使用される金属箔剥離の
ための装置と方法のさらに詳細な説明は文献によ
り公知であることで少略する。例えば、米国特許
第3355971号（Vigor）、第3460366号（Musial
等）、第3603186号（Vigor等）が参照される。

金属剥離の模様はさらに第２図にも示されてい
る。第２図で第１図と同じ符号は同一または対応
する部材を示す。既に削られた面３０と丁度いま
新らたに削られた面３２として第２図に示されて
いるビレツト周面１８において、アルミナ１２の
１回転後には面３２がもちろん面３０となるもの
である。ナイフエツジ２２がビレツト面３０内に
切り込む時に、傾斜（レーキ）面３４は塑性時に
所定の割合で金属を剪断してチツプを形成する。
金属剪断の程度は第２図において面３０とナイフ
エツジ行路を示す想像線３８との間の半径方向距
離３６として示されている切削深さを調整するこ
とによつて制御される。本実施例の場合では、そ
の切削深さ３６は0.0030cmであり、ビレツト１回
転当りの工具２０の前進距離と等価である。レー
キ面３４上の剪断されたチツプを所定の角度で且
つ所定の力で引張ることによつて箔１４が形成さ
れる。第２図ではチツプは矢印４０で図示した方
向に、ナイフエツジ２２と交るビレツト半径４２
に対して38゜の角度をなして引張られている。こ
の引張力は巻取マンドレル２８によつて箔１４に
与えられておりその引張力は約4220Kg／cm²であ
る。このような条件下では、剥離された箔１４の
厚みは約0.0051cmとなる。

本発明の１つの重要な特徴が金属剥離の間に受
ける塑性変形力の差異によつてもたらされる。す
なわち、レーキ面３４に隣接して形成された箔面
４４はナイフエツジ行路３８に沿つて金属を剪断
することによつて生起された張力によつて変形さ
れる。これに対して、工具２０から遠い方の側に
おいて形成された箔面４６は自由面として圧縮力
を受けながら変形される。すなわち、一般的に言
うと、ビレツトの面３０の金属は圧縮されながら
変形して箔面４６となり、そしてナイフエツジ行
路３８に沿つた金属は緊張されながら変形して箔
面４４となる。圧縮変形の方が伸張変形よりも苛
酷である。後述するように、この差異が次の酸化
物ウイスカー成長に重要な作用を及ぼす。

本実施例によれば、剥離された箔は単体型コン
バータを形成すべく加工される。すなわち、剥離
された箔は残存冷却流体を除去するため、例えば
油（oleum）（石油ナフサ395）のごとき溶剤で、
次にメタノール−エタノールリンスによつてクリ
ーニングされる。クリニングされた箔は空気中
900℃の温度で１分間焼なましされる。このアニ
ーリングによつて剥離された箔の延性が実質的に
高められ後のコンバータ形成工程における加工性
をよりよくすることができる。このきわめて短時
間のアニーリング処理の間にもその箔表面に多少
の酸化が起りうる。しかしながら、アニーリング
は本発明の酸化物ウイスカーを形成するのに短か
過ぎるようなごく短い時間行なうのが好ましい。
また、ウイスカー成長が不可能なような温度で実
施されるけれども、このアニーリングの間に起る
いかなる酸化も後続のウイスカー成長に目立つた
悪影響を及ぼすことはないことが判明している。

好ましいコンバータ支持体を形成するために
は、上記により焼なまされた剥離箔を高さ0.076
cmそしてピツチ0.18cmの対応する歯を有する一対
の被駆動ローラの間に通してコルゲーシヨンをつ
ける。歯はローラ表面にジグザグパターンをなし
て配置されてジグザグまたはヘリングボーン状の
コルゲーシヨンパターンが箔に形成されるように
する。歯はローラ長軸に対して10゜傾斜され、箔
のエツジと直角な方向から10゜だけずらされたコ
ルゲーシヨンが形成される。コルゲートしている
間、箔には通常の軽金属加工用潤滑剤を付与す
る。この潤滑剤は後で適当な溶剤、たとえばテト
ラフルオロエチレンを用いてきれいに除去する。

コルゲートされた剥離箔は次に単体型構造体に
成形される。約18ｍ（60フイート）の長さのスト
リツプを２つ折りにする。この際に、各半部分を
平行に、ただしコルゲーシヨンどうしが添い合わ
ないように折り合わせる。すなわち、箔は波形の
山と山とを合わせ、そして溝部が開放通路を形成
するように２つ折りにする。このように折り曲げ
た箔を第４図の４８に概略的に示されているよう
に同様にコルゲーシヨンが添い合わないようにし
てコイル巻きにして所望の円筒形構造体とする。
好ましい巻形箔構造体の寸法は長さ約7.6cm（3.0
インチ）、直径12.7cm（5.0インチ）であり、これ
は約969cm³（60立方インチ）の体積に相応する。
第４図に見られるように、箔のコルゲーシヨン５
０は長手方向にのびるガス通路５２を形成する。
５４のところに略示したように、箔構造体の端面
の１平方インチ当り約450本のガス通路が存在す
るのが好ましい。構造体４８の長軸５６の方向に
対して通路５２は10゜の角度をなす。ここで注意
すべきは、本実施例により出来上る完成接触コン
バータの形状は構造体４８と実質的に同一の形状
となることであり、そして残りの処理工程は原則
的に箔表面にかかわるものであることである。

コイル巻きされた箔は次に本発明の表面酸化物
ウイスカー形成のための処理にかけられる。この
処理のため箔を軽く巻きほごし金属対金属の接触
を少なくしそしてこの状態で循環空気雰囲気を有
する炉の中に置く。この炉の中で箔は好ましい酸
化物ウイスカーを成長させるため24時間の間900
℃に加熱される。生じたウイスカーは第５図およ
び第６図に拡大されて示されている。比較のため
に、第７図と第８図にウイスカー成長以前の裏面
が示してある。第７図に示した面は圧縮されなが
ら形成された面であり、第２図に参照数字４６で
指示されている面の写真である。第５図がこの面
に生じた酸化物を示す写真であり、個々のウイス
カーは比較的大きくそして任意方向に配向されて
いて実質的に面をカバーしている。第２図に参照
数字４４で指示した張力を受けながら形成された
箔面の写真が第８図である。この面に成長された
酸化物ウイスカーの写真が第６図であつて、個々
の結晶は圧縮形成された面上のものに比較して小
さく、そしてより一様的な配向となつている。こ
れらのより小さいウイスカーも実質的に箔面を覆
つている。この２つの箔面におけるウイスカー成
長の差異は金属剥離の間の変形力の差異に直接的
に関連しているものと考えられる。

ウイスカーでカバーされた面は粒子含有ゲルと
して付与されるγ−アルミナ材料によつてコーテ
イングされる。このゲルは水に約3.0重量パーセ
ントのコロイド状α−アルミナ−水和物Al₂O₃・
H₂Oを加えそしてこの混合物を硝酸HNO₃を加え
てPHを約2.0に調整（これには水100ml当り酸約５
mlが必要）することによつて安定化させることに
よつて調製される。これにより得られたチキント
ロピーゲルにγ−アルミナ粒子を加える。好まし
いγ−アルミナ粒子は１ｇ当りの細孔が約１c.c.よ
りも大きい多孔度を有し且つ１ｇ当り約100平方
メートル以上の表面積を有するものである。粒子
の約70％はその粒子サイズが200メツシユ以下で
325メツシユ以上そして残りの粒子は325メツシユ
よりも小さいサイズである。ゲルに混合される粒
子の量は最終的なアルミナ含量がγ−アルミナ約
90重量％、そしてゲル由来のアルミナ約10重量％
となるような十分な量である。すなわち、100ml
当りα−アルミナ−水和物約3.0ｇ（3.0重量パー
セント）を含むゲルに対してγ−アルミナ粒子27
ｇが添加される。

アルミナゲル塗布材料はウイスカーでカバーさ
れた箔表面にスプレー法によつて付与するのが好
ましい。スプレーを塗布面に届かせるためウイス
カー成長炉内処理のあと箔構造体の巻きを解く。
好ましくは最初にγ−アルミナ粒子を含まない上
記した酸安定化したアルミナゲルのプライマー塗
布をランニングやドリツピングのないようにして
できるだけ厚く箔表面に実施する。このプライマ
ーが乾燥する前に、粒子含有ゲルによる第１回目
のコーテイングを行なう。このアルミナコーテイ
ングが白色に変色するまで、通常は約15分間空気
乾燥する。熱風ブロワーを用いるとより早く乾燥
させることができる。これにより形成される塗布
層の厚さは約15ミクロンである。同様にして第２
回目および第３回目の粒子含有ゲルのコーテイン
グを行なつて乾燥する。最初的に形成されるコー
テイングの厚さは40乃至50ミクロンである。

空気乾燥されたアルミナコーテイングを有する
箔を取扱いの便宜のため再びコイル巻きし、そし
て空気中で４時間550℃で焼結する。焼結中に酸
分解に伴なつて発生する有害NO₂臭を除く必要
がある。

γ−アルミナコーテイングに次に貴金属触媒を
含浸させる。触媒含有溶液250mlを調製するため
計量して水にテトラアミン白金（）塩化物約
1.4ｇ、テトラアミンパラジウム（）塩化物
0.76ｇおよびペンタアミンロジウム（）塩化物
0.22ｇを溶解する。これらのアミン錯化合物の重
量はそれぞれpt約0.8ｇ（0.025トロイオンス）、
pd0.3ｇ（0.1トロイオンス）およびRh0.08ｇ
（0.0025トロイオンス）に相当する。全250mlの溶
液を一様に巻き広げた箔上に付与する。すなわ
ち、所望の流速で上記貴金属溶液を２つのスポン
ジパツドに計量供給しながらその２つのスポンジ
パツドの間にアルミナコーテイングされた箔を通
す。次いで熱風ガンの間に箔を通してぬれたコー
テイングを乾燥させる。乾燥した箔を再び前記の
円筒形構造体の形に巻き、そして水素４容量％と
窒素96容量％とよりなる雰囲気中550℃で４時間
か焼する。このか焼によりアミン錯塩が分解され
て貴金属は元素の状態に還元される。

以上により触媒含浸されたコーテイングを有す
る剥離箔構造体は自動車排ガス処理のために適用
できる。２個のしつかりとコイル巻きした箔構造
体を同軸的に自動車排気系の一部を構成する適当
なハウジング内に配置する。排ガスは箔構造体内
のジグザグ通路を通つて流れ貴金属触媒と接触せ
しめられ所望の反応がなされる。本発明によるウ
イスカーの存在の結果として、合金箔に対するア
ルミナコーテイングの接着性は格段と向上され
る。このことは使用中にコーテイングのスポーリ
ングが減少されることによつて実証される。さら
にウイスカーは好ましい単体型コンバータの他の
重要な利点に対しても直接的に貢献する。本実施
例ではγ−アルミナコーテイングの厚さは40乃至
50ミクロンであつた。これは従来の10ミクロンコ
ーテイングよりもはるかに厚く、排ガス中の鉛化
合物または他の有害物質に対するコンバータの抵
抗性を従来に比して顕著に高めるものと信じられ
る。このように、ウイスカーを有する改良された
単体型コンバータはより厚いγ−アルミナコーテ
イングがより強力な接着性をもつて与えられてい
ることに特徴がある。

本好ましい実施例では、ウイスカーは剥離され
たFe−Cr−Al−Ｙ箔の苛酷に冷間加工された両
面上に該箔を空気中で24時間900℃に加熱するこ
とによつて成長させられる。Ｘ線分析と二次イオ
ン質量スペクトル分析（Secondary Ion
Spectroscopy）の結果はそれらウイスカーが実
質的にα−アルミナ結晶であることを示した。イ
ツトリウム、クロロおよび鉄は１％よりはるかに
少ないわずかに痕跡量で存在しているにすぎな
い。第５図および第６図のごとき走査電子顕微鏡
写真から、それら好ましいウイスカーが３ミクロ
ンのオーダの高さであつて高いアスペクトを持
つ、すなわちウイスカーの幅に対するウイスカー
の高さの比が１よりもはるかに大きいことが判明
した。またBET表面積分析によつて１つのウイ
スカーによつてカバーされた面の評定がなされ
た。分析に供された特定のウイスカー面は上記し
た好ましい実施例によるものではなかつたけれど
も、その面は幾何学的面積の約12倍の大きさの表
面積を有していることが判明した。これと比較し
て、従来の酸化箔の表面積は幾何学的面積の約３
倍であり、したがつてウイスカーでカバーされた
面に比較してその表面積は約４分の１にすぎな
い。好ましい実施例によるウイスカーでカバーさ
れた箔の表面積はこの試験結果をかなり上回るも
のと信じられる。

Fe−Cr−Al−Ｙ箔面上の酸化物ウイスカーの
存在を判定する最も決定的な方法は第５図および
第６図に示されるように走査電子顕微鏡による方
法である。しかしながら、ウイスカーでカバーさ
れた表面は他の技術によつても検知可能である。
たとえば、走査電子顕微鏡用のサンプルをつくる
際に、そのサンプル表面に常法に従つて蒸着によ
り金のコーテイングを付与するのである。金がコ
ーテイングされると、そのウイスカーでカバーさ
れた面はビロードのような黒色を呈する。これは
金属または従来の酸化箔の場合に現われる典型的
な金色と顕著な対比をなす。また好ましいウイス
カーの存在を実証する別の方法としてその箔面に
マスキングテープのような接着テープを貼布する
簡単な方法がある。接着テープは従来の酸化箔か
らは容易に剥離されるが、ウイスカーでカバーさ
れた面に対してははるかに強固に接着し、剥離し
ようとすると破れてしまう。これによりウイスカ
ーの存在の証明が容易に得られる。また、ウイス
カーでカバーされた面にフエルトペンでマークを
つけると、そのマークは外方に拡散して大きなし
みとなる傾向を示す。これに対し、従来の酸化箔
に同じペンでつけたフエルトペンマークはきれい
にそのまま残る。

剥離された箔の上に酸化物ウイスカーが形成さ
れたことが本発明の１つの好ましい特徴である。
剥離された箔の緊張面と圧縮面との両面が高密度
の金属構造欠陥箇所を時ち、これらの欠陥箇所が
ウイスカー成長に適する場を提供する。クリーニ
ング以外には特別な前処理は不必要である。良好
なウイスカー成長はその箔がウイスカー成長を惹
起しないような条件で前処理された場合、たとえ
ば上記好ましい実施例における最初のアニーリン
グ処理等の前処理を受けた場合でもなされる。こ
れに対して、市場で入手しうる冷間圧延された
Fe−Cr−Al−Ｙ箔ではそれを好ましい酸化処理
にかけた場合でも本発明による剥離された箔の場
合と同程度のウイスカー成長は起らない。第９図
は冷間圧延されたFe−Cr−Al−Ｙ箔を用い、な
んら特別の前処理を行なうことなく空気中で24時
間900℃に加熱して該箔上に形成された酸化物層
を示すものである。第９図の冷間圧延された面は
市場で入手される箔の典型的な面である。この実
験においては、わずかにところどころに不特定方
向に配向されたウイスカー結晶が形成されただけ
であり、それらのウイスカー結晶は通常のこぶ状
酸化物の平滑領域によつて相互に分離されてい
る。

酸化物ウイスカーの成長は酸化温度およびその
温度における酸化時間と基本的に相関している。
ウイスカー成長と酸化条件との間のこの相関関係
はイツトリウム含有合金の場合について第３図に
図式的に示されている。注目すべきことは、イツ
トリウム含有合金の場合では950℃以上の温度で
の酸化によつては全くウイスカー成長が認められ
ないことである（第３図の領域Ａ参照）。このよ
うな高温では理論的にはイツトリウムイオンがア
ルミニウムイオンと共に箔表面へ移動すると考え
られる。しかしながら、より嵩の大きいイツトリ
ウムイオンがその酸化物層内の通路を閉塞し、こ
れによつてウイスカー形成に必要なアルミニウム
イオンの移動が阻害されてしまう。この結果を示
すのが第１０図である。この場合では、剥離され
た箔は空気中で４時間975℃の温度で変化された。
酸化物層は軽度のこぶ（結節）からなつており、
これらのこぶは第５図および第６図に見られる山
脈状のウイスカーと比較すれば単なる丘にすぎな
い。本発明のウイスカーでカバーされた面に比較
して、第１０図のこぶ状酸化物層は上記した好ま
しいアルミナコーテイングのような付与されたセ
ラミツクコーテイングを十分に保持するのには滑
らかすぎるのである。

一般的に言つて、本発明のウイスカーは剥離さ
れたFe−Cr−Al−Ｙ箔を適当な時間だけ約950℃
またはそれ以下の温度で変化することによつて適
当に成長される。しかしながら、この範囲内でも
特定の温度および時間がウイスカー成長に影響を
与える。約930乃至950℃の温度での酸化では第１
１図に示したようなウイスカー成長が生じる。第
１１図のウイスカーは剥離されたFe−Cr−Al−
Ｙ箔を空気中930℃の温度で約４時間酸化させる
ことによつて該箔の圧縮側面に形成されたもので
ある。不特定方向に配向されたウイスカーは明ら
かに第５図に示した好ましいウイスカーほどには
大きくはなく、またきわだつてもいない。約870
℃以上の温度で酸化した場合、そしてまた一般的
に870乃至930℃の温度で約８時間より短い酸化時
間を用いた場合にも同様なウイスカー成長が観察
される。すなわち、第３図にグラフにより一般的
に示されているように、第１１図に示したタイプ
のウイスカー成長は領域Ｂによつて示される酸化
条件の場合に典型的なものである。

第３図の領域Ｃによつて一般的に示されている
ように、好ましいウイスカーは箔を約870乃至930
℃の温度で８時間以上酸化することによつて成長
される。上記の好ましい実施例では、箔はウイス
カーを成長させるため900℃で24時間酸化された。
第３図から判るように、その好ましいウイスカー
は925℃で約８時間箔を加熱することによつても
成長させることができる。これによれば加工時間
そして必要な炉使用時間が短縮されるので、製造
上大きな利点が得られる。

第３図の領域Ｄに示す酸化条件では第１２図に
示すようなかなり平らべつたい酸化物が形成され
る。なお、第１２図は空気中約885℃の温度で４
時間酸化した時に圧縮側箔面に形成された酸化物
層の写真である。この酸化物の成長具合は余りも
平坦すぎて本発明の好ましい酸化物ウイスカーに
よつて達成される接着性の向上が得られない。

合金の組成もウイスカーの成長に影響する。前
述のごとく、好ましいイツトリウム含有合金の場
合では950℃以上の高温ではウイスカー成長が見
られない。しかし、このことを不利益なことと考
えるべきではない。なぜならばイツトリウムは酸
化アルミニウムが継続して形成されることを阻止
する役割を果し、このイツトリウムの働きによつ
てその合金にすぐれた高温酸化抵抗性が付与され
るからである。したがつて、ウイスカーでカバー
された面と高温酸化抵抗性とのこの組合わせが
Fe−Cr−Al−Ｙ合金を自動車接触コンバータの
用途に格別に好適なものとしているのである。実
際に、この合金の非常にすぐれた酸化抵抗性から
見て、この好ましいFe−Cr−Al−Ｙ箔面上に本
発明の火山のようなウイスカーの成長が起ること
は全く驚異的なことである。

アルミニウムを含むが、しかしイツトリウムを
含まないフエライトステンレス鋼合金も剥離しそ
して上記のごとく処理して実質的にアルミナウイ
スカーでカバーされた箔を形成するために適当な
合金である。たとえば、イツトリウムを含まない
適当な合金としてクロム約22.5重量％、アルミニ
ウム約5.5重量％そして残分が鉄である合金があ
げられる。この合金と好ましいイツトリウム含有
合金との組成の差異の故に、最適なウイスカー成
長条件も幾分変るものと考えられる。第５図と第
６図に示したような良好なウイスカーの成長は空
気中870乃至970℃の温度に加熱することによつて
形成されると考えられる。950℃近辺では約４時
間またはそれ以上の成長時間が必要となる。870
℃近辺の低い温度では約24時間までのより長い時
間が必要である。第１１図に示すような適当なウ
イスカー成長は990乃至850℃またはそれ以上の温
度に0.5時間またはそれ以上加熱することによつ
て得られる。一般的には低温では長い時間が必要
となる。注意すべきは950℃以上の高い成長温度
はイツトリウムが不存在の場合に適用されること
である。アルミニウムまたはクロムの含量の変化
もウイスカー成長条件を変えるであろう。しかし
ながら、いずれの場合にも1000℃またはそれ以上
の温度ではウイスカーの成長は観察されなかつた
し、またウイスカーの成長は起らないであろうと
信じられる。

上記の好ましい実施例では、本発明によるウイ
スカーでカバーされた箔は自動車排ガス処理のた
めのある特定の単体型接触コンバータを構成する
ために使用された。しかしながら、本ウイスカー
でカバーされた箔がその他の用途に適用できるこ
とは明らかである。たとえば、本発明による箔は
太陽エネルギー吸収の目的のためにも適するであ
ろう。前記したように、好ましいウイスカーでカ
バーされた箔は、それに金のコーテイングを付与
すると黒く見える。これは可視帯域の光をよく吸
収することを意味する。したがつて、本発明によ
るウイスカーでカバーされた箔を太陽光にさらし
た場合には吸収された光がその箔を熱する。この
熱を作動流体の加熱のために適当に利用すること
ができよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は箔製造のための金属剥離装置の断面図
である。第２図は第１図の装置の一部分の拡大図
であり金属剥離のプロセスと剥離された箔とを示
す。第３図は酸化時間と酸化温度との関係グラフ
であり、本発明による酸化物ウイスカー成長のた
めに適する領域を示す。第４図は単体型自動車接
触コンバータの巻形箔構造体の斜視図である。第
５図は走査電子顕微鏡を用いてとつた倍率5000倍
の顕微鏡写真であり、空気中900℃で24時間酸化
した時に剥離されたFe−Cr−Al−Ｙ箔の圧縮側
面上に形成された酸化物ウイスカーを示す。第６
図は同じ箔の引張側面に形成された酸化物ウイス
カーを示す同様な顕微鏡写真である。第７図は剥
離されたFe−Cr−Al−Ｙ箔の未酸化圧縮側面を
示す同様な顕微鏡写真である。第８図は同じFe
−Cr−Al−Ｙ箔の引張例の未酸化面を示す同様
な顕微鏡写真である。第９図は冷間圧延された
Fe−Cr−Al−Ｙ箔を空気中900℃で24時間酸化し
た時に形成された酸化物ウイスカーを示す同様な
顕微鏡写真である。第１０図は剥離されたFe−
Cr−Al−Ｙ箔を空気中975℃で４時間酸化した時
に形成された酸化物面を示す同様な顕微鏡写真で
ある。第１１図は剥離されたFe−Cr−Al−Ｙ箔
を空気中930℃で４時間加熱した時にその箔の引
張側面に形成された酸化物形状を示す同様な顕微
鏡写真である。第１２図はFe−Cr−Al−Ｙ箔を
空気中885℃で４時間酸化した時にその箔の引張
側面に形成された酸化物を示す同様な顕微鏡写真
である。 〔主要な符号の説明〕、１４……箔、１２……
円筒形合金ビレツト、１０……剥離装置、２０…
…切削工具、４８……巻形箔構造体、５２……ガ
ス通路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属剥離によつて高度に不規則且つ荷酷に冷
   間加工された面を有する箔を形成し該剥離された
   箔を酸素含有ガス雰囲気中で該冷間加工された面
   にアルミナウイスカーを形成させるのに十分な温
   度且つ十分な時間だけ加熱する方法で形成され
   る、３マイクロメートルのオーダーの高さを有す
   るアルミナウイスカーによつてカバーされていて
   BET表面積分析による表面が幾何学的面積の12
   倍である表面を有しているアルミニウム含有フエ
   ライトステンレス合金から形成された金属箔。 ２ その箔が最初に15乃至25重量パーセントの
   Cr、３乃至６重量パーセントのAl、所望により
   0.3乃至1.0重量パーセントのＹ、そして残分のFe
   を含有するフエライトステンレス鋼合金から形成
   されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項による剥離された金属箔。 ３ アルミニウム含有フエライトステンレス鋼合
   金の金属箔の形成法において、該形成法が金属剥
   離によつて高度に不規則且つ荷酷に冷間加工され
   た面を有する箔を形成し、そして該剥離された箔
   を酸素含有ガス雰囲気中で該冷間加工された面に
   密な間隔で酸化物ウイスカーを形成させるのに十
   分な温度且つ十分な時間だけ加熱することより成
   り、該合金が該方法によつて表面に密集形成され
   た酸化物ウイスカーを有することを特徴とする方
   法。 ４ 該箔が15乃至25重量パーセントのCr、３乃
   至６重量パーセントのAl、所望により0.3乃至1.0
   重量パーセントのＹ、そして残分のFeを含有す
   るフエライトステンレス鋼合金であり、そして剥
   離された箔が空気中で870℃から970℃までの間の
   適当な温度且つ該冷間加工された面に該酸化物ウ
   イスカーを成長させるのに十分な時間だけ加熱さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第３項によ
   る金属箔の形成法。 ５ 該合金の円筒形ビレツトを回転させ、適当な
   切削工具を用いて該ビレツト表面から一連のスト
   リツプを剥離し、そして該ストリツプをビレツト
   表面から遠ざかる方へ引張して、高度に不規則且
   つ荷酷に冷間加工された表面を有する箔を形成
   し、そしてこの剥離された箔を酸素含有ガス中で
   該箔表面上にその表面を実質的にカバーし且つ後
   から付与されるコーテイングの接着性を実質的に
   向上させうる酸化物ウイスカーを成長させるのに
   十分な温度において且つ十分な時間だけ加熱する
   工程を包含することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項による金属箔の形成法。 ６ 該金属箔が15乃至25重量パーセントのCr、
   ３乃至６重量パーセントのAl、所望により0.3乃
   至1.0重量パーセントのＹ、そして残分のFeより
   成るフエライトステンレス鋼合金からつくられ、
   そして該剥離された箔が空気中において870℃か
   ら970℃までの間の適当な温度において、その箔
   面を実質的にカバーし且つ後から付与されるコー
   テイングの接着性を実質的に向上させうるような
   高いアスペクトのアルミナウイスカーを該箔面に
   形成させるのに十分な時間だけ加熱されることを
   特徴とする特許請求の範囲第５項による金属箔の
   形成法。