JPH0226643A - 触媒担体 - 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、排気ガスを浄化する触媒コンバータの基体と
して用いられる触媒担体に関する。特に、本発明はニッ
ケル鑞付は部の耐熱性とセラミック層との密着性を高め
た触媒担体に関する。

〔従来技術と問題点〕

自動車の排気ガスを浄化する為に、触媒コンバータが用
いられている。該触媒コンバータはハニカム構造の基体
を有し、該基体の内表面に排ガス浄化触媒が担持されて
いる。触媒コンバータは約８００〜１２００°Ｃの排気
ガス雰囲気下で使用されるため、耐熱性と耐酸化性を有
する必要がある。そこで従来、触媒コンバータの基体と
してセラミック層の基体が用いられていたが、セラミッ
ク製基体は機械的衝撃に弱く、また通気抵抗がやや大き
い等の欠点を有している。この為セラミック製基体に代
えて最近は金属製基体が用いられている。

一般に、金属製基体は、ステンレス等の金属薄板からな
る平板と波板とを積層してハニカム構造体を形成し、此
れをロール状に巻いて筒状のシェルに収納することによ
り製造されている。批の従来の製造方法においては、平
板と波板とを互いに固定するために０通常、ハニカム構
造体の端部で、平板と波板とを鑞付けにより接合してい
る。鑞付けにはニッケル鑞材或いはアルミニウム鑞材が
従来用いられている。ところが、ニッケル鑞材による鑞
付は部分は高温で酸化され易い、他方、アルミニウム鑞
材は融点が約６００℃と低く、鑞付は時にアルミニウム
が鋼中に拡散固溶することが殆んどなく、従ってアルミ
ニウムの拡散、固溶により接合強度を向上させる効果を
得ることができず接合強度が不足し易い。

このように、従来は高融点を有し且つ耐熱性に優れた鑞
材が無く、鑞付は部分が劣化し易い問題がある。

〔問題解決の知見〕

本発明において、ステンレス鋼薄板からなる平板と波板
とを積層してなるハニカム構造を有する触媒担体を製造
する際、アルミニウム系被覆を有するステンレス鋼板を
用い、此れをニッケル系鑞材を用いて鑞付けすれば、鑞
付は時の加熱により鑞付は部にアルミニウムが拡散され
、此の結果ニッケル鑞付は部の耐熱性が格段に改善され
ることが見出された。また同時に、アルミニウムがステ
ンレス鋼中に拡散するので、ステンレス鋼母材の耐熱性
が向上する。更に、セラミックス層の焼結時にアルミニ
ウム系被膜の酸化被膜が形成されるので、セラミックス
層とステンレス鋼板との密着性が改善されるので、従来
より耐久性のある触媒担体が提供される。

〔発明の構成〕

本発明は、ステンレス鋼薄板からなる平板と波板とを積
層してなるハニカム構造を有する触媒担体であって、ア
ルミニウム系被覆を有するステンレス鋼板とニッケル系
鑞材が用いられ、＃ｉ付は時の加熱により鑞付は部およ
びステンレス鋼中にアルミニウムが拡散された触媒担体
を提供する。

本発明においては、アルミニウム系被覆を有するフェラ
イト系ステンレス鋼が好適に用いられる。

好適なフェライト系ステンレス鋼の一例を以下に示す。

Ｃ５０・２　　　　　　　ＳｉＳ２．０Ｍｎ≦２．ＯＣ
ｒ≦１０〜３０ ＡＩ≦５．０　　　　　　　ＭｏＳ２．０Ｃｕ≦１．０
　　　　　　　希土類元素≦１．ＯＴｉ、　Ｎｂ、　Ｖ
、　Ｚｒ（７）うち少なくとも１種≦１．０残部が鉄、 上記希土類元素として、Ｌａ、　Ｃｒ、　Ｙ、　Ｈｆ、
　Ｓｃ等が含まれる。またＴｉ、　Ｎｂ、　Ｖ、　Ｚｒ
はステンレス鋼の必須の成分ではないが、これらは鋼中
のフリーの炭素、窒素を固定し、アルミニウムが炭素や
窒素を結合せずに鋼中へ拡散するのを助ける。

以上のように本発明では１通常のフェライト系ステンレ
ス鋼を用いることができる。

アルミニウム系被覆の成分はアルミニウムまたはアルミ
ニウム合金である。

該被覆が純度の高いアルミニウムであるとき、鑞付は時
の加熱より、同時に該アルミニウム被覆が酸化され、ア
ルミナ層となる。鑞付けにより製造されたハニカム構造
体にはその後触媒担持用セラミック層（ウォッシュコー
ト層）が施される。

上記アルミナ層はウォッシュコート層とステンレス鋼と
の間に介在する中間層となり間者の密着性を高める。従
来、このような中間層を形成するために鑞付は後、該ハ
ニカム構造体を大気中で加熱処理しているが、上記被覆
が純度の高いアルミニウムであるとき前述のように鑞付
は時の加熱によりアルミナよりなる中間層が同時に形成
されるので、その後の大気中での加熱処理は必要ない。

上記被覆はまたアルミニウム合金でもよい。

ＡＱ−５Ｌ合金、ＡＱ希土類合金、ＡＱ−Ｆｅ−Ｃｒ−
Ｎｉ合金等が好適に用いられる。

アルミニウム含有量が５０重量％以上のアルミニウム基
合金被覆であるとき、アルミニウムが充分に拡散固溶し
て鑞付は部およびステンレス鋼の耐熱性が向上する効果
が得られる。

上記アルミニウム又はアルミニウム合金の被覆方法は限
定されない、真空蒸着鍍金、電気鍍金、溶融鍍金、溶射
、クラッド等通常の方法が用いられる。

アルミニウム系被覆の膜厚は０．０５μｍ以上が好まし
い。

０．０５μｍ未満ではアルミニウムの拡散、固溶による
耐熱性向上効果は期待できない。尚、該被覆が厚過ぎる
と、鑞付は時の加熱およびその後の加熱処理によっても
被覆中に酸化の不充分な部分が残り易く、ウォッシュコ
ート層との密着性が低下する可能性がある。通常の加熱
条件において好適な膜厚は０．０５μｍ〜２０μｍであ
る。

ステンレス鋼の４板ないし箔が用いられる。板厚は通常
、３０μｍ〜１００μｍである。

上記ステンレス鋼板からなるハニカム構造体は種々の形
状でよい。例えば、該ハニカム構造体は円柱状または煉
瓦状である。

本発明に用いるニッケル系鑞材の種類は制限されない。

市販のニッケル系鑞材を用いることが出来る。

耐熱性ニッケル鑞材として、Ｃｒ　（１４、０）−Ｆ　
（４、５）−３ｉ（４，５）　−Ｃ（０，７）−８（３
，０）−Ｎｉ（残部）、Ｃｒ（１９，０）−５ｉ（１０
，２）−Ｎｉ（残部）からなる鑞材（括弧内は重量％）
が市販されている。

上記鑞材は粉末状でも、箔でもよい、また鑞材の使用態
様も制限されない、ステンレス鋼板の平板と波板とを積
層する際に、これらの間に鑞箔が介在される。或いは、
該平板と波板とを積層し、必要に応じて巻き重ねた後に
、粉末状の鑞材が塗布される。具体的には１通常、粉末
状の鑞材を懸濁された有機質溶液にステンレス鋼板のハ
ニカム構造体を漬けて鑞材を付着させる。

鑞付けは、鑞材およびステンレス鋼板が酸化されないよ
うに、真空（Ｉ　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ以下）、不活性
ガス雰囲・気、還元雰囲気で行なわれる。鑞付は温度は
上記ニッケル系鑞材の融点以上〜１３００℃以下である
。　１３００℃以上に加熱するとろう材が蒸発するため
好ましくない、ハニカム構造体の加熱は、アルミニウム
が鑞付は部分およびステンレス鋼板に拡散するのに充分
な時間待なわれる。具体的には１０００〜１２００℃で
１〜６０分間、加熱するのが好ましい。

上記ハニカム構造体は、その内表面に触媒金属を担持す
るためのセラミックス層（ウォッシュコート層）を有す
る。該セラミックス層の組成及びその被覆方法は既知で
ある。−例として、主にアルミナ粉末を懸濁した水溶液
が用いられ、該溶液にハニカム構造体が浸漬され、乾燥
後、該アルミナ粉末が加熱焼結される。

〔発明の効果〕

本発明の触媒担体においては、鑞付は時の加熱により、
アルミニウムがニッケル鑞付は部分に拡散されるので、
鑞付は部分の耐熱性が向上する。

更に、鑞付は時の加熱によりアルミニウムがステンレス
鋼母材に拡散するので、母材の耐熱性も同時に向上する
。

また、本発明の触媒担体においては、セラミックス層の
焼結時に、該セラミックス層とステンレス鋼母材との間
に介在するアルミニウム系被覆が酸化され、該被覆の表
面がアルミナ層となるので。

ステンレス鋼母材とセラミックス層との密着性が向上す
る。さらに、ニッケル鑞付は後のハニカム構造体を酸化
雰囲気中で加熱し、表面に強固な酸化皮膜を生成すれば
セラミックス層の密着性は一層向上する。

〈実施例１〉 第１−１表に示すステンレス鋼フォイル（板厚５０μ−
）を用い、第１−２表の蒸着条件に従い該ステンレス鋼
表面にＡｆｌ蒸着めっきを施し、平板および山の高さ１
　、５ｍｍ、ピッチ２．５ｍｍの波板に加工し、第１−
１図に示すように平板１と波板３とを積層しながら一体
に巻き上げてハニカム構造体５を形成した。次いで、第
１−２図のように、粉末状Ｎｉ＠材（ＢＮｉ−５：　Ｎ
ｉ−１９ｗｔ％Ｃｒ−１０ｗｔ％Ｓｉ）を懸濁させた有
機バインダー７内に上記構造体５の両端部をドブ付けし
て鑞材を付着させ、これを乾燥させた後ＩＸ　１Ｏ−３
Ｔｏｒｒの真空中で１２００℃、５分間加熱することに
より鑞付けした。第１−３図に鑞付は後の断面模式図を
示す１図中９は鑞付は部である。

このようにして製造した触媒担体を大気中で、１ｏｏｏ
℃、１００時間加熱した後の酸化増量を測定し、これに
より耐熱性を評価した。第１３表にこれらの結果をまと
めて示す、評価基準は次の通りである。なお、比較のた
め、１０蒸着を施さないステンレス鋼フォイルを用いた
例を同表に併せて示した。

０：酸化増量１ｍｇ／ｃｏ！以下、 ×二酸化増量１ｍｇ／ａＪ以上 木表から明らかなようにＡＩ２被覆を有しない場合およ
びＡＭ膜厚が０．０２μ−以下の場合には、Ａ−１から
Ａ−５までいずれの鋼種についても耐熱性に問題がある
。これを詳細に調べてみると鑞付は部が異常酸化し、脆
化していた。一方、Ａρ膜厚が０．０５μｍ以上ならば
耐熱性が良好であり、担体に異常は全く認められなかっ
た。

第１−４図（ａ）に上記試料Ｉｌｌ　Ａ−４−ｄの耐熱
試験後のＮｕ鑞付は部のＡΩの元素分布を調査した結果
を示す。

この図から明らかなように、ＡＱ被覆層から鋼中および
Ｎｉ鑞材中へｉが拡散、固溶している。この結果、Ａｆ
ｆｉ被覆層表面だけでなく、鑞付は部９の表面にも耐熱
性良好なＡｆｉ、Ｏ，主体の酸化皮膜１１が形成され、
担体の耐熱性が大幅に向上する。

比較のために、第１−４図（ｂ）にＡＱ被被覆有しない
上記試料ＮｃＡ−４−ａの耐熱試験後のＮｉｇ付は部の
ＡＱの元素分布を調査した結果を示す、　ＡＱ被被覆有
しない場合は鑞付は部９にＡＱ２０．主体の酸化皮膜が
形成されないので、鑞付は部近傍の異常酸化部分１３が
急激に進行している。

第１−３表 ｂ ０．０２ ０．０５ ２．０ ｂ ０．０２ ０．０５ ２．０ ０．０２ ０．０５ ２．０ １０．０ ０．０２ ０．０５ ２．０ １０．０ ｂ ０．０２ ０．０５ ２．０ 第２−１表 めっき浴：　　ＡＱ−９，Ｏｗｔ％Ｓｉ浴　　　温：　
約６６０℃ めっき膜厚：１０〜１００μｍ 第２−２表 試料Ｎα　Ａｆｆｉ膜厚（μｍ） Ａ−１−ａ　　　　なし −ｂ　　　　２．０ −ｃ　　　１０．０ −ｄ　　　２０．０ Ａ−４−ａ　　　　なし −ｂ　　　　２．０ −ｃ　　　１０．０ −ｄ　　　２０．０ 〈実施例２〉 第１−１表の試料ＮαＡ−１およびＡ−４のステンレス
鋼板（板厚０　、３ｍ＋ａ）を用い、第２−１表の溶融
めっき条件に従い該ステンレス鋼表面にＡＱ−５Ｌ合金
めっきを施した後、６０μｍまで圧延後、平板および山
の高さ１　、２ｍｍ、ピッチ２　、０ｍｍの波板に加工
し、第２−１図に示すように平板１と波板３の間にリボ
ン状のＮ１鑞材１５　（ＢＮｉ−１：　Ｎｉ−１４ｗｔ
％Ｃｒ−４、５ｗｔ％５ｉ−４、５ｗｔ％Ｆｅ−３，Ｏ
ｗｔ％Ｂ）をはさんで巻き上げてハニカム構造体５を形
成した。これをＡｒガス雰囲気中で１１００’Ｃ１１時
間加熱することにより鑞付けした。

このようにして製造した触媒担体について実施例１と同
様の試験を行い、その耐熱性を評価した。

評価基準は実施例１と同様である。この結果を第２−２
表に示す。なお、比較のため、ＡΩ−５ｉ合金めっきを
施さないステンレス鋼板を用いた例を同表に併せて示た
。

本表より明らかなように、Ａｌ２−３ｉ合金被覆を施し
ている場合は、担体の耐熱性は良好であるが、Ａｆｌ−
５ｉ合金被覆を施していない場合（試料ＮαＡ−１−ａ
、Ａ−４−ａ）にはＮｉ鑞付は部の脆化が著しく担体と
しての使用に耐えない状態であった。

上記試料は何れも第２−１図に示すように円柱状ハニカ
ム構造体であるが、同様の試料を用い第２−２図に示す
ように、ローラー１７でＮｉ鑞材７を塗布し、第２−３
図のように平板１と波板３を積層させてレンガ状のハニ
カム構造体５を形成したものについて、耐熱性を調べた
ところ、本実施例と同様の結果であった。

（実施例３） 第１−１表の試料Ｎａ　Ａ−１およびＡ−４のステンレ
ス鋼フォイル（板厚５０μｍ）を用い、実施例１に示し
た方法にてＡｆｌ被覆し、平板１および波板３に加工し
た後、第１−１図に示すようにこの両者を巻き上げてハ
ニカム構造体を形成し、ステンレス！　（ＳＵＳ３１０
５）製の内径７０φｍｍ、長さ１００ｍｎ＋の円筒に装
入後、第１−２図に示す方法で該構造体５の両端部に粉
末状Ｎｉ鑞材７　（ＢＮｉ−５：　Ｎｉ−１９ｗｔ％Ｃ
ｒ−１０ｗｔ％Ｓｉ）を付着、乾燥させた後Ｉ　Ｘ　１
０−’Ｔｏｒｒの真空中で１２００℃、１５分間加熱す
ることにより鑞付けした。

このようにして製造した担体に第３−１表に示す条件に
てウォッシュコーテングを施し、その後塩化白金酸およ
び三塩化ロジウムの水溶液に浸漬し、引き上げ２５０℃
で１時間乾燥して担体ＩＱ当り約１ｇの白金、ロジウム
を担持し、排気ガス浄化用触媒を得た。

該触媒をエンジン排気系に接続し、第３−２表に示す条
件にて３００時間の耐久試験を行い、初期の浄化性能お
よび耐久試験後の浄化性能を炭化水素（ＨＣ）　、窒素
酸化物（ＮＯｘ）、−酸化炭素（ｃｏ）ニラいて比較し
た。また、ウォッシュコート層の密着性は次式 で表される剥離率で評価した。第３−３表にこれらの結
果をまとめて示す、なお、ウォッシュコート層の密着性
の評価基準は次の通りである。

０：剥離率５％未満 Δ：剥離率５％〜１５％ Ｘ：剥離率１５％以上 本表の結果から明らかなように、初期における浄化性能
は、はぼ同等であるが、耐久試験後の浄化性能はウォッ
シュコート層の密着性の良否を反映しており、ウォッシ
ュコート層の密着性が良好なＡΩ膜厚Ｏ，ＯＳμ履以上
の触媒担体はＡＩｌ被覆を有しないもの（Ａ−１−ａ、
　Ａ−４−ａ）と比べて明らかに高い浄化率を維持して
いる。

アルミナゾル　　３０％含有 硝酸ランタン　　５％含有 硝酸セリウム　　１０％含有 コーティング方法：浸漬−引上げ 乾　　　燥：大気中、１２０℃、１時間焼　　　結二大
気中、６５０℃〜７５０℃、３時間排気ガス温度＝４０
０℃ 空間速度：　６０，０００ｈｒ” 排気ガス組成：　ＨＣ１２０ｐｐｍ Ｎ　Ｏｘ　　２，０００ｐｐｍ Ｃｏ　　　Ｏ，６ｖｏＱ％ Ｃ０，１５，３ｖｏＱ％ ０□　　　　　１．０すｏＱ％

【図面の簡単な説明】

第１−１図は平板と波板との積層状態を示す斜視図、 第１−２図はハニカム構造体を鑞材懸濁液に浸漬した状
態を示す概略斜視図。 第１−３図は鑞付は部の概略断面図、 第１−４図（ａ）　（ｂ）は鑞付は部の拡大説明図、第
１−５図（ａ）（ｂ）は第１−４図（ａ）　（ｂ）に対
応する鑞付は部の金属組織を示す顕微鏡写真。 第２−１図は鑞材を介在した平板と波板との積層状態を
示す斜視図、 第２−２図は他の鑞材塗布方法を示す概略斜視図、　第
・２−３図はブローク状のハニカム構造体の外観斜視図
。 図面中、１・・・平板、３・・・波板、５・・・ハニカ
ム構造体、７・・・有機バインダー、９・・・鑞付は部
、１１・・・酸化被膜、１３・・・異常酸化部分、１５
・・・鑞材、１７・・・ローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ステンレス鋼薄板からなる平板と波板とを積層して
   なるハニカム構造を有する触媒担体であって、アルミニ
   ウム系被覆を有するステンレス鋼板とニッケル系鑞材が
   用いられ、鑞付け時の加熱により鑞付け部およびステン
   レス鋼中にアルミニウムが拡散された触媒担体。 ２、アルミニウム系被膜がアルミニウムまたはアルミニ
   ウム合金であり、その膜厚が０．０５μｍ以上である第
   １請求項の触媒担体。 ３、鑞付け時に上記ステンレス鋼板が９００℃〜１３０
   ０℃に加熱される第１請求項の触媒担体。