JPH0286848A - 金属ハニカム担体の製造方法 - 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、排気浄化等において用いられる。触媒用の金
属ハニカム担体に関する。

〔従来技術〕

自動車の排気浄化等に用いられる触媒は、触媒機能を発
汗させる触媒成分と咳触媒成分を担持させるための担体
とよりなる。

しかして、近年においては、このハニカム構造体を金属
により作製し、その上にアルミナ粉末等のセラミックス
の多孔質担体層を形成し、該多孔質担体層中に触媒成分
を担持させたものが提案されている。

しかして、第２図に例示するごと（、上記金属ハニカム
担体ｌＯは、ハニカム構造体１とその外周に配した外筒
４とからなるものである。そして。

該ハニカム構造体１は、第３図にも示すごとく金属の平
板２と波板３とを交互に積層、固着してなる。該金属ハ
ニカム担体１０は、ハニカム構造体の表面に上記多孔質
担体及び触媒成分を担持して触媒となし１両板の間隙に
排気ガス等を流入するものである。

また、従来かかる金属ハニカム担体の製造法は。

後述する第１図のＡ−Ｃ工程に示すごとく、金属製の薄
い平板２と波板３とを準備しくＡ工程）。

これらをロール状に重ねて巻き（Ｂ工程）、得られたハ
ニカム構造体ｌを外筒４内に挿入しくＣ工程）１次いで
これらの接触部分をニッケル系ロウ材等により接合する
ものである。

また、上記平板、波板、外筒は、その耐食性。

高温耐久性等を考慮して、従来は主として２０Ｃｒ−６
Ａｆｆｉ鋼を用いることが提案されている。

〔解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来法においては、平板と波板とを
ロウ材により接合しているため、その接合部は酸化、腐
食され易く、耐久性が充分でない。

特に該金属ハニカム担体を自動車排気ガス浄化用の触媒
に用いる場合には、高温（６００〜１０５０″Ｃ）下で
腐食性掛気ガスに曝され、また高温と低温との急激な温
度変化に曝される。

そして、これらの腐食性高温ガス下、２．激な温度変化
により、上記平板と波板との接合部分、更にはハニカム
構造体と前記外筒との接合部分のロウ材等の接合剤が腐
食、剥離を生じ、遂には金属ハニカム担体自体が使用不
能となる恐れがある。

それ故、ハニカム構造体における平板と波板との接合、
更にはハニカム構造体と外筒との接合は耐久性に優れた
ものにしておく必要がある。

また、これら耐食性、耐酸化性等に優れた材料としては
、前記の２ＱＣｒ−６Ａｆｆｉ１ｍｌがある。しかし、
このものはＡｌを多量に含有しているために、その薄板
を波板状にする際の加工性が非常に悪く１歩留りが低い
。

本発明はかかる問題点に鑑み、鋭意研究を重ねた結果な
されたもので、ハエカム構造体材として低Ａｌ材を使用
することができ、またハニカム構造体自体及び該ハニカ
ム構造体と外筒との接合状態が強く、高温耐酸化性、高
温耐久性に優れた金属ハニカム担体を提供しようとする
・ものである。

〔課題の解決手段〕

本発明は、金属ハエカム構造体とその外周に配設した外
筒とよりなる金属ハエカム担体を製造するに当り、金属
の平板と波板とを交互に積層してハニカム構造体を作製
し、該ハニカム構造体をパイプ状の外筒に挿入し、その
後ハニカム構造体の空隙内にアルミニウム拡散剤を充填
し、然る後非酸化雰囲気中で高温に加熱してアルミニウ
ムを拡散浸透させることを特徴とする金属ハニカム担体
の製造方法にある。

本発明において、ハニカム構造体の空隙に充填するアル
ミニウム拡散剤としては、アルミナ（ＡＱｚ０３＞、酸
化クロム（ＣｒｘＯｉ）等の耐熱材粉末とアルミニウム
（Ａ１）との混合粉末、上記、１１□０１等の耐熱材粉
末の表面にＡ１を付着させたもの、或いは多量のＡｆｆ
ｉを含有する鉄合金粉末などがある。また、アルミニウ
ム拡散剤の充填の際には、安定してＡＰの拡散浸透がで
きるように、塩化アンモニウム（Ｎｌ（、（１）、或い
はフッ化ホウ素酸カリウ！Ａ（ＫＢＦ４　）、　　フッ
化ホウ素酸アンモニウム（ＮＨ４ＢＦａ　）などのフッ
化ホウ素酸塩等の拡散活性剤を混合使用することが好ま
しい。なお、アルミニウム拡散剤の粉末粒径は、充分な
拡散浸透を得るために１０〜５００μｍとすることが好
ましい。

また、アルミニウム拡散剤はハニカム構造体の空隙内に
充填するが、外筒の外周にもＡ２を拡散浸透させるため
、加熱炉内においてはハニカム構造体を挿入した外筒の
全体を、アルミニウム拡散剤中に埋め込むことが望まし
い、また、アルミニウム拡散剤の充填に先立って、外筒
に挿入したハニカム構造体の空隙内更には外筒は、アル
カリリン酸塩、アルカリ炭酸塩等により脱脂処理をなし
。

その表面を清浄にしておくことが好ましい、これは、Ａ
Ｅの拡散浸透を充分に行わするためである。

次に、上記の拡散浸透は、非酸化雰囲気中において高温
に加熱するこ、とにより行う、これにより。

上記平板及び波板、更には外筒の表面にＡｌが拡散浸透
する。そして５両板からなるハニカム構造体の接触部分
、該ハエカム構造体と外筒との接触部分にもＡ１が拡散
浸透し、これらの接触部分が耐゛久性に優れた接合を呈
する。

上記加熱の際の非酸化雰囲気としては、アルゴン、等の
不活性ガス、或いは窒素、水素等のガスがある。加熱温
度は、７００〜１０００℃とすることが好ましい、７０
０℃未満では、金属板へのＡｌの拡散速度が充分でなく
、接合が充分でない。

一方１０００″Ｃを越えると積層体の形状が変形及び？
＠損するおそれがある。また、その加熱時間は１時間〜
２０時間とすることが好ましい。１時間未満では、Ａｆ
ｆｉが充分に拡散せず、また引っ張りに対して充分な強
度を得難く、２０時間を越えてもそれに見合う強度を得
難い。

本発明において、金属ハニカム構造体を構成する金属板
は、フェライト系或いはオーステナイト系ステンレス鋼
、Ｆｅ−２３Ｃｒ鋼等の鋼板などを用いる。また、平板
及び波板の厚みは、その加工性、ハニカム構造体の軽量
化及び多数のセル形成上から、０．０３〜０．２ｍとす
ることが好ましい。

また１本発明に関するハニカム構造体は、第２図に示す
ごとく長い平板と長い波板とを重ね合わせながらロール
状に巻いて積層体としたもの、或いは平板と波板とを交
互に積み重ねて積層体としたものなどがある。

次に、前記外筒は上記ハニカム構造体の外周囲を保持、
保護するもので、前記ハニカム構造体と同様の材料を用
いる。しかし１両者は同一材料の必要性はなく１両者は
同材質（例えば共に５ＵＳ４３０）であっても、異なっ
て（例えば外筒は５ＵＳ４１０Ｌ、ハニカム構造体は５
ＵＳ４３０）いても良い。また、該外筒の板厚みは０．
５〜３餉とすることが好ましく、これより薄いとハニカ
ム構造体の保持が難しく、これより厚いと金属担体の重
量が大きくなる。

また、ハニカム構造体を外筒に挿入したもの（中間体）
は、ハニカム構造体内及びハニカム構造体と外筒との接
合をより高めるため、前記アルミニウム拡散剤充填に先
立って外筒の外周よりその全体を若干絞っておくことが
好ましい。かかる絞りは、ローラダイス、或いはダイス
など、外筒の径を若干縮少させるダイスを用いて行う。

これにより、平板と波板及びハニカム構造体と外筒との
間の密着状態が向上する。その絞り率は外筒の直径を当
初の９８〜９９．８％に若干縮少させる範囲とすること
が好ましい、９８％未満では、絞りすぎてハニカム構造
体の内部がつぶれるおそれがあり、一方９９．８％を越
える場合は。

平板と波板、及びハニカム構造体と外筒とを充分に密着
させることができない。また、この絞りは相似形状への
絞りとすることが好ましいが、原形断面より多少偏形さ
せたのであっても良い。なお。

上記中間体においては、ハニカム構造体は外筒内に緩く
嵌合した状態としておくことが好ましい。

なお１本発明にかかる金属ハニカム担体を触媒用担体と
するに当たっては、上記ハニカム構造体における平板と
波板の表面に、多孔質担体層を付着形成する。該多孔質
担体層は、触媒成分を担持させるための層であり、主と
してアルミナ、シリカ、ジルコニア等のセラミックス粉
末の多孔質焼成体によって構成される。また、ハニカム
構造体の断面通路は六角形、四角形、三角形など任意で
ある。

〔作用及び効果〕

本発明においては、上記ハニカム構造体を外筒に挿入し
た後、ハニカム構造体の空隙にアルミニウム拡散剤を充
填し、非酸化雰囲気中で高温に加熱する。

そのため、上記アルミニウム拡散剤中のＡ２がハニカム
構造体を構成する平板及び波板の表面に拡散浸透し、そ
の表面にＡｆｆｉの拡散浸透層を形成する。また、この
拡散浸透はハニカム構造体における平板と波板の接触面
にも及び２画板を八〇の拡散浸透層によって強固に接合
する。例えば、８５０”Ｃ，１０時間の上記処理によっ
て、長さ方向の中心断面における全接点中の接合点の割
合が８２％に達する。また、８００°Ｃ２１０時間の処
理でも上記割合が７３％となり、非常に強固な接合とな
る。また、このことば外筒の表面、外筒とハニカム構造
体との接触面についても同様である。

そして、上記ＡＩｌの拡散浸透層は３強い耐酸化性、耐
食性を有する。この耐酸化性、耐食性は浸透させるＡＩ
！、量によって定まり、そのコントロールは粉末中のＡ
２量と拡散浸透処理温度１時間により行われる。Ａｌｌ
としては、１〜２５原子％の間自由に選択できる。また
、このＡｌ拡散浸透層による上記接合は、その強度が高
い。

それ故、該金属ハニカム担体は、内燃機関のｔＪＦ気ガ
ス等酸素を含む高温ガスに対する耐酸化性及び耐食性に
優れている。

また、該金属ハニカム担体は前記のごとく室温と高温（
６００〜１０５０’Ｃ）との間の高い温度差間に、繰り
返し露らされても、ハニカム構造体自体の平板と波板と
の間、またハニカム構造体と外筒の間の接触部が剥離を
生じるということもない。即ち、高温耐久性に優れてい
る。

また１本発明により得られる金属ハニカム担体は、上記
のごとく耐酸化性等に優れているため。

平板、波板、外筒の材料としてＡＩ！、含有量が少ない
、またはＡｌ含有なしの材料を用いることができる。そ
のため、かかる材料における薄板までの圧延と薄板から
波板への加工の場合の加工性が良（、前記従来の２０Ｃ
ｒ−６ＡｆｆｉｌＱの場合に比して歩留りが向上する。

それ故、コスト低下を図ることができる。また。

上記材料の選択が巾広く行えるため、外筒として５Ｏ５
４３０など加工性の良い材料を用いることもできる。

（実施例〕 第１実施例 本例にかかる金属ハニカム担体の製造法につき。

第１図〜第５図を用いて説明する。

即ち、第１図に示すとと（、平板２及び波板３の金属材
を準備しくＡ工程）９両板を重ね巻きしてハニカム構造
体ｌとなしくＢ工程）、更に該ハニカム構造体１を外筒
４内に挿入して中間体４５となした（Ｃ工程）０次いで
、該中間体４５をその外周より絞り（Ｄ工程）、更に該
中間体４５・のハニカム構造体ｌの空隙内にアルミニウ
ム拡散剤７を充填しくＥ工程）、然る後これを非酸化雰
囲気中で加熱して（Ｆ工程）、第２図に示すごとき金属
ハニカム担体１０を作製した。

即ち、Ａ工程においては、素材として、冷間圧延により
成形したフェライト系ステンレス鋼Ｆｅ−２０Ｃｒ−３
Ａｊ！　（厚み０．０４ｅｓ、幅１３０ｍ）の薄板を準
備した。そして該薄板をコルゲートロールにより２．４
５園ピツチ、１．２ｍｍ高さのコルゲート状に成形し、
波板とした０次いで。

Ｂ工程において１両板を重ね巻きし、ロール状のハエカ
ム構造体１を製造した（第３図）。

次に、Ｃ工程においては、まず上記平板と同材質のパイ
プ状の外筒４を準備した。そして、この外筒４内に前記
Ｂ工程で得たハニカム構造体ｌを挿入し、中間体４５と
した。ここに、外筒４の内径は、約７１ｍ＋ｓ、肉厚は
約１．５ｍ、外径７４−であった、また、ハニカム構造
体１はその外径が約７０−であった。

次に、Ｄ工程においては、ハニカム構造体及びハニカム
構造体と外筒との接触をより確実にするため、ローラダ
イス５を用いて、該中間体４５をその直径方向に絞った
。該ローラダイス５は、同図に示すごとく、弧状部５１
１，５２１をそれぞれ有する一対のローラ５１，５２か
らなる。そして１両弧状部５１１，５２１によって囲ま
れる成形空間に中間体４５を入れ、これを絞る０本例に
おいては、外筒の直径１４ｍを直径７３■まで絞った。

次に、Ｅ工程においては、まずＤ工程で絞った中間体を
脱脂液中に浸漬し、水洗乾燥し１次いでハニカム構造体
１の空隙３０内にアルミニウム拡散剤７を充填した。該
アルミニウム拡散剤７としては、Ａｌ粉末１２重量％と
残部Ａｌ１ｚＯｓ粉末からなる混合粉末で、その粒径は
５０〜１５０μｍであった。また、上記充填に際しては
、拡散活性剤としてのＮＨ４Ｃｊ！粉末をアルミニウム
拡散剤７に対して０．５重量％混合した。

次に、Ｆ工程においては、アルミニウム拡散剤を充填し
た中間体４５を加熱炉６内に入れ、該中間体を上記アル
ミニウム拡散剤粉末の中に埋め込んだ状態で、アルゴン
ガス雰囲気中、８ｏＯ℃で１０時間加熱し、Ａｎ！を敗
浸透層を形成させ、金属ハエカム担体を作製した。

上記により得られた金属ハニカム担体１０は。

第２図、第４図、第５図に示すごとく、ハニカム構造体
ｌの平板２と波板３の接触部２１．及びハエカム構造体
ｌの外周と外筒４との接触部４１が。

共にＡｌの拡散浸透により接合され１強固に結合してい
た。第４図はこの接触部２１．４１の接合状態を拡大し
て示すものである。なお、第４図の符号２０は平板２の
最外周先端部、３１は波板３と外筒４との接触部である
。該接触部３１も前記接触部２１と同様の接合状態にあ
る。また５第５図はハニカム構造体中の平板２と波板２
の表面部に形成されたＡｌ拡散浸透層７１（斜線部分）
を示している。

上記Ａｌ拡散浸透処理を行った金属ハニカム担体におい
ては５ハニ力ム構造体の成分はＡｌ量が増加してＦｅ−
１８Ｃｒ−１２Ａｆｆｉとなり、外筒は表面より０．１
５ｍｍまでＡｌが浸透してＡ１合金層を形成していた。

また、ハニカムの板厚は０゜０４から０．０５ａｗと厚
くなり、最表面には純Ａ１層がところどころ３〜１０ｕ
ｍ固着していた。

なお、この純Ａ２層を除くために、−度１０００゛Ｃ×
５時間の高温酸化処理でＡ２を酸化させて落とした。こ
れにより、板厚のバラツキもなくなり。

耐食性の優れた合金面が現れる。以下、これを。

本発明の金属ハニカム担体という。

次に、室温と高温との繰り返し変化試験、つまり高温耐
久性試験、及び高温酸化雰囲気で酸化腐食試験を行った
。

なお、比較のため、上記ＡＩ！、拡散浸透処理は行わず
、他は上記本発明の金属ハニカム担体と同様にして比較
金属ハニカム担体を作製し、同様の試験を行った。なお
、ハニカム構造体内及びハニカム構造体と外筒との接合
には、二、ケル系ロウ材を用いた。

この高温耐久性試験は、金属ハニカム担体を炉内に入れ
、大気中で室温と１０００°Ｃとの間を７分毎に昇温、
降温させることにより行った（１サイクル１４分）。

その結果、比較金属ハニカム担体は約８００回の昇降温
繰り返し時点において、平板と波板との接触部及びハニ
カム構造体と外筒との間の各接合部に剥離が見られた。

しかし１本発明の金属ハニカム担体は２０ＱＯ回の昇降
温繰り返しにおいても何の損傷も見られなかった。

また、上記本発明の金属ハニカム担体を、大気中１１０
０°Ｃで１５００時間放置したが酸化腐食は認められな
かった。これに対して、前記比較担体は約６００時間で
酸化腐食が認められた。

第２実施例 本例においては、平板、波板、外筒の材質として、Ｆｅ
−２３Ｃｒ鋼を用いた。そして、第１実施例と同様の条
件で、波板の作製、ハニカム構造体の作製、アルミニウ
ム拡散剤の充填、ｖｊ、す５高温加熱等を行い金属ハニ
カム担体を得た。

得られた上記担体について、第１実施例と同様に、高温
耐久性試験、耐酸化性試験を行った。その結果９本例に
おける金属ハニカム担体は、室温と１０００°Ｃとの繰
り返し高温耐久性試験においては、昇降温繰返し２００
０回においても何の損傷も見られなかった。また、大気
中１１００’ｃ。

１５００時間の放置においても、酸化腐食が見られなか
った。

第３実施例 Ａｌ拡散浸透処理における拡散温度と拡散時間の組合せ
を種々に変えて、ハニカム構造体部分の接合率、及び拡
散浸透層のＡＰ含有量を測定した。

その他の条件は、第１実施例と同じである。測定結果を
第１表及び第２表に示す。

上記の接合率とは、ハニカム構造体の長さ方向の中心断
面における。「全接点数即ち波板と平板との接触点数Ｐ
」に対する。上記浸透処理によって実際に接合している
「接合点数Ｑ」の割合、即ちｔＱＯｘＱ／Ｐ（％）をい
う。

第１表より知られるごと（、拡散浸透処理温度は、７０
０〜１００″Ｃにおいて行うことが好ましい、特に、５
０％以上の接合率を得るには、最低でも７００　’Ｃで
１時間行うことが好ましい。そして、温度９時間を増す
ことによって、接合率は。

−層間上することが分る。

また、第２表より知られるごとく、Ａ２の拡散浸透によ
りハニカム構造体中のＡＮ含有量を５％以上とするには
、最低でも７００°Ｃで１時間の処理を行うことが好ま
しい、そして、温度及び時間を増すことによって、ＡＮ
含有量を増加させることができ、耐酸化、耐食性に一層
優れた金属ハニカム担体を得ることができることが分る
。

面図である。

１１．。

２０．。

３１．。

４６．。

５０．。

６０．。

７０．。

７１、、。

ハニカム構造体。

平板、　　　２１，４１．、、を妾触部波板、　　　３
０．、、空隙。

外筒。

ローラダイス。

加熱炉。

アルミニウム拡散剤。

Ａ　Ｉ　ＦＪＩＡ敗浸透層 出 代 願人 愛知 埋入

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　金属ハニカム構造体とその外周に配設した外筒とより
   なる金属ハニカム担体を製造するに当り、金属の平板と
   波板とを交互に積層してハニカム構造体を作製し、該ハ
   ニカム構造体をパイプ状の外筒に挿入し、その後ハニカ
   ム構造体の空隙内にアルミニウム拡散剤を充填し、然る
   後非酸化雰囲気中で高温に加熱してアルミニウムを拡散
   浸透させることを特徴とする金属ハニカム担体の製造方
   法。