JPS6344944A - 排気ガス浄化用触媒担体の製造方法 - 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、内燃機関の排気ガス、特に自動車用内燃機関
の排気ガス又は工業排気ガス中の有害成分を浄化するた
めの排気ガス浄化触媒の担体の製造方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

従来、排気ガス中の有害成分、例えば−酸化炭素、炭化
水素及び窒素酸化物を浄化するための触媒が種々提案さ
れている。そしてこれらの触媒担体としては、従来より
アルミナ等のセラミック担体及び金属担体が種々提案さ
れている。

セラぐツク担体は、多孔質体が得やすく１しかも高温安
定性が良好なので、高温排気ガス流に対して触媒成分を
保持（〜、触媒作用をひきだすのに有効であるが、セラ
ミック材料は機械的強度、振動衝撃に弱い。一方、金属
担体は上記のセラミック担体とは逆に機械的強度、振動
衝撃に対して良好であるが、表面部分だけでも多孔体を
得ることが難しく、溶射や粉末冶金などによって多孔表
面が得られても高温で多孔性等が失われ、触媒性能を著
しく低減させやすい。そのため、触媒担体としては金属
とセラミックを複合しｋものが望捷しい。しかしながら
、金属上に拳にセラミック層を形成しても、金属とセラ
ミックは機械的、熱的性質の違いから、はくＭを生じる
という問題がある。

その問題を解消するために、金属基材の表面に、該基材
との密着性が高く高温で安定々粗面を有する中間層を形
成をせ、更に、前記中間層の表面にセラミック材料をプ
ラズマ溶射法によってＱ、００５〜０．２００１ｍの厚
さのセラミック層を形成する方法が特公昭５７−３４ｆ
８号に提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし７ながら、近年、エンジンの高出力化の傾向に対
（−１排気ガス浄化用触媒の効果のより一層の向上が望
呼れており、触媒担体は触媒作用を演するに十分な表面
積を提供することが必要であるが、上記したように金属
基材の表面に形成した中間層に単にプラズマ溶射して得
りＱ、００５〜Ｇ、２００ｍｍの厚さのセラミック層で
は多孔性が不十分であう、表面の凹凸が不十分であると
いう問題を有する。

本発明は」二記問題点を解決する／ζめのもので。

表面に大きな凹凸を有する排気ガス浄化用触媒担体の製
造方法を提供することｆ目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の排気ガス浄化用触媒担体の製造方法け、耐熱金
属からなる基材の表面に、該基材と密ｔｔ性のよい中間
層を形成し、更に、該中間層の表面にプラズマ溶射によ
ってセラミック被覆層を形成させる際に、プラズマ溶射
全基材表面の法線から４５６ないし７０°傾けて行うこ
とを特徴とするものである。

基材の材料としてはフェライト系、オーステナイト系及
びマルテンザイト系などのステンレス鋼、耐熱鋼などが
挙げら肛る。該ステンレス鋼、耐熱鋼は東中の合金元素
の種類、その添加量等によって制限されることはなく１
通常のステンレス鋼、耐熱鋼が使用でへる。基材の形態
及び形状ｔま、基材表面の法線から４５°〜７０°傾け
て溶射するため、平板状であることが好ましいが、平板
に近いものであればメタルラスでもよく、そのような形
状のものが機械的応力、熱応力の緩和の点からは適当で
ある。

中間層とｔ〜では、基材との機械的及び熱的耐はく離性
がセラミックに比較して良好で、セラミックとの接着性
が良好で、耐酸化、耐食性が高しての役割を有すること
が必要である。このような要件を満／ζす中間層として
は、次のものが挙げられる。

（１）　　アルミニウムと基材との化合物層アルミニウ
ム又はアルミニウム合金を基材表面に溶射法等により付
着させ、これを７００〜１２００℃の温度で熱処理し、
該基材の表面に基材とのアルミニウム化合物層全主体と
する粗間層を形成されるものである。

（２）　　高温用自己結合性材料の溶射層高温用自己結
合性材料を基材表面へ溶射することによって中間層を形
成させるものである。機械的、熱的耐はく離性のために
は自己結合性材料が好ましく、更に、耐酸化、耐食性が
高いことから自己結合性材料の中でもＮｉ−Ａｌ系、Ｎ
ｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ　−Ｃｒ−Ａｌ系の自己結合性溶射材
料を用いる。例えばメテコ４３Ｃ％４３Ｃ−ＮＳ、４０
４．４０４−ＮＳ、４４５゜４４３−ＮＳ　（登録商標
）などが挙げられる。

（３）　　自溶合金の半溶融肉盛層 側け〈離性と担体とｊ〜での粗面形成性全両立させるた
めに自溶性合金を半溶融状態に肉盛したもので、制酸化
性５耐食性が要求されるため、合金組成としてはＮｉ　
−Ｃｒ、　Ｎｉ　−Ｃｏ。

Ｎｉ−Ｃｒ−Ｃｏ系が用いられる。これらの自溶合金は
溶射法等によって基材表面に被覆する。

基材に被覆した自溶性合金看・その合金の固液共存温度
範囲ｅ（て加熱することによって半溶融肉盛層が得られ
る。

本発明によって形成するセラミック被覆層の≠・面あら
嘔は、十分な表面積を確保するために、１００μＲＸ以
」−であることが好ましい。なお、溶射角度を調節する
ことＶＣより２０００μＲ，−！！ですることができＺ
）。核層の気孔率は２０ないし７３０チが好丑しい。

セラミック被覆層にはアルミナ、シ１１力、マダネシア
、チタニア、ジルコニア等の酸化物の１種又は２種以上
を配合しにセラミック材料を用いることができる。

〔作　　用〕

本発明は、上記したように、プラズマ溶射によってセラ
きツクス被覆層を形成する際に、プラズマ溶射を基材表
面の法線から４５°ないし７０°傾けて行うため、最初
に溶射層れた溶射粒子に遮へいされ、その陰になった部
分にはセラミックはｔｌとんど溶射されない。したがっ
て、該溶射粒子には更に溶射でれて大きくなって凸部と
なるが、その陰の部分は凹部となり、その結果、セラミ
ック層の表面には大きな凹凸が形成され、気孔率も大き
くなる。

プラズマ溶射の角度は、基材表面の法線から４５°未満
では溶射粒子の遮へい効果が十分でないため、大きな凹
凸ができず、７００を越えると、均一な凹凸を形成する
のが困難となるとともに気孔率が大巻くなり過ぎて、も
ろくな９％はく離しやすくなるため、４５°ないし７０
°とした。

〔実　施　例〕

本発明を一実施例によジ図面′（ｉ７谷照して説明する
。

厚さ０．ｓｍの５ＵＳｓ１ａｓ（ｚｓｃｒ−２ｏＮｘ）
ステンレススチール板を基材とし、該基材ノ両面に６０
番の焼成アルミナを、　５　ｋｇ／ｒｖｔ２の圧力でプ
ラストしに後、１００〜２５０メツシユの８ＯＮｉ　−
２ＯＡ７の自己結合性溶射粉末〔メデコ４５０（登録商
標）〕を５０μの４恣に溶射して中間層を形成しに０こ
の中間層ｉｊ二３０〜４０μの表面凹凸を有し、内部気
孔も多数観察され−ｋ。

１　ｉｔｌ　Ｎ　ｉ基合金は、中間層としてセシミソク
用体のＱまく離防止に有効４ものである。次に、この中
間層の上に１００〜２５０メツシユのアルミナ粉末をプ
ラズマ溶射カンを用いてアルミナからなるセラミック層
を形成しに０溶射は、第１図に示すように、溶射ガン２
を基材１の法線に対して０〜８０°ｔ１′１けて行っ／
、−０溶躬カン２の角度ど形成袋オｊ、ｆセラミック層
の表面あらさＲ２の関係を次の表１に示す。

溶射ガン２を基材１の法線に対して４５°以上傾けると
、セラミック粒子の遮へい現象がでて、表面あらさが大
きくなシ、４５°で１１５μＲ２，５５ｅ′−？ｌ’１
７０μＲ１Ｔｈ　７０°Ｔ　２　ｊ　ＯＩＩ　Ｒ１’１
１’　２Ｆ１　ッ７’ｌ！７　’ｂ”、０〜２００では
５０μＲｚと小さく、８０°では２４５μＲ２と大きか
ったが気孔率も非常に大きくなり、もろくなった。

実施例２ 厚さｌ１５ｍのＳＵＳ　３ｊＯ８（２５Ｃｒ−２ＯＮｉ
　）ステンレススチール板を、長軸幅１０　ｍ、　短軸
幅５１１１刻み幅１．５　、、のメタルラスに加工した
ものを基材とし、実施例１と同様にプラストしたのち、
１００〜２５０メツシユの８ＯＮｉ−２０ｉの自己結合
性溶射粉末〔メテコ４５０（登録商標）〕を実施例１と
同様に５０μの厚さに溶射しに０この溶射層は３０〜４
０μの表面凹凸を有し、内部気孔も多数観察された。次
にこのようにして形成した中間層の上に１００〜２５０
メツシユのアルＺす粉末をプラズマ溶射ガンを用いて溶
射し、アルミナからなるセラミック層を形成した。

溶射は、溶射ガンを、基材の法線から５５°傾けて設置
して、セラミック粒子の遮へい現象がでるようにして行
っに０その結束、＠２図に示すように、表面あらさ２０
０μＲＺ　ｂ気孔率３０チの凹凸の大きな十シミツク層
４が基材１」二の中間層３の」−に形成された。凹凸の
凸部の最高の高さは５５０μであっ斤。

次いで巻き取り機で巻き取って長さ７０龍外径寸法９０
龍の断面ハニカム状の触媒ｔｌ体を得た。

なお、上記巻き取りの際に、セラミック層のはく離はほ
とんどなかっに０ 一ヒ記のようにして得たハニカム状の触媒担体’ｆｆ、
７００℃に保持し＊Ｗ気炉内で均熱するまで保持しに後
、取シ出してエアＶＣ工す５分間で１５０℃まで冷却さ
せるという熱サイクル試験ケ２００回繰シ返したが、ア
ルミナ層のタユく離は３％以干でほとんどなかった。

試験例 ）：＝ｉ己したようにして３４Ｊ　ｆｒハニカム状の触
媒担体に触媒金属を担持して、触媒の性能試験を行った
。なお、比較例として、プラズマ溶射の際。

溶射ガンを基材の法線に対して平行に設置して行っｆｒ
ｌｌかけ、上記実施例と同様にして、第３図に示すよう
に基材１の上に形成した中間層３の上にセラミック層４
′を形成したものを実施例と同様に巻き取ってハニカム
状にした触媒担体を用いた。セラミック層の表面あらさ
は５０μＲｚでありｔｏ 上記実施例及び比較例の触媒担体をジニトロジアンミン
白金（Ｐｔ　（ＮＨ３）ｚ（Ｎ（ｈ）ｚ）溶液に浸漬（
−１乾燥【〜た後、５００℃の温度で３０分間熱処理し
て、白金が担持された触媒を得た。実施例の触媒の白金
担持量は触媒の見掛は表面積（凹凸、内部空孔を含まな
い）あたり工Ｏｙで、比較例の触媒の白金担持量は見掛
は表面積あたり１．２１１であった。実施例は凹凸が大
きいため、実質表面積が大きく、白金担持量が多くなっ
た。

両触媒の担体内における白金の分布を観察したところ、
ともにアルミナを溶射したセラミック層金城と中間層の
アルミ化合物層の表面下約１０μに及んでいた。

次に上記のようにして得た実施例と比較例の触媒を、排
気ガス入口及び排気ガス出口の２ケ所で測温できるよう
になっているステンレス鋼製の容器に充てんして、自動
車の台上エンジンの排気系に取り付け、排気浄化耐久試
験を行った。本実施例において使用したエンジンはトヨ
タＭ型１９８８　ｃｃで燃料はオクタン価９３の無鉛ガ
ソリンを使用した。

５０秒 秒）　　　アイドリンクを５回と、アイドリンク４０秒
１００　ｋｔｎ１時（２０秒）５０秒アイドリングを１
サイクルとし、その繰り返しで合計９００時間試験しに
０途中％１００時間ごとにエンジンケ点検整備１−ｋ。

９００時間試験後に測定した一酸化炭素（ＣＯ）と炭化
水素（ＨＣ）に対する浄化性能結果全表２に〉賀す。

表２ 表２かられかるように、実施例は、比較例と比べて、Ｈ
Ｃに対して初期及び９００時間耐久試験後ともに浄化率
がかなシ優れ、ＣＯに対して初期及び９００時間耐久試
験後ともに優れ。

９００時間耐久試験後の劣化も少なかった。

〔発明の効果〕

本発明は、上記したように、基材に対して傾斜させてプ
ラズマ溶射してセラミック層を形成するため、表面の凹
凸が大きいセラミック層全有する排気ガス浄化用触媒担
体を製造することができ、得られた担体は触媒成分全大
量にしかも強固に担持することができ、触媒性能を向」
ニさせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の溶射ガンと基材の側面図、 第２図は本発明の実施例２の触媒担体の要部断面図。 第３図は比較例の触媒担体の軟部断面図を表わす。 図中、 １・・・基材　　　　　２・・・溶射ガン３・・・中間
層　　　　４・・・セラミック層特許出願人　　トヨタ
自動車株式会社 代理人　弁理士　　萼　　　優　美 （ほか２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 耐熱金属からなる基材の表面に、該基材と密着性のよい
   中間層を形成し、更に、該中間層の表面にプラズマ溶射
   によってセラミック被覆層を形成させる際に、プラズマ
   溶射を基材表面の法線から４５゜ないし７０゜傾けて行
   うことを特徴とする排気ガス浄化用触媒担体の製造方法
   。