KR930002243B1 - 촉매 담체 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 촉매 담체의 제조방법의 일 예를 나타낸 유통도이고,
제2a 및 2b도는 촉매 담체의 일 구현예의 일부에 관한 투시도 및 확대도이다.
본 발명은 자동차, 공장 등에서 소비되는 연소 폐기 기체를 정제하기 위한 정제 촉매로 사용되는 금속 재료로된 촉매 담체(이하 "금속 촉매 담체"라 한다.)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 촉매 담체의 제조방법에 관한 것이다.
종래, 일본국 특개소 제56-96, 726호에는 알루미나 휘스커가 열처리를 통해 포일의 표면에 형성된 알루미나-함유 페라이트계 스테인레스강으로된 포일을 금속 촉매 담체로 사용하는 방법이 기재되어 있다. 이 방법에 따르면 고온에서 견딜 수 있는 스테인레스강이 사용되고, 알루미나 휘스커가 그 표면에 형성된다. 따라서, γ-Al2O3와 같은 촉매가 워시 코오트(wash coat)로서 촉매 담체에 담지될때, 알루미나 휘스커가 웨지(wedge)로 작용한다. 그러므로, γ-Al2O3와 같은 촉매로된 워시 코오트가 금속 촉매 담체에 견고하게 결합될 수 있다.
그러나, 일본국 특개소 제56-96, 726호에 기재된 촉매 담체중에서, 페라이트계 스테인레스강이 기재로서 알루미늄을 함유하기 때문에 그의 플라스틱 변형성이 극히 낮다. 따라서, 이러한 종류의 스테인레스강의 포일을 얻기 위해 많은 단계가 필요하므로 대량 생산이 곤란하다.
본 발명의 목적은 상기 문제점을 제거하고, 알루미나 박층이 기재에 견고하게 결합될 수 있고, 플라스틱 변형성의 감소가 없는 촉매 담체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 촉매 담체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 촉매 담체에 따라 적어도 실질적으로 알루미늄을 함유하지 않는 스테인레스강으로된 기재의 표면에 제조된 알루미늄-철 화합물층에 알루미나 박층이 형성되고, 촉매 담체는 적어도 한 방향에서 기체 침투력을 갖는 다공성 물체의 형태로 형성된다.
본 발명의 제조방법에 따라 금속 스트립이 적어도 알루미늄을 함유하지 않는 스테인레스강으로부터 제조되고 알루미늄이 금속 스트립의 표면에 도금된다. 다음으로 도금된 금속 스트립이 냉각 롤링되고, 적어도 한 방향에서 기체 침투력을 갖는 파형 다공성 물체가 롤링된 금속 스트립으로부터 제조된다. 계속해서, 파형 다공성 입체를 600 내지 1,000℃에서 10분 이상 열처리하여 도금된 알루미늄을 산화시켜 알루미나 박층을 형성한다.
상기 구성에서, 어떠한 Al도 알루미늄 휘스커를 제조하기 위한 기재에 포함되지 않는다. 대신에 기재의 표면을 알루미늄으로 도금하고, 실질적으로 알루미나 휘스커의 것과 동일한 성능을 갖는 알루미나 박층이 특정 조건하에서 도금된 알루미나층을 열처리하여 형성된다. 따라서, 플라스틱 변형성을 손상시킴이 없이 대량 생산을 증진시킬 수 있다.
더우기, 본 발명에서와 같이 알루미늄으로 효과적으로 도금하는 경우에, 알루미나가 기재에 직접 피복되는 경우와는 달리 도금될 표면의 조대화(coarsening)와 같은 산처리가 불필요하다. 따라서, 제조 단계가 간단화될 수 있다. 비록 알루미늄-철 화합물이 도금된 알루미늄층과 스테인레스강으로된 기재 사이에 형성되지만 알루미늄이 기재에 확산되기 때문에 이러한 화합물은 그의 두께가 40μm 이하일때 도금된 알루미늄층과 기재 사이의 결합력에 하등 영향을 미치지 않는다.
가열 온도가 600℃ 이하이면, 합금을 형성하는데 장시간이 소요되어 충분한 알루미나 박층이 형성되지 못한다. 따라서, 600℃ 이하의 온도는 실용적이지 못하다. 반면에, 가열 온도가 1,000℃ 이상이면, 합금층은 급속 합금화로 인하여 박리된다. 가열시간이 10분 이하이면 알루미나층의 형성이나 합금화는 충분히 효과적이지 못하다. 따라서, 가열 조건은 가열 온도 : 600 내지 1,000℃와 가열 시간 : 10분 이상으로 제한된다.
동일한 것에 대한 약간의 개량, 변형 및 변화는 본 발명의 사상이나 첨부된 특허청구의 범위를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야의 전문가에 의해 실시 가능하다는 이해하에 첨부 도면과 관련하여 본 발명의 하기 기술로부터 본 발명의 상기 및 기타 목적, 특징 및 장점이 이해될 것이다.
본 발명을 더욱 잘 이해하기 위하여 첨부된 도면을 참고로 한다.
제1도는 본 발명에 따른 촉매 담체의 제조방법의 일 예를 설명하는 유통도이고 ; 제2a 및 2b도는 본 발명에 따른 촉매 담체의 일 구현예의 일부의 투시도 및 확대도이다.
본 발명은 이하 더욱 상세히 기술된다.
특정 실시예와 관련하여 후술하는 바와 같이, 도금된 알루미늄층의 두께가 10μm 이상이면, 알루미늄-철 화합물층을 열 팽창의 차이로 인한 영향으로 인하여 용이하게 박리된다. 반면에, 두께가 1μm 이하일때에는 도금된 알루미늄층의 두께를 조절하기가 매우 어렵다. 따라서, 도금된 알루미늄층의 두께는 1 내지 10μm의 범위가 바람직하다.
다음으로 본 발명의 각각의 구성 성분의 특성에 관한 바람직한 구현예를 더욱 상세히 기술한다.
(1) 기재 :
a) 기재의 형상으로서 표 1의 것이 바람직하게 사용된다.
[표 1]
b) 스테인레스강의 조성 범위(단위는 모두 "중량%"이다.)
스테인레스강은 하기 표 2에 나타낸 필수 성분과 첨가 성분으로 구성된다.
[표 2]
스테인레스강중에서, 표 3의 하기 것이 바람직하다.
[표 3]
(2) 다공성 물체의 형상
하기 표 4에 나타낸 바와 같이 바람직한 형상의 기재가 제공된다.
[표 4]
(3) 도금된 알루미늄층
도금된 알루미늄층은 주성분으로서 80중량% 이상의 알루미늄으로 구성되고 후술하는 실시예에서 명백한 바와 같이, 그의 두께는 바람직하기로는 1 내지 10μm의 범위이다.
도금된 알루미늄층은 용융 알루미늄용중에서 용융 침지(hot dipping)와 같은 공지 방법에 의해 형성될 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 촉매 담체의 제조방법을 예를 들어 제1도의 유통도에 따라 약술한다. 제1도의 유통도에서 금속 스트립으로부터 파형 벌집형 촉매 담체가 제조된다. 먼저, 상기 일정한 조성을 갖는 금속 스트립을 알루미늄을 함유하지 않는 스테인레스강으로부터 제조한다. 스트립을 제조하기 위해 롤링과 같은 통상의 공지 방법을 이용할 수 있다. 다음으로 스트립의 표면을 알루미늄으로 일정한 두께로 도금한다. 다음, 도금된 스트립을 롤링하여 금속 포일을 얻는다. 금속 포일을 파형화한다. 이와 같이 파형화 금속 포일과 비-파형화 금속 포일을 차례로 쌓고, 이를 코일화하여 벌집형 기재를 얻는다. 이와 같이 얻은 벌집형 기재를 일정한 조건하에서 가열처리하여 도금된 알루미늄층을 산화시켜 알루미늄 박막을 얻고, 동시에 알루미늄-철 기체침투력을 갖는 촉매 담체를 얻는다.
제2a 및 2b도는 비코일 상태의 본 발명에 따른 촉매 담체의 일부분에 관한 투시도 및 확대도이다.
이러한 촉매 담체는 비파형 판상 금속 포일 A에 파형 포일 A'를 두고 이를 함께 코일화시켜 얻는다. 제2b도에서, 참고번호 1, 2 및 3은 각각 스테인레스강, 알루미늄-철 화합물층 및 알루미늄 박막이다.
이하, 촉매 담체의 실시예를 기술한다.
기재로서 금속 스트립을 제조하기 위하여 일정한 조성을 갖는 스테인레스강을 감압 용융로에 용융시켜 강괴를 얻는다. 수득된 강괴를 반복해서 냉각 롤링 및 풀림(annealing)한 후 고온 롤링하여 두께 약 1㎜의 금속판을 얻는다. 금속판을 용융 알루미늄의 용융 침지에 의해 도금될 100×500㎜ 기재로 절단한다.
기재를 하기 절차에 따라 알루미나로 피복한다. 먼저, 알루미늄을 함유하는 용융 알루미늄욕의 용융 침지를 수행하기 위하여 8중량% Si의 합금을 제조한다. 다음으로, 선처리로서, 금속 기재를 10중량%의 질산과 2중량%의 불소산을 함유하는 혼합산 용액으로 약 10분간 세정한다.
이와 같이 처리된 금속 기재를 상기 제조된 용융 알루미늄욕에 침지시킨 후, 부착되는 알루미늄의 함량을 기체 와이핑으로 조절한다. 용융 침지된 기재를 롤링시켜 도금된 알루미늄의 두께를 더 조절하고, 기재를 100평방 ㎜의 시험 기재로 절단한다. 도금된 알루미늄의 두께를 각 실시예에서 5μm로 조절한다.
그 후, 그와 같이 도금된 알루미늄층을 갖는 금속 기재를 열처리한다. 열처리는 표 5에 표시된 바와 같이 공기중에서 시간을 다양하게 변화시키면서 500 내지 1,100℃의 온도로 금속 기재를 가열하여 수행한다.
특징을 평가하기 위하여, 이와 같이 얻은 각 시험 시료의 부분을 현미경으로 관찰한다. 결과를 표 5에서 볼 수 있다.
[표 5]
열처리 조건은 600 내지 1,000℃에서 10분 이상을 필요로 한다.
상기 실시예중에서 본 발명에 따른 조성 범위를 만족하는 스테인레스강 기재에 관하여 도금된 알루미늄층의 두께를 변화시키면서 시험편을 공기중에서 10분간 900℃에서 열처리하여 제조한다.
이들의 특징을 평가하기 위하여 이와 같이 얻은 시험편을 자동적으로 공기중의 900℃에서 전기로에 넣고 추출하는 장치를 사용하여 가열-냉각 싸이클을 통해 열충격 시험을 수행한다. 이 시험을 900℃에서 15분내지 실온에서 45분간 500회 반복한다. 각 시험편의 표면 상태를 육안으로 관찰한다. 결과는 표 6에서 볼수 있다.
[표 6]
표 6으로부터 도금된 알루미늄층의 두께는 10μm 이하가 바람직하다는 것은 자명하다.
상기 개시로부터 명백한 바와 같이 본 발명의 촉매 담체 및 그의 제조방법에 따라 알루미나 휘스커를 제조하기 위하여 어떠한 알루미늄도 기재에 첨가하지 않는다. 대신에 기재의 표면을 알루미늄으로 도금하고, 도금된 알루미늄층을 열처리로 산화시켜 알루미나 박막을 형성한다. 따라서, 적어도 일정한 한 방향으로 기체 침투력을 갖고 다양한 종류의 폐기 기체의 정제에 유용한 촉매 담체를 플라스틱 변형성없이 간단한 제조단계로 제조할 수 있다.
Claims (10)
- 적어도 알루미늄을 함유하지 않는 스테인레스강으로 된 기재 및 알루미늄-철 화합물층을 통해 기재의 표면에 형성된 알루미나박층으로 구성되고, 적어도 한 방향에서 기체 침투력을 갖는 다공성 몸체로서 형성되어 있음을 특징으로 하는 촉매 담체.
- 제1항에 있어서, 알루미늄-철 화합물 층의 두께가 40μm 이하인 촉매 담체.
- 제1항에 있어서, 스테인레스강이 기본적으로 10∼26중량%의 Cr ; 0∼30중량%의 Ni, 0∼3중량%의Cu, 0∼3중량%의 Be, 0∼1중량%의 Zr, 0∼3중량%의 Y, 0∼3중량%의 Ce, 0∼5중량%의 Si, 0∼10중량%의 Mn, 0∼6중량%의 Mo, 0∼5중량%의 V 및 0∼5중량%의 Co로 구성되는 군에서 선택된 적어도 하나의 성분 ; 및 잔여량의 Fe로 구성되는 촉매 담체.
- 제3항에 있어서, 스테인레스강이 기본적으로 18∼20중량%의 Cr, 2.00중량% 이하의 Mn, 1.00중량% 이하의 Si, 9.0∼13.0중량%의 Ni 및 잔여량의 Fe로 구성되는 스테인레스강, 기본적으로 16∼18중량%의 Cr, 2.00중량% 이하의 Mn, 2.0∼3.0중량%의 Mo, 1.00중량% 이하의 Si, 12.0∼15.0중량%의 Ni 및 잔여량의 Fe로 구성되는 스테인레스강, 기본적으로 17∼19중량%의 Cr, 2.00중량% 이하의 Mn, 1.00중량% 이하의 Si, 9.0∼13.0중량%의 Ni 및 잔여량의 Fe로 구성되는 스테인레스강, 기본적으로 11.0∼13.5중량%의 Cr, 1.0중량% 이하의 Mn, 1.00중량% 이하의 Si 및 잔여량의 Fe로 구성되는 스테인레스강, 기본적으로 13∼18중량%의 Cr 및 잔여량의 Fe로 구성되는 스테인레스강으로 구성된 군에서 선택된 재료인 촉매 담체.
- 제1항에 있어서, 다공성 몸체가 파형화에 의해 형성되는 촉매 담체.
- 제5항에 있어서, 다공성 몸체가 기본적으로 상기 파형화전에 기본적으로 양각형, 천공형 및 세파형으로 구성되는 군에서 선택된 예비 처리에 의해 형성되는 촉매 담체.
- 적어도 알루미늄을 함유하지 않는 스테인레스강으로부터 금속 스트립을 제조하고 ; 금속 스트립의 표면을 알루미늄으로 도금하고 ; 알루미늄-도금 금속 스트립을 롤링하고 ; 롤링된 금속 스트립을 적어도 한 방향에서 기체 침투력을 갖는 파형 다공성 몸체로 전환시키고 ; 600 내지 1,000℃에서 10분 이상 다공성 몸체의 열처리를 거쳐 도금된 알루미늄층을 산화시켜 알루미나 박막을 형성하는 단계로 구성됨을 특징으로 하는 촉매 담체의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 도금된 알루미늄층이 1∼10μm 두께로 형성되는 촉매 담체의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 다공성 몸체가 적어도 한 방향에서 롤링된 금속 스트립을 파형화시키고, 파형화된 스트립을 코일화시켜 형성되는 촉매 담체의 제조방법.
- 제7항에 있어서, 다공성 몸체는 롤링된 금속 스트립을 파형화시키고, 파형화된 금속 스트립을 비-파형화 롤링된 스트립상에 박판시키고, 이와 같이 얻은 박막을 코일화시켜 형성되는 촉매 담체의 제조방법.
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