JPS6295142A - 触媒担体用金属箔の表面処理方法 - 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） この発明は排気ガス浄化用触媒に用いられる金属担体の
表面構造の改善に関するもので、詳しくは金属箔の波板
、平板の巻き上げ或いは積層により構成される担体にお
いて、触媒金属を実質的に担持するに必要なγ−Ａｌ、
０８を塗着させるいわゆるウォッシュコートとの強固な
密着性を提供しうる金属箔への表面処理法に関するもの
である。

（従来の技術） 排気ガス浄化触媒において、触媒金属を担持させる担体
として、金属素材による単一構造をもつ担体はよく知ら
れている。この上うな担体は・基本的には円筒形構造体
であり、その軸方向に排ガスが流気し得る多数の流路を
有し、その断面はセル状となっている。この流路を形成
するために、一般的に金属箔をコルゲート加工した波板
と、コルゲート加工しない平板とにより一体的に巻き上
げセル構造を形成するか、波板、平板を交互に積層して
セル構造を形成する。この種の構造体は、例えばフェル
ト状金属等による構造体に比べ圧損抵抗が少なく、また
そのバラツキを低減するのに構造的に優利である。上記
した金属箔による担体は、壁厚が薄く、触媒担体として
の実効表面積を向上させうろことからも他の担体構造に
比べて優れている。金属箔は担体加工および触媒物質が
付与された後、高温環境下におかれるため耐熱性の点か
らステンレス鋼が使用される。さらには耐スケール剥離
性の点からフェライト系ステンレス鋼が望ましい。この
種の合金組成の一例としてａｒ１５〜２０重量％、Ａ７
８〜６重量％、Ｃｅおよび／またはＹＯ〜１重量％、残
部Ｆｅの合金が担体用金属として中でも耐スケール剥離
性にすぐれている。一般的に金属箔は圧延、或いはピー
リングによって形成され、これらの合金箔は国内外市場
より入手可能である。

しかしながら合金箔は、それ自体に触媒金属を担持させ
ることは、技術的に困難であり、電着等によれば多量の
例えば第■族貴金属を使用することとなり経済的に不利
となる。従って高価な貴金属を有効に担持させるために
は、高比表面積をもつγ−Ａｔ２０３のコーティング層
を金属箔上に形成させなければならない。このため特開
昭５６−９６７２６号公報には、制御された加熱処理に
より、アルミニウム含有フェライトステンレス鋼合金の
金属箔上にアルミナウィスカーを密生させる方法が開示
されている。即ちウォッシュコートとの密着性を向上さ
せるために金属箔上にかかる表面処理を実施している。

（発明が解決しようとする問題点） 上記処理はウォッシュコートを行う上で極めて有用であ
るが、実車環境下での耐剥離性に未だ問題がある。例え
ば実車耐久によれば、ウォッシュコート層の剥離が多数
認められ、さらに詳細な分析によれば該剥離はアルミナ
ウィスカーと母材間との剥離である。このことはアルミ
ナウィスカーの熱膨張係数（７〜５ｘｘｏ／’ｃ）とス
テンレス鋼の熱膨張係数（１２〜１７Ｘ１０　　、”・
ｃ）との差によるものと推察される。

一方該アルミナウイスカーの形成はアルミニウム含有ス
テンレス鋼が前提であるがとくに圧延法による金属箔で
はアルミナウィスカーの形成が困難であり、格子欠陥を
残存するピーリング材の方が該ウィスカーを密生しやす
い特徴をもつ。従って上記公知法は金属箔の製造に方法
的制御をうけるという問題点がある。

（問題点を解決するための手段） 発明著らはウォッシュコート層がのりやすくかつ耐剥離
性に優れた金属箔を作成すべく表面処理法につき種々研
究の結果、ステンレス鋼より成る金属箔の表面をアルミ
ニウム（Ａ））表面被覆処理し、次いで４７０〜１１０
０℃の大気中加熱処理を行うことにより該表面にＦｅ、
Ａｌを含むＦｅ　−１金属間化合物層が形成され、前記
問題点を解決し得ることを確かめた。

この発明において触媒担体基材として使用する金属箔は
ｈｔの含有の有無にとられれることなく、すべてのステ
ンレス鋼が使用でき、この内フェライト系ステンレス鋼
が好ましい。

この発明の表面処理方法においては、先ず上記金属箔表
面をＡ！表面被覆処理する。この処理には溶融Ａｌメッ
キ法、粉末Ａ！パック法等を用いるとれた 高度な厚みが制御がな】づｌ被覆ステンレス鋼板が得ら
れる。次いでこの鋼板を大気中で４７０〜１１００℃１
好ましくは７００〜１１００℃で加熱処理して基材鋼板
の表面にＦｅ３Ａｌを含むＦｅ−１金属間化合物を形成
せしめる。形成されるＦｅ−Ａｌ金属間化合物は多孔質
塊状で該ｉ剖ぜ嘘生する。

この多孔質塊状のＦｅ　−Ａ！金属化合物は４７０℃で
形成されはじめるが、１１００℃以上では塊状化合物が
望まれた表面状態で得られにくい。加熱時間は被覆され
たＡ７層が基材中のＦｅと反応し断面全域に亘って化合
物化するに要する時間である。

従ってＡＩメッキ厚によって加熱温度と加熱時間が適宜
設定される。−例によると４μｍ厚のメッキではＡ１層
をすべて化合物化するのに４７０℃では２０００時間以
上、１１００℃では数分のオーダである。従って処理に
要する、経済上の観点からは７００℃以上で数分〜数１
Ｑ時間のオーダが好ましい。

Ｆｅ　−１金属間化合物は、加熱温度、加熱時間に°よ
ってその化合物組成は異なる。即ち、Ａｔ　ＩＪノツチ
化合物側からＦｅリッチの化合物側までＦｅＡＩＢ　ｅ
Ｆｅ２Ａｊ、　、　Ｆｅ１２．　ＦｅＡ！　、　Ｆｅ８
Ａｔと変化する。即ち加熱温度、加熱時間が十分な環境
下では素地とＡＩ被覆層との相互拡散により、Ｆｅ、Ａ
ｌがより多く発生する。Ｆｅ８Ａｔは硬さマイクロビッ
カース（ＸＨＶン３００〜５００であり、Ａｌリッチの
化合物ＦｅＡｌ。

の硬さＭＨＶ　７００〜８００より低く、それだけに延
性が高いことになる。このことは加熱処理後に変形加工
する場合極めて重要であることは自明である。この発明
の表面処理法でさらに有用な点は、母材側に近い組成は
ど拡散が容易であり、Ｆｅ３Ａｌとなりやすく、従って
母材側に近い熱膨張係数を示すことである。このことは
従来技術の説明で述べたアルミニウムウィスカーとｈ！
含有フェライトステンレス鋼の熱膨張係数差が実車耐久
においては剥離を生ずる原因であると指摘したが、これ
らのことから、この発明による表面処理層が一層耐剥離
性に優れていることが推察される。即ち発明者らの別実
験によるＦｅ３Ａｌの化学量論組成となる溶製材による
熱膨張係数は１４，６　Ｘ　１０−６／、ｃであり、母
材としてのステンレス鋼の熱膨張係数との差は最大２，
６　Ｘ　１０−６／ｃである。

なお、ステンレス鋼での熱膨張係数は、添加元素の有無
および量により１２〜１７Ｘ１０／’（の範囲をとりう
る。

（作　用） この発明において使用すべきステンレス鋼は、耐熱性の
点から種々の耐熱成分を含有することが好ましいが、公
知例で示したようにアルミニウムウィスカーを形成させ
る必要がないため、積極的に合金成分としてのｌを含有
する必要はない。

Ａｌを含有した場合、被覆層と母材間に酸素の介在する
余地がないため加熱処理によって被覆層、即ちｈｔが母
材中のＢ’ｅと化学反応するのみでＦｅ中のＡｌは酸素
と会合し得ないため表面処理としての加熱条件において
はＡｌ２０８等の発生はみられない。

むしろ母材表面近傍のＡｌは被ｉＡ７と同様にＦｅ−Ａ
ｌ金属間化合物の生成に関与しているものと思われる。

Ｆｅ　−Ａ４金属間化合物における多孔質化現象の詳細
な理由は不明である。ＡｌリッチのＦｅＡｌ３からＦｅ
８１への化合物形態変化の過程で何んらかの動的変化が
ありうることを推論するにすぎない。好ましい多孔質化
をもたらすには７００〜１０００℃の加熱で比較的長時
間、例えば１０分〜２０時間の加熱が条件的に好適であ
る。

（実施例） 以下この発明を実施例により説明する。

実施例Ｉ Ｆｅ　−１８Ｏｒ　−８Ｎｉミオ−ステナイトスステン
レス鋼０．０５關厚圧延材を、溶融１メツキ浴を通し基
礎素材を得た。メッキ厚は片面４μｍとし、従□って素
材の合計厚さは０．０５８　關であった。この素材をア
ルミニウムをアルコール脱脂後、ステンレスメツシュ容
器に入れ熱風炉８００℃Ｘ　１２　Ｈｒの加熱処理を行
った。同試料の５００倍走査型電子顕微鏡写真（倍率５
００倍）を第１図に示す。塊状多孔質体はＥＤＸ分析お
よびｘｉマイクロアナライザー分析よりＦｅ　−）、１
金属間化合物と同定された。

ＸＰＳ分析によると処理表面層はＦｅＡｌ２およびＦｅ
Ａｌが検出され、電子線スパッタにより最表層を除法し
た後、母材に近い化合物層はＦｅ８Ａｔが多量に検出さ
れた。このことから母材最表層ではＦｅ２Ａ１％逐次ｌ
ＦｅＡ１％　Ｆｅ１２の順に化合物層が構成されている
。

次いで上記素材試料を９００℃Ｘ１００Ｒ間再加熱を行
なったが、表面の剥離は何んら認められなかった。なお
、公知例であるアルミナウィスカー処理を行った試料は
、９００℃×１００時間の再加熱処理で第２図かられか
るように面積率約５０チのアルミナウィスカーの剥離が
認められる。

次いで上記試料表面にウォッシュコートを施した。

ベーマイトアルミナ１０重量％懸濁液に１０重ｆｆ１１
７）ＨＮＯヲ添ｉｏシタツル２　ｏ　ｏ　９ニｒ−Ａｌ
２Ｏ３（３５〜４０μｍ）１０ｇを混ぜこみウォッシュ
コート液を得た。このウォッシュコート液に前記表層に
Ｆｅ　−ＡＩ金属間化合物層をもつ金属箔を溶浸させ自
然乾燥後６５０℃で２時間焼成した。更にこの付着した
試料に白金、ロジウムを担持させた後、６００℃で２時
間焼成した。

かかる触媒化処理工程を経た試料を１８００　ｃｃエン
ジン排気系内に懸架し、剥離評価を行った。

評価条件はスロットル４／／４全開負荷ＩＱＱＦＲｊ間
で排気系内温度は９００〜９８０℃である。この結果は
ウォッシュコート層および金属間化合物層の剥離は全く
生じなかった。

実施例２ Ｆｅ１−２０　Ｏｒフェライトステンレス鋼の０．０５
冨冨厚圧延材をＡノ粉末パック法により片面８μのＡ！
被覆層を得た。ピッチ２，５ｕ＋、高さ１朋のコルゲー
ト加工を施こした波板とし、コルゲート加工しない平板
を重ね合せ巻き上げ４７８１ｍの５ＵＳ８１０Ｓ製容器
に強固に圧入した。該容器ごと９００℃×３０分の加熱
処理を行ったのち、容器両端にＮｉ糸ろう材を当て真空
中１１００″Ｃ×１０分の接合処理を行った。以降実施
例１と同様な処理を行った後、１８００ＣＣエンジン塔
載で１０モードエミツシヨン浄化率を測定し、得た結果
を表１に示す。

併せて従来のコーディエライトハニカム担体を使用し、
同様な触媒化処理を行った比較例についても併記する。

尚浄化率は１００時間耐久後の触媒につき出口側排気温
度７５０℃で測定した。この場合のガス組成は次の通り
である。

ＨＧ　　　　　　　１４８０　ｐｐｍ ｃｏ　　　　　　　ａ　ｅ　ｏ　ｐｐｍＮｏ　　　　　
　　５５０　ｐｐｍ Ｃ１０，１４，１チ Ｈ２０１０％ ０、　　　　　　　　　０．９．３　％Ｎ２　　　　　
　　　　　　残　　部 表　　１ 上表より触媒転換効率は、従来法とほぼ同等な値を示す
ことがわかる。表１は１００時間耐久後の触媒転換効率
であり、この発明によるＦｅ　−Ａｌ金属間化合物を表
層に有する表面処理法は耐久性の点で問題はない。

（発明の効果） 以上説明してきたように、この発明の触媒担体用金属箔
の表面処理方法は、ステンレス鋼金属箔の表面を１表面
被覆処理を行った後、４７０〜１１００℃の大気中加熱
処理を行いＦｅ　ｓＡｔを含むＦｅ　−１金属間化合物
層を形成せしめる構成にしたことにより、金属箔表面か
らのウォッシュコート層および金属間化合物層の剥離が
全く生ずることなく、ウォッシュフート層の強固な密着
が達成され、安定して実車に供し得ることからその工業
的価値は極めて高い。

なお実施例で示したＡ！被被覆後加熱処理を行う前に圧
延によりざらに薄帯化が可能であり、また加熱後、Ｆｅ
　−Ａｌ金属間化合物が表面に形成された金属箔は曲げ
加工等も基本的には可能であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１においてＡ１表面被覆処理後、加熱処
理されたステンレス鋼金属箔の嵐子顕＠鏡写真（倍率５
００倍）、 第２図は従来法でアルミナウィスカー処理を行ったステ
ンレス鋼の試料を再加熱処理した後の亀子顕微鏡写真（
倍率５００倍）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、波板、平板等の金属箔より構成され、かつ該金属箔
   上に実質的に触媒金属を担持せしめるウォッシュコート
   層を塗着させた単一構造の触媒担体を製造する際予め該
   金属箔表面を処理する方法において、金属箔としてステ
   ンレス鋼製金属箔を用い、この金属箔の表面をアルミニ
   ウム（Ａｌ）表面被覆処理し、次いで４７０〜１１００
   ℃の大気中加熱処理を行つて該表面にＦｅ＿３Ａｌを含
   むＦｅ−Ａｌ金属間化合物層を形成することを特徴とす
   る触媒担体用金属箔の表面処理方法。