KR20190085420A - Method for manufacturing metallic structure using aluminium metal powder and metallic catalyst module using same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for manufacturing a metal structure including an aluminum metal powder and a metal catalyst module using the same. The method for manufacturing the metal structure comprises: a step of preparing a substrate including an iron (Fe); a step of applying an adhesive to at least a part of the substrate; a step of adhering a metal powder to an upper part of the adhesive; and a step of heat-treating the substrate to which the metal powder is adhered to form an uneven structure composed of the metal powder coupled to the substrate.

Description

알루미늄 금속분말을 이용한 금속 구조체의 제조방법 및 이를 이용한 금속 촉매 모듈{METHOD FOR MANUFACTURING METALLIC STRUCTURE USING ALUMINIUM METAL POWDER AND METALLIC CATALYST MODULE USING SAME}Technical Field [0001] The present invention relates to a method of manufacturing a metal structure using an aluminum metal powder and a metal catalyst module using the same,

본 발명은 알루미늄 금속분말을 포함하는 금속 구조체의 제조방법 및 이를 이용한 금속 촉매 모듈에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 스테인레스강(Stainless steel)을 포함하는 기판에 알루미늄 금속분말을 이용하여 요철구조를 형성하고 열처리를 통해 내열특성이 우수한 금속 구조체의 제조방법 및 이를 이용한 금속 촉매 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a metal structure including an aluminum metal powder and a metal catalyst module using the same. More particularly, the present invention relates to a method of manufacturing a metal structure having a concave-convex structure using an aluminum metal powder on a substrate including stainless steel and having excellent heat resistance characteristics through heat treatment, and a metal catalyst module using the same.

금속판, 금속망 등의 금속 구조체의 표면상에 다공성 담체층 및 활성 촉매 성분을 부착하여 금속 촉매 모듈을 제조할 수 있다. 이러한 금속 촉매 모듈은 종래의 세라믹 구조체를 이용하는 허니콤(Honeycomb) 반응기에 비해, 열전도율이 높아서 빠른 온도 응답 특성을 가지고, 두께가 얇은 금속을 사용할 수 있기 때문에 단위 부피당 표면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 금속 촉매 모듈의 압력강하를 줄일 수 있으며, 가공성이 우수하여 제작이 보다 용이하고, 기계적 강도가 높아 내구성이 향상되는 장점이 있다.A metal catalyst module may be prepared by attaching a porous support layer and an active catalyst component on the surface of a metal structure such as a metal plate or a metal mesh. Such a metal catalyst module can increase the surface area per unit volume because it can use a thin metal having a high thermal conductivity and a fast temperature response characteristic as compared with a honeycomb reactor using a conventional ceramic structure. In addition, the pressure drop of the metal catalyst module can be reduced, and the processability is improved, so that it is easier to manufacture, and the durability is improved due to high mechanical strength.

금속 구조체에 다공성 담체층 및 촉매를 피복하여 이를 고온에서 작동하는 촉매 반응기에 적용하는 경우 금속과 다공성 세라믹 담체와는 열팽창 계수 차이가 크기 때문에 다공성 담체층이 쉽게 박리되어 떨어지는 현상이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 금속구조물 표면에 요철을 형성하고 여기에 다공성 담체층을 코팅하는 방법이 연구되고 있다. When a metal structure is coated with a porous support layer and a catalyst and the catalyst is applied to a catalytic reactor operating at a high temperature, a difference in thermal expansion coefficient between the metal and the porous ceramic support is large, so that the porous support layer is easily peeled off. In order to solve such a problem, a method of forming irregularities on the surface of a metal structure and coating a porous carrier layer thereon has been studied.

한편, 금속을 700℃ 이상의 고온에서 사용하기 위해서는 금속 자체가 내열특성을 가져야 한다. 이때, 내열특성이 있는 대표적인 합금이 Fe-Cr-Al 합금이다. Fe-Cr-Al 합금에는 크롬(Cr)이 15~25중량%, 알루미늄(Al)과 실리콘(Si)이 3~8중량% 함유되어 있다. 내열특성 향상을 위해 소량의 이트륨(Y)이나 지르코늄(Zr)이 첨가될 수 있다. Fe-Cr-Al 합금은 고온의 대기 중에서 가열하면 표면에 알루미나(Alumina)층이 형성되어 내열특성을 가지게 된다. 이러한 이유로 고온 촉매 활성판의 원소재로 Fe-Cr-Al 합금이 사용될 수 있다.On the other hand, in order to use a metal at a high temperature of 700 ° C or more, the metal itself must have a heat-resistant property. At this time, a typical alloy having heat resistance characteristics is Fe-Cr-Al alloy. The Fe-Cr-Al alloy contains 15 to 25% by weight of chromium (Cr), and 3 to 8% by weight of aluminum (Al) and silicon (Si). A small amount of yttrium (Y) or zirconium (Zr) may be added to improve the heat resistance. When Fe-Cr-Al alloy is heated in a high-temperature atmosphere, an alumina layer is formed on the surface to have a heat-resistant property. For this reason, a Fe-Cr-Al alloy may be used as a raw material of the high-temperature catalytic active plate.

철(Fe)-크롬(Cr)-알루미늄(Al)계(Fe-Cr-Al) 내열 금속 판재 표면에 Fe-Cr-Al 분말을 뿌리고 이를 소결하여 요철이 있는 Fe-Cr-Al 판재를 만든 후 여기에 다공성 감마 알루미나(γ-Alumina, γ-Al2O3)를 워시 코팅(Wash coating)하여 촉매 활성판을 제조한다. 이렇게 제조된 촉매 활성판은 상온 ~ 700℃에서 열이력 시험을 1000회 반복하여도 다공성 감마 알루미나가 박리되지 않고 내구성을 가질 수 있고 보고되고 있다 (대한민국 특허 제 10-1305451).Fe-Cr-Al powder was sprinkled on the surface of the iron (Fe) -chromium (Cr) -Al alloy (Fe-Cr-Al) here by a porous gamma-alumina (γ-alumina, γ-Al 2 O 3) wash coating (Wash coating) to prepare a catalytically active plate. The catalytically active plate thus produced has been reported to have durability without peeling of the porous gamma alumina even when the thermal history test is repeated 1000 times from room temperature to 700 ° C (Korean Patent No. 10-1305451).

일반적으로 수백 마이크로미터 이하 크기의 분말이 판재 표면에 공급될 경우, 이동 중이나 취급 중에 판재를 기울이게 되면 분말이 판재표면에서 쉽게 떨어지는 문제가 발생한다. 이런 경우 요철이 판재 표면에 균일하게 형성되지 않는 단점이 있다. 또한 직경이 수백 마이크로미터 이하의 선재에 요철을 형성하고자 하는 경우에는, 선재의 단면이 원으로 되어 있어 요철 형성을 위해 뿌린 금속 분말을 선재의 표면에 부착시키는 것은 쉽지 않다고 판단된다. Generally, when a powder having a size of several hundreds of micrometers or less is supplied to the surface of the plate, there arises a problem that the powder easily falls off the plate surface when the plate is tilted during transportation or handling. In this case, unevenness is not uniformly formed on the surface of the plate. In addition, when it is desired to form concavities and convexities on a wire having a diameter of several hundreds of micrometers or less, it is considered that it is not easy to adhere the metal powder sprayed on the surface of the wire for forming the concavo-convex to the surface thereof.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 스테인레스강을 포함하는 기판에 알루미늄 금속 분말을 이용하여 요철구조를 형성하고 열처리를 통해 내열특성이 우수한 금속 구조체를 제조하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a metal structure having an uneven structure by using aluminum metal powder on a substrate including stainless steel, .

또한, 본 발명은 상기 금속 구조체를 포함한 촉매 모듈을 제조하여, 다공성 담체층이 요철 구조에 의해 쉽게 탈리되지 않도록 부착력을 향상시키고, 급격한 열처리 환경에서도 촉매 모듈의 표면이 변화되지 않는 내열특성을 부여하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention provides a catalyst module including the metal structure, which improves the adhesion force so that the porous carrier layer is not easily separated by the concavo-convex structure, and provides the heat resistant property that the surface of the catalyst module does not change even in a rapid heat treatment environment .

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.However, these problems are exemplary and do not limit the scope of the present invention.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 철(Fe)을 포함하는 기판을 준비하는 단계, 상기 기판의 적어도 일부에 접착제를 도포하는 단계, 상기 접착제의 상부에 금속분말을 접착시키는 단계, 및 상기 금속분말이 접착된 기판을 열처리하여 상기 기판에 결합된 금속분말로 이루어진 요철구조를 형성하는 단계를 포함하는, 금속 구조체 제조방법이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: preparing a substrate containing iron (Fe); applying an adhesive to at least a part of the substrate; And heat treating the substrate to which the metal powder is adhered to form a concavo-convex structure composed of the metal powder bonded to the substrate.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 단계는, 상기 금속분말이 접착된 기판을 제1 열처리하여 상기 기판과 상기 금속분말의 계면에 금속간화합물층을 형성하는 단계 및 상기 제1 열처리된 기판을 제2 열처리하여 상기 금속간화합물층을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat treatment step may include a step of performing a first heat treatment on the substrate to which the metal powder is adhered to form an intermetallic compound layer at an interface between the substrate and the metal powder, And a second heat treatment of the substrate to remove the intermetallic compound layer.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 단계는, 상기 기판과 요철구조가 접촉되는 영역에는 공공이 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the annealing may further include forming a hole in a region where the substrate and the concave-convex structure are in contact with each other.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리 단계는, 상기 접착제가 제거되는 단계를 포함할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the heat treatment step may include a step of removing the adhesive.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속분말은, 알루미늄(Al) 분말 또는 알루미늄(Al)-실리콘(Si)합금 분말을 포함 할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the metal powder may include aluminum (Al) powder or aluminum (Al) -silicon (Si) alloy powder.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열처리하는 단계는 가열온도(TH)는 하기의 식(1)을 만족하고, 1분 내지 4시간동안 수행할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, in the first heat treatment step, the heating temperature (T H ) satisfies the following formula (1) and can be performed for 1 minute to 4 hours.

식(1): Tm ≤ TH ≤ 1.3*Tm(1): Tm? T? H ? 1.3 * Tm

(여기서 Tm은 상기 금속 분말의 융점(Melting point), 단위는 절대온도(K))(Where Tm is the melting point of the metal powder and the unit is the absolute temperature K)

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금속간화합물층은 알루미나이드(Aluminide) 또는 실리사이드(Silicide)를 포함할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the intermetallic compound layer may include an aluminide or a silicide.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2 열처리는 900℃ 내지 1200℃에서, 10시간 내지 36시간동안 수행할 수 있다. Also, according to an embodiment of the present invention, the second heat treatment may be performed at 900 ° C to 1200 ° C for 10 hours to 36 hours.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 열처리 및 상기 제2 열처리는 연속적으로 수행될 수 있다. Also, according to an embodiment of the present invention, the first heat treatment and the second heat treatment may be performed continuously.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 열처리는 불활성 가스 또는 환원성 가스 분위기에서 수행할 수 있다.Also, according to an embodiment of the present invention, the heat treatment may be performed in an inert gas or a reducing gas atmosphere.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 철(Fe)를 포함하는 기판, 상기 기판의 적어도 일부 면에 형성된 요철구조를 포함하며, 상기 요철구조는 금속으로 이루어져 있고, 상기 기판과 요철구조가 접촉되는 영역에는 공공이 형성되어 있는, 금속 구조체가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a substrate including iron (Fe), a concavo-convex structure formed on at least a part of a surface of the substrate, And a pore is formed in a region where the concave and convex structure is in contact with the metal structure.

그리고, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 철(Fe)를 포함하는 기판, 상기 기판의 적어도 일부 면에 형성된 요철구조, 상기 요철구조의 상부를 도포하는 촉매층을 포함하며, 상기 요철구조는 금속으로 이루어져 있고, 상기 기판과 요철구조가 접촉되는 영역에는 공공이 형성되어 있는, 금속 촉매 모듈이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a substrate including Fe; a concave-convex structure formed on at least a part of the substrate; and a catalyst layer applying the top of the concave- The concavo-convex structure is made of metal, and a pore is formed in a region where the substrate and the concave-convex structure are in contact with each other.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 촉매층은 다공성 담체층 및 상기 다공성 담체층 내부에 포함된 금속촉매를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the catalyst layer may include a porous carrier layer and a metal catalyst contained in the porous carrier layer.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면 스테인레스강을 포함하는 기판에 알루미늄 금속 분말을 이용하여 요철구조를 형성하고 열처리를 통해 내열특성이 우수한 금속 구조체를 제조할 수 있다.According to one embodiment of the present invention as described above, a metal structure having excellent heat resistance characteristics can be manufactured by forming a concavo-convex structure using aluminum metal powder on a substrate including stainless steel and performing heat treatment.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 금속 구조체를 포함한 촉매 모듈을 제조하여, 다공성 담체층이 요철 구조에 의해 쉽게 탈리되지 않도록 부착력을 향상시키고, 급격한 열처리 환경에서도 촉매 모듈의 표면이 변화되지 않는 내열특성을 부여하는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to manufacture a catalyst module including the metal structure, to improve the adhesion force so that the porous carrier layer can not easily be separated by the concavo-convex structure, and to improve the heat resistance characteristic that the surface of the catalyst module does not change even in a rapid heat treatment environment .

물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 종래의 요철구조가 형성되어 있는 금속 촉매 모듈의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체의 제조방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체의 제조방법을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속구조체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체를 포함하는 금속 촉매 모듈의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실험예에 따른 Al분말이 요철구조를 형성하고 있는 SUS430 금속구조체의 표면 및 단면을 나타내는 SEM사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 감마 알루미나 담체층이 형성된 금속 촉매 모듈의 단면을 나타내는 SEM사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 금속 촉매 모듈의 내열특성 평가를 위한 열이력 시험 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 금속 촉매 모듈의 내열특성 평가 시험 후 표면을 나타내는 사진이다.1 is a schematic view showing a manufacturing method of a metal catalyst module in which a conventional uneven structure is formed.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a metal structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view showing a method of manufacturing a metal structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view of a metal structure according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic view illustrating a cross section of a metal catalyst module including a metal structure according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are SEM photographs showing surface and cross-section of an SUS430 metal structure in which an Al powder according to an experimental example of the present invention forms a concavo-convex structure.
8 is a SEM photograph showing a cross section of a metal catalyst module having a gamma alumina support layer according to an experimental example of the present invention.
9 is a graph of a thermal history test for evaluating the heat resistance characteristics of a metal catalyst module according to an experimental example of the present invention.
10 is a photograph showing the surface of the metal catalyst module after the heat resistance evaluation test according to an experimental example of the present invention.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이 및 면적, 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views, and length and area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.

요철구조가 형성된 금속 구조체의 제조방법METHOD FOR MANUFACTURING METAL STRUCTURES CONSTRUCTED

도 1 내지 도 3을 참조하여, 요철구조가 형성된 금속 구조체의 제조방법에 대하여 설명한다.1 to 3, a method of manufacturing a metal structure having a concave-convex structure will be described.

도 1은 종래의 요철구조가 형성되어 있는 금속 촉매 모듈의 제조방법을 나타내는 개략도이다.1 is a schematic view showing a manufacturing method of a metal catalyst module in which a conventional uneven structure is formed.

도 1을 참조하면, 종래의 요철구조가 형성되어 있는 금속 촉매 모듈의 경우, 내열성이 우수한 철(Fe)-알루미늄(Al)-크롬(Cr)계 금속 기판상에, 금속 분말을 접촉시킨 후, 열처리하여 요철구조가 형성된 금속 구조체를 제조하였다. 그러나, 금속 분말을 금속 기판의 상부에 접촉시키는 단계에서, 금속 기판의 상부에 금속 분말이 균일하게 분산되기 어렵고, 금속 분말이 잘 접촉되지 않아 열처리 전 취급이 용이하지 않았다. 또한, 내열성이 우수한 Fe-Al-Cr계 금속 기판이 매우 고가여서, 종래의 제조방법은 효과적이지 못한 문제점이 있었다.1, in the case of a metal catalyst module having a conventional concavo-convex structure, a metal powder is brought into contact with an iron (Fe) -aluminum (Al) -chromium (Cr) Followed by heat treatment to produce a metal structure having a concavo-convex structure. However, in the step of bringing the metal powder into contact with the upper portion of the metal substrate, the metal powder is not uniformly dispersed in the upper portion of the metal substrate, and the metal powder is not in contact with the metal powder. In addition, since the Fe-Al-Cr based metal substrate having excellent heat resistance is very expensive, there is a problem that the conventional manufacturing method is not effective.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체(1)의 제조방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체(1)의 제조방법을 나타내는 개략도이다.FIG. 2 is a flowchart showing a method of manufacturing a metal structure 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a schematic view showing a method of manufacturing the metal structure 1 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속 구조체(1) 제조방법은, 철(Fe)을 포함하는 기판(10)을 준비하는 단계(S10), 기판(10)의 적어도 일부에 접착제(32)를 도포하는 단계(S20), 접착제(32)의 상부에 금속분말(31)을 접착시키는 단계(S30), 금속분말(31)이 접착된 기판(10)을 열처리하여 기판(10)에 결합된 금속분말(31)로 이루어진 요철구조(30)를 형성하는 단계(S40)를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a metal structure 1 comprises the steps of preparing a substrate 10 containing iron (S10), attaching an adhesive 32 to at least a part of the substrate 10 A step S30 of bonding the metal powder 31 to the upper part of the adhesive 32, a step S30 of heating the substrate 10 to which the metal powder 31 is adhered, And forming the concavoconvex structure 30 made of the powder 31 (S40).

먼저, 철(Fe)을 포함하는 기판(10)을 도가니에 준비할 수 있다. 기판(10)은 금속분말(31)을 부착시키고 열처리 공정을 수행하기 때문에 도가니에서 수평으로 준비 될 수도 있고, 수직으로 준비될 수도 있다. First, a substrate 10 containing iron (Fe) can be prepared in a crucible. The substrate 10 may be prepared horizontally in the crucible or vertically prepared because the metal powder 31 is attached and the heat treatment process is performed.

철을 포함하는 기판(10)은 SUS430 스테인리스강(Stainless steel)일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. SUS430 스테인리스강에는 16 내지 18중량%의 크롬(Cr) 원소가 함유되어 있어 SUS430 기판에 형상의 변화 없이 수 중량%의 알루미늄(Al) 원소를 포함하여 내열성이 있는 Fe-Cr-Al 금속 기판의 제조가 가능하다.The substrate 10 containing iron may be stainless steel SUS430 stainless steel. However, the present invention is not limited thereto. The SUS430 stainless steel contains 16 to 18% by weight of chromium (Cr) elements, and contains a few percent by weight aluminum (Al) element on the SUS430 substrate without changing the shape, Is possible.

다음으로, 기판(10)의 적어도 일부에 접착제(32)를 도포하는 단계(S20)에서, 접착제(32)는 본 발명의 기술분야에서 통상적으로 사용이 가능한 접착제(32)일 수 있다. 접착제(32)는 기판(10)의 상부에 금속분말(31)을 부착시키기에 필요한 정도의 접착도를 가진다. 접착제(32)는 열처리단계에 의해 쉽게 제거될 수 있기 때문에 금속분말(31)의 기판(10)에 임시적으로 접착시키기 위해 소량으로 도포될 수 있다. 도포된 접착제(32)는 기판(10)의 적어도 일부에 코팅막을 형성할 수도 있다.Next, in step S20 of applying the adhesive 32 to at least a part of the substrate 10, the adhesive 32 may be an adhesive 32 that is commonly used in the technical field of the present invention. The adhesive 32 has a degree of adhesion necessary for attaching the metal powder 31 to the upper portion of the substrate 10. The adhesive 32 may be applied in small amounts to temporarily adhere to the substrate 10 of the metal powder 31 because it can be easily removed by the heat treatment step. The applied adhesive 32 may form a coating film on at least a part of the substrate 10.

접착제(32)는 기판(10)의 상부에 균일하게 도포될 수 있고, 기판(10)의 상부 및 하부 양면에 도포될 수도 있다. 금속구조체(1)의 용도에 따라 필요한 만큼 기판(10)에 요철구조(30)가 형성되는 영역을 선택하여 접착제(32)를 도포할 수 있다. 바람직하게는, 접착제(32)는 기판(10)의 상부 및 하부 양측면에 균일하게 도포되어 코팅막을 형성할 수 있다.The adhesive 32 may be applied uniformly to the top of the substrate 10 and may be applied to both the top and bottom surfaces of the substrate 10. It is possible to apply the adhesive 32 by selecting a region where the concave-convex structure 30 is formed on the substrate 10 as necessary according to the use of the metal structure 1. Preferably, the adhesive 32 may be uniformly applied to the upper and lower sides of the substrate 10 to form a coating film.

다음으로, 접착제(32)의 상부에 금속분말(31)을 접착시키는 단계(S30)에 대하여 설명한다.Next, a step S30 of adhering the metal powder 31 to the upper portion of the adhesive 32 will be described.

먼저, 일 실시예로 접착제(32)가 도포된 기판(10) 상에 기판(10) 전체를 덮을 수 있을 만큼의 금속분말(31)을 겹겹이 적층되도록 로딩(loading)한 후, 기판(10)을 털어내어 접착제(32)가 도포된 영역의 기판(10)에 직접 접촉하고 있는 금속분말(31)만을 부착시킬 수 있다. 접착제(32)에 의해 금속분말(31)은 기판(10)과 임시적으로 접착되어 기판(10)을 털어내는 과정을 수행하더라도 기판(10)에서 떨어지지 않는다. A metal powder 31 is stacked on a substrate 10 coated with an adhesive 32 so as to cover the entire substrate 10 so that the metal powder 31 is stacked on the substrate 10, Only the metal powder 31 directly contacting the substrate 10 in the region where the adhesive 32 is applied can be adhered. The metal powder 31 is temporarily adhered to the substrate 10 by the adhesive 32 so that the metal powder 31 does not fall off the substrate 10 even if the process of removing the substrate 10 is performed.

다른 일 실시예로는 금속분말(31)이 담겨있는 용기에 접착제(32)가 도포된 기판(10)을 잠기도록 디핑(deeping)하여 금속분말(31)을 기판(10)에 부착시킬 수 있다. 종래의 제조방법인 금속 기판에 금속 분말을 뿌려서 부착시키는 방법의 경우, 금속 분말의 균일한 분포와 접촉 여부에 문제가 있었다. 그러나, 본 발명의 경우, 기판(10)의 적어도 일부에 접착제(32)를 도포하고, 금속분말(31)이 기판(10)을 덮을 만큼 로딩하거나 기판(10)을 금속분말(31)이 담겨있는 용기에 디핑하여 접촉시키기 때문에, 요철구조(30)가 형성되는 기판(10)과 금속분말(31)이 균일하게 분산되고, 접착제(32)에 의해 금속분말(31)의 비교적 강한 결합으로 기판(10)에 부착될 수 있다. 이는, 공정 과정에 있어 취급이 용이한 장점이 있다.In another embodiment, the metal powder 31 may be adhered to the substrate 10 by deepening the substrate 10 coated with the adhesive 32 in a container containing the metal powder 31 . In the case of a method of spraying metal powder onto a metal substrate, which is a conventional manufacturing method, there is a problem in uniform distribution of the metal powder and in contact with the metal powder. However, in the case of the present invention, the adhesive 32 is applied to at least a part of the substrate 10, and the metal powder 31 is loaded to cover the substrate 10 or the substrate 10 is filled with the metal powder 31 The substrate 10 on which the concave and convex structures 30 are formed and the metal powder 31 are uniformly dispersed and the relatively strong bonding of the metal powder 31 by the adhesive 32 causes the substrate (Not shown). This has the advantage of being easy to handle in the process.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속분말(31)은 알루미늄(Al) 분말 또는 알루미늄(Al)-실리콘(Si)합금 분말을 포함할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the metal powder 31 may include aluminum (Al) powder or aluminum (Al) -silicon (Si) alloy powder.

알루미늄(Al)을 포함하는 합금분말을 금속 구조체(1)의 제조에 사용하여, 기판(10)에 요철구조(30)를 형성함과 동시에, 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)을 첨가하여 철(Fe)을 포함하는 기판(10)에 내열특성을 부여할 수 있다.An uneven structure 30 is formed on the substrate 10 by using an alloy powder containing aluminum (Al) in the production of the metal structure 1, and aluminum (Al) or silicon (Si) (Fe) can be imparted to the substrate 10.

한편, 알루미늄-실리콘 합금분말에서, 알루미늄의 함량은 알루미늄-실리콘 합금분말의 크기, 철(Fe)을 포함하는 기판(10)의 두께 등에 따라 조절할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 알루미늄(Al)-실리콘(Si)합금 분말은, 실리콘(Si)이 0.1 중량% 이상, 40 중량% 이하이고, 알루미늄(Al)이 잔부를 구성할 수 있다. 다만, 이에 의해 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니다. 실리콘의 함량이 증가할수록 알루미늄-실리콘 합금의 액상선 온도가 상승하여 열처리 온도가 증가한다.On the other hand, in the aluminum-silicon alloy powder, the content of aluminum can be controlled according to the size of the aluminum-silicon alloy powder, the thickness of the substrate 10 containing iron (Fe), and the like. According to one embodiment, the aluminum (Al) -silicon (Si) alloy powder has a silicon (Si) content of 0.1 wt% or more and 40 wt% or less, and aluminum (Al) may constitute the remainder. However, the embodiments of the present invention are not limited thereto. As the content of silicon increases, the liquidus temperature of the aluminum-silicon alloy rises and the heat treatment temperature increases.

금속분말(31)이 기판(10)에 부착될 때, 금속분말(31)의 크기가 커지면 요철구조(30)가 형성된 금속 구조체(1)의 무게증가도 커질 수 있다. 이때, 기판(10)의 두께 및 증가되는 무게와 금속분말(31)의 알루미늄(Al)-실리콘(Si) 중량비율에 기초하여 요철구조(30)가 형성된 금속 구조체(1)에 포함되는 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)의 함량을 조절할 수 있다. 따라서, 요철구조(30)가 형성된 금속 구조체(1)의 내열특성을 조절하기 위해 금속 분말(31)의 알루미늄 중량비율 또는 알루미늄-실리콘 중량비율과 기판(10)의 두께를 조절할 수 있다.When the metal powder 31 is adhered to the substrate 10, the weight of the metal structure 1 on which the concave-convex structure 30 is formed may increase as the size of the metal powder 31 increases. At this time, based on the thickness and the increased weight of the substrate 10 and the weight ratio of aluminum (Al) to silicon (Si) of the metal powder 31, aluminum (Si) included in the metal structure 1 having the concave- Al) or silicon (Si) can be controlled. Therefore, in order to control the heat resistance characteristics of the metal structure 1 having the concave-convex structure 30 formed therein, the aluminum weight ratio of the metal powder 31 or the aluminum-silicon weight ratio and the thickness of the substrate 10 can be adjusted.

다음으로, 금속분말(31)이 접착된 기판(10)을 열처리하여 기판(10)에 결합된 금속분말(31)로 이루어진 요철구조(30)를 형성하는 단계(S40)에 대하여 설명한다.Next, the step S40 of forming the concave-convex structure 30 made of the metal powder 31 bonded to the substrate 10 by heat-treating the substrate 10 to which the metal powder 31 is adhered will be described.

종래의 기판의 상부에 요철구조를 형성하기 위한 방법으로, Fe-Cr-Al 기판의 상부에 Fe-Cr-Al 분말을 뿌리고 소결하여 요철구조를 형성하였다. 그러나, Fe-Cr-Al 분말을 기판의 상부에 뿌리는 경우 분말이 고정되지 않아 소결전 취급이 곤란한 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 열처리 전 기판(10)에 금속분말(31)을 부착시켜(S30) 소결전 취급이 용이하게 한 뒤 요철구조(30)를 형성한다. 이때, 열처리하는 공정은 금속분말(31)이 부착된 면을 위로 하여 기판(10)을 수평으로 유지한 채로 수행할 수 있고, 기판(10)의 양면에 금속분말(31)이 부착된 경우, 기판(10)을 수직으로 세워서 수행할 수도 있다.As a method for forming a concave-convex structure on the top of a conventional substrate, Fe-Cr-Al powder was sprayed on the Fe-Cr-Al substrate and sintered to form a concave-convex structure. However, when the Fe-Cr-Al powder is sprayed on the upper part of the substrate, there is a problem that powder is not fixed and it is difficult to handle before sintering. In order to solve this problem, the metal powder 31 is attached to the substrate 10 before the heat treatment (S30) to facilitate handling before sintering, and then the concavoconvex structure 30 is formed. In this case, the heat treatment may be performed while the substrate 10 is held horizontally with the surface to which the metal powder 31 is attached. When the metal powder 31 is attached to both surfaces of the substrate 10, The substrate 10 may be vertically erected.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열처리 단계는 금속분말(31)이 접착된 기판(10)을 제1 열처리하여 기판(10)과 금속분말(31)의 계면에 금속간화합물층(20)을 형성하는 단계 및 제1 열처리된 기판(10)을 제2 열처리하여 금속간화합물층(20)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the heat treatment step may include a first heat treatment of the substrate 10 to which the metal powder 31 is adhered to form an intermetallic compound layer 20 at the interface between the substrate 10 and the metal powder 31 And removing the intermetallic compound layer 20 by subjecting the first heat-treated substrate 10 to a second heat treatment.

제1 열처리를 수행할 때, 융점 이상의 온도에서 금속분말(31)은 액상이 되고 기판(10)에 포함된 금속원소와 반응하여 금속간화합물을 형성할 수 있다. 제 1 열처리를 수행하여 반응 후의 금속분말(31)은 대부분 금속간화합물을 포함할 수 있으며, 이와 동시에 금속분말(31)과 기판(10)의 계면에서 금속간화합물층(20)을 형성하게 된다. 금속분말(31)은 주변의 금속간화합물층(20)에 의해 고정되며 요철구조(30)를 형성한다. When performing the first heat treatment, the metal powder 31 becomes a liquid phase at a temperature higher than the melting point and reacts with the metal element contained in the substrate 10 to form an intermetallic compound. The metal powder 31 after the first heat treatment may contain an intermetallic compound and the intermetallic compound layer 20 is formed at the interface between the metal powder 31 and the substrate 10. The metal powder 31 is fixed by the surrounding intermetallic compound layer 20 and forms the concave-convex structure 30.

한편, 제1 열처리하는 단계는 가열온도(TH)는 하기의 식(1)을 만족하고, 1분 내지 4시간동안 수행할 수 있다.On the other hand, in the first heat treatment step, the heating temperature (T H ) satisfies the following formula (1) and can be performed for 1 minute to 4 hours.

식(1): Tm ≤ TH ≤ 1.3*Tm(1): Tm? T? H ? 1.3 * Tm

(여기서 Tm은 상기 금속 분말의 융점(Melting point), 단위는 절대온도(K))(Where Tm is the melting point of the metal powder and the unit is the absolute temperature K)

알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 합금을 포함하는 금속분말(31)의 융점(Tm)은 알루미늄의 함량에 따라 달라질 수 있다. 알루미늄의 함량에 따라 정해지는 금속분말(31)의 융점보다 높은 온도에서 제1 열처리하여 단시간에 금속간화합물을 포함하는 요철구조(30)와 금속간화합물층(20)을 형성할 수 있다. The melting point (Tm) of the metal powder 31 including aluminum or an aluminum-silicon alloy may vary depending on the content of aluminum. The concave-convex structure 30 and the intermetallic compound layer 20 including the intermetallic compound can be formed in a short time by performing the first heat treatment at a temperature higher than the melting point of the metal powder 31 determined according to the content of aluminum.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 열처리 단계는 접착제(32)가 제거되는 단계를 포함할 수 있다.And, according to one embodiment of the present invention, the heat treatment step may include the step of removing the adhesive 32.

접착제(32)는 기판(10)의 상부에 금속분말(31)을 임시적으로 접착시키기 위해 필요한 것으로, 기판(10)의 적어도 일부에 소량 도포된다. 그리고 접착제(32)의 주요 성분은 고분자 물질이므로 통상적으로 금속을 소결하기 위해 수행되는 열처리 온도에서 쉽게 제거될 수 있다. 따라서, 기판(10)을 열처리 단계에서 접착제(32)는 제거될 수 있다.The adhesive 32 is necessary for temporarily adhering the metal powder 31 to the upper portion of the substrate 10 and is applied to at least a part of the substrate 10 in a small amount. And since the main component of the adhesive 32 is a polymer material, it can be easily removed at the heat treatment temperature, which is usually carried out to sinter the metal. Therefore, the adhesive 32 can be removed in the step of heat-treating the substrate 10. [

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 금속간화합물층(20)은 알루미나이드(Aluminide) 또는 실리사이드(Silicide)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 알루미나이드는 Fe-Al 금속간화합물인 Fe3Al, FeAl, FeAl2와 Fe2Al5 등을 포함할 수 있고, 상기 실리사이드는 Fe-Si 금속간화합물인 FeSi, Fe3Si 또는 FeSi2를 포함할 수 있다.Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, the intermetallic compound layer 20 may include an aluminide or a silicide. For example, the aluminide may include Fe 3 Al, FeAl, FeAl 2 and Fe 2 Al 5 , which are Fe-Al intermetallic compounds, and the silicide may include Fe-Si intermetallic compounds FeSi, Fe 3 Si Or FeSi < 2 >.

Fe-Al 이원계 상태도를 보면 안정한 알루미나이드(Aluminide) 화합물이 많음을 알 수 있고, 철을 포함하는 기판(10)의 상부에 부착되어 있는 알루미늄(Al)을 포함하는 금속분말(31)과의 반응으로 형성된 금속간 화합물층(20)은 알루미나이드(Aluminide)층을 포함할 수 있다.The Fe-Al binary phase diagram shows that there are many stable aluminide compounds and the reaction with the metal powder 31 containing aluminum (Al) attached to the upper part of the substrate 10 containing iron The intermetallic compound layer 20 formed of an Aluminum layer may include an Aluminide layer.

알루미나이드 또는 실리사이드를 포함하는 금속간화합물층(20)의 두께는, 바람직하게 100㎛이하일 수 있다. 금속간화합물층(20)의 두께가 100㎛이상일 경우, 열팽창계수가 기판(10)과 다르기 때문에 고온-상온 열이력 시험에서 취성이 큰 금속간화합물층(20)에 균열(Crack)이 발생하고, 작은 조각들이 탈리되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 금속간화합물층(20)의 두께를 100㎛이하로 조절하는 것이 필요하다.The thickness of the intermetallic compound layer 20 including aluminide or silicide can be preferably 100 mu m or less. When the thickness of the intermetallic compound layer 20 is 100 占 퐉 or more, the thermal expansion coefficient is different from that of the substrate 10, so cracks are generated in the intermetallic compound layer 20 having high brittleness in the high- A phenomenon that the pieces are separated may occur. Therefore, it is necessary to adjust the thickness of the intermetallic compound layer 20 to 100 탆 or less.

한편, 본 발명의 다른 일 예로, 제 1 열처리만 수행한 상태의 요철구조(30)가 형성되어 있는 기판(10)상에 다공성 담체층을 형성하여 촉매 모듈로 사용할 수도 있다. 온도 변화가 급격하지 않거나 저온 또는 일정한 온도에서 사용되는 촉매모듈의 경우, 열응력의 발생이 적어 금속간화합물층(20)의 균열이 생기지 않는다. 따라서, 제 1 열처리만 수행하여 금속간화합물층(20)을 제거하지 않고 사용할 수도 있다. 다만 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Meanwhile, in another embodiment of the present invention, a porous carrier layer may be formed on the substrate 10 on which the concavoconvex structure 30 having been subjected to the first heat treatment is formed, and used as a catalyst module. In the case of the catalyst module in which the temperature change is not abruptly changed or is used at a low temperature or at a constant temperature, cracking of the intermetallic compound layer 20 does not occur due to less generation of thermal stress. Therefore, the first intermetallic compound layer 20 may be removed without performing the first heat treatment. However, the present invention is not limited thereto.

다음으로, 제1 열처리된 기판(10)을 제2 열처리하여 금속간화합물층(20)을 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 제1 열처리 단계에서 형성된 금속간화합물층(20)은 취성이 크고, 열팽창계수가 기판(10)과 달라 급격한 환경에서 금속간화합물층(20)에 균열(crack)이 형성되고 기판(10)의 상부에서 탈리되는 현상이 일어날 수 있다. 이는, 금속간화합물층(20)이 형성되어 있는 금속 구조체를 이용하여 촉매 모듈을 제조하였을 때, 급격한 온도가 변하는 환경에서 다공성 담체층의 분리와 더불어 금속간화합물층(20)의 균열로 금속 촉매 모듈의 표면에 형성된 촉매 성분들이 탈리될 수 있음을 의미한다. 따라서, 금속간화합물층(20)의 균열을 방지하기 위해 금속간화합물층(20)이 제거되도록 제1 열처리보다 더 높은 온도에서 수행하는 제2 열처리 단계에서 제거될 수 있다.Next, the first heat-treated substrate 10 may be subjected to a second heat treatment to remove the intermetallic compound layer 20. The intermetallic compound layer 20 formed in the first heat treatment step has a high brittleness and cracks in the intermetallic compound layer 20 in an environment where the thermal expansion coefficient is different from that of the substrate 10, The phenomenon of desorption may occur. This is because when the catalyst module is manufactured using the metal structure having the intermetallic compound layer 20, the porous carrier layer is separated in an environment where the temperature is abruptly changed, Which means that catalyst components formed on the surface can be desorbed. Therefore, it can be removed in the second heat treatment step performed at a higher temperature than the first heat treatment so that the intermetallic compound layer 20 is removed in order to prevent the intermetallic compound layer 20 from cracking.

제1 열처리 단계를 수행하면 금속간화합물을 포함하는 요철구조(30)와 금속간화합물층(20)이 기판(10)에 고정된다. 요철구조(30) 및 금속간화합물층(20) 내에 포함된 알루미늄 또는 실리콘의 농도는 기판(10)에서 보다 높고, 철의 농도는 기판(10)에서 보다 낮다. 따라서, 고온에서 제2 열처리하는 단계를 수행하면 농도구배에 의해 요철구조(30)의 금속간화합물과 금속간화합물층(20) 및 기판(10)의 금속원소들이 상호확산하여 금속간화합물층(20)을 제거할 수 있다. 이때, 금속간화합물을 포함하는 요철구조(30)의 형상은 거의 변화하지 않은 상태로 기판(10)에 요철구조(30)를 형성한다. 제2 열처리하는 단계를 통해 급격한 온도변화 환경에서 균열이 생길 수 있는 금속간화합물층(20)을 제거하고, 기판(10)에 요철구조(30)가 형성된 금속구조체(2)를 제조할 수 있다. 금속구조체(2)는 열팽창 계수 차이에 의한 균열형성을 방지하여 급격한 온도 변화 조건에서 우수한 내열 특성을 가질 수 있다. When the first heat treatment step is performed, the concave-convex structure 30 including the intermetallic compound and the intermetallic compound layer 20 are fixed to the substrate 10. The concentration of aluminum or silicon contained in the concavoconvex structure 30 and intermetallic compound layer 20 is higher in the substrate 10 and the concentration of iron is lower in the substrate 10. [ Therefore, when the step of performing the second heat treatment at a high temperature is performed, the intermetallic compound of the concavo-convex structure 30 and the intermetallic compound layer 20 and the metal elements of the substrate 10 are mutually diffused by the concentration gradient to form the intermetallic compound layer 20, Can be removed. At this time, the concave-convex structure 30 including the intermetallic compound is formed on the substrate 10 in a substantially unchanged shape. The intermetallic compound layer 20 in which cracks may occur in an abrupt temperature change environment is removed through the second heat treatment step and the metal structure 2 having the concave and convex structure 30 formed on the substrate 10 can be manufactured. The metal structure 2 prevents crack formation due to a difference in thermal expansion coefficient and can have excellent heat resistance characteristics under abrupt temperature change conditions.

금속간화합물층(20)을 제거하기 위한 제2 열처리는 금속분말(31)의 크기 및 조성에 따라 열처리 온도와 시간이 달라질 수 있다. 요철구조(30)의 형성에 사용된 금속분말(31)의 크기가 클수록, 열처리 온도가 낮을수록 열처리 시간은 길어진다.The second heat treatment for removing the intermetallic compound layer 20 may vary the heat treatment temperature and time depending on the size and composition of the metal powder 31. The larger the size of the metal powder 31 used for forming the concave-convex structure 30, the longer the heat treatment time becomes, the lower the heat treatment temperature.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 열처리 단계는 900℃ 내지 1200℃에서, 10시간 내지 36시간동안 수행할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면 열처리 단계는 불활성 가스 또는 환원성 가스 분위기에서 수행할 수 있다. 다만, 이에 의해 본 발명의 실시예가 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the second heat treatment step may be performed at 900 ° C to 1200 ° C for 10 hours to 36 hours. Also, according to an embodiment of the present invention, the heat treatment step may be performed in an inert gas or a reducing gas atmosphere. However, the embodiments of the present invention are not limited thereto.

금속분말(31)의 크기 및 조성에 따라, 금속분말(31)을 포함하는 요철구조(30)의 크기가 달라질 수 있다. 또한, 금속분말(31)과 기판(10)의 철이 반응하여 금속간화합물을 포함하는 요철구조(30)와 금속간화합물층(20)을 형성하므로, 금속간화합물층(20)의 두께 및 조성이 달라질 수 있다. 따라서, 제2 열처리 단계는 금속간화합물층(20)을 제거하기 위해 금속간화합물층(20)의 두께 및 조성에 따라 가열 온도 및 가열 시간이 달라질 수 있다. 금속분말(31)의 크기가 커질수록, 금속간화합물층(20)에 포함되어 있는 용질금속이 확산되어 용매금속에 스며들기까지 긴 시간의 가열이 필요할 수 있다. 즉, 금속분말(31)의 입자의 크기가 클수록, 금속간화합물층(20)의 제거를 위한 열처리 시간 및 온도가 증가할 수 있다.Depending on the size and composition of the metal powder 31, the size of the concavo-convex structure 30 including the metal powder 31 may vary. The metal powder 31 reacts with the iron of the substrate 10 to form the concave-convex structure 30 and the intermetallic compound layer 20 including the intermetallic compound, so that the thickness and the composition of the intermetallic compound layer 20 are different . Accordingly, in the second heat treatment step, the heating temperature and the heating time may vary depending on the thickness and the composition of the intermetallic compound layer 20 in order to remove the intermetallic compound layer 20. [ As the size of the metal powder 31 increases, it may be necessary to heat the solute metal contained in the intermetallic compound layer 20 for a long time until it diffuses and permeates into the solvent metal. That is, the larger the particle size of the metal powder 31, the longer the heat treatment time and the temperature for removing the intermetallic compound layer 20 can be.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계는 연속적으로 수행될 수도 있다. 제2 열처리는 금속간화합물층(20)을 제거하기 위해 제1 열처리보다 고온에서 수행된다. 즉, 금속분말(31)이 부착된 기판(10)을 제2 열처리 온도까지 가열하는 동안 금속분말(31)의 융점 이상의 온도에서 제1 열처리를 수행할 수 있다. 이때, 금속간화합물층(20)이 형성되고 연속적으로 제2 열처리를 수행하여 다시 금속간화합물층(20)을 제거하고 기판(10)에 요철구조(30)를 형성할 수 있다. 이러한 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계는 동일한 열처리 장비 내에서 연속적으로 수행할 수 있다. 제1 열처리를 수행하기 위해 가열하여 온도가 상승할 때, 금속분말(31)의 융점 이상에서 제1 열처리가 수행되고, 연속적으로 온도를 상승시켜 제2 열처리를 수행할 수 있다.Meanwhile, according to an embodiment of the present invention, the first heat treatment step and the second heat treatment step may be performed continuously. The second heat treatment is performed at a higher temperature than the first heat treatment to remove the intermetallic compound layer 20. [ That is, the first heat treatment can be performed at a temperature higher than the melting point of the metal powder 31 while the substrate 10 with the metal powder 31 is heated to the second heat treatment temperature. At this time, the intermetallic compound layer 20 is formed and the second heat treatment is continuously performed to remove the intermetallic compound layer 20, and the concave-convex structure 30 can be formed on the substrate 10. The first heat treatment step and the second heat treatment step may be performed continuously in the same heat treatment equipment. When the temperature is increased by heating to perform the first heat treatment, the first heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of the metal powder 31, and the second heat treatment can be performed by continuously raising the temperature.

다른 예로서, 제1 열처리 단계 및 제2 열처리 단계는 시간적 이격을 두고 따로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 열처리 온도에 따라 서로 다른 장비에서 각각 제1 열처리 및 제2 열처리 단계를 수행할 수 있고, 제1 열처리 단계를 수행한 후 요철구조(30)가 형성된 기판(10)은 금속분말(31)이 금속간화합물을 형성하며 고정되어 있어 취급이 용이하기 때문에 이를 냉각시킨 후 다시 제2 열처리를 수행할 수도 있다.As another example, the first heat treatment step and the second heat treatment step may be performed separately at a temporal spacing. For example, the first heat treatment and the second heat treatment can be performed in different equipment according to the heat treatment temperature, and the substrate 10 on which the concave and convex structure 30 is formed after performing the first heat treatment step is formed of the metal powder ( 31) are formed and fixed to form an intermetallic compound and are easy to handle. Therefore, it is also possible to perform the second heat treatment after cooling them.

도 3을 참조하면, 열처리 단계는 기판(10)과 요철구조(30)가 접촉되는 영역에 공공(100)이 형성되는 단계를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the heat treatment step may further include forming a cavity 100 in a region where the substrate 10 and the concave-convex structure 30 are in contact with each other.

열처리 단계에서 기판(10)에 포함되어 있는 금속원소, 예를 들어 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)과 같은 원소와 금속간화합물층(20)에 포함되어 있는 알루미늄(Al) 또는 실리콘(Si)이 상호 확산하게 된다. 기판(10)의 철, 크롬 및 니켈은 금속분말(31) 쪽으로, 알루미늄 또는 실리콘은 기판(10) 쪽으로 이동한다. 이러한 상호 반대 방향으로 확산하는 금속원소들간의 확산계수의 차이가 있으며, 이러한 확산계수의 차이로 인하여 금속분말(31)이 접촉하는 영역의 기판(10)에는 커켄달 효과(Kerkendall effect)에 의한 공공(Void)(100)이 형성된다. 즉, 이는 기판(10) 내에 포함되어 있던 금속의 금속분말(31)로의 외확산(Outward diffusion)이 금속분말(31)에서 기판(10)으로의 내확산(Inward diffusion)에 비해 더 활발하게 일어났음을 의미한다. 이를 통해, 요철구조(30)의 형상이 변하지 않으면서 내열성을 향상시킬 수 있다. 금속분말(31)의 알루미늄 또는 실리콘이 기판(10)으로 확산되어 내열성이 향상될 수 있다. Aluminum (Al) contained in the intermetallic compound layer 20 and an element such as a metal element contained in the substrate 10 such as iron (Fe), chromium (Cr) and nickel (Ni) Silicon (Si) are mutually diffused. The iron, chromium, and nickel of the substrate 10 move toward the metal powder 31, and aluminum or silicon moves toward the substrate 10. Due to the difference in diffusion coefficient between the metal elements diffusing in mutually opposite directions, the substrate 10 in the region where the metal powder 31 is in contact with the substrate 10 is exposed by the Kerkendall effect (Void) 100 are formed. That is to say, the outward diffusion of the metal contained in the substrate 10 into the metal powder 31 becomes more active than the inward diffusion from the metal powder 31 to the substrate 10 It means to be grieved. As a result, the heat resistance can be improved without changing the shape of the concave and convex structure (30). Aluminum or silicon of the metal powder 31 may diffuse into the substrate 10 to improve the heat resistance.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속구조체(1)의 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a metal structure 1 according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체(1)는 철(Fe)를 포함하는 기판(10), 기판(10)의 적어도 일부 면에 형성된 요철구조(30)를 포함하며, 요철구조(30)는 금속으로 이루어져 있고, 기판(10)과 요철구조(30)가 접촉되는 영역에는 공공(100)이 형성될 수 있다.4, a metal structure 1 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10 including iron (Fe), a concave-convex structure 30 formed on at least a part of the surface of the substrate 10, The concave and convex structure 30 is made of metal and the cavity 100 may be formed in a region where the substrate 10 and the concave and convex structure 30 are in contact with each other.

금속간화합물층(20)은 고온의 열처리를 통해 기판(10)에 고용되어 제거되고, 기판(10)에 접착된 금속분말(31)이 요철구조(30)를 형성한다. 경우에 따라 기판(10)의 내부에는 기판(10)을 구성하는 금속원자의 외확산에 따른 공공(100)이 형성될 수 있다. 요철구조(30)를 통해 기판(10)에 코팅될 수 있는 다공성 담체층과의 부착력을 향상시키고, 열팽창 계수 차이에 의한 금속간화합물을 포함하는 요철구조(30)와 금속간화합물층(20)의 균열을 방지하여 금속 구조체(1)의 내열특성을 향상시킬 수 있다. 도 4는 기판(10)의 상부에만 요철구조(30)가 형성되어 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 접착제(32)를 기판(10)의 상부 및 하부에 도포하여 금속분말(31)을 부착시킬 경우, 요철구조(30)는 기판(10)의 양면에 형성될 수도 있다. The intermetallic compound layer 20 is solidly dissolved in the substrate 10 through the heat treatment at a high temperature and the metal powder 31 adhered to the substrate 10 forms the concave-convex structure 30. In some cases, the holes 100 may be formed in the substrate 10 due to out-diffusion of the metal atoms forming the substrate 10. The concave and convex structure 30 and the intermetallic compound layer 20 including the intermetallic compound due to the difference in thermal expansion coefficient can be improved by improving the adhesion with the porous carrier layer that can be coated on the substrate 10 through the concave- The heat resistance of the metal structure 1 can be improved by preventing cracks. FIG. 4 shows a concavo-convex structure 30 formed only on the top of the substrate 10, but the present invention is not limited thereto. The concave and convex structures 30 may be formed on both sides of the substrate 10 when the adhesive 32 is applied to the top and bottom of the substrate 10 to attach the metal powder 31. [

다음으로, 도 5를 참조하여, 금속 촉매 모듈(2)에 대하여 설명한다.Next, the metal catalyst module 2 will be described with reference to Fig.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 구조체(1)를 포함하는 금속 촉매 모듈(2)의 단면을 나타내는 개략도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 촉매 모듈(2)은 철(Fe)를 포함하는 기판(10), 기판(10)의 적어도 일부 면에 형성된 요철구조(30), 요철구조(30)의 상부를 도포하는 촉매층(60)을 포함하며, 요철구조(30)는 금속으로 이루어져 있고, 기판(10)과 요철구조(30)가 접촉되는 영역에는 공공(100)이 형성될 수 있다.5 is a schematic view showing a cross section of a metal catalyst module 2 including a metal structure 1 according to an embodiment of the present invention. The metal catalyst module 2 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 10 including iron (Fe), a concave-convex structure 30 formed on at least a part of the surface of the substrate 10, The concave and convex structure 30 is made of metal and a cavity 100 may be formed in a region where the substrate 10 and the concave and convex structure 30 are in contact with each other.

도 4 및 도 5를 참조하면, 금속 촉매 모듈(2)은 기판(10)에 요철구조(30)가 형성된 금속 구조체(1)를 포함할 수 있다. 금속 촉매 모듈(2)은 금속 구조체(1)의 요철구조(30) 상부에 촉매층(60)이 도포되어 있다. 또한, 촉매층(60)은 다공성 담체층(40) 및 다공성 담체층(40) 내부에 포함된 금속촉매(50)를 포함할 수 있다.4 and 5, the metal catalyst module 2 may include a metal structure 1 having a concave-convex structure 30 formed on a substrate 10. In the metal catalyst module 2, the catalyst layer 60 is coated on the irregular structure 30 of the metal structure 1. The catalyst layer 60 may also include a porous carrier layer 40 and a metal catalyst 50 contained within the porous carrier layer 40.

금속 촉매 모듈(2)을 제조하기 위해, 먼저 금속 구조체(1)의 표면에 다공성 담체층(40)을 코팅하는 공정을 수행한다. 다공성 담체층(40)의 성분으로는 감마 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2), 타이타니아(TiO2), 지올라이트, 세리아(Ce2O3), 마그네시아(MgO), 바나데이트(V2O5), 산화코발트(CoOx), 산화철(FeOx), 산화텅스텐(WO3), 산화몰리브데늄(MoO3), 산화안티몬(SbO2) 및 희토류산화물(Sc, Y, La계 원소 산화물)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.In order to manufacture the metal catalyst module 2, first, a process of coating the porous carrier layer 40 on the surface of the metal structure 1 is performed. The porous carrier layer 40 may be formed of a material such as gamma alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), titania (TiO 2 ), zeolite, ceria (Ce 2 O 3 ), magnesia (MgO) V 2 O 5 , CoO x, FeO x, WO 3 , molybdenum oxide MoO 3 , antimony oxide SbO 2 and rare earth oxides Sc, Oxides), and the like.

다공성 담체층(40)을 코팅하기 위해 다공성 담체 입자를 워시 코팅(wash coating)하는 방법을 사용할 수 있다. 워시 코팅에 사용하는 다공성 담체 성분의 입자 크기, 슬러리 농도 및 용매는 통상적인 공정에 따라 수행될 수 있다. 또한, 다공성 담체층(40)의 코팅 효과를 향상시키기 위해 다공성 담체 슬러리는 계면활성제, 점결제 등 보조제를 포함할 수 있다.To coat the porous carrier layer 40 A method of wash coating the porous carrier particles can be used. The particle size, slurry concentration and solvent of the porous carrier component used in the wash coating can be performed according to conventional processes. In order to improve the coating effect of the porous carrier layer 40, the porous carrier slurry may contain a surfactant, an auxiliary agent such as a binder, and the like.

한편, 다공성 담체층(40)은 요철구조(30)가 형성된 금속 구조체(1) 표면에 코팅막이 형성될 수 있을 정도로 치밀하게 형성될 수 있다. 바람직하게는 금속 구조체(1)의 표면에는 10㎛ 내지 100㎛ 두께 범위의 다공성 담체층(40)이 형성될 수 있다.On the other hand, the porous carrier layer 40 can be densely formed such that a coating film can be formed on the surface of the metal structure 1 on which the concave-convex structure 30 is formed. Preferably, a porous carrier layer 40 having a thickness in the range of 10 탆 to 100 탆 may be formed on the surface of the metal structure 1.

다음으로, 다공성 담체층(40)이 형성된 금속 구조체(1)를 가열하여 다공성 담체층(40)에 함유된 수분, 점결제 등의 성분을 제거한다. 이 과정에서 다공성 담체 성분이 부분적으로 소결되면서 금속 구조체(1)의 표면에 접착되며, 다공성 담체층(40)이 균열화 되어 수㎛에서 수백㎛의 간격으로 균열된 구조의 다공성 담체층(40)이 형성된다. 이때 가열온도가 너무 높으면 다공성 담체층(40) 자체에서 소결이 일어나 다공성 담체층(40)의 비표면적을 낮추게 되므로 바람직하게는 900℃이하의 온도에서 가열한다. 또한, 그 온도가 너무 낮으면 수분이나 점결제 등의 첨가제의 제거가 곤란하므로 바람직하게는 150℃이상의 온도에서 가열한다. 상기의 공정을 통해서 금속 구조체(1)의 상부에 형성된 다공성 담체층(40)은 요철구조(30)의 사이에 부착되어 있으므로, 고온의 촉매 사용환경에 노출된 후에도 부착력이 견고하게 유지될 수 있다.Next, the metal structure 1 on which the porous carrier layer 40 is formed is heated to remove components such as moisture and binder contained in the porous carrier layer 40. In this process, the porous carrier component is partially sintered and adhered to the surface of the metal structure 1, and the porous carrier layer 40 is fractured to form a porous carrier layer 40 having a structure of cracked at intervals of several micrometers to several hundreds of micrometers. . At this time, if the heating temperature is too high, sintering occurs in the porous carrier layer 40 itself and the specific surface area of the porous carrier layer 40 is lowered. Therefore, the heating is preferably performed at a temperature of 900 ° C or lower. If the temperature is too low, it is difficult to remove additives such as moisture and binder, and therefore, it is preferably heated at a temperature of 150 캜 or higher. Through the above process, the porous carrier layer 40 formed on the upper portion of the metal structure 1 is attached between the concavo-convex structure 30, so that the adhesion force can be firmly maintained even after exposure to a high temperature catalyst use environment .

다공성 담체층(40)을 형성한 후에는 금속촉매(50)을 담지하는 과정을 수행함으로써 금속 촉매 모듈(2)을 제조한다. 다공성 담체층(40)에 담지되는 촉매활성 성분(50)은 귀금속 또는 전이원소 등 통상적으로 사용되는 금속촉매(50)일 수 있다. 다공성 담체층(40)에 금속촉매(50)을 담지하기 위해 금속촉매(50)이 용해된 용액에 다공성 담체층(40)이 형성된 금속 구조체(2)를 담그어 용액이 다공질 구조 속으로 침투할 수 있고, 금속촉매(50)이 분산된 슬러리 상에 다공성 담체층(40)이 형성된 금속 구조체(1)를 담그어 금속촉매(50)가 다공질 구조 속으로 들어갈 수 있다. 또는 금속촉매(50)이 균일하게 분포된 다공성 담체층(40)을 형성시키고, 이를 요철구조(30)가 형성된 금속 구조체(1)에 코팅하여 금속 촉매 모듈(2)을 제조할 수 있다.After the porous carrier layer 40 is formed, the metal catalyst module 2 is manufactured by carrying the metal catalyst 50 thereon. The catalytically active component 50 supported on the porous carrier layer 40 may be a commonly used metal catalyst 50 such as a noble metal or a transition element. The metal structure 2 in which the porous carrier layer 40 is formed may be immersed in a solution in which the metal catalyst 50 is dissolved to support the metal catalyst 50 on the porous carrier layer 40 so that the solution can permeate into the porous structure The metal catalyst 50 may be introduced into the porous structure by immersing the metal structure 1 on which the porous support layer 40 is formed on the slurry in which the metal catalyst 50 is dispersed. The metal catalyst module 2 may be manufactured by forming the porous carrier layer 40 in which the metal catalyst 50 or the metal catalyst 50 is uniformly distributed and coating the metal carrier 1 on the metal structure 1 on which the concavo-convex structure 30 is formed.

실험예Experimental Example

이하에서는 도 6 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 이해를 돕기 위한 실험예들을 설명한다. 다만, 하기의 실험예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 실시예들이 아래의 실험예들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, experimental examples for understanding the present invention will be described with reference to FIGS. 6 to 10. FIG. It should be understood, however, that the following examples are for the purpose of promoting understanding of the present invention and that the present invention is not limited to the following examples.

1. SUS430 기판과 알루미늄 분말을 이용한 금속 구조체 및 금속 촉매 모듈1. Metal structure and metal catalyst module using SUS430 substrate and aluminum powder

도 6 내지 도 8을 참조하여, SUS430 기판과 알루미늄 분말 이용하여 요철구조가 형성된 금속구조체 및 금속 촉매 모듈에 대하여 설명한다.6 to 8, a metal structure and a metal catalyst module in which a concavo-convex structure is formed using a SUS430 substrate and aluminum powder will be described.

본 실험예에 있어서, 기판은 스테인리스강인 SUS430을 사용한다. SUS430 스테인리스강은 16 내지 18중량%의 크롬(Cr) 원소가 함유되어 있어 SUS430 기판에 형상의 변화 없이 수 중량%의 알루미늄(Al) 원소를 첨가할 경우, 내열성이 있는 Fe-Cr-Al 금속 기판의 제조가 가능하다. 그리고, 금속분말은 알루미늄(Al) 분말을 준비한다. In this experiment, stainless steel SUS430 was used as the substrate. The SUS430 stainless steel contains 16 to 18% by weight of chromium (Cr) elements. When a few percent by weight aluminum (Al) element is added to the SUS430 substrate without changing its shape, the Fe- . ≪ / RTI > The metal powder is prepared from aluminum (Al) powder.

먼저, 두께가 300㎛인 SUS430 기판 상부에 3M 사의 스프레이접착제를 도포하고, 크기가 38㎛~63㎛의 알루미늄 분말을 부착한다. 알루미늄 분말이 부착된 SUS430기판을 아르곤(Ar)분위기, 1,000℃에서 9시간동안 반응시킨다. 알루미늄 분말의 융점은 660℃이므로, 그 이상의 온도인 1,000℃에서 열처리공정을 수행할 경우, SUS430의 철과 알루미늄이 반응하여 알루미나이드층을 형성할 수 있다. 제1 열처리 단계와 제2 열처리 단계를 1,000℃에서 연속적으로 수행하여 알루미나이드층을 제거하고, 알루미늄 분말에 의한 요철구조가 형성된 SUS430 금속구조체를 제조하고 이를 '실험예 1'이라 칭한다. First, a spray adhesive of 3M was applied on an SUS430 substrate having a thickness of 300 mu m, and aluminum powder having a size of 38 mu m to 63 mu m was attached. The SUS430 substrate with aluminum powder was allowed to react in an argon (Ar) atmosphere at 1,000 占 폚 for 9 hours. Since the melting point of the aluminum powder is 660 캜, when the heat treatment is performed at a temperature of 1,000 캜 or higher, iron and aluminum of SUS430 react with each other to form an alumina layer. The first heat treatment step and the second heat treatment step were continuously performed at 1,000 DEG C to remove the alumina layer, and a SUS430 metal structure having a concavo-convex structure formed by aluminum powder was prepared and referred to as 'Experimental Example 1'.

그리고, 상기 실험예 1의 상부에 감마 알루미나 다공성 담체층을 형성한다. 증류수 60g과 감마 알루미나(γ-Al2O3) 40g을 혼합한 후 감마 알루미나의 입경이 50nm 내지 100nm가 될 때까지 습식 분쇄기(Attrition Mill)로 분쇄하여 슬러리를 제조한다. 그리고 실험예 1을 상기 제조된 슬러리에 담근 후 다시 꺼내어 표면에 남아있는 슬러리를 압축공기로 제거한다. 이후, 120℃에서 1시간 동안 건조 시켜 실제로 코팅된 감마 알루미나 담체층의 무게를 측정 한 후, 750℃에서 2시간동안 소성하여 다공성 담체층을 형성한다. 마지막으로 금속 촉매를 감마 알루미나 담체층에 담지하여 금속 촉매 모듈을 제조하고 이를 '실험예 2'라 지칭힌다.Then, a gamma alumina porous carrier layer was formed on the upper part of Experimental Example 1. 60 g of distilled water and 40 g of gamma alumina (? -Al 2 O 3 ) are mixed and pulverized with a wet mill until the particle size of gamma alumina becomes 50 nm to 100 nm to prepare a slurry. Experimental example 1 was immersed in the prepared slurry and then taken out again to remove the slurry remaining on the surface with compressed air. Thereafter, the dried gamma alumina support layer is dried at 120 ° C for 1 hour to measure the weight of the gamma alumina support layer, and then calcined at 750 ° C for 2 hours to form a porous support layer. Finally, a metal catalyst module is prepared by supporting a metal catalyst on a gamma alumina support layer, and this is referred to as 'Experimental Example 2'.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실험예에 따른 Al분말이 요철구조를 형성하고 있는 SUS430 금속구조체의 표면 및 단면을 나타내는 SEM사진이다.6 and 7 are SEM photographs showing surface and cross-section of an SUS430 metal structure in which an Al powder according to an experimental example of the present invention forms a concavo-convex structure.

도 6의 (a)를 참조하면, 실험예 1의 SUS430 금속구조체는 표면에 알루미늄 분말에 의한 요철구조가 형성되어 표면이 거칠어진 상태인 것을 확인할 수 있다. 열처리 공정을 통해 형성되었던 알루미나이드층은 고용화되며 제거되고 요철구조가 기판에 단단하게 고정되어 있는 것을 알 수 있다. 도 6의 (b)를 참조하면, 실험예 1의 알루미늄 분말과 SUS430 기판이 접촉되어 요철구조를 형성한 영역에 공공(100)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 1000℃에서 열처리하는 동안 SUS430 기판에 포함되어 있는 철(Fe), 크롬(Cr) 및 니켈(Ni)이 알루미늄 분말쪽으로 이동하고, 알루미나이드층을 형성하고 있던 알루미늄은 기판쪽으로 이동한다. 이때, 철, 크롬 및 니켈의 이동도가 더 크기 때문에 더 많은 양이 이동하여 외확산을 하게 된다. 즉, 외확산에 의해 기판에는 공공이 형성되고, 알루미나이드층이 제거되면서 알루미늄 분말은 요철구조를 형성하게 된다. Referring to FIG. 6 (a), it can be seen that the SUS430 metal structure of Experimental Example 1 has a roughened surface with a concavo-convex structure formed by aluminum powder on its surface. It can be seen that the aluminide layer formed through the heat treatment process is solidified and removed, and the concavo-convex structure is firmly fixed to the substrate. Referring to FIG. 6 (b), it can be seen that the pores 100 are formed in the area where the concave-convex structure is formed by contacting the aluminum powder of Experimental Example 1 with the SUS430 substrate. During the heat treatment at 1000 占 폚, iron (Fe), chromium (Cr), and nickel (Ni) contained in the SUS430 substrate migrate toward the aluminum powder and aluminum forming the alumina layer moves toward the substrate. At this time, since the mobility of iron, chromium, and nickel is larger, more amount is transferred and out-diffusion occurs. That is, the outward diffusion forms pores in the substrate, and the aluminide layer is removed, so that the aluminum powder forms a concave-convex structure.

알루미늄 분말이 용융되어 SUS430 기판과 반응시의 변화를 관찰하기 위해, 실험예 1의 금속구조체를 800℃에서 아르곤(Ar) 분위기를 유지하며 15분간 열처리한 후 서서히 냉각시킨다. 이때 얻어진 시편의 표면 및 단면을 도 7에 도시하였다. 그리고, 요철영역(30)과 SUS430 기판영역(10) 및 그 계면 영역(I)을 x-선 분광분석(Energy dispersive x-ray analysis)하여 그 결과를 하기의 [표 1]에 도시하였다.In order to observe the change in the reaction of the aluminum powder with the SUS430 substrate, the metal structure of Experimental Example 1 was annealed at 800 DEG C in an argon (Ar) atmosphere for 15 minutes and then slowly cooled. The surface and cross-section of the obtained specimen are shown in Fig. The SUS430 substrate region 10 and the interfacial region I thereof were subjected to x-ray spectroscopy by energy dispersive x-ray analysis. The results are shown in Table 1 below.

도 7의 (a)도, 도 6의 (a)와 같이 금속구조체의 표면에 알루미늄 분말에 의한 요철구조가 형성되어 표면이 거칠어진 상태이다. 도 7의 (b)는 SUS430 금속구조체 표면에 요철구조가 형성된 것을 나타내는 단면이다. 하기의 [표 1]은 도 7의 (b)의 기판, 요철구조와 기판 사이의 계면 및 요철구조에서 각각의 금속원소 함량비율을 나타낸다.7 (a) also shows a state in which the surface of the metal structure is formed with a concavo-convex structure formed of aluminum powder, as shown in Fig. 6 (a). 7 (b) is a cross-sectional view showing that a concave-convex structure is formed on the surface of the SUS 430 metal structure. The following Table 1 shows the ratio of each metal element content in the substrate, the interface between the concavo-convex structure and the substrate, and the concavo-convex structure in FIG. 7 (b).

[표 1][Table 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

도 7의 (b) 및 [표 1]을 참고하면, 기판(10)은 SUS430으로 철(Fe)이 많은 비중을 차지하고 있고 크롬(Cr)이 일정량 포함되어 있다. 계면(I)에서는 알루미늄 금속분말의 알루미늄(Al) 원소가 일부 확산되어 포함되어 있다. 요철구조(30)에서는 알루미늄 금속분말에 SUS430의 철(Fe)이 많이 확산되어 46wt% 를 차지하고 있다. 이를 통해, 본 발명의 금속 구조체가 열처리를 통해 알루미늄 분말의 용융과 동시에 기판의 철, 크롬과 반응하여 알루미나이드를 형성하는 것을 알 수 있다. 또한, 금속원소와 금속분말의 원소가 상호 확산하는 것을 알 수 있다. 이러한 빠른 반응에 의해 알루미늄 분말은 형상을 유지하며 요철구조를 형성한다.7B and Table 1, the substrate 10 is SUS430 and contains a large amount of iron (Fe) and a certain amount of chromium (Cr). At the interface (I), the aluminum (Al) element of the aluminum metal powder partially diffuses and is contained. In the concave-convex structure 30, iron (Fe) of SUS430 is diffused much into aluminum metal powder and occupies 46 wt%. As a result, it can be seen that the metal structure of the present invention reacts with the iron and chromium of the substrate simultaneously with the melting of the aluminum powder through the heat treatment to form the aluminide. Further, it can be seen that the elements of the metal element and the metal powder are mutually diffused. By this rapid reaction, the aluminum powder maintains its shape and forms a concave-convex structure.

도 8은 본 발명의 일 실험예에 따른 감마 알루미나 담체층이 형성된 금속 촉매 모듈의 단면을 나타내는 SEM사진이다. 도 8을 참조하면, 실험예 2의 금속 촉매 모듈은 외확산에 의해 공공이 형성된 SUS430 기판 상에 알루미늄 분말이 요철구조를 형성하고 있으며, 다공성 감마 알루미나 담체층이 워시코팅되어 있는 것을 알 수 있다. 다공성 감마 알루미나 담체층은 요철구조 사이에 치밀하게 코팅되어 고온의 촉매 사용환경에 노출되어도 부착력이 견고하게 유지될 수 있다. 8 is a SEM photograph showing a cross section of a metal catalyst module having a gamma alumina support layer according to an experimental example of the present invention. 8, in the metal catalyst module of Experimental Example 2, the aluminum powder forms a concavo-convex structure on the SUS430 substrate formed with pores by outdiffusion, and the porous gamma alumina carrier layer is wash-coated. The porous gamma alumina support layer is densely coated between the concavo-convex structures, so that the adhesion can be firmly maintained even when exposed to a high-temperature catalyst use environment.

2. 금속 촉매 모듈의 내열특성평가2. Evaluation of heat resistance of metal catalyst module

다음으로, 도 9 및 도 10을 참조하여, 실험예 2의 내열특성평가에 대하여 설명한다.Next, the evaluation of the heat resistance characteristics of Experimental Example 2 will be described with reference to Figs. 9 and 10. Fig.

금속 구조체(1)를 포함하는 금속 촉매 모듈(2)이 고온의 사용 환경에 반복적으로 노출되었을 때 금속 구조체(1)로부터 다공성 담체층(40)이 이탈되는 현상은 열 변형 계수의 차이에 기인한다. The phenomenon that the porous carrier layer 40 is detached from the metal structure 1 when the metal catalyst module 2 including the metal structure 1 is repeatedly exposed to a high temperature use environment is caused by a difference in thermal deformation coefficient .

상기 실험예 2의 내열특성을 평가하기 위해 다음과 같은 시험을 수행하였다.The following tests were conducted to evaluate the heat resistance characteristics of Experimental Example 2.

도 9는 본 발명의 일 실험예에 따른 금속 촉매 모듈의 내열특성 평가를 위한 열이력 시험 그래프이다. 9 is a graph of a thermal history test for evaluating the heat resistance characteristics of a metal catalyst module according to an experimental example of the present invention.

상기 실험예 1의 금속 촉매 모듈 시편을 제조하고, 이를 700℃로 가열되어 있는 로의 중앙부에 위치시키고 6분간 유지하고, 이를 꺼내어 100℃까지 4분동안 냉각시킨다. 열이력 시험을 총 1000회 반복하여, 초기 상태, 400회 반복한 후 및 1000회 반복한 후 실험예 2의 표면 상태를 분석하였다. The metal catalyst module specimen of Experimental Example 1 was prepared, placed in the central portion of the furnace heated to 700 ° C, held for 6 minutes, taken out and cooled to 100 ° C for 4 minutes. The thermal history test was repeated 1000 times in total, and after the initial state, after 400 repetitions and 1000 repetitions, the surface state of Experimental Example 2 was analyzed.

도 10은 본 발명의 일 실험예에 따른 금속 촉매 모듈의 내열특성 평가 시험 후 표면을 나타내는 사진이다. 도 10의 (a) 내지 (c)는 각각 초기상태, 400회 반복 후 및 1000회 반복 후 실험예 2 시료의 표면을 나타낸다. 10 is a photograph showing the surface of the metal catalyst module after the heat resistance evaluation test according to an experimental example of the present invention. 10 (a) to 10 (c) show the surface of the sample of Experimental Example 2 after the initial state, after 400 repetitions, and after 1000 repetitions, respectively.

도 10을 참조하면, 실험예 2의 표면에 있어서 감마 알루미나 다공성 담체층이 탈리되지 않고, 요철구조와 함께 견고하게 부착되어 있는 것을 알 수 있다. 도 10의 (b) 및 (c)는 내열특성 평가 시험을 수행하지 않은 도 10의 (a)와 비교하여 표면에 온도변화에 의한 손상이 거의 없는 것을 알 수 있고, 다공성 담체층의 무게 변화는 매우 적은 것을 알 수 있다. 이는 실험예 2가 급격한 온도 변화 환경에서도 내열특성을 유지하며 표면 변화가 거의 없다는 것을 의미한다.Referring to FIG. 10, it can be seen that the gamma alumina porous carrier layer on the surface of Experimental Example 2 is not removed but adhered firmly together with the concavo-convex structure. 10 (b) and 10 (c) show that there is almost no damage to the surface due to the temperature change as compared with FIG. 10 (a) in which the heat resistance characteristic evaluation test is not performed, and the weight change of the porous carrier layer Very few can be seen. This means that Experimental Example 2 maintains the heat resistance characteristic even in a rapid temperature change environment and has little surface change.

따라서, 본 발명은 금속 구조체(1)를 포함하는 금속 촉매 모듈(2)은 금속 구조체(1)의 표면에 요철구조(30)를 형성하고, 열처리를 통해 금속간 화합물층(20)을 제거함으로써 금속 구조체(1)의 상부에 형성되는 다공성 담체층(40)의 부착력을 향상시키고 및 급격한 온도변화 환경에서도 표면의 변화가 작도록 내열특성을 향상시킬 수 있다. The metal catalyst module 2 including the metal structure 1 can be manufactured by forming the concave-convex structure 30 on the surface of the metal structure 1 and removing the intermetallic compound layer 20 by heat treatment, It is possible to improve the adhesion of the porous carrier layer 40 formed on the upper portion of the structure 1 and to improve the heat resistance characteristic so that the change of the surface is small even in a sudden temperature change environment.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken in conjunction with the present invention. Variations and changes are possible. Such variations and modifications are to be considered as falling within the scope of the invention and the appended claims.

1: 금속 구조체
2: 금속 촉매 모듈
10: 기판
20: 금속간화합물층
30: 요철구조
31: 금속분말
32: 접착제
40: 다공성 담체층
50: 금속촉매
60: 촉매층
100: 공공1: metal structure
2: metal catalyst module
10: substrate
20: intermetallic compound layer
30: concave and convex structure
31: metal powder
32: Adhesive
40: Porous carrier layer
50: metal catalyst
60: catalyst layer
100: Public

Claims (13)

철(Fe)을 포함하는 기판을 준비하는 단계;
상기 기판의 적어도 일부에 접착제를 도포하는 단계;
상기 접착체의 상부에 금속분말을 접착시키는 단계; 및
상기 금속분말이 접착된 기판을 열처리하여 상기 기판에 결합된 금속분말로 이루어진 요철구조를 형성하는 단계;
를 포함하는, 금속 구조체 제조방법.Preparing a substrate comprising iron (Fe);
Applying an adhesive to at least a portion of the substrate;
Bonding the metal powder to the upper portion of the adhesive body; And
Heat treating the substrate to which the metal powder is adhered to form a concavo-convex structure made of metal powder bonded to the substrate;
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 열처리 단계는,
상기 금속분말이 접착된 기판을 제1 열처리하여 상기 기판과 상기 금속분말의 계면에 금속간화합물층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 열처리된 기판을 제2 열처리하여 상기 금속간화합물층을 제거하는 단계;
를 포함하는, 금속 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
The heat treatment step may include:
Forming an intermetallic compound layer at an interface between the substrate and the metal powder by performing a first heat treatment on the substrate to which the metal powder is adhered; And
Removing the intermetallic compound layer by performing a second heat treatment on the first heat-treated substrate;
≪ / RTI > 제1항에 있어서,
상기 열처리 단계는,
상기 기판과 요철구조가 접촉되는 영역에는 공공이 형성되는 단계를 더 포함하는, 금속 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
The heat treatment step may include:
And forming a cavity in a region where the substrate and the concave-convex structure are in contact with each other. 제1항에 있어서,
상기 열처리 단계는,
상기 접착제가 제거되는 단계를 포함하는, 금속 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
The heat treatment step may include:
And removing the adhesive. 제1항에 있어서,
상기 금속분말은, 알루미늄(Al) 분말 또는 알루미늄(Al)-실리콘(Si)합금 분말을 포함하는, 금속 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the metal powder comprises aluminum (Al) powder or aluminum (Al) -silicon (Si) alloy powder. 제2항에 있어서,
상기 제1 열처리는 가열온도(TH)는 하기의 식 (1)을 만족하고, 1분 내지 4시간동안 수행하는, 금속 구조체 제조방법.
식(1): Tm ≤ TH ≤ 1.3*Tm
(여기서 Tm은 상기 금속 분말의 융점(Melting point), 단위는 절대온도(K))3. The method of claim 2,
Wherein the first heat treatment is performed for 1 minute to 4 hours, wherein the heating temperature (T H ) satisfies the following formula (1).
(1): Tm? T? H ? 1.3 * Tm
(Where Tm is the melting point of the metal powder and the unit is the absolute temperature K) 제2항에 있어서,
상기 금속간화합물층은 알루미나이드(Aluminide) 또는 실리사이드(Silicide)를 포함하는, 금속 구조체 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the intermetallic compound layer comprises an aluminide or a silicide. 제2항에 있어서,
상기 제2 열처리는 900℃ 내지 1200℃에서, 10시간 내지 36시간동안 수행하는, 금속 구조체 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the second heat treatment is performed at 900 ° C to 1200 ° C for 10 hours to 36 hours. 제2항에 있어서,
상기 제1 열처리 및 상기 제2 열처리는 연속적으로 수행되는, 금속 구조체 제조방법.3. The method of claim 2,
Wherein the first heat treatment and the second heat treatment are continuously performed. 제1항에 있어서,
상기 열처리는 불활성 가스 또는 환원성 가스 분위기에서 수행하는, 금속 구조체 제조방법.The method according to claim 1,
Wherein the heat treatment is performed in an inert gas or a reducing gas atmosphere. 철(Fe)을 포함하는 기판; 및
상기 기판의 적어도 일부 면에 형성된 요철 구조;를 포함하며,
상기 요철구조는 금속으로 이루어져 있고,
상기 기판과 요철구조가 접촉되는 영역에는 공공이 형성되어 있는,
금속 구조체. A substrate comprising iron (Fe); And
And a concavo-convex structure formed on at least a part of the surface of the substrate,
The concavo-convex structure is made of metal,
Wherein a hole is formed in a region where the substrate and the concavo-convex structure are in contact with each other,
Metal structure. 철(Fe)을 포함하는 기판;
상기 기판의 적어도 일부 면에 형성된 요철 구조; 및
상기 요철구조의 상부를 도포하는 촉매층;을 포함하며,
상기 요철구조는 금속으로 이루어져 있고,
상기 기판과 요철구조가 접촉되는 영역에는 공공이 형성되어 있는,
금속 촉매 모듈.A substrate comprising iron (Fe);
A concavo-convex structure formed on at least a part of the surface of the substrate; And
And a catalyst layer for applying an upper portion of the concavo-convex structure,
The concavo-convex structure is made of metal,
Wherein a hole is formed in a region where the substrate and the concavo-convex structure are in contact with each other,
Metal catalyst module. 제12항에 있어서,
상기 촉매층은 다공성 담체층; 및
상기 다공성 담체층 내부에 포함된 금속 촉매;
를 포함하는, 금속 촉매 모듈.
13. The method of claim 12,
Wherein the catalyst layer comprises a porous carrier layer; And
A metal catalyst contained in the porous carrier layer;
And a metal catalyst layer.
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