(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト系ステンレス基材と、前記フェライト系ステンレス基材を熱処理して表面に形成した金属酸化物系被膜と、前記金属酸化物系被膜の表面に酸化アルミニウム水和物を主成分としたゾルを付着させたのち熱処理して形成したアルミナ系担体と、前記アルミナ系担体に担持させた白金単独または白金とパラジウムからなる触媒とからなり、前記フェライト系ステンレス基材はクロムを１８〜２７ｗｔ％とモリブテンを１〜３ｗｔ％とニッケルを０．１〜０．３ｗｔ％を含有する空気浄化用触媒体。
【請求項２】
アルミナ系担体が銅を１〜３ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体。
【請求項３】
アルミナ系担体がアルミニウムを０．５〜１．５ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体。
【請求項４】
アルミナ系担体が銀を１〜２ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体。
【請求項５】
アルミナ系担体が金を１〜４ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中の炭化水素を酸化する白金触媒をステンレス基材に付着させた空気浄化用触媒体に関するものであり、特に白金触媒を担持させた担体をステンレス基材に強固に付着させた空気浄化用触媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気浄化用触媒体は、白金や二酸化マンガンなどの触媒を使用したものが一般的であり、その構成や接合方法を工夫したものが従来から種々提案されている。その中で最近、特開平８−１５５２６６号公報の提案があり、その構成を図２（従来の空気浄化用触媒体の構成図）に示す。この空気浄化用触媒体は、クロムの２２ｗｔ％とモリブテンの２ｗｔ％を含有するフェライト系ステンレスの基材１と、基材１を熱処理してその表面に形成した金属酸化物系被膜２と、金属酸化物系被膜２の表面に形成したアルミナ系担体３と、アルミナ系担体３に担持させた白金単独または白金とパラジウムからなる触媒４とから構成される。そして、金属酸化物系被膜２とアルミナ系担体３を介して、基材１と触媒４を接合している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の空気浄化用触媒体は、基材および金属酸化物系被膜の材質が密着強度の点でアルミナ系担体と充分に適合していないため、機械的振動が激しい使用環境で長期間使用すると、アルミナ系担体の部分的剥離が起こる課題を有していた。そのため、その使用は機械的振動の少ない環境と制限されていた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するものであり、クロムを１８〜２７ｗｔ％とモリブテンを１〜３ｗｔ％とニッケルを０．１〜０．３ｗｔ％を含有するフェライト系ステンレス基材を使用し、このフェライト系ステンレス基材を熱処理して表面に金属酸化物系被膜を形成し、その金属酸化物系被膜の表面に酸化アルミニウム水和物ゾルを付着させ熱処理してアルミナ系担体を形成し、さらにアルミナ系担体に白金単独または白金とパラジウムからなる触媒を担持させた空気浄化用触媒体とした。
【０００５】
上記発明によれば、酸化アルミニウム水和物ゾルの熱処理で形成されるアルミナ系担体が、ステンレス基材の熱処理で形成された金属酸化物系被膜に強固に投錨するように、フェライト系ステンレス基材のクロム量とモリブテン量とニッケル量を最適化したため、両者の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を減少させることができる。
【０００６】
この効果を詳細に説明する。フェライト系ステンレス基材を熱処理すると、含有されるクロムは酸化クロムに変化し、ステンレス表面に密着性に優れた酸化クロムの緻密な被膜が形成される。そのため、クロム量が多いほど密着性に優れた被膜が形成される訳であるが、逆にステンレス基材が脆くなる問題が生じる。そこで本発明は、クロム量の最適化で脆くなく、しかも密着性に優れた金属酸化物系被膜が得られるようにした。
【０００７】
一方、モリブテンとニッケルをさらに含有させたフェライト系ステンレス基材を熱処理すると、モリブテンは酸化モリブテンに、ニッケルは酸化ニッケルに変化し、ステンレス表面にこれら金属酸化物の被膜が形成される。モリブテンやニッケルは、熱処理をすると表面に形成した酸化物系被膜は多孔質な被膜となる性質がある。そのため、これら金属を多く含有するほど熱処理の表面は多孔質な被膜となるが、逆にアルミナ系担体の密着性が低下する問題が生じる。そこで本発明は、フェライト系ステンレス基材に混合するモリブテンやニッケルの量の最適化で、多孔質でしかも密着性に優れた金属酸化物系被膜が得られるようにした。金属酸化物系被膜が多孔質でしかも密着性に優れていると、酸化アルミニウム水和物ゾルの熱処理で形成するアルミナ系担体は、この金属酸化物系被膜に投錨しやすくなり、その結果として両者の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を減少させることができる訳である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の発明は、フェライト系ステンレス基材と、前記フェライト系ステンレス基材を熱処理して表面に形成した金属酸化物系被膜と、前記金属酸化物系被膜の表面に酸化アルミニウム水和物を主成分としたゾルを付着させたのち熱処理をして形成したアルミナ系担体と、前記アルミナ系担体に担持させた白金単独または白金とパラジウムの触媒からなり、前記フェライト系ステンレス基材がクロムを１８〜２７ｗｔ％と、モリブテンを１〜３ｗｔ％と、ニッケルを０．１〜０．３ｗｔ％を含有する空気浄化用触媒体である。
【０００９】
そして、フェライト系ステンレスに混合するクロムやモリブテンやニッケルの量の最適化で、多孔質でしかも密着性に優れた金属酸化物系被膜が熱処理で得られるようにした。金属酸化物系被膜が多孔質でしかも密着性に優れているため、酸化アルミニウム水和物ゾルの熱処理で形成するアルミナ系担体はこの金属酸化物系被膜に投錨しやすくなり、その結果として両者の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を減少させることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、アルミナ系担体が銅を１〜３ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体である。
【００１１】
アルミナ系担体が銅を１〜３ｗｔ％含有すると、銅の融点付近でこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られる。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を一層減少させることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、アルミナ系担体がアルミニウムを０．５〜１．５ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体である。
【００１３】
アルミナ系担体がアルミニウムを０．５〜１．５ｗｔ％含有すると、アルミニウムの融点付近でこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られる。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を一層減少させることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、アルミナ系担体が銀を１〜２ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体である。
【００１５】
アルミナ系担体が銀を１〜２ｗｔ％含有すると、銀の融点付近でこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られる。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を一層減少させることができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、アルミナ系担体が金を１〜４ｗｔ％含有した請求項１記載の空気浄化用触媒体である。
【００１７】
アルミナ系担体が金を１〜４ｗｔ％含有すると、金の融点付近でこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られる。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を一層減少させることができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の空気浄化用触媒体の外観図である。図１において、５はフェライト系ステンレス基材であり、金属酸化物系皮膜２はフェライト系ステンレス基材５に熱処理をすることによって形成された。３はアルミナ系担体であり、金属酸化物系皮膜２の表面に酸化アルミニウム水和物ゾルを付着させ熱処理を行って形成させたものである。そしてアルミナ系担体３に、白金または白金とパラジウムからなる金属触媒４を担持させている。
【００２０】
次に、本実施例１の空気浄化用触媒体の製造法について説明する。まず鉄とクロムとニッケルとモリブデンからなるフェライト系ステンレス基材５を９５０℃で３０分間熱処理をして金属酸化物系皮膜２を形成した。その後、これに折り曲げ加工を加えた後、酸化アルミニウム水和物を主成分としたゾルを付着させ、１３０℃で１０分間乾燥させ、さらに６００℃で１５分間焼成しアルミナ系担体３を形成した。そして、白金やパラジウムからなる触媒の水溶液を付着させ、１３０℃で１０分間乾燥させた後６００℃で１５分間焼成してアルミナ系担体３に触媒４を担持させた。なおフェライト系ステンレス基材５は、網を使用して空気抵抗の低減が図れるようにしてあり、フィルターとして簡単に用いることができるようにした。
【００２１】
〈実験１〉
本発明の効果を判定するため、次の実験を行った。前記製造方法で作られた空気浄化用触媒体を１０分間振動させた後、ブタンガス１００ｐｐｍを通過させ、その転換率を調べた。また、そのときにはがれて落下したアルミナ系担体の量から金属酸化物系皮膜の密着性を調べた。その結果を（表１）に示す。
【００２２】
【表１】
0003826522.tif 000002
【００２３】
なお参考のために、クロムとモリブデンから成るフェライト系ステンレスの基材を用いた空気浄化用触媒体を前述の製造方法で試作し、従来例として評価した。
【００２４】
本発明は、フェライト系ステンレスに混合するクロムやモリブテンやニッケルの量の最適化によって得られる金属酸化物系被膜が、酸化アルミニウム水和物ゾルの熱処理で形成するアルミナ系担体に投錨しやすくなったため、両者の密着強度がいっそう高まり、ブタン転換率を向上させ、さらにアルミナ系担体の剥離を減少させることができた。
【００２５】
〈実験２〉
次に、クロム及びモリブデンの割合を変えたステンレス基材を用いて、前記方法により空気浄化用触媒体を試作した。そしてこれらの空気浄化用触媒体の耐食性、加工性、密着性を評価した。耐食性は、ステンレス基材を市水に浸し、その孔食電位を飽和甘こう電極を用いて測った。そしてその数値が０ｍＶ以下を示すものを×、０〜２００ｍＶを示すものを○、２００ｍＶ以上を示すものを◎とした。加工性は、金網の基材を試作し、折り曲げを１０回繰り返した結果、破断しなかったものを○、破断したが割れなかったものを△、破断し割れたものを×とした。密着性は、実験１と同様の方法によって判定した。（表２）は、クロムの割合を変えたステンレス基材の結果である。（表３）は、クロム２２ｗｔ％で一定としてモリブデンの割合を変えたステンレス基材の結果である。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
【表３】
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【００２８】
（表２）や（表３）の結果から、フェライト系ステンレス基材がクロムを２８％以上含んだときや、モリブデンを４ｗｔ％以上含んだ場合では、加工性がやや悪くなる傾向を示す。またクロムが１８ｗｔ％未満になると耐食性が×となり、モリブデンが１％未満になると密着性が△になる。以上の結果よりクロムが１８〜２７ｗｔ％の範囲で良い結果となり、さらにモリブテンが１〜３ｗｔ％の範囲でより最適化された。
【００２９】
〈実験３〉
次に、ニッケルの割合を変えて実験を行った。ここでクロムとモリブデンの割合は、実験２で最も良かった割合（２２Ｃｒ−２Ｍｏ）のステンレス基材を用いて、前記方法によって作成された空気浄化用触媒体を作った。そしてこれらの空気浄化用触媒体の耐食性、加工性、密着性を評価した。評価方法は実験２に示した方法と同様の方法で行い、それらから総合判断を行った結果を（表４）に示す。
【００３０】
【表４】
0003826522.tif 000005
【００３１】
（表４）の結果から、フェライト系ステンレス基材にニッケルを加えていくと密着性が向上するが、ニッケル量が０．４ｗｔ％以上になると基材の結晶構造の変化のため密着性が悪くなってくる。従ってニッケルは０．１〜０．３ｗｔ％を含有すると、密着性の面でさらに性能が向上することがわかる。
【００３２】
〈実験４〉
次に、クロム、モリブデン、ニッケルの割合を変えた基材を用いて空気浄化用触媒体を試作し、その耐食性、加工性、密着性を評価した。評価方法は実験２に示した方法と同様の方法で行い、それらから総合判断を行った結果を（表５）に示す。
【００３３】
【表５】
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【００３４】
（表５）の結果から、総合判断を行うとフェライト系ステンレス基材がクロム１８〜２７ｗｔ％、モリブテン１〜３ｗｔ％そしてニッケル０．１〜０．３ｗｔ％含有する場合、最も良い性能であることがわかった。
【００３５】
（実施例２）
本発明の実施例２の空気浄化用触媒体は、アルミナ系担体３に銅を加えたものであり、アルミナ系担体３に銅を加えたこと以外は図１と同じである。
【００３６】
空気浄化用触媒体はアルミナ系担体に銅を加えたもので、銅の割合を変えて実施例１と同様の方法で試作した。ここでフェライト系ステンレス基材のクロムとモリブデンとニッケルの割合は、実験４で最も良かった割合（２２Ｃｒ−２Ｍｏ−０．２Ｎｉ）のステンレス基材を用いた。そしてこれらの空気浄化用触媒体の耐食性、加工性、密着性を評価した。評価方法は実験２に示した方法と同様の方法で行い、それらから総合判断を行った結果を（表６）に示す。
【００３７】
【表６】
0003826522.tif 000007
【００３８】
（表６）の結果から、アルミナ系担体に銅を１〜３ｗｔ％含有したものについて、密着性がさらに向上したと判断できる。逆に、銅を４ｗｔ％以上含有すると、熱膨張係数の違いから剥離が起こる。
【００３９】
（実施例３）
本発明の実施例３の空気浄化用触媒体は、アルミナ系担体３にアルミニウムを加えたものであり、アルミナ系担体３にアルミニウムを加えたこと以外は図１と同じである。
【００４０】
空気浄化用触媒体はアルミナ系担体にアルミニウムを加えたもので、アルミニウムの割合を変えて実施例１と同様の方法で試作した。ここでフェライト系ステンレス基材のクロムとモリブデンとニッケルの割合は、実験４で最も良かった割合（２２Ｃｒ−２Ｍｏ−０．２Ｎｉ）のステンレス基材を用いた。そしてこれらの空気浄化用触媒体の耐食性、加工性、密着性を評価した。評価方法は実験２に示した方法と同様の方法で行い、それらから総合判断を行った結果を（表７）に示す。
【００４１】
【表７】
0003826522.tif 000008
【００４２】
（表７）の結果から、アルミナ系担体にアルミニウムを０．５〜１．５ｗｔ％含有したものについて、密着性がさらに向上したと判断できる。逆にアルミニウムを２．０ｗｔ％以上含有すると、熱膨張係数の違いから剥離が起こる。
【００４３】
（実施例４）
本発明の実施例４の空気浄化用触媒体は、アルミナ系担体３に銀を加えたものであり、アルミナ系担体３に銀を加えたこと以外は図１と同じである。
【００４４】
空気浄化用触媒体はアルミナ系担体に銀を加えたもので、銀の割合を変えて実施例１と同様の方法で試作した。ここでフェライト系ステンレス基材のクロムとモリブデンとニッケルの割合は、実験４で最も良かった割合（２２Ｃｒ−２Ｍｏ−０．２Ｎｉ）のステンレス基材を用いた。そしてこれらの空気浄化用触媒体の耐食性、加工性、密着性を評価した。評価方法は実験２に示した方法と同様の方法で行い、それらから総合判断を行った結果を（表８）に示す。
【００４５】
【表８】
0003826522.tif 000009
【００４６】
（表８）の結果から、アルミナ系担体に銀を１〜３ｗｔ％含有したものについて、密着性がさらに向上したと判断できる。逆に銀を４ｗｔ％以上含有すると、熱膨張係数の違いから剥離が起こる。
【００４７】
（実施例５）
本発明の実施例５の空気浄化用触媒体は、アルミナ系担体３に金を加えたものであり、アルミナ系担体３に金を加えたこと以外は図１と同じである。
【００４８】
空気浄化用触媒体はアルミナ系担体に金を加えたもので、金の割合を変えて実施例１と同様の方法で試作した。ここでフェライト系ステンレス基材のクロムとモリブデンとニッケルの割合は、実験４で最も良かった割合（２２Ｃｒ−２Ｍｏ−０．２Ｎｉ）のステンレス基材を用いた。そしてこれらの空気浄化用触媒体の耐食性、加工性、密着性を評価した。評価方法は実験２に示した方法と同様の方法で行い、それらから総合判断を行った結果を（表９）に示す。
【００４９】
【表９】
0003826522.tif 000010
【００５０】
（表９）の結果から、アルミナ系担体に金を１〜３ｗｔ％含有したものについて、密着性がさらに向上したと判断できる。逆に金を４ｗｔ％以上含有すると、熱膨張係数の違いから剥離が起こる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、下記の効果が得られる。
【００５２】
（１）本発明の請求項１記載の発明によれば、フェライト系ステンレスに混合するクロムやモリブテンやニッケルの量を最適化して、多孔質でしかも密着性に優れた金属酸化物系被膜が得られるようにし、酸化アルミニウム水和物ゾルの熱処理で形成するアルミナ系担体がこの金属酸化物系被膜に投錨しやすくした。その結果、両者の密着強度が高まりアルミナ系担体の剥離を減少させることができ、機械的振動の多い使用環境化でも利用できる効果を有する。また耐食性も良く、高温多湿な環境でも使用できる。
【００５３】
（２）本発明の請求項２記載の発明によれば、アルミナ系担体に銅を１〜３ｗｔ％含有させこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られるようにした。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度を一層高め、アルミナ系担体の剥離を減少させることで、機械的振動の激しい使用環境化でも利用できる効果を有する。
【００５４】
（３）本発明の請求項３記載の発明によれば、アルミナ系担体にアルミニウムを０．５〜１．５ｗｔ％含有させこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られるようにした。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度を一層高め、アルミナ系担体の剥離を減少させることで、機械的振動の激しい使用環境下でも利用できる効果を有する。
【００５５】
（４）本発明の請求項４記載の発明によれば、アルミナ系担体に銀を１〜２ｗｔ％含有させこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られるようにした。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度を一層高め、アルミナ系担体の剥離を減少させることで、機械的振動の激しい使用環境下でも利用できる効果を有する。
【００５６】
（５）本発明の請求項５記載の発明によれば、アルミナ系担体に金を１〜４ｗｔ％含有させこの担体を熱処理することで、投錨効果に優れしかも熱膨張の違いによる剥離もないアルミナ系担体が得られるようにした。その結果、アルミナ系担体と金属酸化物系被膜の密着強度を一層高め、アルミナ系担体の剥離を減少させることで、機械的振動の激しい使用環境下でも利用できる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１の空気浄化用触媒体の断面図
【図２】  従来の空気浄化用触媒体の断面図
【符号の説明】
１  基材
２  金属酸化物系被膜
３  アルミナ系担体
４  触媒
５  フェライト系ステンレス基材
【図１】
0003826522.tif 000011
【図２】
0003826522.tif 000012