覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝的製作方法

2023-12-03 10:34:41 2

專利名稱：覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種泡沫鐵金屬載體的製備工藝，應用於汽車尾氣的SCR和POC後處理行業。
背景技術：
當前，全球面臨能源和環境的綜合挑戰。在傳統汽車的排放達標的技術手段選擇方面，人們仍然面臨不少的難題，例如，如何選擇後處理的載體和催化劑等方面。後處理載體是構成車用後處理平臺的關鍵因素，截止到目前為止，在後處理載體方面絕大多數是進口的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機械強度稍差，不太適應於中國的實際情況；同樣，成熟的金屬載體也是被國外的技術和專利壟斷，成為制約中國後處理產業發展的關鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的後處理載體是推進該領域技術進步的核心內容。泡沫金屬是一種物理功能與結構特性一體化的新型工程材料。80年代初國際上開始金屬泡沫材料研製，金屬泡沫材料具備質輕、隔音、過濾和阻燃特性，又有很強的吸震和電磁屏蔽作用，因此，廣泛應用於國防工業。90年代起，泡沫金屬推廣應用於民用工業，例如，高水平的泡沫鎳應用於電容和超級電容的製備。目前，我國泡沫金屬研製和生產技術水平居於世界前列。從結構上分析和實際測試表明，泡沫金屬是最理想的後處理金屬載體，例如，結構強度高於陶瓷載體，氣流通道紊亂，最容易獲得預想的催化效果，此外，催化劑的塗敷和施工工藝較為簡單，因此，選擇金屬泡沫作為載體，具備理論上的先進性。泡沫金屬的成本由工藝過程成本和材料成本兩方面所決定，應該把優化過程工藝成本和材料成本同時進行。考慮到使用成本，作為載體使用的泡沫金屬不可能100%有純鎳和純鉻沉積而成， 因此，技術性的鐵摻雜成為必然。但是，由於鐵在高溫下容易被氧化，骨架中的鐵氧化後的強度將降低70%以上，或乾脆成為廢品，因此，在泡沫金屬的煅燒中，採用氣氛保護或氫氣進行還原必不可少。檢索發現很多的泡沫金屬電沉積或製備過程的專利，也有的專利包括了最後的煅燒過程中的氫氣氣氛還原的，但是，還沒有和本專利權項相同的專利申報，例如，專利申請號為CN201010100422. 8的『鈦基四元催化泡沫金屬載體及其製造方法』專利是採用以鈦及鈦合金冶煉獲得三維纖維結構的泡沫鈦金屬材料；專利申請號為CN200810068869. 4的『塑料基泡沫金屬化的方法』專利是將塑料基泡沫浸於低溫熱固化型聚合物銀漿或將低溫熱固化型聚合物銀漿噴塗到塑料基泡沫上，使塑料基泡沫的纖維粘附上導電層，然後再進行電鍍而製備；專利申請號為CN200610117833. 1的『應用於尾氣過濾及催化劑載體的泡沫鐵鉻鋁及其製作工藝』專利，所述的泡沫鐵鉻鋁是以泡沫形狀金屬為基材，在基材的多孔表面進行火焰噴塗鐵鉻鋁；專利申請號為CN200510032174. 7的『三維通孔或部分孔洞彼此相連多
3孔金屬泡沫及其製備方法』專利是將一種或多種粒徑在廣100 μ m的金屬或合金粉末均勻分散在含粘接劑的溶液中製成料漿，再將該漿液灌入通孔聚氨酯海綿泡沫中，經烘乾、燒結得到三維通孔泡沫金屬材料；專利申請號為CN03208577. X的『複合金屬多孔鋁』專利是採用泡沫金屬骨架組成的三維網狀結構，採用熱浸鋁方法在該骨架上進行複合金屬鋁；專利申請號為CN00133631. 2的『一種複合泡沫金屬及其製備方法』專利是先將泡沫材料製備導電層，採用電沉積的方法，在泡沫材料上沉積金屬(A)，再在金屬(A)表面沉積另一金屬(B)， 經過熱處理後，形成複合泡沫金屬；專利申請號為CN02U9612. X的『一種複合金屬多孔體及其製備方法』專利首先以泡沫材料為芯膜，在該芯膜上沉積一種、或二種、或二種以上金屬製備多孔金屬或多孔合金；之後再以多孔金屬或多孔合金為骨架，在該骨架上採用熱浸方法進行熱浸金屬或合金，即可製備出複合金屬多孔體。在傳統的泡沫金屬煅燒工藝中，要求採用氫氣氣氛還原的工藝，它要求具備精密的煅燒爐和生產控制工藝，例如，在爐內通入70%氮氣和30%氫氣混合氣體，並在爐體內形成微正壓(0. 05、. Ikg/cm2)體系，顯而易見它存在安全方面的問題，此外，氫氣還原的煅燒爐成本以及工藝材料的成本較高。

發明內容
本發明的目的在於提供一種覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝，其省去鍍鎳防護層工序進而顯著降低原材料和工藝成本；另一方面也方便了後續的SCR和POC催化劑的塗敷，進而減少了工序，提高了生產效率。本發明的技術方案是這樣實現的覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝， 其特徵在於泡沫鐵金屬載體在煅燒前要先進行浸塗漿料，漿料是一種水溶性鋁銀漿，其中鋁銀漿是由粒徑為1μπΓ20μπι的15 30份的工業鋁粉、45 75份的水以及10 20份工業丙三醇配製，上述成分充分混合併攪拌均勻的懸浮液，在攪拌條件下把泡沫鐵金屬載體浸塗在懸浮液中，2^4min後取出，80^120°C，30^50min烘乾；重複浸塗第二次和第三次，浸塗和烘乾須重複至少3次，以得到完整均勻的鋁銀漿塗層；之後在保護氣氛下隨爐升溫，在 680°C的高溫爐內保溫6(Tl20min，進行煅燒；煅燒結束後，隨爐冷卻至室溫，得到一種表面包覆鋁和氧化鋁薄膜的SCR和POC泡沫鐵金屬載體。本發明的積極效果在於顯著降低了材料成本和工藝成本，優化了泡沫鐵金屬載體的表面結構並形成良好的保護層和中間層；一般泡沫金屬載體的製備工藝中都有先鍍上相當厚度的金屬鎳防護層這一工序或者直接鍍純鎳，因為金屬鐵非常容易腐蝕氧化，未經過處理保護無法持續完好地在尾氣環境中服役，但是金屬鎳價格高昂，電解鎳的價格高達16 萬元/噸，而金屬鐵得價格一般不超過2萬元/噸；而且省去鍍鎳設備和工序，我們知道一般鍍鎳工藝同鍍鐵工藝相比電流較小，往往費時費力，生產效率較低；本工藝在保證泡沫鐵金屬載體抗腐蝕和抗氧化能力的條件下省去了鍍鎳這一環節，大幅地降低了原材料成本和工藝成本，節約了資源。選擇含鋁塗層的另外一個原因是鋁及氧化鋁作為表面層容易形成鈍化膜，進而可以很好地保護內部的金屬基體避免受到氧化或腐蝕。其中，工業鋁粉可以是球狀工業鋁粉，也可以是片狀工業鋁粉，或是二者的混合物，工業銷售的工業鋁粉粒徑為 1 μ πΓ20 μ m的範圍；考慮到鋁的熔點是660°C，在680°C的燒結條件下表面層的鋁僅僅會部分熔解，由於儘管燒結時投入氬氣保護，但是不可避免的有少量的鋁氧化成氧化鋁，這並不
4改變塗層的作用，因為，不論是SCR或POC的催化劑塗敷前都需要專門塗敷一次鋁溶膠，不論是鋁還是氧化鋁都和下個工序塗敷的鋁溶膠具備很好的親和性，有利於提高塗層強度；
鋁銀漿這種材料容易獲得、成本低、浸塗簡單，而且水溶性鋁銀漿具有無毒、無汙染、氣味小等優點，因此我們選用該材料作為鋁源。選擇工業鋁粉的粒徑範圍為1μπΓ20μπι，粒徑過小會導致塗層的鋁封閉效應差，反之，粒徑過大則容易引起塗層表面薄厚不均。此處所加入的水是作為一種稀釋劑的目的；工業丙三醇無毒、無味、無公害，皆可以食用，因此這種溶劑的選擇給本工藝的綠色環保提供了保障，採用工業丙三醇的目的是作為一種燒結前的粘結劑，也是一種懸浮劑，懸浮鋁粉顆粒。水和丙三醇溶劑與工業鋁粉的比例控制在4:1至 6:1之間，該範圍是經過分析和驗證得到的結果，溶劑總量小時，漿料過濃，導致塗層均勻平整程度難以滿足要求且容易堵孔，反之，溶劑比例大，漿料過稀，浸塗上料慢，導致生產效率降低。推薦的塗敷次數為3次，是基於試驗檢測的結果表明塗敷3次後，表面的鋁和氧化鋁的塗層分布均勻和連續，沒有金屬底層的暴露點，在鋁銀漿塗層的保護下泡沫鐵金屬表面發生氧化的程度顯著減小；綜上，本工藝有利於降低成本，提高效率，節約資源，節能和環保效果明顯，穩定可控，因此具有很高的實用價值。


圖1為塗鋁漿料泡沫鐵金屬煅燒後的SEM圖片。圖2為塗鋁漿料泡沫鐵金屬煅燒後的EDX能譜。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明進一步描述，實施例為進一步闡明本發明的特點，不等同於限制本發明，對於本領域的技術人員依照本發明進行的更改，均應包含在本發明的保護範圍之內。實施例1
將粒徑為5 μ m的工業鋁粉15份，工業丙三醇20份，自來水65份的比例混合併攪拌，得到一種鋁銀漿；取兩塊經過鐵電沉積製成的開孔率為IOppi (每英寸長度上的開孔數目，下同)，尺寸lOOXlOOmm，厚度為25mm方形泡沫鐵金屬樣件，經過化學鍍鎳處理後，其中一塊放入漿料中開始浸塗，浸塗過程中一直攪拌，且不斷旋轉樣件以保證各部分塗敷均勻，持續 :3min後取出，乾燥後再重複浸塗過程兩次，另一塊不做任何處理，之後兩塊樣件同時在保護氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內保溫6(Tl20min，進行煅燒；煅燒結束後，隨爐冷卻至室溫，取出樣件；如附圖1和2所示，浸塗鋁銀漿的樣件表面和側面均覆蓋一層完好的鋁和氧化鋁薄膜且無氧化鏽蝕情況出現，而未浸塗的樣件則出現明顯的氧化鏽蝕情況；將浸塗的樣件在高度IOOOmm的高度進行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無破裂。實施例2
將粒徑為10 μ m的工業鋁粉20份，工業丙三醇15份，自來水65份的比例混合併攪拌， 得到一種鋁銀漿；取一種經過鐵電沉積製成的開孔率為lOppi，尺寸100X 100mm，厚度為 25mm方形泡沫鐵金屬樣件，經過化學鍍鎳處理後，放入漿料中開始浸塗，浸塗過程中一直攪拌，且不斷旋轉樣件以保證各部分塗敷均勻，持續:3min後取出，乾燥後再重複浸塗過程兩次，之後在保護氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內保溫6(Tl20min，進行煅燒；煅燒結束後，隨爐冷卻至室溫，取出樣件；其表面和側面均覆蓋一層完好的鋁和氧化鋁薄膜且無氧化鏽蝕情況出現，在高度IOOOmm的高度進行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無破裂。 實施例3
將粒徑為15 μ m的工業鋁粉30份，工業丙三醇10份，自來水70份的比例混合併攪拌， 得到一種鋁銀漿；取一種經過鐵電沉積製成的開孔率為lOppi，尺寸100X 100mm，厚度為 25mm方形泡沫鐵金屬樣件，經過化學鍍鎳處理後，放入漿料中開始浸塗，浸塗過程中一直攪拌，且不斷旋轉樣件以保證各部分塗敷均勻，持續:3min後取出，乾燥後再重複浸塗過程兩次，之後在保護氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內保溫6(Tl20min，進行煅燒；煅燒結束後，隨爐冷卻至室溫，取出樣件；其表面和側面均覆蓋一層完好的鋁和氧化鋁薄膜且無氧化鏽蝕情況出現，在高度IOOOmm的高度進行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無破裂。
權利要求
1.一種覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝，其特徵在於泡沫鐵金屬載體在煅燒前要先進行浸塗漿料，漿料為一種水溶性鋁銀漿，水溶性鋁銀漿是由粒徑為 1 μ πΓ20 μ m的15 30份的工業鋁粉、45 75份的水以及10 20份工業丙三醇配製，上述成分充分混合併攪拌均勻。
2.根據權利要求1所述的一種泡沫鐵金屬載體的製備工藝，其特徵在於所述的水溶性鋁銀漿的懸濁液，在攪拌條件下浸塗泡沫鐵金屬載體，2^4min後取出，8(Tl2(TC，30^50min 烘乾；重複浸塗第二次，浸塗和烘乾須重複至少3次，以得到完整均勻的鋁銀漿塗層；之後在保護氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內保溫6(Tl20min，進行煅燒；煅燒結束後，隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發明涉及一種覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝，其特徵在於泡沫鐵金屬載體在煅燒前要先進行浸塗漿料，漿料是一種水溶性鋁銀漿，其中鋁銀漿是由粒徑為1μm~20μm的15~30份的工業鋁粉、45~75份的水以及10~20份工業丙三醇配製，上述成分充分混合併攪拌均勻的懸浮液，在攪拌條件下把泡沫鐵金屬載體浸塗在懸浮液中，2~4min後取出，80~120℃，30~50min烘乾；重複浸塗第二次和第三次，浸塗和烘乾須重複至少3次，以得到完整均勻的鋁銀漿塗層；之後在保護氣氛下隨爐升溫，在680℃的高溫爐內保溫60~120min，進行煅燒；煅燒結束後，隨爐冷卻至室溫，得到一種表面包覆鋁和氧化鋁薄膜的SCR和POC泡沫鐵金屬載體。其省去鍍鎳防護層工序進而顯著降低原材料和工藝成本；另一方面也方便了後續的SCR和POC催化劑的塗敷，進而減少了工序，提高了生產效率。
文檔編號C23C24/08GK102443797SQ201110414400
公開日2012年5月9日 申請日期2011年12月13日 優先權日2011年12月13日
發明者於麗娜, 崔龍, 張克金, 張喆, 潘豔春, 王丹, 王金興, 米新豔, 許德超 申請人:中國第一汽車股份有限公司