專(zhuān)利名稱(chēng)：覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泡沫鐵金屬載體的制備工藝，應(yīng)用于汽車(chē)尾氣的SCR和POC后處理行業(yè)。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，全球面臨能源和環(huán)境的綜合挑戰(zhàn)。在傳統(tǒng)汽車(chē)的排放達(dá)標(biāo)的技術(shù)手段選擇方面，人們?nèi)匀幻媾R不少的難題，例如，如何選擇后處理的載體和催化劑等方面。后處理載體是構(gòu)成車(chē)用后處理平臺(tái)的關(guān)鍵因素，截止到目前為止，在后處理載體方面絕大多數(shù)是進(jìn)口的陶瓷載體，這種陶瓷載體的機(jī)械強(qiáng)度稍差，不太適應(yīng)于中國(guó)的實(shí)際情況；同樣，成熟的金屬載體也是被國(guó)外的技術(shù)和專(zhuān)利壟斷，成為制約中國(guó)后處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。因此，如何獲得低成本和高性能的后處理載體是推進(jìn)該領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步的核心內(nèi)容。泡沫金屬是一種物理功能與結(jié)構(gòu)特性一體化的新型工程材料。80年代初國(guó)際上開(kāi)始金屬泡沫材料研制，金屬泡沫材料具備質(zhì)輕、隔音、過(guò)濾和阻燃特性，又有很強(qiáng)的吸震和電磁屏蔽作用，因此，廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)。90年代起，泡沫金屬推廣應(yīng)用于民用工業(yè)，例如，高水平的泡沫鎳應(yīng)用于電容和超級(jí)電容的制備。目前，我國(guó)泡沫金屬研制和生產(chǎn)技術(shù)水平居于世界前列。從結(jié)構(gòu)上分析和實(shí)際測(cè)試表明，泡沫金屬是最理想的后處理金屬載體，例如，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高于陶瓷載體，氣流通道紊亂，最容易獲得預(yù)想的催化效果，此外，催化劑的涂敷和施工工藝較為簡(jiǎn)單，因此，選擇金屬泡沫作為載體，具備理論上的先進(jìn)性。泡沫金屬的成本由工藝過(guò)程成本和材料成本兩方面所決定，應(yīng)該把優(yōu)化過(guò)程工藝成本和材料成本同時(shí)進(jìn)行?？紤]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(shù)性的鐵摻雜成為必然。但是，由于鐵在高溫下容易被氧化，骨架中的鐵氧化后的強(qiáng)度將降低70%以上，或干脆成為廢品，因此，在泡沫金屬的煅燒中，采用氣氛保護(hù)或氫氣進(jìn)行還原必不可少。檢索發(fā)現(xiàn)很多的泡沫金屬電沉積或制備過(guò)程的專(zhuān)利，也有的專(zhuān)利包括了最后的煅燒過(guò)程中的氫氣氣氛還原的，但是，還沒(méi)有和本專(zhuān)利權(quán)項(xiàng)相同的專(zhuān)利申報(bào)，例如，專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010100422. 8的‘鈦基四元催化泡沫金屬載體及其制造方法’專(zhuān)利是采用以鈦及鈦合金冶煉獲得三維纖維結(jié)構(gòu)的泡沫鈦金屬材料；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200810068869. 4的‘塑料基泡沫金屬化的方法’專(zhuān)利是將塑料基泡沫浸于低溫?zé)峁袒途酆衔镢y漿或?qū)⒌蜏責(zé)峁袒途酆衔镢y漿噴涂到塑料基泡沫上，使塑料基泡沫的纖維粘附上導(dǎo)電層，然后再進(jìn)行電鍍而制備；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200610117833. 1的‘應(yīng)用于尾氣過(guò)濾及催化劑載體的泡沫鐵鉻鋁及其制作工藝’專(zhuān)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(jìn)行火焰噴涂鐵鉻鋁；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510032174. 7的‘三維通孔或部分孔洞彼此相連多
3孔金屬泡沫及其制備方法’專(zhuān)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制成料漿，再將該漿液灌入通孔聚氨酯海綿泡沫中，經(jīng)烘干、燒結(jié)得到三維通孔泡沫金屬材料；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N03208577. X的‘復(fù)合金屬多孔鋁’專(zhuān)利是采用泡沫金屬骨架組成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，采用熱浸鋁方法在該骨架上進(jìn)行復(fù)合金屬鋁；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N00133631. 2的‘一種復(fù)合泡沫金屬及其制備方法’專(zhuān)利是先將泡沫材料制備導(dǎo)電層，采用電沉積的方法，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(jīng)過(guò)熱處理后，形成復(fù)合泡沫金屬；專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮镃N02U9612. X的‘一種復(fù)合金屬多孔體及其制備方法’專(zhuān)利首先以泡沫材料為芯膜，在該芯膜上沉積一種、或二種、或二種以上金屬制備多孔金屬或多孔合金；之后再以多孔金屬或多孔合金為骨架，在該骨架上采用熱浸方法進(jìn)行熱浸金屬或合金，即可制備出復(fù)合金屬多孔體。在傳統(tǒng)的泡沫金屬煅燒工藝中，要求采用氫氣氣氛還原的工藝，它要求具備精密的煅燒爐和生產(chǎn)控制工藝，例如，在爐內(nèi)通入70%氮?dú)夂?0%氫氣混合氣體，并在爐體內(nèi)形成微正壓(0. 05、. Ikg/cm2)體系，顯而易見(jiàn)它存在安全方面的問(wèn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于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(hù)層工序進(jìn)而顯著降低原材料和工藝成本；另一方面也方便了后續(xù)的SCR和POC催化劑的涂敷，進(jìn)而減少了工序，提高了生產(chǎn)效率。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝， 其特征在于泡沫鐵金屬載體在煅燒前要先進(jìn)行浸涂漿料，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(yè)鋁粉、45 75份的水以及10 20份工業(yè)丙三醇配制，上述成分充分混合并攪拌均勻的懸浮液，在攪拌條件下把泡沫鐵金屬載體浸涂在懸浮液中，2^4min后取出，80^120°C，30^50min烘干；重復(fù)浸涂第二次和第三次，浸涂和烘干須重復(fù)至少3次，以得到完整均勻的鋁銀漿涂層；之后在保護(hù)氣氛下隨爐升溫，在 680°C的高溫爐內(nèi)保溫6(Tl20min，進(jìn)行煅燒；煅燒結(jié)束后，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(fā)明的積極效果在于顯著降低了材料成本和工藝成本，優(yōu)化了泡沫鐵金屬載體的表面結(jié)構(gòu)并形成良好的保護(hù)層和中間層；一般泡沫金屬載體的制備工藝中都有先鍍上相當(dāng)厚度的金屬鎳防護(hù)層這一工序或者直接鍍純鎳，因?yàn)榻饘勹F非常容易腐蝕氧化，未經(jīng)過(guò)處理保護(hù)無(wú)法持續(xù)完好地在尾氣環(huán)境中服役，但是金屬鎳價(jià)格高昂，電解鎳的價(jià)格高達(dá)16 萬(wàn)元/噸，而金屬鐵得價(jià)格一般不超過(guò)2萬(wàn)元/噸；而且省去鍍鎳設(shè)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(fèi)時(shí)費(fèi)力，生產(chǎn)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(huán)節(jié)，大幅地降低了原材料成本和工藝成本，節(jié)約了資源。選擇含鋁涂層的另外一個(gè)原因是鋁及氧化鋁作為表面層容易形成鈍化膜，進(jìn)而可以很好地保護(hù)內(nèi)部的金屬基體避免受到氧化或腐蝕。其中，工業(yè)鋁粉可以是球狀工業(yè)鋁粉，也可以是片狀工業(yè)鋁粉，或是二者的混合物，工業(yè)銷(xiāo)售的工業(yè)鋁粉粒徑為 1 μ πΓ20 μ m的范圍；考慮到鋁的熔點(diǎn)是660°C，在680°C的燒結(jié)條件下表面層的鋁僅僅會(huì)部分熔解，由于盡管燒結(jié)時(shí)投入氬氣保護(hù)，但是不可避免的有少量的鋁氧化成氧化鋁，這并不
4改變涂層的作用，因?yàn)?，不論是SCR或POC的催化劑涂敷前都需要專(zhuān)門(mén)涂敷一次鋁溶膠，不論是鋁還是氧化鋁都和下個(gè)工序涂敷的鋁溶膠具備很好的親和性，有利于提高涂層強(qiáng)度；
鋁銀漿這種材料容易獲得、成本低、浸涂簡(jiǎn)單，而且水溶性鋁銀漿具有無(wú)毒、無(wú)污染、氣味小等優(yōu)點(diǎn)，因此我們選用該材料作為鋁源。選擇工業(yè)鋁粉的粒徑范圍為1μπΓ20μπι，粒徑過(guò)小會(huì)導(dǎo)致涂層的鋁封閉效應(yīng)差，反之，粒徑過(guò)大則容易引起涂層表面薄厚不均。此處所加入的水是作為一種稀釋劑的目的；工業(yè)丙三醇無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)公害，皆可以食用，因此這種溶劑的選擇給本工藝的綠色環(huán)保提供了保障，采用工業(yè)丙三醇的目的是作為一種燒結(jié)前的粘結(jié)劑，也是一種懸浮劑，懸浮鋁粉顆粒。水和丙三醇溶劑與工業(yè)鋁粉的比例控制在4:1至 6:1之間，該范圍是經(jīng)過(guò)分析和驗(yàn)證得到的結(jié)果，溶劑總量小時(shí)，漿料過(guò)濃，導(dǎo)致涂層均勻平整程度難以滿(mǎn)足要求且容易堵孔，反之，溶劑比例大，漿料過(guò)稀，浸涂上料慢，導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。推薦的涂敷次數(shù)為3次，是基于試驗(yàn)檢測(cè)的結(jié)果表明涂敷3次后，表面的鋁和氧化鋁的涂層分布均勻和連續(xù)，沒(méi)有金屬底層的暴露點(diǎn)，在鋁銀漿涂層的保護(hù)下泡沫鐵金屬表面發(fā)生氧化的程度顯著減??；綜上，本工藝有利于降低成本，提高效率，節(jié)約資源，節(jié)能和環(huán)保效果明顯，穩(wěn)定可控，因此具有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖1為涂鋁漿料泡沫鐵金屬煅燒后的SEM圖片。圖2為涂鋁漿料泡沫鐵金屬煅燒后的EDX能譜。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述，實(shí)施例為進(jìn)一步闡明本發(fā)明的特點(diǎn)，不等同于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員依照本發(fā)明進(jìn)行的更改，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。實(shí)施例1
將粒徑為5 μ m的工業(yè)鋁粉15份，工業(yè)丙三醇20份，自來(lái)水65份的比例混合并攪拌，得到一種鋁銀漿；取兩塊經(jīng)過(guò)鐵電沉積制成的開(kāi)孔率為IOppi (每英寸長(zhǎng)度上的開(kāi)孔數(shù)目，下同)，尺寸lOOXlOOmm，厚度為25mm方形泡沫鐵金屬樣件，經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳處理后，其中一塊放入漿料中開(kāi)始浸涂，浸涂過(guò)程中一直攪拌，且不斷旋轉(zhuǎn)樣件以保證各部分涂敷均勻，持續(xù) :3min后取出，干燥后再重復(fù)浸涂過(guò)程兩次，另一塊不做任何處理，之后兩塊樣件同時(shí)在保護(hù)氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內(nèi)保溫6(Tl20min，進(jìn)行煅燒；煅燒結(jié)束后，隨爐冷卻至室溫，取出樣件；如附圖1和2所示，浸涂鋁銀漿的樣件表面和側(cè)面均覆蓋一層完好的鋁和氧化鋁薄膜且無(wú)氧化銹蝕情況出現(xiàn)，而未浸涂的樣件則出現(xiàn)明顯的氧化銹蝕情況；將浸涂的樣件在高度IOOOmm的高度進(jìn)行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無(wú)破裂。實(shí)施例2
將粒徑為10 μ m的工業(yè)鋁粉20份，工業(yè)丙三醇15份，自來(lái)水65份的比例混合并攪拌， 得到一種鋁銀漿；取一種經(jīng)過(guò)鐵電沉積制成的開(kāi)孔率為lOppi，尺寸100X 100mm，厚度為 25mm方形泡沫鐵金屬樣件，經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳處理后，放入漿料中開(kāi)始浸涂，浸涂過(guò)程中一直攪拌，且不斷旋轉(zhuǎn)樣件以保證各部分涂敷均勻，持續(xù):3min后取出，干燥后再重復(fù)浸涂過(guò)程兩次，之后在保護(hù)氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內(nèi)保溫6(Tl20min，進(jìn)行煅燒；煅燒結(jié)束后，隨爐冷卻至室溫，取出樣件；其表面和側(cè)面均覆蓋一層完好的鋁和氧化鋁薄膜且無(wú)氧化銹蝕情況出現(xiàn)，在高度IOOOmm的高度進(jìn)行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無(wú)破裂。 實(shí)施例3
將粒徑為15 μ m的工業(yè)鋁粉30份，工業(yè)丙三醇10份，自來(lái)水70份的比例混合并攪拌， 得到一種鋁銀漿；取一種經(jīng)過(guò)鐵電沉積制成的開(kāi)孔率為lOppi，尺寸100X 100mm，厚度為 25mm方形泡沫鐵金屬樣件，經(jīng)過(guò)化學(xué)鍍鎳處理后，放入漿料中開(kāi)始浸涂，浸涂過(guò)程中一直攪拌，且不斷旋轉(zhuǎn)樣件以保證各部分涂敷均勻，持續(xù):3min后取出，干燥后再重復(fù)浸涂過(guò)程兩次，之后在保護(hù)氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內(nèi)保溫6(Tl20min，進(jìn)行煅燒；煅燒結(jié)束后，隨爐冷卻至室溫，取出樣件；其表面和側(cè)面均覆蓋一層完好的鋁和氧化鋁薄膜且無(wú)氧化銹蝕情況出現(xiàn)，在高度IOOOmm的高度進(jìn)行自由落體到水泥地面上，該樣件具有金屬聲，無(wú)破裂。
權(quán)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，其特征在于泡沫鐵金屬載體在煅燒前要先進(jìn)行浸涂漿料，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(yè)鋁粉、45 75份的水以及10 20份工業(yè)丙三醇配制，上述成分充分混合并攪拌均勻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種泡沫鐵金屬載體的制備工藝，其特征在于所述的水溶性鋁銀漿的懸濁液，在攪拌條件下浸涂泡沫鐵金屬載體，2^4min后取出，8(Tl2(TC，30^50min 烘干；重復(fù)浸涂第二次，浸涂和烘干須重復(fù)至少3次，以得到完整均勻的鋁銀漿涂層；之后在保護(hù)氣氛下隨爐升溫，在680°C的高溫爐內(nèi)保溫6(Tl20min，進(jìn)行煅燒；煅燒結(jié)束后，隨爐冷卻至室溫。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種覆蓋有抗氧化層的泡沫鐵金屬載體煅燒工藝，其特征在于泡沫鐵金屬載體在煅燒前要先進(jìn)行浸涂漿料，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(yè)鋁粉、45~75份的水以及10~20份工業(yè)丙三醇配制，上述成分充分混合并攪拌均勻的懸浮液，在攪拌條件下把泡沫鐵金屬載體浸涂在懸浮液中，2~4min后取出，80~120℃，30~50min烘干；重復(fù)浸涂第二次和第三次，浸涂和烘干須重復(fù)至少3次，以得到完整均勻的鋁銀漿涂層；之后在保護(hù)氣氛下隨爐升溫，在680℃的高溫爐內(nèi)保溫60~120min，進(jìn)行煅燒；煅燒結(jié)束后，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(hù)層工序進(jìn)而顯著降低原材料和工藝成本；另一方面也方便了后續(xù)的SCR和POC催化劑的涂敷，進(jìn)而減少了工序，提高了生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)C23C24/08GK102443797SQ201110414400
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者于麗娜, 崔龍, 張克金, 張喆, 潘艷春, 王丹, 王金興, 米新艷, 許德超 申請(qǐng)人:中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司