CN101213355A - 用于过滤器用途的不锈钢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括多孔的烧结不锈钢的过滤器。该过滤器包括10－30％的铬、5－25％的镍、0.5－3％的锰、1－4％的硅、0－3％的钼，其余成分为铁和不可避免的杂质。所述烧结钢的密度小于全密度的80％。本发明还涉及将不锈钢粉末用于制备在高温下具有提高的透过性的过滤器的应用。

Description

用于过滤器用途的不锈钢

技术领域

本发明涉及用于过滤器的材料。具体地，本发明涉及用于这样的过滤器的材料，所述过滤器用于去除来自内燃机的有害成分。

背景技术

在现代社会中，内燃机在例如乘用车与商用车中应用普遍。出于环境的原因，从来自发动机的燃烧气体中减少有害成分是非常重要的。因此对于减少从发动机特别是柴油机排放的颗粒已做出很多努力，这是因为来自柴油机的颗粒例如碳沉积物被认为是特别的环境问题。

目前可利用的用于过滤来自柴油机的颗粒的过滤器一般由陶瓷例如碳化硅制成。在过滤器中捕集的颗粒可通过高温燃烧来去除。陶瓷过滤器所遇到的一个问题在于缺乏抗热冲击性与抗机械冲击性。陶瓷过滤器在几何形状方面也受限制，即，对过滤器的构型有所限制。

关于过滤器构型，已知多种不同的过滤器，例如见美国专利5 215 724、5 405 423、5 204 067、5 240 485、5 009 857。然而，对于过滤器材料的选择仅有浅显的讨论，并且对过滤器的化学成分并未做具体讨论。因此，在例如美国专利5 266 279中提到，包括20％的镍、25％的铬、其余成分为铁以及极少量的锰和钼的钢可用作用于过滤器支承丝的材料，该支承丝支承可由金属、陶瓷材料、塑料或以上材料的混合物制成的烧结材料。

过滤器的寿命由该过滤器的气体透过性的降低来确定。当在高温下暴露于氧化性气体时，氧化物在金属填充物的表面上增加。这意味着孔隙度以及由此过滤器的气体透过性降低。因此，减少氧化物的形成将提高过滤器的性能并延长过滤器的寿命。

发明内容

目前意外地发现，如果材料中含有精细控制量的锰，便可得到寿命延长的烧结的过滤器材料。具体地，锰含量应当为烧结钢重量的0.5％到3％之间。通过以该范围添加锰，则由于烧结钢的氧化减少，可在更长的使用时间内保持透过性。烧结钢的其它元素为：以重量计为10-30％的铬、以重量计为5-25％的镍、以重量计为1-4％的硅和以重量计为0-3％的钼。不可避免的杂质的量通常为以重量计小于2％，优选为以重量计小于0.5％。

过滤器的密度也可小于全密度的70％。该密度优选为全密度的25％到60％之间。较高的密度无法提供足够的气体透过性而较低的密度会造成多低的过滤效率以及低的机械强度。在此密度范围内，过滤器的透过性将是充分的。

另外，过滤器可包括提高过滤器强度的加强件/加强部。该加强件的形式可以是纤维、丝或网。

具体实施方式

用于制备根据本发明的烧结材料的粉末是具有提高的、受控的锰含量的不锈钢粉末。具体地，这些粉末包括10-30％的铬、5-25％的镍、0.5-3％的锰、1-4％的硅和以重量计为0-3％钼。

从美国专利3 980 444和4 964 909已知具有类似化学成分的粉末。然而，这些已知的粉末应用于粉末冶金领域，但与根据本发明的粉末相比，所述已知粉末被压制和烧结成高密度。

关于硅含量，应当将其保持在以重量计高于1％以限制粉末的氧含量，而由于更高的硅含量不会进一步降低氧含量，所以还应将硅含量保持为以重量计低于4％。

根据本发明的粉末可与粘结剂和/或润滑材料混合以促进例如固化。

在一个实施例中，可将粉末散布在支承件上以形成过滤器材料。然后，可对该过滤器材料进行烧结。在另一实施例中，使粉末在模具中固化以形成具有或不具有加强件的过滤器元件。

可在制造过滤器材料期间向粉末金属提供加强件。加强件可以是纤维、丝或网，例如网形铁(expanded metal)。在一个实施例中加强件可由不锈钢材料制成。

烧结可在氢气氛或真空气氛中在1120℃到1350℃的温度下进行。在此情况下，烧结还可包括粘结剂的蒸发。烧结和蒸发也可作为分离的处理进行。

不结合任何具体的理论，相信具有根据本发明的量的锰会减少过滤器在高温下的氧化，并因此延长过滤器的寿命。氧化会在较短的时间内导致过滤器的透过性降低，并由此使过滤器的性能恶化。

通过以下非限制性示例来对本发明进行说明：

示例1

由根据本发明的铁基粉末以及铁基参照粉末制造过滤器样品。所述过滤器样品是直径为10mm、厚度为0.5mm的圆形样品。将过滤器样品制造成密度为全密度的40％。在1250℃下烧结30分钟。在表1中示出对各种粉末的重量百分比的化学分析。参照粉末是可从瑞典的Hgans AB获得的310B。

表1

材料	％Cr	％Ni	％Mn	％Si
					REF	24.9	20.8	0.0	2.67
A	22.4	20.4	1.03	2.44
					B	24.4	19.7	2.03	2.01
C	24.6	20.2	3.03	2.45
					D	24.8	20.0	4.02	2.86

然后在空气中将过滤器样品加热到800℃的预定温度持续2分钟，再将其冷却到室温持续30秒。然后，在20小时的时间段内重复该循环。在每第15个循环记录样品的重量以测量氧化物的增加(量)。该测试的目的在于引起并测量样品的氧化。在图1中示出每一种被测材料的重量增量与时间的关系。一定含量的锰的效果是明显的。由图1可见，通过以按重量计大约为2％的含量添加锰可实现重量增量的显著降低。锰含量的优选范围为1％到3％。

示例2

进行压降测量来评价经过一定时间的使用后过滤器的性能。通过在过滤器保持装置的入口上施加0.5bar的压缩空气来进行测量。然后测量由过滤器引起的压力损失。在氧化前和氧化后对所有的过滤器都进行了测试。然后将经氧化的过滤器与未氧化的过滤器之间的差值计算为压降。在表2中示出压降测量的结果。示例1中的重量增量与示例2中示出的压降相对应。因此重量增量阐释了压降。

表2

材料	REF			B
							样品	1	2	3	4	5	6
压降(％)	11	11	17	3	3	5

Claims (8)

1.包括多孔的烧结不锈钢的过滤器，所述烧结不锈钢包括以重量计为10-30％的铬、以重量计为5-25％的镍、以重量计为0.5-3％的锰、以重量计为1-4％的硅、以重量计为0-3％钼，其余成分为铁和不可避免的杂质，所述烧结钢的密度小于全密度的80％。

2.根据权利要求1所述的过滤器，其特征在于，该过滤器包括1-3％的锰。

3.根据权利要求1或2所述的过滤器，其特征在于，该过滤器的密度小于全密度的70％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤器，其特征在于，该过滤器的密度在全密度的25％至60％之间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的过滤器，其特征在于，该过滤器还包括加强件。

6.根据权利要求5所述的过滤器，其特征在于，所述加强件的形式为纤维、丝或网。

7.将钢粉末用于制备在高温下使用时具有提高的透过性的过滤器的应用，其中所述钢粉末包括以重量计为10-30％的铬、以重量计为5-25％的镍、以重量计为0.5-3％的锰、以重量计为1-4％的硅，其余成分为铁和不可避免的杂质。

8.金属粉末，包括以重量计为10-30％的铬、以重量计为5-25％的镍、以重量计为0.5-3％的锰、以重量计为1-4％的硅、以重量计为0-3％的钼，其余成分为铁和不可避免的杂质。

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